工程裝備電氣系統常見故障及成因分析

張巖

摘要：電氣系統在工程裝備的核心控制系統，其運行狀態往往決定著整個裝備功能的實現，由于其結構復雜、元件種類數量多，導致發生故障后檢測排查難、維修成本高。文章在研究工程裝備電氣系統結構的基礎上，總結了典型工程裝備電源系統、起動系統、顯示系統和電控系統的常見故障，針對常見故障進行了故障成因分析，并對裝備操作手提出了使用注意事項。

關鍵詞：工程機械;電氣系統;維修;故障

0 ?引言

工程裝備電氣系統一般分為車輛基礎電氣和上裝控制兩大部分，基礎電氣可分為電源系統、起動系統、儀表與顯示系統等，上裝控制部分可以分為操作手柄、核心控制器、執行部分和反饋部分等[1]。電氣系統結構相對復雜，元器件種類和數量較多，且由于工程裝備一般工作環境惡劣，導致電氣系統容易發生故障，從而影響工程裝備的工作效率[2]。

1 ?電源系統典型故障及成因分析

電源系統一般由交流發電機和蓄電池及電線等組成。由電磁搭鐵開關接通和切斷整機電源，用保險絲對電氣系統回路進行過載和短路保護。以某型山地挖掘機電源系統為例，電源由兩個12V的蓄電池串聯進行供電，硅整流發電機為整體式發電機，容量為28V/27A。

1.1 電磁式電源總開關故障

起動時，點火鑰匙開關閉合，電流通過電磁式電源總開關線圈，從而產生磁力，進而吸合觸點，使得蓄電池負極與車架接通，由于蓄電池負極搭鐵，全車電路接通。點火鑰匙開關斷開后，電源總開關線圈無電流通過，磁力消失，觸點斷開，從而使全車無電。

當電源開關接通或斷開時，但電磁式電源總開關并沒有隨之接通或斷開，這種情況叫做發卡。此時可以用手在電磁式電源總開關外殼上進行拍擊，往往就能恢復正常工作。當電源開關及連接線均正常，但是電磁式電源總開關卻不工作，此時則需拆檢修理或更換。

1.2 點火鑰匙開關故障

點火開關是一個多檔開關，通常用于控制點火電路、發電機勵磁電路、儀表電路、起動電路及一些輔助電路等。例如某型推土機點火開關的檔位及內部電路連接情況如圖1所示。

點火開關的接線柱：“B”為電源接線柱，與蓄電池正極和發電機電樞接柱相連;“ABR”為電源開關線和燃油電磁閥接線柱;“R2”為其起動繼電器接線柱，用來控制起動電路;“Acc”、“C”、“R1”接線柱是空接線柱。點火開關的三個檔位是：“III”檔，為附加電器工作檔;“I”檔，為起動后工作檔;“R2”為起動檔（自動復位）。

電火開關常見故障現象主要為：點火開關處于接通位置時，充電指示燈不亮。故障可能原因為：點火開關損壞、電源總開關損壞、總保險燒斷、充電指示繼電器損壞、線路接觸不良或斷路等，檢查時應該針對這些部位重點進行排查。

1.3 蓄電池不充電

蓄電池的常見故障為：起動發動機高于怠速運轉，充電指示燈不熄滅，蓄電池需經常充電。分析其原因為：①驅動皮帶打滑或沾有油污打滑;②導線接頭有松動或脫落、導線包皮破損搭鐵造成短路、導線接線錯誤;③定子與轉子線圈斷路或搭鐵、硅二極管損壞、電刷與滑環接觸不良等;④發電機內置調節器損壞，如大功率管斷路、續流二極管短路以及穩壓二極管或小功率管擊穿短路等。

1.4 充電電流過大

充電電流過大故障現象為：燈泡經常容易燒毀，發電機有過熱現象，若電解液不為膠體狀會損耗過快。分析其故障原因為：發電機內置調節器損壞，如大功率管擊穿短路、穩壓二極管斷路或小功率管斷路等。

1.5 充電電流過小

沖電電流過小故障現象為：起動發動機高于怠速運轉，充電指示燈隨轉速的變化時亮時滅，蓄電池需經常充電。分析其故障原因為：①驅動皮帶打滑或沾有油污打滑;②導線接頭有松動或接觸不良;③發電機故障，如定子與轉子線圈斷路或短路、個別硅二極管損壞等。

1.6 發動機中高速運轉時，交流發電機指示燈不熄滅

發電機指示燈不熄滅的故障現象為：起動發動機高于怠速運轉，充電指示燈不熄滅，但蓄電池無需經常充電。分析其故障原因為：①發電機無中點電壓;②發電機中點接線柱至充電指示繼電器間導線斷路或搭鐵;③充電指示繼電器損壞;④充電指示燈至繼電器導線搭鐵。

2 ?起動系統典型故障及成因分析

2.1 起動機不能轉動

起動機不能轉動故障現象為：起動發動機時，起動機不能轉動。分析其故障原因為：①蓄電池虧電太多，長期充電不足，或極柱表面氧化嚴重，連接松動;②接觸盤觸點嚴重燒蝕或電磁開關中的吸引線圈或保持線圈出現斷路、短路、搭鐵故障，使觸點不能閉合;③勵磁繞組或電樞繞組斷路、短路或搭鐵故障;④電刷彈簧斷裂或過軟，或電刷卡住不能接觸換向器;⑤點火開關（起動擋）失靈;⑥各相關導線斷路、連接不良或線路連接錯誤。

2.2 起動機轉動無力

起動機轉動無力故障現象為：接通起動開關，起動機能夠帶動發動機轉動，但轉速過低甚至稍轉即停。分析其故障原因為：①蓄電池存電不足;②蓄電池充電不足或過放電;③導線接觸不良，如蓄電池正極端子臟污、銹蝕或起動機的連接導線松動等;④起動機本身故障，如換向器油污、燒蝕;⑤電刷磨損或彈簧壓力不足;⑥勵磁線圈或電樞線圈局部短路;⑦接觸盤燒蝕;軸承過緊、過松;發動機曲軸過緊。

2.3 起動機運轉時發動機不轉

起動機運轉時發動機不轉的故障現象為：接通起動開關，起動機只是空轉，發動機曲軸不轉。分析其故障原因為：①單向離合器打滑，不能傳遞扭矩;②電磁開關行程太小，接觸盤在驅動小齒輪與飛輪嚙合之前先接合;③飛輪齒圈牙齒嚴重磨損或打壞。

2.4 起動機不能停止轉動

起動機不能停止轉動的故障現象為：起動后松開鑰匙，起動機仍然運轉。分析其故障原因為：電磁開關觸點燒結在一起或者是電磁開關有短路處。

2.5 不能起動且有撞擊聲

能起動且有撞擊聲的故障現象為：起動機不能帶動發動機運轉，并伴有撞擊聲。分析其故障原因為：①驅動齒輪或飛輪齒圈牙齒磨損或打壞;②電磁開關的磁力太小，活動鐵芯不足以使撥叉撥動小齒輪與飛輪嚙合;③電磁開關配合不當，在驅動齒輪與飛輪齒圈還未嚙合時，主電路即接通，驅動齒輪在高速旋轉情況下與齒圈難以正常嚙合。

3 ?電氣儀表與監控系統故障及成因分析

儀表常見的故障有不工作或指示不準確。

其中儀表不工作的故障現象為：儀表不工作是指點火開關接通后，在發動機運轉過程中指針式儀表的指針不動或數字式儀表沒有顯示或顯示一直不變。分析其故障原因為：保險裝置及線路斷路或者儀表、傳感器及穩壓電源有故障等。

儀表指示不準確的故障現象為：當發動機正常運轉時，冷卻水溫度應在80～95℃之間;機油壓力表讀數應不低于0.15MPa，正常壓力應為0.2～0.4MPa，最高壓力應不超過0.5MPa。如果儀表指示值不能準確地反映實際的大小，則稱儀表指示不準確。分析其故障原因為：儀表、傳感器及穩壓電源等有故障。

4 ?電氣控制系統典型故障現象及成因分析

以某型重型支援橋為例，在支援橋進行架設和撤收作業時，經常出現移動控制盒操作無反應、支援橋架設液壓系統控制電路不動作等常見故障，偶爾也會出現PLC邏輯電路控制模塊輸出信號邏輯混亂故障等現象，從而導致支援橋不能正常架設。分析這些故障產生的原因，分別與新型支援橋動力舟電控系統中移動控制盒、液壓系統電磁控制閥電路、PLC邏輯電路有關。

4.1 移動控制盒操作無反應故障原因分析

移動控制盒主要由PLC邏輯電路通過CAN總線電纜供電（無線操作狀態下采用電池供電），在采用移動控制盒架設支援橋時，需要閉合動力舟駕控臺上的程控按鈕，同時移動控制盒開啟無線遙控功能或插接CAN總線電纜，確保移動控制盒正常上電，才能實現移動控制盒的正常操作使用。某單位在進行支援橋架設作業訓練時，發現移動控制盒不能實現無線操作，在分析原因時，得知控制盒電池使用時間過長，沒有及時充電，改用CAN總線電纜后，仍然不能工作，在檢查電路時，發現CAN總線電纜插接松脫，經重新插接后，移動控制盒操作恢復正常。

4.2 支援橋架設液壓系統控制電路不動作故障原因分析

支援橋架設液壓系統電磁控制閥采用傳統的單線路方式與PLC邏輯電路控制模塊相連，當PLC工作正常，其邏輯輸出狀態正確，即PLC邏輯電路控制模塊的各控制引腳輸出邏輯電路正常時，引起支援橋架設液壓系統控制電路不動作故障的部件主要集中在連接單線路或電磁閥內部電路故障，即連接單線路斷路、短路，電磁閥內部電路斷路、短路是支援橋架設液壓系統控制電路不動作故障的主要原因。

4.3 PLC邏輯電路控制模塊輸出信號邏輯混亂

PLC邏輯電路控制模塊是新型支援橋動力舟電控系統的核心部件，該部件通過接收控制盒的CAN控制信號，進行邏輯運算后，輸出指定支援橋架設功能的單線路控制信號，其邏輯電路通常采用軟件編碼的方式設計，由PLC的邏輯運算器實現控制功能，一旦PLC邏輯電路控制模塊輸出信號邏輯混亂，將導致支援橋架設液壓系統的動作與控制盒控制動作與符，輕則影響支援橋架設任務的完成，重則導致支援橋裝備損壞。一般情況下，PLC邏輯電路控制模塊輸出信號邏輯混亂故障大都是由PLC模塊的CAN總線接口松脫、CAN信號線短路、輸出控制引腳虛焊引起的，PLC邏輯運算器很少出現故障。

4.4 電磁閥通電后不工作

電磁閥通電后不工作的故障現象為：接通電磁閥控制開關，電磁閥不能完成規定動作。分析其故障原因為：①相關導線接觸不良;②電源電壓不正常;③電磁閥內部線圈故障;④工作壓差不合適;⑤閥芯卡死。

4.5 電磁閥不能關閉

電磁閥不能關閉的故障現象為：電磁閥通電打開后不能復位。分析其故障原因為：①閥芯卡死;②閥芯彈簧壽命已到或變形;③節流口或平衡孔堵塞;④工作介質溫度粘度與電磁閥不適應。

5 ?總結

工程裝備電氣系統產生故障的原因既可能由電子元器件自身的失效引起，也有人為使用不當的因素造成，因此在平時的操作中要注意按照規程進行操作和維護，盡量避免因認為使用和保養不當引起故障損壞，當發生故障時，應當及時準確進行排除。

參考文獻：

[1]王正蘭，傅香如.山地挖掘機電氣控制系統分析及常見故障排查方法[J].工程機械與維修，2019（06）：54-56.

[2]邢偉.論生產機械電氣控制系統的設計要點[J].內燃機與配件，2018（14）：78-79.

[3]韋利，薛燁.汽車電路與電氣系統的檢測與維修方法[J].內燃機與配件，2019（21）：141-142.