挖掘機發(fā)動機啟動與停車電路缺陷分析與改進措施

摘要：闡述挖掘機的柴油發(fā)動機啟動與停車電路的工作原理，深入分析啟動馬達損壞的原因以及發(fā)電機在停車階段的狀態(tài)變化，針對問題提出電路改善方法，提升挖掘機電路的可靠性。

關鍵詞：啟動馬達;發(fā)電機;保護;改進

0" "引言

挖掘機電氣電器出現(xiàn)故障的概率較大，尤其是啟動與停機時間段非常容易產(chǎn)生故障。有些挖掘機的啟動馬達出現(xiàn)連續(xù)損壞，給用戶的感覺是啟動馬達“用不住”，于是很多人懷疑啟動馬達有質(zhì)量有問題，給廠商、用戶帶來不必要的糾紛。有些挖掘機再次啟動時，監(jiān)控器、GPS 或者空調(diào)面板等電器件，已經(jīng)損壞無法工作。

筆者從事工程機械電氣系統(tǒng)研究多年，發(fā)現(xiàn)很多挖掘機的啟動與停車電路是存在缺陷，是“不完美”的，由此導致上述故障。本文中對發(fā)動機的啟動與停車電路工作原理進行闡述，分析其中存在的問題，并且針對問題找到處理辦法，從而讓挖掘機的啟動馬達得到有效保護，挖掘機上的用電器可以安全使用，提升了挖掘機電路的可靠性。

1" "啟動與停機電路工作原理

挖掘機發(fā)動機的啟動與停機電路如圖1所示，其主要包含鑰匙開關、蓄電池、蓄電池繼電器、啟動馬達、發(fā)電機、斷油閥。當鑰匙開關轉(zhuǎn)到ON的位置時，BR端子和B端子接通，蓄電池繼電器的線圈工作，其主觸點A端子和B端子閉合，啟動馬達的B端子帶電。同時，鑰匙開關在ON的位置時，ACC端子得電，斷油閥的H端子帶電，與H端子連接的保持線圈通電，為燃油油路的打開做好準備。

當鑰匙開關打到START 的位置時，C端子與B端子接通，斷油閥的P端子得電，與P端子相連接的吸拉線圈工作，克服彈簧力，打開燃油油路。由于上一階段中的保持線圈已經(jīng)有電，所以即使P端子失電，斷油閥也能夠保持在燃油油路被打開的位置。同時啟動馬達的C端子得電，啟動馬達的電磁開關的線圈通電并保持，上一階段已經(jīng)到達啟動馬達的B端子的電，通過電磁開關的觸點到達啟動馬達線圈，啟動馬達工作，帶動發(fā)動機運轉(zhuǎn)。啟動成功后，發(fā)動電機發(fā)出的電，通過蓄電池繼電器的閉合的A、B觸點對蓄電池充電，完成發(fā)動機的啟動工作。

當鑰匙開關轉(zhuǎn)到OFF位置時，BR端子失電，蓄電池繼電器的線圈斷電，蓄電池與整車其他電路斷開;同時ACC端子失電，斷油閥內(nèi)部的與H端子連接的保持線圈斷電，斷油閥在彈簧力的作用下回到初始位置，燃油油路被切斷，發(fā)動機在慣性作用下進行短時間的運轉(zhuǎn)后停車。

2" "原電路缺陷分析

圖1是很多挖掘機上使用的啟動與停車電路，其基本功能是可以實現(xiàn)其功能的。但仔細分析會發(fā)現(xiàn)，上述電路缺少啟動馬達的保護電路和停車保護電路，是有缺陷的。

正常情況下，鑰匙開關在START位置啟動發(fā)動機，啟動成功后，鑰匙開關會在內(nèi)部彈簧力的作用下復位，回到ON位置。可是當鑰匙開關內(nèi)部出現(xiàn)問題，比如內(nèi)部卡滯，或者駕駛員不夠成熟，經(jīng)驗不足，在冬季長時間把鑰匙開關放在START位置，都會讓C端子長時間帶電，導致雖然發(fā)動機本身已經(jīng)啟動成功，但啟動馬達仍然處在工作狀態(tài)，與發(fā)動機飛輪嚙合的小齒輪并沒有退出。發(fā)動機帶著啟動馬達高速運轉(zhuǎn)，便會致使啟動馬達內(nèi)部“掃膛”而損壞。

圖1所示電路還存在另一個問題。當鑰匙開關打到OFF擋位時，ACC端子失電，斷油閥的保持線圈斷開，斷油閥在彈簧力的作用下復位，切斷燃油油路，發(fā)動機進入停車階段。但是，發(fā)動機的巨大慣性還在帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，也就是說它仍然在發(fā)電。停車階段BR端子失電，蓄電池繼電器的線圈斷開，蓄電池和發(fā)電機之間已經(jīng)斷開，導致發(fā)電機發(fā)出的電不能向蓄電池內(nèi)充電。雖然有些小的用電器還在工作，但是它們的容量和蓄電池相比很小，無法對發(fā)電機發(fā)出的電起到有效泄放、緩沖作用。這使得發(fā)電機的輸出電壓，會在很短的一個瞬間達到一個很高的峰值。

根據(jù)我們的監(jiān)測可知，如果發(fā)動機在1900r/min的速度下熄火，會有一個100ms內(nèi)的脈沖電壓，其峰值可以達到額定電壓的3.5～4.5倍。這就是說，對于24VDC的挖掘機，如果發(fā)動機在1900r/min高速熄火，在發(fā)動機停機較短時間內(nèi)，會存在一個80V左右的瞬間電壓。這個電壓足以擊穿很多用電器，比如控制器、儀表、GPS、空調(diào)面板等電子產(chǎn)品。

3" "電路改進方案

為了改善這種情況，我們決定對其電路進行改進。改進后發(fā)動機啟動與停機電路如圖2所示。在圖2電路中，增加一個啟動繼電器，用它來控制從鑰匙開關C端子出來的電，并從發(fā)電機的L端子引出一個電源，通過兩個二極管D2和D3，分別去控制蓄電池繼電器的線圈和啟動繼電器的線圈。

另外，為了防止發(fā)電機的L端子的電，通過BR端子對挖掘機的其他電路干涉，另增加一個二極管D1。一旦發(fā)電機正常發(fā)電，啟動繼電器工作，就判斷發(fā)動機已經(jīng)啟動成功。此時這個啟動繼電器線圈工作，常閉觸點斷開，鑰匙開關C端子去啟動馬達和斷油閥的電被切斷，啟動馬達退出工作狀態(tài)，斷油閥的吸拉線圈也失電，退出有電狀態(tài)。這個電路使用發(fā)電機發(fā)出的信號控制啟動繼電器線圈，有效保護了啟動馬達和斷油閥內(nèi)部的吸拉線圈安全。

從圖2可以看出，從發(fā)電機的L端子接出一個二極管D2去蓄電池繼電器的線圈端后，當鑰匙開關打到OFF位置時，雖然BR端子不再給蓄電池繼電器線圈供電，但發(fā)電機進入停機過程一段時間內(nèi)，其慣性帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，發(fā)電機仍然在發(fā)電。從L端子出來的電經(jīng)過這個二極管D2維持蓄電池繼電器線圈工作，繼續(xù)吸合。這樣發(fā)電機發(fā)出的電就能夠繼續(xù)通過蓄電池繼電器的主觸點A/B端子向蓄電池充電，其電壓也是正常的工作電壓。當發(fā)電機的轉(zhuǎn)速降低到怠速以下時，從L端子出來的電不能夠維持蓄電池繼電器的吸合時，主觸點斷開，電路實現(xiàn)延時斷開。此時發(fā)動機的殘余電壓低于19.2VDC，已經(jīng)不會傷害用電器。二極管D1的作用是防止發(fā)電機發(fā)出的電通過鑰匙開關干擾其他用電回路。

4" "改進效果

對發(fā)動機的啟動與停車電路進行改進，起到了如下效果：有效規(guī)避了由于一些客觀原因?qū)е聠玉R達損壞問題，同時保護了斷油閥的吸拉線圈;實現(xiàn)了蓄電池繼電器的停車延時斷開，讓發(fā)電機發(fā)出的電能夠繼續(xù)對蓄電池充電;有效避免了發(fā)動機停車時出現(xiàn)的瞬間高壓，保護了挖掘機上的小功率型用電器，尤其是一些電子產(chǎn)品的安全，提升了挖掘機整機電路的可靠性。