裝載機(jī)多功能儀表總成的應(yīng)用及失效分析

許云飛 秦貴賓

【摘 要】多功能儀表總成是裝載機(jī)電器系統(tǒng)的主要元件之一，能通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)和傳感器等元件采集整機(jī)各部件信息數(shù)據(jù)并處理，實(shí)時(shí)顯示裝載機(jī)電器、液壓、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)等系統(tǒng)的工作狀態(tài)，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)提醒司機(jī)進(jìn)行處理。在整機(jī)實(shí)際工作過(guò)程中，儀表總成經(jīng)常因工作環(huán)境影響、人為損壞及其自身因素導(dǎo)致失效，影響整機(jī)的正常工作。文章主要分析儀表總成故障的失效過(guò)程，并提出了快速、有效地解決問(wèn)題的措施。

【關(guān)鍵詞】裝載機(jī)；儀表；故障；失效分析

【中圖分類號(hào)】TH243 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）08-0059-03

0 引言

儀表總成是裝載機(jī)電器系統(tǒng)的必不可少的元件之一，一般包括溫度表、壓力表、液位表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表等指示表針，以及各種狀態(tài)指示燈。儀表總成能通過(guò)其內(nèi)部的微型計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)和傳感器等元件的輸入信號(hào)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，以及通過(guò)驅(qū)動(dòng)報(bào)警單元對(duì)相應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行報(bào)警，提醒司機(jī)及時(shí)處理問(wèn)題，使整機(jī)持續(xù)處于健康運(yùn)行狀態(tài)。但儀表總成由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中受工作環(huán)境等因素的影響，一旦發(fā)生故障不能及時(shí)解決，就會(huì)對(duì)整機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以，需要對(duì)儀表出現(xiàn)的故障及時(shí)進(jìn)行分析，確保能夠在最短的時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題，確保整機(jī)能高效正常工作。

1 多功能組合儀表總成的應(yīng)用

儀表有很多種，裝載機(jī)使用的是多功能組合儀表，其主要的組成模塊有指示燈、指示表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、顯示屏等。

（1）表盤上的指示燈模塊一般為各種功能的指示燈。圖1所示是儀表總成的主要指示燈，當(dāng)停車制動(dòng)、行車制動(dòng)、機(jī)油壓力、變速箱油壓、液壓油溫等指示燈有任意一個(gè)燈亮?xí)r，主故障報(bào)警燈閃爍，閃爍的頻率為1～1.2 Hz；當(dāng)停車制動(dòng)、行車制動(dòng)、機(jī)油壓力、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障指示燈有任意一個(gè)燈點(diǎn)亮，且檢測(cè)到有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，蜂鳴器工作。

（2）指示表一般有氣壓表、變矩器油溫表、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表、燃油油位表等。比如，燃油的油位指示表上燃油油量一般有3個(gè)指示區(qū)域，通過(guò)觀察指針?biāo)甘镜膮^(qū)域，可及時(shí)獲悉燃油的大概油量范圍。其他指示表一般也是通過(guò)觀察指針?biāo)甘镜膮^(qū)域（紅色、綠色標(biāo)示等或具體數(shù)值）來(lái)判斷整機(jī)零部件的氣壓、溫度等是否正常。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，用來(lái)實(shí)時(shí)指示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可通過(guò)表針指示點(diǎn)觀察發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，其主要有2種信號(hào)輸入方式：模擬信號(hào)輸入、數(shù)字信號(hào)輸入。

（4）顯示屏可顯示車速、系統(tǒng)電壓、變速箱擋位、故障代碼等內(nèi)容，其通信方式主要有CAN總線通信和串口通信2種方式。

可根據(jù)不同客戶的需求，設(shè)計(jì)集成各種功能的儀表總成。在實(shí)際工作中，因儀表總成本身的復(fù)雜性，并受整機(jī)工作環(huán)境因素的影響，儀表容易出現(xiàn)各種故障，對(duì)整機(jī)正常工作產(chǎn)生影響。因此，對(duì)儀表故障的準(zhǔn)確失效分析并加以改進(jìn)，就顯得尤為急迫。

筆者以某型裝載機(jī)多功能儀表總成出現(xiàn)的故障及其失效分析來(lái)探討儀表失效問(wèn)題的改進(jìn)思路和方法。

2 儀表總成故障反饋

某型裝載機(jī)在上市半年后，在全國(guó)多地集中出現(xiàn)儀表總成指示表指針顯示錯(cuò)亂、指示燈常亮或不亮等故障。整機(jī)工作時(shí)間大多在500 h以內(nèi)且分布在不同的地區(qū)，在不同的工況下進(jìn)行工作。針對(duì)儀表故障，筆者組建了由研發(fā)、質(zhì)量、采購(gòu)、供應(yīng)商等單位人員組成的團(tuán)隊(duì)對(duì)儀表總成進(jìn)行失效分析，以找到故障根源并制定改進(jìn)措施。

3 故障原因分析

故障原因分析按如下思路進(jìn)行：通過(guò)分析反饋信息數(shù)據(jù)，確認(rèn)反饋的主要故障表現(xiàn)；收集反饋舊件實(shí)物，通過(guò)故障舊件在整機(jī)上的驗(yàn)證及相關(guān)電氣測(cè)試，確認(rèn)失效功能。進(jìn)行舊件拆檢、鑒定，查找故障具體失效模式；與供應(yīng)商進(jìn)行合作，利用適合的儀器進(jìn)行進(jìn)一步的功能測(cè)試，分析儀表失效的根源。從儀表自身制造因素、外界影響因素、儀表設(shè)計(jì)功能滿足情況等角度，系統(tǒng)分析儀表失效的原因。

通過(guò)對(duì)反饋信息的分析發(fā)現(xiàn)，儀表主要的故障表現(xiàn)為指針錯(cuò)亂、指示燈不亮或常亮。

收集反饋舊件后，在裝載機(jī)樣機(jī)上進(jìn)行了故障復(fù)現(xiàn)檢測(cè)，以確定準(zhǔn)確的故障點(diǎn)。儀表舊件在樣機(jī)上進(jìn)行檢測(cè)后，再通過(guò)電氣測(cè)試儀器逐一測(cè)試，確認(rèn)了各反饋舊件的具體的失效功能，如水溫表指針顯示錯(cuò)亂、變矩器油溫變指針錯(cuò)亂、氣壓表不能準(zhǔn)確顯示等。

對(duì)舊件儀表進(jìn)行拆解發(fā)現(xiàn)，儀表內(nèi)的一個(gè)電感元件因焊接質(zhì)量問(wèn)題而脫落。該故障是集中出現(xiàn)的，拆檢16件舊件發(fā)現(xiàn)5件產(chǎn)品為焊接質(zhì)量導(dǎo)致的故障，其他11件產(chǎn)品均存在故障，綜合分析后判斷為儀表電磁兼容功能失效導(dǎo)致。按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1），對(duì)儀表總成進(jìn)行了測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，該型儀表電磁兼容功能確實(shí)存在問(wèn)題，其測(cè)試的脈沖參數(shù)“脈沖5a”不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

分析團(tuán)隊(duì)對(duì)2個(gè)主要的失效模式，從儀表本身的制造因素、儀表設(shè)計(jì)能力滿足情況、儀表之外電器元件對(duì)儀表的脈沖沖擊影響等因素，系統(tǒng)地進(jìn)行了根源分析，找出了可能的原因（如圖2所示）。在此期間，從儀表設(shè)計(jì)能力滿足情況分析，設(shè)計(jì)上在電流、電壓等參數(shù)正常輸入的情況下，不會(huì)對(duì)儀表造成異常沖擊而導(dǎo)致上述問(wèn)題的發(fā)生。

改進(jìn)團(tuán)隊(duì)對(duì)可能的原因進(jìn)行了逐一確認(rèn)。

對(duì)電路板的功能元件整體抗電源干擾能力測(cè)試發(fā)現(xiàn)，儀表電路板抗電磁環(huán)境干擾能力確實(shí)偏弱，進(jìn)一步分析之后，確認(rèn)是電路板的穩(wěn)壓模塊抗脈沖沖擊能力偏弱，在外界的電磁環(huán)境較復(fù)雜的極端情況下，會(huì)導(dǎo)致儀表的CPU損壞失效，從而導(dǎo)致儀表指針錯(cuò)亂或指示燈顯示異常，確定該原因?yàn)橐颉?/p>

對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓脈沖沖擊進(jìn)行測(cè)試：由發(fā)電機(jī)供應(yīng)商到多地客戶現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)整機(jī)工作時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電壓和信號(hào)等參數(shù)用專業(yè)儀器進(jìn)行測(cè)試，在裝載機(jī)各種工作狀態(tài)下，通過(guò)各電器元件工作狀態(tài)下的測(cè)試結(jié)果曲線和數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出異常，確定該原因?yàn)榉且?。部分測(cè)試曲線如圖3所示。

對(duì)儀表電路板上的電感元件脫落原因進(jìn)行分析：通過(guò)儀表供應(yīng)商的進(jìn)一步分析，確認(rèn)了在用錫焊焊接電感時(shí)，錫焊相關(guān)的鋼網(wǎng)張力不足及部分鋼網(wǎng)網(wǎng)孔堵塞，導(dǎo)致焊錫量不足，從而導(dǎo)致電感錫焊質(zhì)量較差，焊接不牢靠，在整機(jī)振動(dòng)較大的情況，會(huì)導(dǎo)致電感脫落，確定該原因?yàn)橐颉４送?，供?yīng)商在出廠前對(duì)儀表總成的檢測(cè)，其專用檢測(cè)儀器在電感處設(shè)定的程序參數(shù)檢測(cè)敏感度稍有不足，存在少部分電路板電感焊錫偏少時(shí)儀器未進(jìn)行警報(bào)報(bào)錯(cuò)的情況，針對(duì)出廠設(shè)備檢測(cè)參數(shù)存在的問(wèn)題，供應(yīng)商進(jìn)行了即時(shí)改善。

4 制定改進(jìn)措施并實(shí)施跟蹤

針對(duì)儀表總成故障的失效原因，制定了針對(duì)性的措施并實(shí)施（見(jiàn)表2）。

供應(yīng)商實(shí)施改進(jìn)措施后，裝載機(jī)主機(jī)廠對(duì)改進(jìn)后的新儀表多次進(jìn)行了拆解，確認(rèn)電感元件的焊接已符合要求，并通過(guò)專業(yè)的設(shè)備多次對(duì)儀表總成的電磁兼容能力是否滿足進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)改進(jìn)后的儀表總成符合要求。改進(jìn)后的儀表重新裝機(jī)后，對(duì)其改進(jìn)效果持續(xù)進(jìn)行1年以上的效果跟蹤，未發(fā)現(xiàn)再有類似的故障反饋，改進(jìn)效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

裝載機(jī)多功能儀表總成的可靠性非常重要，因外界電器環(huán)境影響的復(fù)雜性，以及儀表總成功能繁多且比較復(fù)雜，所以出現(xiàn)故障后，必須系統(tǒng)、科學(xué)地進(jìn)行分析，采用舊件失效分析、故障再現(xiàn)測(cè)試、生產(chǎn)過(guò)程環(huán)節(jié)確認(rèn)等方法進(jìn)行全面分析，識(shí)別出各種可能的因素，并進(jìn)行根本原因確認(rèn)，針對(duì)性地制定有效的措施解決問(wèn)題。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]