工程裝備電氣系統(tǒng)常見故障及成因分析

張巖

摘要：電氣系統(tǒng)在工程裝備的核心控制系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)往往決定著整個(gè)裝備功能的實(shí)現(xiàn)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件種類數(shù)量多，導(dǎo)致發(fā)生故障后檢測(cè)排查難、維修成本高。文章在研究工程裝備電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了典型工程裝備電源系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和電控系統(tǒng)的常見故障，針對(duì)常見故障進(jìn)行了故障成因分析，并對(duì)裝備操作手提出了使用注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械;電氣系統(tǒng);維修;故障

0 ?引言

工程裝備電氣系統(tǒng)一般分為車輛基礎(chǔ)電氣和上裝控制兩大部分，基礎(chǔ)電氣可分為電源系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、儀表與顯示系統(tǒng)等，上裝控制部分可以分為操作手柄、核心控制器、執(zhí)行部分和反饋部分等[1]。電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，元器件種類和數(shù)量較多，且由于工程裝備一般工作環(huán)境惡劣，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)容易發(fā)生故障，從而影響工程裝備的工作效率[2]。

1 ?電源系統(tǒng)典型故障及成因分析

電源系統(tǒng)一般由交流發(fā)電機(jī)和蓄電池及電線等組成。由電磁搭鐵開關(guān)接通和切斷整機(jī)電源，用保險(xiǎn)絲對(duì)電氣系統(tǒng)回路進(jìn)行過載和短路保護(hù)。以某型山地挖掘機(jī)電源系統(tǒng)為例，電源由兩個(gè)12V的蓄電池串聯(lián)進(jìn)行供電，硅整流發(fā)電機(jī)為整體式發(fā)電機(jī)，容量為28V/27A。

1.1 電磁式電源總開關(guān)故障

起動(dòng)時(shí)，點(diǎn)火鑰匙開關(guān)閉合，電流通過電磁式電源總開關(guān)線圈，從而產(chǎn)生磁力，進(jìn)而吸合觸點(diǎn)，使得蓄電池負(fù)極與車架接通，由于蓄電池負(fù)極搭鐵，全車電路接通。點(diǎn)火鑰匙開關(guān)斷開后，電源總開關(guān)線圈無電流通過，磁力消失，觸點(diǎn)斷開，從而使全車無電。

當(dāng)電源開關(guān)接通或斷開時(shí)，但電磁式電源總開關(guān)并沒有隨之接通或斷開，這種情況叫做發(fā)卡。此時(shí)可以用手在電磁式電源總開關(guān)外殼上進(jìn)行拍擊，往往就能恢復(fù)正常工作。當(dāng)電源開關(guān)及連接線均正常，但是電磁式電源總開關(guān)卻不工作，此時(shí)則需拆檢修理或更換。

1.2 點(diǎn)火鑰匙開關(guān)故障

點(diǎn)火開關(guān)是一個(gè)多檔開關(guān)，通常用于控制點(diǎn)火電路、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電路、儀表電路、起動(dòng)電路及一些輔助電路等。例如某型推土機(jī)點(diǎn)火開關(guān)的檔位及內(nèi)部電路連接情況如圖1所示。

點(diǎn)火開關(guān)的接線柱：“B”為電源接線柱，與蓄電池正極和發(fā)電機(jī)電樞接柱相連;“ABR”為電源開關(guān)線和燃油電磁閥接線柱;“R2”為其起動(dòng)繼電器接線柱，用來控制起動(dòng)電路;“Acc”、“C”、“R1”接線柱是空接線柱。點(diǎn)火開關(guān)的三個(gè)檔位是：“III”檔，為附加電器工作檔;“I”檔，為起動(dòng)后工作檔;“R2”為起動(dòng)檔（自動(dòng)復(fù)位）。

電火開關(guān)常見故障現(xiàn)象主要為：點(diǎn)火開關(guān)處于接通位置時(shí)，充電指示燈不亮。故障可能原因?yàn)椋狐c(diǎn)火開關(guān)損壞、電源總開關(guān)損壞、總保險(xiǎn)燒斷、充電指示繼電器損壞、線路接觸不良或斷路等，檢查時(shí)應(yīng)該針對(duì)這些部位重點(diǎn)進(jìn)行排查。

1.3 蓄電池不充電

蓄電池的常見故障為：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)高于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，充電指示燈不熄滅，蓄電池需經(jīng)常充電。分析其原因?yàn)椋孩衮?qū)動(dòng)皮帶打滑或沾有油污打滑;②導(dǎo)線接頭有松動(dòng)或脫落、導(dǎo)線包皮破損搭鐵造成短路、導(dǎo)線接線錯(cuò)誤;③定子與轉(zhuǎn)子線圈斷路或搭鐵、硅二極管損壞、電刷與滑環(huán)接觸不良等;④發(fā)電機(jī)內(nèi)置調(diào)節(jié)器損壞，如大功率管斷路、續(xù)流二極管短路以及穩(wěn)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(xiàn)象為：燈泡經(jīng)常容易燒毀，發(fā)電機(jī)有過熱現(xiàn)象，若電解液不為膠體狀會(huì)損耗過快。分析其故障原因?yàn)椋喊l(fā)電機(jī)內(nèi)置調(diào)節(jié)器損壞，如大功率管擊穿短路、穩(wěn)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(xiàn)象為：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)高于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，充電指示燈隨轉(zhuǎn)速的變化時(shí)亮?xí)r滅，蓄電池需經(jīng)常充電。分析其故障原因?yàn)椋孩衮?qū)動(dòng)皮帶打滑或沾有油污打滑;②導(dǎo)線接頭有松動(dòng)或接觸不良;③發(fā)電機(jī)故障，如定子與轉(zhuǎn)子線圈斷路或短路、個(gè)別硅二極管損壞等。

1.6 發(fā)動(dòng)機(jī)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，交流發(fā)電機(jī)指示燈不熄滅

發(fā)電機(jī)指示燈不熄滅的故障現(xiàn)象為：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)高于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，充電指示燈不熄滅，但蓄電池?zé)o需經(jīng)常充電。分析其故障原因?yàn)椋孩侔l(fā)電機(jī)無中點(diǎn)電壓;②發(fā)電機(jī)中點(diǎn)接線柱至充電指示繼電器間導(dǎo)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(dǎo)線搭鐵。

2 ?起動(dòng)系統(tǒng)典型故障及成因分析

2.1 起動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)

起動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)故障現(xiàn)象為：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。分析其故障原因?yàn)椋孩傩铍姵靥濍娞?，長(zhǎng)期充電不足，或極柱表面氧化嚴(yán)重，連接松動(dòng);②接觸盤觸點(diǎn)嚴(yán)重?zé)g或電磁開關(guān)中的吸引線圈或保持線圈出現(xiàn)斷路、短路、搭鐵故障，使觸點(diǎn)不能閉合;③勵(lì)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(diǎn)火開關(guān)（起動(dòng)擋）失靈;⑥各相關(guān)導(dǎo)線斷路、連接不良或線路連接錯(cuò)誤。

2.2 起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)無力

起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)無力故障現(xiàn)象為：接通起動(dòng)開關(guān)，起動(dòng)機(jī)能夠帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速過低甚至稍轉(zhuǎn)即停。分析其故障原因?yàn)椋孩傩铍姵卮骐姴蛔?②蓄電池充電不足或過放電;③導(dǎo)線接觸不良，如蓄電池正極端子臟污、銹蝕或起動(dòng)機(jī)的連接導(dǎo)線松動(dòng)等;④起動(dòng)機(jī)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(lì)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(fā)動(dòng)機(jī)曲軸過緊。

2.3 起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)

起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)的故障現(xiàn)象為：接通起動(dòng)開關(guān)，起動(dòng)機(jī)只是空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸不轉(zhuǎn)。分析其故障原因?yàn)椋孩賳蜗螂x合器打滑，不能傳遞扭矩;②電磁開關(guān)行程太小，接觸盤在驅(qū)動(dòng)小齒輪與飛輪嚙合之前先接合;③飛輪齒圈牙齒嚴(yán)重磨損或打壞。

2.4 起動(dòng)機(jī)不能停止轉(zhuǎn)動(dòng)

起動(dòng)機(jī)不能停止轉(zhuǎn)動(dòng)的故障現(xiàn)象為：起動(dòng)后松開鑰匙，起動(dòng)機(jī)仍然運(yùn)轉(zhuǎn)。分析其故障原因?yàn)椋弘姶砰_關(guān)觸點(diǎn)燒結(jié)在一起或者是電磁開關(guān)有短路處。

2.5 不能起動(dòng)且有撞擊聲

能起動(dòng)且有撞擊聲的故障現(xiàn)象為：起動(dòng)機(jī)不能帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并伴有撞擊聲。分析其故障原因?yàn)椋孩衮?qū)動(dòng)齒輪或飛輪齒圈牙齒磨損或打壞;②電磁開關(guān)的磁力太小，活動(dòng)鐵芯不足以使撥叉撥動(dòng)小齒輪與飛輪嚙合;③電磁開關(guān)配合不當(dāng)，在驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈還未嚙合時(shí)，主電路即接通，驅(qū)動(dòng)齒輪在高速旋轉(zhuǎn)情況下與齒圈難以正常嚙合。

3 ?電氣儀表與監(jiān)控系統(tǒng)故障及成因分析

儀表常見的故障有不工作或指示不準(zhǔn)確。

其中儀表不工作的故障現(xiàn)象為：儀表不工作是指點(diǎn)火開關(guān)接通后，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中指針式儀表的指針不動(dòng)或數(shù)字式儀表沒有顯示或顯示一直不變。分析其故障原因?yàn)椋罕ｋU(xiǎn)裝置及線路斷路或者儀表、傳感器及穩(wěn)壓電源有故障等。

儀表指示不準(zhǔn)確的故障現(xiàn)象為：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻水溫度應(yīng)在80～95℃之間;機(jī)油壓力表讀數(shù)應(yīng)不低于0.15MPa，正常壓力應(yīng)為0.2～0.4MPa，最高壓力應(yīng)不超過0.5MPa。如果儀表指示值不能準(zhǔn)確地反映實(shí)際的大小，則稱儀表指示不準(zhǔn)確。分析其故障原因?yàn)椋簝x表、傳感器及穩(wěn)壓電源等有故障。

4 ?電氣控制系統(tǒng)典型故障現(xiàn)象及成因分析

以某型重型支援橋?yàn)槔?，在支援橋進(jìn)行架設(shè)和撤收作業(yè)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)移動(dòng)控制盒操作無反應(yīng)、支援橋架設(shè)液壓系統(tǒng)控制電路不動(dòng)作等常見故障，偶爾也會(huì)出現(xiàn)PLC邏輯電路控制模塊輸出信號(hào)邏輯混亂故障等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致支援橋不能正常架設(shè)。分析這些故障產(chǎn)生的原因，分別與新型支援橋動(dòng)力舟電控系統(tǒng)中移動(dòng)控制盒、液壓系統(tǒng)電磁控制閥電路、PLC邏輯電路有關(guān)。

4.1 移動(dòng)控制盒操作無反應(yīng)故障原因分析

移動(dòng)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(tài)下采用電池供電），在采用移動(dòng)控制盒架設(shè)支援橋時(shí)，需要閉合動(dòng)力舟駕控臺(tái)上的程控按鈕，同時(shí)移動(dòng)控制盒開啟無線遙控功能或插接CAN總線電纜，確保移動(dòng)控制盒正常上電，才能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)控制盒的正常操作使用。某單位在進(jìn)行支援橋架設(shè)作業(yè)訓(xùn)練時(shí)，發(fā)現(xiàn)移動(dòng)控制盒不能實(shí)現(xiàn)無線操作，在分析原因時(shí)，得知控制盒電池使用時(shí)間過長(zhǎng)，沒有及時(shí)充電，改用CAN總線電纜后，仍然不能工作，在檢查電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)CAN總線電纜插接松脫，經(jīng)重新插接后，移動(dòng)控制盒操作恢復(fù)正常。

4.2 支援橋架設(shè)液壓系統(tǒng)控制電路不動(dòng)作故障原因分析

支援橋架設(shè)液壓系統(tǒng)電磁控制閥采用傳統(tǒng)的單線路方式與PLC邏輯電路控制模塊相連，當(dāng)PLC工作正常，其邏輯輸出狀態(tài)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(shí)，引起支援橋架設(shè)液壓系統(tǒng)控制電路不動(dòng)作故障的部件主要集中在連接單線路或電磁閥內(nèi)部電路故障，即連接單線路斷路、短路，電磁閥內(nèi)部電路斷路、短路是支援橋架設(shè)液壓系統(tǒng)控制電路不動(dòng)作故障的主要原因。

4.3 PLC邏輯電路控制模塊輸出信號(hào)邏輯混亂

PLC邏輯電路控制模塊是新型支援橋動(dòng)力舟電控系統(tǒng)的核心部件，該部件通過接收控制盒的CAN控制信號(hào)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算后，輸出指定支援橋架設(shè)功能的單線路控制信號(hào)，其邏輯電路通常采用軟件編碼的方式設(shè)計(jì)，由PLC的邏輯運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)控制功能，一旦PLC邏輯電路控制模塊輸出信號(hào)邏輯混亂，將導(dǎo)致支援橋架設(shè)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作與控制盒控制動(dòng)作與符，輕則影響支援橋架設(shè)任務(wù)的完成，重則導(dǎo)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(hào)邏輯混亂故障大都是由PLC模塊的CAN總線接口松脫、CAN信號(hào)線短路、輸出控制引腳虛焊引起的，PLC邏輯運(yùn)算器很少出現(xiàn)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(xiàn)象為：接通電磁閥控制開關(guān)，電磁閥不能完成規(guī)定動(dòng)作。分析其故障原因?yàn)椋孩傧嚓P(guān)導(dǎo)線接觸不良;②電源電壓不正常;③電磁閥內(nèi)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(guān)閉

電磁閥不能關(guān)閉的故障現(xiàn)象為：電磁閥通電打開后不能復(fù)位。分析其故障原因?yàn)椋孩匍y芯卡死;②閥芯彈簧壽命已到或變形;③節(jié)流口或平衡孔堵塞;④工作介質(zhì)溫度粘度與電磁閥不適應(yīng)。

5 ?總結(jié)

工程裝備電氣系統(tǒng)產(chǎn)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(dāng)?shù)囊蛩卦斐桑虼嗽谄綍r(shí)的操作中要注意按照規(guī)程進(jìn)行操作和維護(hù)，盡量避免因認(rèn)為使用和保養(yǎng)不當(dāng)引起故障損壞，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行排除。

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