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摘要：電气系统在工程装备的核心控制系统，其运行状态往往决定着整个装备功能的实现，由于其结构复杂、元件种类数量多，导致发生故障后检测排查难、维修成本高。文章在研究工程装备电气系统结构的基础上，总结了典型工程装备电源系统、起动系统、显示系统和电控系统的常见故障，针对常见故障进行了故障成因分析，并对装备操作手提出了使用注意事项。
关键词：工程机械;电气系统;维修;故障
0 引言
工程装备电气系统一般分为车辆基础电气和上装控制两大部分，基础电气可分为电源系统、起动系统、仪表与显示系统等，上装控制部分可以分为操作手柄、核心控制器、执行部分和反馈部分等[1]。电气系统结构相对复杂，元器件种类和数量较多，且由于工程装备一般工作环境恶劣，导致电气系统容易发生故障，从而影响工程装备的工作效率[2]。
1 电源系统典型故障及成因分析
电源系统一般由交流发电机和蓄电池及电线等组成。由电磁搭铁开关接通和切断整机电源，用保险丝对电气系统回路进行过载和短路保护。以某型山地挖掘机电源系统为例，电源由两个12V的蓄电池串联进行供电，硅整流发电机为整体式发电机，容量为28V/27A。
1.1 电磁式电源总开关故障
起动时，点火钥匙开关闭合，电流通过电磁式电源总开关线圈，从而产生磁力，进而吸合触点，使得蓄电池负极与车架接通，由于蓄电池负极搭铁，全车电路接通。点火钥匙开关断开后，电源总开关线圈无电流通过，磁力消失，触点断开，从而使全车无电。
当电源开关接通或断开时，但电磁式电源总开关并没有随之接通或断开，这种情况叫做发卡。此时可以用手在电磁式电源总开关外壳上进行拍击，往往就能恢复正常工作。当电源开关及连接线均正常，但是电磁式电源总开关却不工作，此时则需拆检修理或更换。
1.2 点火钥匙开关故障
点火开关是一个多档开关，通常用于控制点火电路、发电机励磁电路、仪表电路、起动电路及一些辅助电路等。例如某型推土机点火开关的档位及内部电路连接情况如图1所示。
点火开关的接线柱：“B”为电源接线柱，与蓄电池正极和发电机电枢接柱相连;“ABR”为电源开关线和燃油电磁阀接线柱;“R2”为其起动继电器接线柱，用来控制起动电路;“Acc”、“C”、“R1”接线柱是空接线柱。点火开关的三个档位是：“III”档，为附加电器工作档;“I”档，为起动后工作档;“R2”为起动档（自动复位）。
电火开关常见故障现象主要为：点火开关处于接通位置时，充电指示灯不亮。故障可能原因为：点火开关损坏、电源总开关损坏、总保险烧断、充电指示继电器损坏、线路接触不良或断路等，检查时应该针对这些部位重点进行排查。
1.3 蓄电池不充电
蓄电池的常见故障为：起动发动机高于怠速运转，充电指示灯不熄灭，蓄电池需经常充电。分析其原因为：①驱动皮带打滑或沾有油污打滑;②导线接头有松动或脱落、导线包皮破损搭铁造成短路、导线接线错误;③定子与转子线圈断路或搭铁、硅二极管损坏、电刷与滑环接触不良等;④发电机内置调节器损坏，如大功率管断路、续流二极管短路以及稳压二极管或小功率管击穿短路等。
1.4 充电电流过大
充电电流过大故障现象为：灯泡经常容易烧毁，发电机有过热现象，若电解液不为胶体状会损耗过快。分析其故障原因为：发电机内置调节器损坏，如大功率管击穿短路、稳压二极管断路或小功率管断路等。
1.5 充电电流过小
冲电电流过小故障现象为：起动发动机高于怠速运转，充电指示灯随转速的变化时亮时灭，蓄电池需经常充电。分析其故障原因为：①驱动皮带打滑或沾有油污打滑;②导线接头有松动或接触不良;③发电机故障，如定子与转子线圈断路或短路、个别硅二极管损坏等。
1.6 发动机中高速运转时，交流发电机指示灯不熄灭
发电机指示灯不熄灭的故障现象为：起动发动机高于怠速运转，充电指示灯不熄灭，但蓄电池无需经常充电。分析其故障原因为：①发电机无中点电压;②发电机中点接线柱至充电指示继电器间导线断路或搭铁;③充电指示继电器损坏;④充电指示灯至继电器导线搭铁。
2 起动系统典型故障及成因分析
2.1 起动机不能转动
起动机不能转动故障现象为：起动发动机时，起动机不能转动。分析其故障原因为：①蓄电池亏电太多，长期充电不足，或极柱表面氧化严重，连接松动;②接触盘触点严重烧蚀或电磁开关中的吸引线圈或保持线圈出现断路、短路、搭铁故障，使触点不能闭合;③励磁绕组或电枢绕组断路、短路或搭铁故障;④电刷弹簧断裂或过软，或电刷卡住不能接触换向器;⑤点火开关（起动挡）失灵;⑥各相关导线断路、连接不良或线路连接错误。
2.2 起动机转动无力
起动机转动无力故障现象为：接通起动开关，起动机能够带动发动机转动，但转速过低甚至稍转即停。分析其故障原因为：①蓄电池存电不足;②蓄电池充电不足或过放电;③导线接触不良，如蓄电池正极端子脏污、锈蚀或起动机的连接导线松动等;④起动机本身故障，如换向器油污、烧蚀;⑤电刷磨损或弹簧压力不足;⑥励磁线圈或电枢线圈局部短路;⑦接触盘烧蚀;轴承过紧、过松;发动机曲轴过紧。
2.3 起动机运转时发动机不转
起动机运转时发动机不转的故障现象为：接通起动开关，起动机只是空转，发动机曲轴不转。分析其故障原因为：①单向离合器打滑，不能传递扭矩;②电磁开关行程太小，接触盘在驱动小齿轮与飞轮啮合之前先接合;③飞轮齿圈牙齿严重磨损或打坏。
2.4 起动机不能停止转动
起动机不能停止转动的故障现象为：起动后松开钥匙，起动机仍然运转。分析其故障原因为：电磁开关触点烧结在一起或者是电磁开关有短路处。 2.5 不能起动且有撞击声
能起动且有撞击声的故障现象为：起动机不能带动发动机运转，并伴有撞击声。分析其故障原因为：①驱动齿轮或飞轮齿圈牙齿磨损或打坏;②电磁开关的磁力太小，活动铁芯不足以使拨叉拨动小齿轮与飞轮啮合;③电磁开关配合不当，在驱动齿轮与飞轮齿圈还未啮合时，主电路即接通，驱动齿轮在高速旋转情况下与齿圈难以正常啮合。
3 电气仪表与监控系统故障及成因分析
仪表常见的故障有不工作或指示不准确。
其中仪表不工作的故障现象为：仪表不工作是指点火开关接通后，在发动机运转过程中指针式仪表的指针不动或数字式仪表没有显示或显示一直不变。分析其故障原因为：保险装置及线路断路或者仪表、传感器及稳压电源有故障等。
仪表指示不准确的故障现象为：当发动机正常运转时，冷卻水温度应在80～95℃之间;机油压力表读数应不低于0.15MPa，正常压力应为0.2～0.4MPa，最高压力应不超过0.5MPa。如果仪表指示值不能准确地反映实际的大小，则称仪表指示不准确。分析其故障原因为：仪表、传感器及稳压电源等有故障。
4 电气控制系统典型故障现象及成因分析
以某型重型支援桥为例，在支援桥进行架设和撤收作业时，经常出现移动控制盒操作无反应、支援桥架设液压系统控制电路不动作等常见故障，偶尔也会出现PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱故障等现象，从而导致支援桥不能正常架设。分析这些故障产生的原因，分别与新型支援桥动力舟电控系统中移动控制盒、液压系统电磁控制阀电路、PLC逻辑电路有关。
4.1 移动控制盒操作无反应故障原因分析
移动控制盒主要由PLC逻辑电路通过CAN总线电缆供电（无线操作状态下采用电池供电），在采用移动控制盒架设支援桥时，需要闭合动力舟驾控台上的程控按钮，同时移动控制盒开启无线遥控功能或插接CAN总线电缆，确保移动控制盒正常上电，才能实现移动控制盒的正常操作使用。某单位在进行支援桥架设作业训练时，发现移动控制盒不能实现无线操作，在分析原因时，得知控制盒电池使用时间过长，没有及时充电，改用CAN总线电缆后，仍然不能工作，在检查电路时，发现CAN总线电缆插接松脱，经重新插接后，移动控制盒操作恢复正常。
4.2 支援桥架设液压系统控制电路不动作故障原因分析
支援桥架设液压系统电磁控制阀采用传统的单线路方式与PLC逻辑电路控制模块相连，当PLC工作正常，其逻辑输出状态正确，即PLC逻辑电路控制模块的各控制引脚输出逻辑电路正常时，引起支援桥架设液压系统控制电路不动作故障的部件主要集中在连接单线路或电磁阀内部电路故障，即连接单线路断路、短路，电磁阀内部电路断路、短路是支援桥架设液压系统控制电路不动作故障的主要原因。
4.3 PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱
PLC逻辑电路控制模块是新型支援桥动力舟电控系统的核心部件，该部件通过接收控制盒的CAN控制信号，进行逻辑运算后，输出指定支援桥架设功能的单线路控制信号，其逻辑电路通常采用软件编码的方式设计，由PLC的逻辑运算器实现控制功能，一旦PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱，将导致支援桥架设液压系统的动作与控制盒控制动作与符，轻则影响支援桥架设任务的完成，重则导致支援桥装备损坏。一般情况下，PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱故障大都是由PLC模块的CAN总线接口松脱、CAN信号线短路、输出控制引脚虚焊引起的，PLC逻辑运算器很少出现故障。
4.4 电磁阀通电后不工作
电磁阀通电后不工作的故障现象为：接通电磁阀控制开关，电磁阀不能完成规定动作。分析其故障原因为：①相关导线接触不良;②电源电压不正常;③电磁阀内部线圈故障;④工作压差不合适;⑤阀芯卡死。
4.5 电磁阀不能关闭
电磁阀不能关闭的故障现象为：电磁阀通电打开后不能复位。分析其故障原因为：①阀芯卡死;②阀芯弹簧寿命已到或变形;③节流口或平衡孔堵塞;④工作介质温度粘度与电磁阀不适应。
5 总结
工程装备电气系统产生故障的原因既可能由电子元器件自身的失效引起，也有人为使用不当的因素造成，因此在平时的操作中要注意按照规程进行操作和维护，尽量避免因认为使用和保养不当引起故障损坏，当发生故障时，应当及时准确进行排除。
参考文献：
[1]王正兰，傅香如.山地挖掘机电气控制系统分析及常见故障排查方法[J].工程机械与维修，2019（06）：54-56.
[2]邢伟.论生产机械电气控制系统的设计要点[J].内燃机与配件，2018（14）：78-79.
[3]韦利，薛烨.汽车电路与电气系统的检测与维修方法[J].内燃机与配件，2019（21）：141-142.
关键词：工程机械;电气系统;维修;故障
0 引言
工程装备电气系统一般分为车辆基础电气和上装控制两大部分，基础电气可分为电源系统、起动系统、仪表与显示系统等，上装控制部分可以分为操作手柄、核心控制器、执行部分和反馈部分等[1]。电气系统结构相对复杂，元器件种类和数量较多，且由于工程装备一般工作环境恶劣，导致电气系统容易发生故障，从而影响工程装备的工作效率[2]。
1 电源系统典型故障及成因分析
电源系统一般由交流发电机和蓄电池及电线等组成。由电磁搭铁开关接通和切断整机电源，用保险丝对电气系统回路进行过载和短路保护。以某型山地挖掘机电源系统为例，电源由两个12V的蓄电池串联进行供电，硅整流发电机为整体式发电机，容量为28V/27A。
1.1 电磁式电源总开关故障
起动时，点火钥匙开关闭合，电流通过电磁式电源总开关线圈，从而产生磁力，进而吸合触点，使得蓄电池负极与车架接通，由于蓄电池负极搭铁，全车电路接通。点火钥匙开关断开后，电源总开关线圈无电流通过，磁力消失，触点断开，从而使全车无电。
当电源开关接通或断开时，但电磁式电源总开关并没有随之接通或断开，这种情况叫做发卡。此时可以用手在电磁式电源总开关外壳上进行拍击，往往就能恢复正常工作。当电源开关及连接线均正常，但是电磁式电源总开关却不工作，此时则需拆检修理或更换。
1.2 点火钥匙开关故障
点火开关是一个多档开关，通常用于控制点火电路、发电机励磁电路、仪表电路、起动电路及一些辅助电路等。例如某型推土机点火开关的档位及内部电路连接情况如图1所示。
点火开关的接线柱：“B”为电源接线柱，与蓄电池正极和发电机电枢接柱相连;“ABR”为电源开关线和燃油电磁阀接线柱;“R2”为其起动继电器接线柱，用来控制起动电路;“Acc”、“C”、“R1”接线柱是空接线柱。点火开关的三个档位是：“III”档，为附加电器工作档;“I”档，为起动后工作档;“R2”为起动档（自动复位）。
电火开关常见故障现象主要为：点火开关处于接通位置时，充电指示灯不亮。故障可能原因为：点火开关损坏、电源总开关损坏、总保险烧断、充电指示继电器损坏、线路接触不良或断路等，检查时应该针对这些部位重点进行排查。
1.3 蓄电池不充电
蓄电池的常见故障为：起动发动机高于怠速运转，充电指示灯不熄灭，蓄电池需经常充电。分析其原因为：①驱动皮带打滑或沾有油污打滑;②导线接头有松动或脱落、导线包皮破损搭铁造成短路、导线接线错误;③定子与转子线圈断路或搭铁、硅二极管损坏、电刷与滑环接触不良等;④发电机内置调节器损坏，如大功率管断路、续流二极管短路以及稳压二极管或小功率管击穿短路等。
1.4 充电电流过大
充电电流过大故障现象为：灯泡经常容易烧毁，发电机有过热现象，若电解液不为胶体状会损耗过快。分析其故障原因为：发电机内置调节器损坏，如大功率管击穿短路、稳压二极管断路或小功率管断路等。
1.5 充电电流过小
冲电电流过小故障现象为：起动发动机高于怠速运转，充电指示灯随转速的变化时亮时灭，蓄电池需经常充电。分析其故障原因为：①驱动皮带打滑或沾有油污打滑;②导线接头有松动或接触不良;③发电机故障，如定子与转子线圈断路或短路、个别硅二极管损坏等。
1.6 发动机中高速运转时，交流发电机指示灯不熄灭
发电机指示灯不熄灭的故障现象为：起动发动机高于怠速运转，充电指示灯不熄灭，但蓄电池无需经常充电。分析其故障原因为：①发电机无中点电压;②发电机中点接线柱至充电指示继电器间导线断路或搭铁;③充电指示继电器损坏;④充电指示灯至继电器导线搭铁。
2 起动系统典型故障及成因分析
2.1 起动机不能转动
起动机不能转动故障现象为：起动发动机时，起动机不能转动。分析其故障原因为：①蓄电池亏电太多，长期充电不足，或极柱表面氧化严重，连接松动;②接触盘触点严重烧蚀或电磁开关中的吸引线圈或保持线圈出现断路、短路、搭铁故障，使触点不能闭合;③励磁绕组或电枢绕组断路、短路或搭铁故障;④电刷弹簧断裂或过软，或电刷卡住不能接触换向器;⑤点火开关（起动挡）失灵;⑥各相关导线断路、连接不良或线路连接错误。
2.2 起动机转动无力
起动机转动无力故障现象为：接通起动开关，起动机能够带动发动机转动，但转速过低甚至稍转即停。分析其故障原因为：①蓄电池存电不足;②蓄电池充电不足或过放电;③导线接触不良，如蓄电池正极端子脏污、锈蚀或起动机的连接导线松动等;④起动机本身故障，如换向器油污、烧蚀;⑤电刷磨损或弹簧压力不足;⑥励磁线圈或电枢线圈局部短路;⑦接触盘烧蚀;轴承过紧、过松;发动机曲轴过紧。
2.3 起动机运转时发动机不转
起动机运转时发动机不转的故障现象为：接通起动开关，起动机只是空转，发动机曲轴不转。分析其故障原因为：①单向离合器打滑，不能传递扭矩;②电磁开关行程太小，接触盘在驱动小齿轮与飞轮啮合之前先接合;③飞轮齿圈牙齿严重磨损或打坏。
2.4 起动机不能停止转动
起动机不能停止转动的故障现象为：起动后松开钥匙，起动机仍然运转。分析其故障原因为：电磁开关触点烧结在一起或者是电磁开关有短路处。 2.5 不能起动且有撞击声
能起动且有撞击声的故障现象为：起动机不能带动发动机运转，并伴有撞击声。分析其故障原因为：①驱动齿轮或飞轮齿圈牙齿磨损或打坏;②电磁开关的磁力太小，活动铁芯不足以使拨叉拨动小齿轮与飞轮啮合;③电磁开关配合不当，在驱动齿轮与飞轮齿圈还未啮合时，主电路即接通，驱动齿轮在高速旋转情况下与齿圈难以正常啮合。
3 电气仪表与监控系统故障及成因分析
仪表常见的故障有不工作或指示不准确。
其中仪表不工作的故障现象为：仪表不工作是指点火开关接通后，在发动机运转过程中指针式仪表的指针不动或数字式仪表没有显示或显示一直不变。分析其故障原因为：保险装置及线路断路或者仪表、传感器及稳压电源有故障等。
仪表指示不准确的故障现象为：当发动机正常运转时，冷卻水温度应在80～95℃之间;机油压力表读数应不低于0.15MPa，正常压力应为0.2～0.4MPa，最高压力应不超过0.5MPa。如果仪表指示值不能准确地反映实际的大小，则称仪表指示不准确。分析其故障原因为：仪表、传感器及稳压电源等有故障。
4 电气控制系统典型故障现象及成因分析
以某型重型支援桥为例，在支援桥进行架设和撤收作业时，经常出现移动控制盒操作无反应、支援桥架设液压系统控制电路不动作等常见故障，偶尔也会出现PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱故障等现象，从而导致支援桥不能正常架设。分析这些故障产生的原因，分别与新型支援桥动力舟电控系统中移动控制盒、液压系统电磁控制阀电路、PLC逻辑电路有关。
4.1 移动控制盒操作无反应故障原因分析
移动控制盒主要由PLC逻辑电路通过CAN总线电缆供电（无线操作状态下采用电池供电），在采用移动控制盒架设支援桥时，需要闭合动力舟驾控台上的程控按钮，同时移动控制盒开启无线遥控功能或插接CAN总线电缆，确保移动控制盒正常上电，才能实现移动控制盒的正常操作使用。某单位在进行支援桥架设作业训练时，发现移动控制盒不能实现无线操作，在分析原因时，得知控制盒电池使用时间过长，没有及时充电，改用CAN总线电缆后，仍然不能工作，在检查电路时，发现CAN总线电缆插接松脱，经重新插接后，移动控制盒操作恢复正常。
4.2 支援桥架设液压系统控制电路不动作故障原因分析
支援桥架设液压系统电磁控制阀采用传统的单线路方式与PLC逻辑电路控制模块相连，当PLC工作正常，其逻辑输出状态正确，即PLC逻辑电路控制模块的各控制引脚输出逻辑电路正常时，引起支援桥架设液压系统控制电路不动作故障的部件主要集中在连接单线路或电磁阀内部电路故障，即连接单线路断路、短路，电磁阀内部电路断路、短路是支援桥架设液压系统控制电路不动作故障的主要原因。
4.3 PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱
PLC逻辑电路控制模块是新型支援桥动力舟电控系统的核心部件，该部件通过接收控制盒的CAN控制信号，进行逻辑运算后，输出指定支援桥架设功能的单线路控制信号，其逻辑电路通常采用软件编码的方式设计，由PLC的逻辑运算器实现控制功能，一旦PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱，将导致支援桥架设液压系统的动作与控制盒控制动作与符，轻则影响支援桥架设任务的完成，重则导致支援桥装备损坏。一般情况下，PLC逻辑电路控制模块输出信号逻辑混乱故障大都是由PLC模块的CAN总线接口松脱、CAN信号线短路、输出控制引脚虚焊引起的，PLC逻辑运算器很少出现故障。
4.4 电磁阀通电后不工作
电磁阀通电后不工作的故障现象为：接通电磁阀控制开关，电磁阀不能完成规定动作。分析其故障原因为：①相关导线接触不良;②电源电压不正常;③电磁阀内部线圈故障;④工作压差不合适;⑤阀芯卡死。
4.5 电磁阀不能关闭
电磁阀不能关闭的故障现象为：电磁阀通电打开后不能复位。分析其故障原因为：①阀芯卡死;②阀芯弹簧寿命已到或变形;③节流口或平衡孔堵塞;④工作介质温度粘度与电磁阀不适应。
5 总结
工程装备电气系统产生故障的原因既可能由电子元器件自身的失效引起，也有人为使用不当的因素造成，因此在平时的操作中要注意按照规程进行操作和维护，尽量避免因认为使用和保养不当引起故障损坏，当发生故障时，应当及时准确进行排除。
参考文献：
[1]王正兰，傅香如.山地挖掘机电气控制系统分析及常见故障排查方法[J].工程机械与维修，2019（06）：54-56.
[2]邢伟.论生产机械电气控制系统的设计要点[J].内燃机与配件，2018（14）：78-79.
[3]韦利，薛烨.汽车电路与电气系统的检测与维修方法[J].内燃机与配件，2019（21）：141-142.