浅谈小型挖掘机电气系统的基本构成及设计

【摘 要】 近年来小型液压挖掘机的市场比重在逐步提升，但国产挖掘机的故障率相对进口品牌仍有差距，这其中电气问题占到了30%。本文针对小型挖掘机功能简单、成本较低的特点，对其电气系统的基本构成进行说明，并介绍一些基本的设计方法。

【关键词】 挖掘机 电气 构成 设计

挖掘机电气系统按功能可分为总电源控制回路、起动回路、充供电回路、信号采集回路、电液控制回路及辅助电器回路等，各回路都相对独立而又互相联系，共同作用来保证挖掘机的正常作业。

1 电气系统基本构成及设计

根据小型液压挖掘机的实际需要，其电气系统设计应简单实用，元器件的布局需合理紧凑，系统电压一般为直流12V，系统采用负极搭铁单线制（信号采集回路建议采用双线制，以减少误差）。

1.1 总电源控制回路

通常采用钥匙开关控制继电器式电源总开关实现。以JK406C型钥匙开关为例：钥匙开关B点通过保险连接蓄电池正极，BR点连接电源总开关线圈正极，电源总开关线圈负极连接蓄电池负极，电源总开关主触点串入蓄电池正极回路。这样即可通过一把起动钥匙在驾驶室内控制全车电源通断。

1.2 发动机起动、熄火回路

发动机的起动控制由钥匙开关控制起动继电器实现。钥匙开关R2点（自复位）连接起动继电器线圈，起动机主电源通过电源总开关与蓄电池正极连接，起动机负极可通过壳体搭铁（发动机壳体与车架之间应有良好连接）。扭动钥匙控制起动继电器吸合，发动机点火运行后，松开钥匙，R2断开起动回路。发动机熄火由钥匙开关Acc点与R2点配合控制熄火电磁阀实现，其中Acc控制熄火阀保持线圈，R2控制熄火阀强拉线圈。当钥匙开关关闭到0位，熄火阀断电切断燃油供给使发动机停转。

1.3 充供电线路

系统在发动机停止时，由蓄电池提供电源；发动机运行时，钥匙开关Acc点对交流发电机励磁，发动机带动发电机对系统进行持续供电，同时对蓄电池充电。发电机配有电压调节器，作用是在发电机转速和负荷变化时，发电机仍输出稳定的电压。

1.4 信号采集线路

主要元件为仪表和传感器。信号采集线路相对封闭，传感器直接与仪表相连，应避免与其它线路共用电源和地线，必要时可使用屏蔽线。

1.5 电液控制线路

小型挖掘机一般不采用比例阀控制，电液方面主要由伺服先导电磁阀（安全电磁阀）和高速行走电磁阀组成。安全电磁阀由驾驶室门侧的安全手柄开关控制。

1.6 辅助电器线路

辅助电器一般有照明灯、电喇叭、雨刮器、音响、空调等。它们的种类和数量由主机需要决定，其中空调功率较大，且为感性负载，应单独接地，避免干扰。

2 电器元件选型

液压挖掘机作业工况恶劣、振动大，持续工作时间长，其电器元件的选型应遵循可靠耐用、环境适应性强、易于采购的原则。下面列举一些基本元件及参数选择。

2.1 仪表、传感器

仪表和传感器的选择是由发动机、液压系统的要求决定的。以下4种传感器是挖掘机必需具备的：机油压力报警开关（报警点为≤0.08MPa±5%）、冷却水温传感器及报警开关（报警值为≥102℃±5%）、空滤堵塞报警器（报警点为≥-0.06MPa±5%）、转速传感器（显示精度为30r/min）、燃油油位传感器（报警点为10%）。同时仪表还应有充电指示、工作小时计（显示精度为0.1h）、高速行走指示。其余如液压油温报警、油路污染报警、预热指示等可根据需要增加。

2.2 起动机

起动机的工作电流很大，它直接与蓄电池相连，不通过电源总开关。起动机的功率根据发动机起动所需功率选取，它取决于发动机的起动阻力矩MQ和最低起动机转速NQ，由下式计算：

P≥MQNQ/9550

式中：P——起动机功率

MQ——起动机阻力矩（N·M）

NQ——最低起动转速（r/min）

发动机的起动阻力矩是指在最低起动转速时的发动机阻力矩。发动机的最低起动转速是指起动时发动机可靠点火工作所需的最低转速。柴油发动机（一般工程机械采用）的最低起动转速为100～200r/min。

2.3 蓄电池

蓄电池的功能是提供主机启动的电能和调整发电机输出和负荷之间不平衡的状态。目前选用较多的是铅酸免维护蓄电池。蓄电池容量的选择主要根据起动机的功率来确定，可按下列经验公式计算：

Q=（500～600）Ps/U

式中：Q——蓄电池容量（AH）

U——起动机额定电压（V）

Ps——起动机功率（kW）

2.4 发电机

选择发电机主要是选择其功率大小。由于主机供电电压一定，所以可用整机负载电流大小与电压的乘积来确定发电机输出功率。若发电机输出功率小于总负载，会影响负载的工作，同时不能保证向蓄电池良好充电，蓄电池如长期亏电，将严重降低其使用寿命；但若发电机输出功率过大，其作用将不能充分发挥，且使发电机的重量、体积增加，提高了成本。

2.5 其它用电设备

其它用电设备的选择可根据实际需要确定，但电压级别必须符合系统要求，同时这些用电设备的选择也间接决定了发电机和蓄电池的型号。

2.6 线束及插接件

导线的选择主要是截面积和工作允许温度，目前工程机械应用较多的是德标线和日标线，可依据经验公式及其参数表进行选择。

导线截面积计算公式：

A=IρL/Ud

式中：I——电流

A——导线截面积

Ud——允许最大电压降损失

ρ——铜电阻率

L——导线长度

另外，为保证导线机械强度，即使如仪表等功率很小的电器，其导线截面积也不应小于0.5mm2。发动机舱内线束及插接件的工作温度应不低于120℃。驾驶室外的接线端子应采用密封式绝缘护套。

3 结语

电气系统在挖掘机上的重要性已然有与液压系统并肩的趋势，电气系统的设计更注重智能化和人性化，但其可靠性和耐久性仍然有很大的提升空间，本文仅针对小型挖掘机的情况对其基本电气系统进行介绍，由于各方面知识及能力有限，不足之处，欢迎指正。