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港口流动机械电气控制典型故障分析

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工 种： 装卸机械电气修理工

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港口流动机械电气控制典型故障分析

摘要：随着现代港口装卸技术的发展，流动机械的控制方式也呈现出由机械式、油液式逐步向电液式、自动控制智能化方向的转变，“电”作为控制部分，“液”作为介质传动，“机”作为执行机构，使电、液、机的技术融为一体。随之而来的流动机械电液控制故障的判断与排除也逐步向专业化、信息化转变。
关键词：电液、自动控制智能化
前言：流动机械在港口发展中处于承上启下的关键位置，主要用于木材、煤炭、矿石、矿粉、五金、卷岗、化肥等作业货种，并从事堆垛、清舱、装车、码头建设以及码头后勤等辅助作业，在港口各个方面的用途极为广泛，工作效率较高，有效的保证了西联公司大发展的进度和需求。
作为以流动机械为主的机械队，全队流动机械近百台，大部分机械使用年限均在五年以上，机械的整体技术状况，特别是小松、TCM等进口机械设备的技术状况趋于老化，故障率正在逐年增多，故障类型也由先前的单纯的机械故障向如今电液、电气等控制部分故障的转变，主要表现为工作无力、憋车、无法自动切换档位、档位缺失、不走车、无动作等电液控制故障。通常故障判断的周期较长，无法满足生产用车，影响了公司生产的经济效益。
1.以TCM叉车为典型的二档缺失的电气故障判断与排除
1.1 TCM叉车行走档位工作概况
TCMFD60Z8叉车变速箱为平行轴式，常啮合湿式多盘变速箱，依靠电液驱动进行速度更换。二档位电气控制工作原理图如下：

图1 变速箱电气控制原理图
该类叉车的变速箱速度传感器为磁电式，当变速箱转速传感器开关处于闭合状态时（开启状态为低速、重负荷爬坡模式，无法进行自动换档），传感器计算通过传感器前面的齿数，并将结果传送至变速箱电子控制单元（ECU）。当ECU监测到转速达到二档标准后，自行对换档电磁阀进行控制，使二档高压油路接通，实现了二档离合包的啮合传动，实现了叉车二档的高速行走的目的。
1.2 故障现象
⑴ 在正常行驶中，无法实现二档提速。
⑵ 一直处于二档高速状态，无法实现自动降速。
1.3 故障判断
⑴ 转速传感器故障，无法正确，甚至不能传送转速数据，致使ECU无法做出相应的指令对电磁阀进行控制，二档离合包控制油路断路，无法使离合包啮合。
⑵ 转速传感器调整不当，致使传送的数据有误，导致ECU发出有误指令。
⑶ 转速传感器手动控制开关未闭合或开关损坏，导致转速传感器的数据传送断路。
⑷ ECU内部故障，对于接收到的转速传感器数据进行误判断、不判断，只输出电磁阀开路，二档离合包啮合的指令。
1.4 故障排除
⑴ 对变速箱转速传感器电阻值进行检测，如在500—1000Ω之间，传感器正常，否则传感器内部已损坏，需更换。
⑵ 调整变速箱转速传感器。在调整前将拆下的传感器进行检查，如顶部无金属屑、磨损，并测量阻值正常后，可再次安装，否则予以更换。拧入传感器直至顶部与飞轮齿圈齿顶部接触后，回拧1±1/6圈，将传感器顶部与变速箱齿轮顶部之间的间隙调整为1.25–1.75 mm。

图2 变速箱转速传感器图示
1、转速传感器 2、变速箱齿轮 3、锁紧螺母 a、调节间隙
⑶ 检测ECU上变速箱转速传感器的触点电阻值。电路图如下所示，若触点与触点，触点、与之间的导线电阻值在1Ω以下为正常，否则，对线路进行重新敷设。

图3 变速箱转速传感器线路简易图
⑷ 依据图3，检测ECU上、、三个触点之间的电阻值（进行诊断时，钥匙门开关保持在ON位置上），与、之间的电阻值为500—1000Ω，与搭铁后的电阻值为1MΩ以上。如不在参考数值内，则ECU损坏，需更换。
2.以柳工CLG856装载机为典型的不走车、无档位电气故障判断与排除
2.1 柳工CLG856装载机变速箱电气控制工作概况
柳工CLG856装载机搭载的变速箱为采埃孚4WG200型，半自动变速，湿式平行轴式变速箱，4档结构（4前/3倒）。电气控制图示如下：

图4 柳工CLG856变速箱电控图示
1、电控盒(ECU) 2、变速箱 3、换档手柄 4、与整车电路连接插口 5、连接变速箱电磁阀 6、变速箱转速传感器
电控盒1将来自换档手柄3的手动操作指令以及转速传感器6回馈的数据进行计算后，发出驱动电磁阀得、断电的电信号，使变速箱档位控制盒内的油路通、断，让档位离合包的啮合、分离，实现了行走档位的变换。
2.2 故障现象
⑴ 在以排除是起动线路故障后，装载机仍不能起动。
⑵ 无任何行走档位。
⑶ 无一、二行走档位，有三、四档位。
⑷ 有一、二档位，无三、四行走档位。
2.3 故障判断
⑴ ①档位手柄未在空档上，致使空档联动开关未闭合，继电器开路；②给档位手柄供电的线路短路，7.5A保险丝短路；③ECU故障；④换档手柄故障。
⑵ ①紧急制动按钮未按下；②ECU内部故障；③换档手柄故障；④行走电磁阀损坏；⑤控制线束故障，部分断路。
⑶ 动力切断压力开关损坏。
⑷ ①转速传感器损坏；②转速传感器线路故障。
2.4 故障排除
将故障归纳为三部分进行排除。分为简单的故障排除，总成配件的故障排除以及线路故障排除。而最重要的就是明确变速箱操控系统电路原理图，如下所示：

图5 变速箱操控电路原理图
2.4.1 常见简单故障排除
检查换挡手柄是否在空档位置，保险丝是否完好，紧急制动开关是否打开，此类简单故障，司机即可自行排除，不再阐述。
2.4.2 检测总成配件是否完好进行逐一排除
⑴ 检测变速箱转速传感器是否完好。检测针脚与针脚之间的电阻值，如在1020±100Ω之间为正常，否则转速传感器故障或线路短路。线路检测与TCMFD60Z8叉车的检测方式相似，针脚对图5转速传感器，针脚对图5转速传感器，如均在1Ω以下则为正常，否则更换线路。
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图6 ECU输入输出针脚
⑵ 检测换档手柄是否完好。依据图6、图7、图8的标示，进行检测（检测时应打开钥匙门开关），若换档手柄的行走档位处于空档，速度档位处于1档，则针脚、、为24V，可以此对其他档位电压进行检测，出现异常则换档手柄故障，予以更换。

图7 换档手柄线路图及颜色标示

图8 换档手柄针脚检测表
⑶ 变速箱行走电磁阀损坏。出现此故障时（任何一个电磁阀故障），全车无行走档位，仍可在针脚处检测。在图6中找到、、、、针脚，分别测得对地电阻值均在90±10Ω之间，如有异常，则需更换电磁阀（该变速箱电磁阀质量较好，很少损坏）。

图9 行走电磁阀针脚检测表
⑷ ECU内部损坏。①首先打开外壳，闻、看内部有无烧焦的味、有无烧毁痕迹，如有异常，则可确定ECU损坏；②用排除法检测，在上述对换档手柄、转速传感器、控制线束、电磁阀检测完好后，可确定ECU损坏。另ECU损坏后，可依据行走档位电磁阀的通断由普通继电器进行替代。

图10 继电器代替ECU的电控线路简易原理图
⑸ 变速箱控制线束故障。主要表现为线路断路。在上述检测换档手柄、传感器、电磁阀的过程中，其实也是在变速箱控制线束良好基础之上进行检测的，因此也可以判断出线束出现断路的位置。
另在维修实践过程中发现，如果直接对电磁阀输入电缆接口处的六个触点进行检测也可判断出ECU及输出至行走电磁阀线路的故障（在钥匙门打开的情况，用万用表可测的六个触点均会出现24V的虚电压，为自监电压，如ECU或线路短路故障会造成六个触点虚电压的缺失现象。但在实践过程中，需要将驾驶室座椅拆除，所以实践操作性不高）。
3.以小松PC300挖掘机为典型的工作无力、憋车电气故障判断与排除
3.1 小松PC300挖掘机整车电气控制工作概况
为了使液压泵与发动机的功率达到最佳匹配，充分发挥发动机的作用，节省燃油，提高生产率，小松对泵控制器（ECU）与发动机的配置进行了精心设计。
针对不同负荷、货重，设计出了四种工作模式（A-重负荷模式，B-破碎器模式，E-经济模式，L-精确操作模式），并用液压闭环控制和泵控制器（ECU）相结合，达到了舒适的操作性能以及良好的经济效益。
图11 小松PC220挖掘机泵控制器电气控制简易图
3.2 故障现象
⑴ 在A模式下，所有工作装置的动力不足，回转或行走缓慢。
⑵ 发动机在重负荷模式时，憋车。
3.3 故障判断（排除液压管路堵塞、污染等异常情况）
⑴ LS-EPC电磁阀失效。
⑵ PC-EPC电磁阀失效。
⑶ 泵控制器故障。
3.4 故障排除
⑴ LS-EPC电磁阀在液压泵的位置图示如下：

图12 LS-EPC电磁阀在液压泵位置
用万用表检测LS-EPC电磁阀电阻值，如在7-14Ω之内，则为正常，否则LS-EPC电磁阀损坏，需更换。

图13 LS-EPC电磁阀工作图示
当驾驶员按下工作模式选择开关A模式或行走速度开关(Hi，Mi，Lo，监测面板上只有高低速两个档位，但是通过泵控给予LS-EPC电磁阀不同的电流使之可以实现三级变速)时，通过监控器将此信息传到电脑，电脑根据驾驶员选定的模式及做出的操纵杆动作发出相应的控制电信号到LS-EPC电磁阀（比例电磁阀），根据此电信号的大小变化，电磁阀的电磁线圈产生相应的推力推动电磁阀芯作相应移动，从自压减压阀来的压力油经过电磁阀阀芯进入LS阀，从而对泵流量进行精确控制。
⑵ PC-EPC电磁阀在液压泵的位置图示如下：

图14 PC-EPC电磁阀位置
用万用表检测PC-EPC电磁阀电阻值，如在7-14Ω之内，则为正常，否则LS-EPC电磁阀损坏，需更换。
PC-EPC阀（比例电磁阀）主要是泵控制器在感知发动机功率后（由泵控制器计算发动机转速传感器反馈数据得出），对液压泵进行流量的信号调节，使发动机输出功率与液压泵功率（可简单以泵排量×压力计算）相匹配。此外，PC-EPC的电流大小，还与监控器指令，主泵压力等因素有关。图示如下：

图15 PC-EPC电磁阀工作图示
PC-EPC电磁阀的工作原理图示如下：

图16 PC-EPC电磁阀工作原理图
电脑通过转速传感器检测发动机的实际转速，当负荷增大，造成发动机转速下降时，电脑就会向PC-EPC阀发出指令，使流向PC-EPC电磁阀的指令电流按照发动机转速的下降量而增大，以减小泵的斜盘角度，降低泵的输出流量，从而使发动机转速恢复。
发动机转速下降→从电脑进入PC-EPC阀的电流增大→PC-EPC出口压力上升→PC阀阀芯(3)向左移动→C、D口逐渐断（同时C、E口逐渐通）→PC阀出口压力上升→进入伺服活塞大径端压力上升→伺服活塞左移→泵流量Q下降→泵吸收扭矩下降→发动机转速恢复。
参考文献
1.《青岛港内燃装卸机械修理工教材》 编者：高兴源 庄新喆
2. TCMFD60Z8叉车维修手册
3. 柳工CLG856维修手册
4. PC200,220-7小松装修手册