中大型挖掘机线束设计与可靠性研究
本文首先介绍了挖掘机线束的设计三个基本原则，然后通过对线束布线与定位、搭铁、电磁抗扰、防水以及防火设计的逐一分析，得到了一些提高线束可靠性的经验方法。
标签： 挖掘机 ;线束;可靠性
挖掘机是工程建设中使用最广泛、最重要的工程机械设备之一，在建筑行业、交通运输、矿山采掘等施工中起着极为重要的作用。线束系统作为挖掘机的神经，充当着联系中央控制部件和挖掘机各用电器的重任，线束系统的设计质量与可靠性直接关系到挖掘机的安全性与作业效率。随着挖掘机技术的日益成熟，操作者对挖掘机安全性、舒适性、经济性和排放要求的提高，线束在挖掘机上的应用越来越广泛，线束系统的设计质量与可靠性变得更为重要和严格。
本文简述了中大型挖掘机线束的设计原则，在其基础上，基于设计实例与经验，重点论述了提高中大型挖掘机线束设计可靠性的方法。
1.挖掘机线束设计原则
中大型挖掘机一般在露天矿山作业，环境严酷，工作强度大、时间长，因此对线束的可靠性有更高的要求。
1.1 线束分段原则
中大型挖掘机电气系统一般采用模块化设计，线束依据以下原则进行分段设计。
a）便于装配与检修;
b）一个子系统尽量设计到一段线束上;
c）尽可能减少不必要的回路与连接的产生;
d）避免重复布线，使导线长度最短。
在此原则基础上，中大型挖掘机线束主要被分为主线束、左操纵箱线束、右操纵箱线束、翘板开关线束、空调线束、驾驶室线束、EMS线束、发动机线束与动臂灯线束，每段线束均安装于独立载体中，在实现功能的同时，方便线束的安装与检修。。
1.2 连接器选型原则
连接器是挖掘机线束的重要组成部分，其种类繁多，应用广泛。在设计中，制约连接器选型的要素有如下几个方面，需要根据需求进行合理选型。
1）外形尺寸
2）结构形式
3）屏蔽
4）防误插
5）使用环境
6）拔插的频率
7）可承载电流
8）成本
1.3 导线选择原则
中大型挖掘机使用的导线一般都是低压导线，即内芯为单股或多股铜丝，外层用聚氯乙烯（PVC）进行绝缘。导线的截面积决定了它的载流能力，导线的截面积越大，导线的重量和成本越高，这就意味着必须在允许的压降与最大导线截面积尺寸之间进行权衡。实际当中，一般使用经验公式进行截面积的计算：
模块化设计的优点
式中：S—导线截面积，mm2;I—流过导线的电流，A;ρ—导线电阻率，一般取值0.0185?·mm2/m;L—导线长度，m;U—导线允许的电压降。
2.挖掘机线束可靠性设计
随着中大型挖掘机市场保有量的不断增加，加之挖掘机工作的严苛环境影响，因线束故障而引起的整车功能失效乃至起火问题，都时有发生，这也反映出线束可靠性对挖掘机产品的重要性。要提升线束的可靠性，重点可以从设计、实验、制造三个方面采取措施，而设计措施是其中最直接有效的。
下面对几项提升线束设计可靠性的方法进行介绍。
2.1 线束布线与定位
根据车架上的零件布置、各种电气零件的布置，可以初步确定线束的具体走向。在布置过程中按照以下原则进行：
1）所有导线不能接触尖锐或粗糙表面。
2）线束分支不能在两固定点之间的长度太短而承受张力。
3）所有线束必须远离运动部件。
4）所有线束分支必须远离高温热源区域，若无法远离，则外加保护确保线束不被损伤。
5）线束必须受到良好的保护来防止外部道路环境因素的影响导致线束损坏。
2.2 线束的搭铁
中大型挖掘机一般采用单线制、负极搭铁的形式，即把用电器通过搭铁点，直接与车架、车身、发动机外壳等相连，最终通过蓄电池负极电缆与车身搭铁点的连接，实现回路的完整连接，因此，搭铁即接地。
搭铁设计的最基本要求就是要牢固可靠，能够克服挖掘机在工作时长时间的振动和冲击，否则会造成用电器工作不稳定，影响整车的正常作业。另外，不同的搭铁类型要尽量分开，如功率接地不与信号接地共用搭铁点，强信号接地不与弱信号接地共用搭铁点，冲击信号接地要与阻性负载接地区分开。
在接地点的分配上，要遵循就近原则，且将接地点设置在易于维修的位置。接地点位置，应该优先选择挖掘机上架，无特殊情况，不允许在支架上设置接地点。
对于共用接地点的接地线的设计，主要有两种连接形式，如图 5所示
其中，第一种设计方案，是在线束中设置焊接点，其优点是可以最大的减少导线的使用量，但是可能会造成焊点处接地信号的相互干扰。第二种设计方案，可以减少接地信号的相互干扰，但是相对于第一种设计，其导线使用量增加，车身重量增加。一般对于对于灯具、风扇等可以使用第一种方案接地，对于控制单元、传感器、仪表等的接地则使用第二种方法。无论使用哪种方法，都要综合考虑尽可能的减短接地线的长度，节省成本和提高性能。