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【摘 要】电气系统的可靠性是保障工程机械安全、稳定运行的基本前提。在工程机械设计过程中，必须要充分重视电气系统的可靠性设计，从而保障电气系统为工程机械提供可靠服务。本文对节工程机械电气系统的可靠性设计进行简单分析。
【关键词】工程机械；机械电气；电气系统；可靠性设计；电气系统可靠性
一.引言
工程机械中的电气系统主要包括电气设备和电子系统两大部分，电子系统控制自动变速器，实现电子检测和设备监控；电气设备主要包括启动系统、用电设备、蓄电池、调节器和发电机等。对于工程机械而已，能否稳定运行与电气系统的可靠运行密切关联。在工程机械设计过程中，必须要重视电气系统的可靠性设计。
二.工程机械电气系统设计基本原则
1.实用性、可靠性原则
實用性原则是指为工程机械提供必要的能源供应，为工程机械内部的电器设备提供安全可靠的电力负荷，确保内部的用电系统正常运转。设备的用电负荷和用电规律、线路敷设、设备电能需求、需要带动的机械设备数量，都必须要进行考量，确保电气系统能够满足工程机械实际使用。在确保电气系统满足工程机械使用的基本前提下，将电气系统运行可靠性纳入考量范围，确保电气系统能够持续、稳定、可靠运行。
2.经济性原则
经济性原则是指在考虑基本国情的情况下，保证工程机械设备经济效益呈现正增长，不能因为节能而大量消耗成本投资，增加工程机械制造成本，而是将增加的运行费用能够在较短时间内得到均衡回报。
3.节能性原则
节能的关键环节就是将无作用的消耗尽量减少。电气设计人员必须找出那些无关紧要的能量消耗，在采取必要的节能措施。比如传输线铺设过于冗长导致能量损耗，量大面广的照明容量，变压器的误用功率损耗，在采取节能措施时必须保证工程机械功能的可行性的前提下，采用经济合理、技术先进的节能措施。
三.工程机械电气系统的可靠性设计
1.器件及灯具可靠性设计
工程机械电气系统的不断完善发展，对器件的要求不断的提高，单表的设计已经无法满足其需求，所以数字组合仪表就应运而生了。数字组合仪表利用微控制器作核心数字处理方式，把冷却液的温度与油量油压，小时计和多个报警指示高度集成，对输入的信号进行高精度的快速处理，使其具有稳定性好、精准度高、抗干扰能力强、低耗能等优势，它不像单个的仪表和报警器的组合方式。
而灯具的选择与安装都是需要满足国内土方机械行业，配光性能和外部照明和信号装置的规定安装。举个例子，假如说装载机需要选择合适的前组合灯，包括远光灯、近光灯、转向指示功能的、前防雾灯、后工作灯、示宽、后组合灯（含倒车、制动、转向、示宽功能）。还有就是按照国家的标准要求的话，还需要在驾驶室安装顶棚灯，以此来满足需求。在选择灯具的标准上，除了必须符合标准和要求之外，还要注意考虑其外形的美观度，要与整机的风格相匹配。最后要注意设计一个好的灯架，以此来保护灯具的外壳，避免在操作行车过程中出现的损坏碰撞。
2.大型工程机械电气系统谐波治理
在并联电容器组补偿系统中，如果系统的阻抗作用由于特定的频率促使其跟并联补偿电容器组发生了谐振，往往会在引起谐波源注入到系统的同时，放大电容器组谐波的电流量，给系统造成灾难性的后果。大型机械电气配套工程中供电系统谐波的危害主要体现在以下两个方面。首先是并联谐振。对于一个系统中存在的谐波来说，系统等值电感以及并联电容器的并联会在电容器组容抗和系统总电抗相等时，借助于一定的频率，产生可以从谐波电流源看到的电感及电容的并联型阻抗值极高的情况，也就是并联谐振；其次是串联谐振。在电网中存在高电压的谐波时，变压器的感抗阻会与补偿电容器组的容抗阻结合构成一个串联的系统。在变压器的感抗阻与补偿电容器组的容抗阻相等时，就会将有限的谐波电压转变成高幅度的谐波电流，从而引发电容器故障，这就是串联谐振。谐波问题的存在，导致工程机械电气系统稳定性受到影响，在设计过程中要注意规避。
（1）对电路进行适当改造。对电路进行适当改造主要是针对谐波源以及功率因素比较低的整流电流而言的。通过对交直流电焊设备电路的适当改造，减少输入电流谐波。其中多重化连接就是增加换流装置的动脉数，从而就会增加谐波的次数，最终影响谐波电流的大小，保障系统的稳定性。
（2）采用无源谐波吸收静态补偿装置。无源谐波吸收静态补偿装置往往由具有适当数值的电容、电阻以及电感组成。可以根据补偿无功率实际的需要选择配电器。将电容器分成几个组，每组串联适当的电阻，进而调谐到一定次谐波出串联谐振上，进行谐波的吸收。这种条谐波器的适用范围比较狭窄，次数也比较低。对于较高次数的高次性的谐波可以安装高通滤波器进行吸收。无源谐波吸收静态补偿装置是传统上进行无功率补偿以及谐波治理的方式，具有投资小、见效快、结构简单、维护方面以及运行安全等等一系列优点，被广泛运行到当下工程机械电气系统谐波治理中。
（3）选取合适的有源电滤波器。通过选取合适的有源电滤波器，并将其进行串联或者是并联到主电路中去，可以动态的治理谐波问题，并且其特性往往不受系统环境的变化而改变。有源电滤波器往往是由检测电路电流定向跟踪及监控系统、驱动电流以及主电路组成三个部分组成。通过时刻检测系统电网的电压、电流值来进行运算，并且将运算后的指令发送到系统控制中心，最终完成控制主电路产生谐波补偿电流的工作，消除系统谐波。这种滤波器对不同频率、幅值都能够充分的反应，进行后期的定向跟踪及补偿。由于不受制于系统抗阻的影响，就可消除与系统抗阻及负载应发的谐振问题。
3.有效控制变压器的能量损失
要结合总体投资费用预算情况，选取容量与电力负荷的相互适应的变压器，尽量选择节能型的变压器，或者对高能耗的变压器进行改造、更换，这都能达到节能降耗的目的。同时，还要注意控制各类非线性用电设备的重要性，进而充分保证变压器日常运行环境的稳定性。 4.提高供配电系统的功率因数
尽量降低工程机械用电设备的无功损耗，提高用电设备的功率因数。关于电感性用电设备的选择，可使用有补偿电容器的用电设备，也可以通过并联电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流，进而实现降低整体无功电流数量、提高功率因数的目标。
5.合理控制线路能量损耗
尽量选择电阻率较小的导线，合理控制导线长度，增加导线截面积。从短期看，这有可能增加线路费用，但是从长远看，这显然是比较经济划算的，因为这有利于节能目标的实现，减少工程机械能源消耗数量，进而较大运行费用。此外，在选择合理导线线材、导线规格的同时，要注重对线材的可靠性进行验证，确保导线运用到工程机械设备后，能够满足实际需要，同时要能够保障为用电设备提供稳定供电。
四.结束语
工程机械电气系统的可靠性设计是确保工程机械稳定运行的重要保障。工程机械电气系统设计时，要从实用性、可靠性、经济性、节能型基本原则出发，合理进行电气系统设计，加强谐波治理，选择合理的线路导线，控制用电设备的功率损失，确保电气系统为工程机械提供稳定支撑，保障工程机械安全、稳定运行。
参考文献：
[1]蔡熙明.工程机械电气系统的可靠性设计[J].硅谷，2013，6（10）：67-68.
[2]李荣涛.工程机械电气系统的可靠性设计[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（1）.
[3]王攀，曹国振，李秀娟等.让“神经系统”更稳定工程机械电气系统可靠性设计分析[J].工程机械与维修，2014，（6）：54-55.
[4]张堂玉，容毅.隧道变频通风电气系统的可靠性设计[J].现代隧道技术，2001，38（3）：57-58.
[5]王红勃，邱晓玲.电气PLC应用系统可靠性设计浅谈[J].建材发展导向，2014，（1）：106-107.
[6]李学忠.工程机械非標产品常用可靠性设计和试验方法[J].建筑机械（上半月），2009，（8）：63-68.
[7]杨彬林.采煤机电气部件的可靠性研究与分析[J].中国科技纵横，2014，（14）：178-178
[8]刘光，王海彦.PLC技术在机械电气控制装置中的应用分析[J].都市家教（上半月），2014，（12）：202-203.
[9]王红英.电气自动化控制系统的可靠性探讨[J].科技视界，2014，（4）：239-239，258
【关键词】工程机械；机械电气；电气系统；可靠性设计；电气系统可靠性
一.引言
工程机械中的电气系统主要包括电气设备和电子系统两大部分，电子系统控制自动变速器，实现电子检测和设备监控；电气设备主要包括启动系统、用电设备、蓄电池、调节器和发电机等。对于工程机械而已，能否稳定运行与电气系统的可靠运行密切关联。在工程机械设计过程中，必须要重视电气系统的可靠性设计。
二.工程机械电气系统设计基本原则
1.实用性、可靠性原则
實用性原则是指为工程机械提供必要的能源供应，为工程机械内部的电器设备提供安全可靠的电力负荷，确保内部的用电系统正常运转。设备的用电负荷和用电规律、线路敷设、设备电能需求、需要带动的机械设备数量，都必须要进行考量，确保电气系统能够满足工程机械实际使用。在确保电气系统满足工程机械使用的基本前提下，将电气系统运行可靠性纳入考量范围，确保电气系统能够持续、稳定、可靠运行。
2.经济性原则
经济性原则是指在考虑基本国情的情况下，保证工程机械设备经济效益呈现正增长，不能因为节能而大量消耗成本投资，增加工程机械制造成本，而是将增加的运行费用能够在较短时间内得到均衡回报。
3.节能性原则
节能的关键环节就是将无作用的消耗尽量减少。电气设计人员必须找出那些无关紧要的能量消耗，在采取必要的节能措施。比如传输线铺设过于冗长导致能量损耗，量大面广的照明容量，变压器的误用功率损耗，在采取节能措施时必须保证工程机械功能的可行性的前提下，采用经济合理、技术先进的节能措施。
三.工程机械电气系统的可靠性设计
1.器件及灯具可靠性设计
工程机械电气系统的不断完善发展，对器件的要求不断的提高，单表的设计已经无法满足其需求，所以数字组合仪表就应运而生了。数字组合仪表利用微控制器作核心数字处理方式，把冷却液的温度与油量油压，小时计和多个报警指示高度集成，对输入的信号进行高精度的快速处理，使其具有稳定性好、精准度高、抗干扰能力强、低耗能等优势，它不像单个的仪表和报警器的组合方式。
而灯具的选择与安装都是需要满足国内土方机械行业，配光性能和外部照明和信号装置的规定安装。举个例子，假如说装载机需要选择合适的前组合灯，包括远光灯、近光灯、转向指示功能的、前防雾灯、后工作灯、示宽、后组合灯（含倒车、制动、转向、示宽功能）。还有就是按照国家的标准要求的话，还需要在驾驶室安装顶棚灯，以此来满足需求。在选择灯具的标准上，除了必须符合标准和要求之外，还要注意考虑其外形的美观度，要与整机的风格相匹配。最后要注意设计一个好的灯架，以此来保护灯具的外壳，避免在操作行车过程中出现的损坏碰撞。
2.大型工程机械电气系统谐波治理
在并联电容器组补偿系统中，如果系统的阻抗作用由于特定的频率促使其跟并联补偿电容器组发生了谐振，往往会在引起谐波源注入到系统的同时，放大电容器组谐波的电流量，给系统造成灾难性的后果。大型机械电气配套工程中供电系统谐波的危害主要体现在以下两个方面。首先是并联谐振。对于一个系统中存在的谐波来说，系统等值电感以及并联电容器的并联会在电容器组容抗和系统总电抗相等时，借助于一定的频率，产生可以从谐波电流源看到的电感及电容的并联型阻抗值极高的情况，也就是并联谐振；其次是串联谐振。在电网中存在高电压的谐波时，变压器的感抗阻会与补偿电容器组的容抗阻结合构成一个串联的系统。在变压器的感抗阻与补偿电容器组的容抗阻相等时，就会将有限的谐波电压转变成高幅度的谐波电流，从而引发电容器故障，这就是串联谐振。谐波问题的存在，导致工程机械电气系统稳定性受到影响，在设计过程中要注意规避。
（1）对电路进行适当改造。对电路进行适当改造主要是针对谐波源以及功率因素比较低的整流电流而言的。通过对交直流电焊设备电路的适当改造，减少输入电流谐波。其中多重化连接就是增加换流装置的动脉数，从而就会增加谐波的次数，最终影响谐波电流的大小，保障系统的稳定性。
（2）采用无源谐波吸收静态补偿装置。无源谐波吸收静态补偿装置往往由具有适当数值的电容、电阻以及电感组成。可以根据补偿无功率实际的需要选择配电器。将电容器分成几个组，每组串联适当的电阻，进而调谐到一定次谐波出串联谐振上，进行谐波的吸收。这种条谐波器的适用范围比较狭窄，次数也比较低。对于较高次数的高次性的谐波可以安装高通滤波器进行吸收。无源谐波吸收静态补偿装置是传统上进行无功率补偿以及谐波治理的方式，具有投资小、见效快、结构简单、维护方面以及运行安全等等一系列优点，被广泛运行到当下工程机械电气系统谐波治理中。
（3）选取合适的有源电滤波器。通过选取合适的有源电滤波器，并将其进行串联或者是并联到主电路中去，可以动态的治理谐波问题，并且其特性往往不受系统环境的变化而改变。有源电滤波器往往是由检测电路电流定向跟踪及监控系统、驱动电流以及主电路组成三个部分组成。通过时刻检测系统电网的电压、电流值来进行运算，并且将运算后的指令发送到系统控制中心，最终完成控制主电路产生谐波补偿电流的工作，消除系统谐波。这种滤波器对不同频率、幅值都能够充分的反应，进行后期的定向跟踪及补偿。由于不受制于系统抗阻的影响，就可消除与系统抗阻及负载应发的谐振问题。
3.有效控制变压器的能量损失
要结合总体投资费用预算情况，选取容量与电力负荷的相互适应的变压器，尽量选择节能型的变压器，或者对高能耗的变压器进行改造、更换，这都能达到节能降耗的目的。同时，还要注意控制各类非线性用电设备的重要性，进而充分保证变压器日常运行环境的稳定性。 4.提高供配电系统的功率因数
尽量降低工程机械用电设备的无功损耗，提高用电设备的功率因数。关于电感性用电设备的选择，可使用有补偿电容器的用电设备，也可以通过并联电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流，进而实现降低整体无功电流数量、提高功率因数的目标。
5.合理控制线路能量损耗
尽量选择电阻率较小的导线，合理控制导线长度，增加导线截面积。从短期看，这有可能增加线路费用，但是从长远看，这显然是比较经济划算的，因为这有利于节能目标的实现，减少工程机械能源消耗数量，进而较大运行费用。此外，在选择合理导线线材、导线规格的同时，要注重对线材的可靠性进行验证，确保导线运用到工程机械设备后，能够满足实际需要，同时要能够保障为用电设备提供稳定供电。
四.结束语
工程机械电气系统的可靠性设计是确保工程机械稳定运行的重要保障。工程机械电气系统设计时，要从实用性、可靠性、经济性、节能型基本原则出发，合理进行电气系统设计，加强谐波治理，选择合理的线路导线，控制用电设备的功率损失，确保电气系统为工程机械提供稳定支撑，保障工程机械安全、稳定运行。
参考文献：
[1]蔡熙明.工程机械电气系统的可靠性设计[J].硅谷，2013，6（10）：67-68.
[2]李荣涛.工程机械电气系统的可靠性设计[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（1）.
[3]王攀，曹国振，李秀娟等.让“神经系统”更稳定工程机械电气系统可靠性设计分析[J].工程机械与维修，2014，（6）：54-55.
[4]张堂玉，容毅.隧道变频通风电气系统的可靠性设计[J].现代隧道技术，2001，38（3）：57-58.
[5]王红勃，邱晓玲.电气PLC应用系统可靠性设计浅谈[J].建材发展导向，2014，（1）：106-107.
[6]李学忠.工程机械非標产品常用可靠性设计和试验方法[J].建筑机械（上半月），2009，（8）：63-68.
[7]杨彬林.采煤机电气部件的可靠性研究与分析[J].中国科技纵横，2014，（14）：178-178
[8]刘光，王海彦.PLC技术在机械电气控制装置中的应用分析[J].都市家教（上半月），2014，（12）：202-203.
[9]王红英.电气自动化控制系统的可靠性探讨[J].科技视界，2014，（4）：239-239，258