《电气基础知识》课件.ppt

1 63 电气基础知识 电气系统的构造 机能 2 63 1 机电系统的构成1 1构成要素学习机电部品的构造 机能前 简要说明一下机电一体化的概要 以掌握一些基本知识 1 1 1什么是机电一体化机电一体化这个词汇是日式英语 其词源一般公认为是 机械 与 电子 并成的 是指用电子技术控制机械装置的技术用语 机械 英语 机构 机能装置 电子学 英语 电子工程学 融合 机电一体化 日式英语 在机械和电子领域融合的工程学 3 63 1 1 2工程机械的机电一体化在工程机械中应用机电一体化称为机械的机电一体化或机电工程机械 它基本上使用以下控制要素 物理量 压力 温度 速度 变位 其他 1 1 3机电一体化的4要素构成机电系统的4要素叫做 机电一体化的4要素 机电一体化系统与人体机能相似 对比图如下 4 63 机电一体化4要素 传感器 监测装置 机器 控制器 控制装置 机器 调节器 作动装置 机器 指示器 表示装置 机器 线束 电线束 1 2 3 4 5 63 机电一体化的4要素在车辆配置上的相互关系 加以形象化 即可用下图表示 控制器分成好几个 比起一体型控制器 它更便于故障时更换个别的单元 6 63 1 1 4工程机械机电一体化的目的工程机械机电化的目标大致可分为下述5项 7 63 1 2传感器1 2 1传感器的作用传感器的作用是在测量及控制中 能监测其对象的状态 并变换成对应该状态的电气信号 传感器即检测器的意思 也有的把传感器称作转换器 转换器就是信号转换器的意思 传感器的作用与人类的五官很相似 下表就是人类感觉与对应传感器的例子 近来 随着电子工业的发展 传感器也有很多用半导体材料 正向小型化 高精度化发展 8 63 1 2 2传感器的机能传感器是机电4要素之一 具有监测车辆各部状态 变换成电气信号向控制器及仪表输出的机能 按传感器信号的用途可分类为下表 9 63 1 2 3传感器的特性传感器要根据用途选择具有最佳特性的 在机电车辆上 除精度以外 还使用耐振动 耐冲击 耐灰尘 耐水 耐腐蚀的 1 2 4传感器的种类传感器的种类据说达2万种 分类的方法也有许多 其中有一种分类法是传感器输出什么形态的信号 下表是工程机械中传感器输出信号的形态来分类的 10 63 11 63 信号形态是模拟和脉冲时 还可分类为发电型和受电型 另外 接点输出的传感器可分类为NC型和NO型 车辆仪表系统多半使用NC型传感器 其理由是如果电流停止后即异常 那么不仅在传感器测出异常时 连信号线断线 接插件脱出而引起电流停止时 也能测出异常 因此提高了安全性 NO型是电流流动时异常 因而在信号线断线及接插件脱落时 无法测得异常 12 63 1 2 5传感器使用时的注意事项传感器故障中 接插件接触不良 引线断线较多 因此要注意下述事项 1 拆开接插件后 要用塑料袋复盖 以免灰尘进入 2 不要用测试头插入接插件的母针头 否则针孔会张大 3 引线发生断线或缠绕在传感器出口 接插件出口处较多 1 2 6传感器的故障诊断传感器故障时 控制器及仪表盘上显示故障代码的机型正在增多 如果没有故障代码显示机能 用万用表诊断时 要根据输出信号的形态作如下检查 13 63 1 2 7挖掘机传感器的例子 1 转速传感器 也叫电磁传感器它利用电磁感应作用 接近电磁传感器 由于靠近或离开转动磁体的叶片使磁通量急变 这样 传感器内的传感线圈上产生电压 该电压与转动速度成正比 因而当作传感器使用 电磁传感器的输出电压随间隙 叶片转速而变化 尤其是间隙增大后输出电压极端下降 所以更换传感器时 调整间隙很重要 调整间隙通过机体外侧的螺钉部实施 达到规定间隙后用锁紧螺母固定 认真阅读装修手册 要调整到规定的间隙并加以按装 使用例 发动机转速 1 线圈2 磁铁3 终端4 螺母5 接插件 14 63 按装上发动机的例 2 液压传感器液压传感器是把液压回路的压力变换成电压 并把模拟信号输送给控制器的传感器 使用例 液压泵压力 15 63 1 电压增幅器 放大器 2 引线3 接插件4 法兰5 压力检测器6 压力导入管 GND输入 24V 输出 1 5V 16 63 从压力导入管 6 进来的液压被加压至压力检测器 5 的膜片部后 膜片部发生弯曲 变形 该膜片部的反向面由应变片形成桥 把膜片弯曲由应变片由阻值转换为桥输出电压 并送至电压增幅器 放大器 再用电压放大器增大电压输出至控制器 17 63 传感器输出电压 压力P kg cm2 自卸车的液压传感器等 挖掘机的液压传感器等 V P O OO8 0 5 18 63 3 压力开关检测液压回路压力 以规定压力使开关动作 ON或OFF 的传感器 开关的接点方式有NC型和NO型 回路也有超过规定压力时开关才动作的回路和规定压力以下时开关动作的回路 使用例 PPC液压开关 施加液压则ON 机能 PPC梭阀上装有8个 从PPC压上检测各调节器的操作状况 并送至泵控制器 规格接点构成 NO接点动作 ON 压力 5 0 1 0kg cm2复原 OFF 压力 3 0 0 5kg cm2 1 插头2 开关3 接插件 19 63 使用例 机油压力开关 施加油压则OFF 1 插头2 接点环3 接点4 膜片5 弹簧6 端子 机能 按装于发动机机体 膜片感知机油压 在规定压力以下时 开关呈ON状态 使继电器工作 使输出成OFF 保养仪表闪亮 警告异常 或者报警灯和蜂鸣器同时发出警告 20 63 4 温度传感器 使用例 发动机水温下图是用热敏电阻的模拟输出温度传感器的例子 热敏电阻如下表那样 温度上升时电阻值就减小 热敏电阻 管子 壳体 管子 引线 21 63 电阻温度特性例 PC3型系列 WA系列的水温 油温表用 热敏电阻 K 22 63 5 角度传感器挖掘机上有检测回转机架与大臂角度及大臂与斗杆角度的传感器 当然因档次关系也有没装的 使用例 大臂角度 斗杆角度 1 接插件2 盖3 电位计4 接头5 编码器6 隔片 接插件信号表 23 63 机能 角度传感器按装在大臂底部和大臂顶部 检测各工作装置的角度 输向GX控制器 大臂底部用来检测大臂角度大臂顶部用来检测斗杆角度 电位计和编码器的2个传感器用联结器连接 通过对照2个信号成冗长构造 6 堵塞传感器发动机空气滤芯堵塞后 吸气压力 负压 大于规定值 这时发出信号的传感器 使用例 空气滤芯堵塞传感器 24 63 1 凸头2 滤网3 弹簧4 导板5 膜片6 外壳7 软管8 接插件作动 OFF 压力 762 mmH2O 25 63 7 位置传感器也称燃料表 使用例 燃料表 1 旋钮2 表盘3 弹簧4 球5 电位计6 接插件 机能 按装于仪表板上 旋钮下面按有电位计 转动旋钮时 电位计的轴就转动 电气调速控制器流动的是5V电源电压随着轴的转动 电位计内的可变电阻器的电阻值变化 随之变化的电压值作为信号 输送至电气调速控制器 右图中除去斜线条区都是信号 26 63 8 油位传感器 1 使用例 发动机油位传感器 1 接插件2 支架3 浮子4 开关 机能 按装在机油油盘及液压油箱的侧面 低于规定值时 浮子下降 开关呈OFF状态 保养仪表灯内亮 警告异常 检查灯也同时发出警告 27 63 9 油位传感器 2 也称燃料传感器为了了解剩余的油量而检测油位的传感器 使用例 燃料表 1 接插件2 浮子3 斗杆4 壳体5 弹簧6 接点7 膜片 机能 燃油传感器按装在油箱侧面 根据油的剩余量浮子升降 浮子的动作通过臂使可变电阻作动 把信号送至副仪表 显示剩余油量 另外 保养仪表的显示到达规定位置后 使警告灯闪亮 28 63 1 3控制器1 3 1控制器的作用控制器接受传感器的信号 为了处理 判断并使车体产生必要的动作 而向执行器发送输出信号的作用 并进行控制 1 3 2控制器的机能根据控制的内容 有各种各样的控制方法 代表性的方式有 反馈控制 程序控制上述总称为自动控制 为了进行这些控制 电脑是不可缺少的 这种电脑是微电脑 按装在控制器内 控制器的机能可分类如下 29 63 1 3 3反馈控制先看一下人驾驶汽车进行速度调节 下图中 司机要把汽车速度控制在60km h 目视车速表是50km h 因此向脚发出指令加速 结果汽油和空气的混合喷射量增加 车速上升至60km h 这样 信号从结果 50km h时速 返回至原因 踩油门 就称为反馈 30 63 上图用方块图表示的话 各自的机能 关系就很清楚 下面用方块图 也称框图 表示 下图表示希望车速60km h时 实际车速如何变化并达到的 是油门踩入角度小于与车速差时 31 63 是油门踩入角度大于与车速差时 是油门踩入角度正适合于车速差时 是把希望车速与实际车速的差和油门踩入角度之间的关系 分成上述的 表示 这个直线倾斜角叫增益 32 63 所谓好的控制 是说下图中加速时间 达到目标时速的时间 也即应答时间要尽量的短 达到目标值与现在值的差即稳定偏差要尽量的小 控制器综合把握了包含控制对象负荷 传感器 调节器的各自特性 设计并调整至能够进行好的控制 33 63 上述的反馈控制系统一般地用方块图表示的话 如下图 34 63 1 3 4程序控制程序控制是按照事先指定的顺序 逐时进行各阶段控制的方法 主要是使用继电器 OR回路 AND回路 NOT回路等逻辑回路进行控制 下述时间图表示车辆仪表盘动作模式 35 63 键开关旋转至ACC位置时 作动开始 所有的车辆异常警报灯亮起 蜂鸣器响起3秒钟 作动检查模式3秒过后 工作开始检查项目的异常警告灯闪亮 工作开始检查模式 键开关转至开始位置 曲轴转动开始 充电电压达10V以上或机油压力达1 3kg cm2以上 非紧急项目有异常的话 该位置的警报灯闪亮 紧急项目有异常的话 该位置的警报灯闪亮 蜂鸣器响起 以上这样 程序控制中事先决定下一步要做的控制动作 与前阶段控制动作结束后 或动作后经过一定时间转换做下一动作时 根据控制结果 选定下一步应做的动作后转换为下一阶段 组合起来进行的较多 36 63 1 4执行器1 4 1执行器的作用调节器的作用是把控制器的电气信号转换为动力 使机械转动 1 4 2执行器的机能执行器的机能是转换动力和进行控制 37 63 一般所说的执行器 往往是指上图那样装置的单件 也有几个装置组成总成的 机电车辆中所说的执行器指装置单品 象上图那样 经常检测动作结果与希望设定值相差多少 并把该信息反馈 调节驱动量 保持最小误差的机构叫作伺服机构 1 4 3执行器的种类和特色执行器的种类可大致分为电气式和电气 液压式 其代表性的机器和特色如下表 38 63 1 4 4电气式执行器电气式执行器是把电气信号作为动力源直接驱动机械装置 其基本动作是直线运动或回转运动 1 AC马达AC马达作为调节器进行精细控制 但它更适合作为动力装置来驱动大负荷 它可代替发动机装在车上 作为电力驱动方式的工程机械 使用于限制排气的地方或电力丰富的矿山 电动式推土铲 电动式挖掘机等 2 DC马达DC马达适合于精密控制 因而它作为机电车辆的执行器 多用于发动机的节流控制上 39 63 1 调速器杆2 杆3 止动器 全速侧 4 止动器 停止侧 5 调速器马达 例 电子调速马达 脉搏冲马达方式 40 63 使用例 PC系列电子调速器 1 电位计2 盖3 轴4 防尘圈5 轴承6 马达7 齿轮8 接插件 41 63 42 63 没有位置偏差 没有位置偏差 定子 A相 B相 C相 D相 E相 电流 机能 电气调速控制器的驱动信号使马达转动 控制喷射泵的调速器杆 动力源马达使用步进马达 也叫脉冲马达 为了监视马达的作动 按装有反馈用的电位计 马达转动通过齿轮传输至电位计 作动 1 马达停止时 马达的A相 B相都通电 马达上产生保持力矩 2 马达转动时 脉冲状电流从电气调速控制器流向A相 B相 与脉冲同步转动 43 63 44 63 1 4 5电气 液压式执行器这种方式的特点是 定位控制精度比电气式差 1 5 m 但由于使用液压 小的能量 电流 能控制大的负荷 是工程机械中广泛使用的方式 1 伺服阀 电气液压伺服阀 定位控制能达到高精度 但由于成本高 不耐灰尘 所以工程机械中不大用 用于工作机械 2 比例阀 控制阀 也叫简易伺服阀 它补充了伺服阀的缺点 大量使用于工程机械的机电一体化 工作原理是线圈电流变化 使滑阀工作 从而使流量 压力成正比地变化 例 流量比例控制阀 构造 基本上是带手动形压力补偿的流量控制阀的节流阀通过直流电磁阀比例电磁式地可调整开度 使直流电磁阀的吸引力与弹簧力相平衡 这个平衡位置就是节流阀的开度 在节流阀与电磁阀间通过先导滑阀 用先导阀控制节流阀前后的压力 从而调整开度 也有的是用小的电流输出 控制大的流量 45 63 3 ON OFF阀与比例阀不同 它是使超过定值的电流流经电磁阀 产生电磁力 并胜过弹簧力 从而决定滑阀的位置 1 电磁阀总成2 下推销轴3 弹簧4 弹簧挡板5 滑阀6 阀体7 弹簧挡板8 弹簧9 塞 A孔 P孔 B孔 46 63 1 5显示面板1 5 1显示面板的功能显示面板用来告知驾驶员车辆的状况 在显示状态的同时 如有异常发生则发出警告 唤起驾驶员的注意 例如 冷却水温的变化用水温表来显示 异常升高时 红灯亮起 报警蜂鸣 警告发生过热 显示面板也有 监视面板 监控器 等别的叫法 1 5 2显示面板的功能最近的显示面板的功能 不光显示车辆的状况 带工时计和故障内容情报记录功能的车辆在增加 不同的机器 还有带销售商和服务中心电话号码的存贮的 因此 为了在显示面板的修理或更换时不至于失去这些重要情报 要认真阅读装修手册 注意认真对待 仅因为切断了电源线而导致所有信息的丢失也有发生过 因此拆电瓶时也要注意 此外 显示器与操作开关合为一体 并称 显示面板 其实显示功能与操作功能不同 尽管合为一体 但 显示功能 中不包含开关的切换 47 63 1 5 3表示方法 1 用指针表示模拟显示的一种 象燃料剩余量 适用于只要给出大致的量的场合 燃油还剩多少升 与其用精确的数值表示 不如用满箱 半箱 近近空等大概的量来表示更直观 还有 状况变化快而读取数字不容易的场合 也是用指针较合适 例如对发动机回转速度和增压压力这些变化快的为好 48 63 2 用数值表示数字显示的一种 与指针成相比 在短时间内要读出正确数值的话 用数字显示好 但对变化太快的信号不适用 例如 对行走速度这样变化慢而又要确切知道的场合较好 右图为用数字而非指针表示车速的例子 3 OF FF表示数字显示的一种 对于标准值而言是否正常的判别方法 例如 发动机机油压力 空气压力是否到了标准值以下等这些场合适用 表示方法有灯的亮灭或蜂鸣 在紧急的场合还有通过控制器 执行器来使机器自动停下 1 空气压力低报警灯2 变矩器过热报警灯3 发动机油压报警灯4 充电电压报警灯5 预热指示灯 49 63 4 段图表示可称为模拟的数字显示 把段图以一个一个段为单位来看 则表示在一个一个标准以上 以下 也可看作是连续的ON OFF显示 因为段排列看 容易产生量的感觉 也适合于发动机转速这样变化快的情报 另外 还适用于剩余油量等大致量的表示 数字显示器和指针式仪表如果要放在同一个面板上 会给设计与制造带来诸多不利 因此用段图来显示的显示面板不断增加 PC200 6的例 50 63 1 6线束1 6 1线束的目的起连接传感器 控制器 执行器 面板并传递信号的作用 1 6 2线束的功能能束相当于人的神经 只要一根电线或一个接头针脚有接触不良 整个系统就不能正常工作 线束就担任如此重要的作用 因此 我们也要非常仔细来对待 而实际又如何呢 实际上有许多被拉被踩及粗暴对待 结果产生故障 故障诊断又困难 事实上 现场上的许多故障是由线束引起的 因而 对线束的知识要进一步加深认识 注意正确的处理方法 1 6 3线束的构成线束的一般构成如下图所示 51 63 接头在线束和电器元件或电线与电线连接时使用 接头分阴 阳 判别方法因针脚的形状而异 接头的外形不是判断阴阳的根据 其它公司有用外形来判断阴阳的 但小松是依据针脚来判断 外体 阴侧针脚 阳侧 阳接头 外体 阳侧针脚 阴侧 阴接头 52 63 1 6 4线速作业时的注意事项为了车辆能长期保持正常性能 防止故障于未然 必须进行正确的操作 检查 故障诊断 修理 本章就这些作业中 特别是机电一体车的正确作业方法 提高修理质量为目的 叙述 电器零件的处理方法 1 线束 接头的处理方法线束由装置间的连接线 连接 分离线的接头和线的保护品 管子构成 线束与装在箱合中的其它电器装置相比直接受到雨水 发热 振动的影响 另外在检查和修理时常常拆下来 容易变形 受损伤 因此作业中要注意 53 63 线束的主要故障 插头接触不良 插头和插座接触不良 由于插头与插座未插好 或由于插头或插座变形而位置没有对准 或接触面被锈蚀或氧化等 都有可能导致接触不良 连接器的压接或钎焊不良连接器的针脚和插座的针脚在压接端子或钎焊接触 若电线受力太大而连接部位剥离会导致接触不良或断裂 电线断开如果手持电线拔开连接器 或用吊车吊起还连接电线的部件 或有重物撞在电线上 都有可能导致压接部分剥离或焊点损坏或电线断裂 54 63 高压水进入连接器连接器是防水结构 防浸结构 但若有高压水直对连接器喷射 则水可能进入连接器内 由于连接器是防水结构 水不容易进去 当然也就不容易排出 因此若有水进入连接器 针脚就会因为水短路 为此 若连接器内进水 接通电源前应立即干燥连接器或采用其他措施 连接器上有油或污物如果连接器上有油或在连接器或插座的接触面形成油膜 因油不导电 将会导致接触不良 若连接器上粘有油 油脂或污物 用干布擦去或用压缩空气吹干 并喷上触点复原剂 擦连接器的接合部时 须小心不得用力太大或使针脚变形 如果压缩空气里有油或水 则触点会变得更脏 故使用压缩空气清洁之前要将其油和水清除 55 63 2 连接器和导线线束的拆卸与安装及干燥 拆开连接器 拆开时手握连接器 拆开连接器时须手握连接器而不是电线 若连接器用螺钉固定着 则应完全松开螺钉 然后一手握连接器 一手握插座平等拔开 连接器有一个锁止挡片 用拇指按压挡片并推动连接器 决不能用一只手拉拔 已拆开的连接器的处理拆开连接器后用塑料袋装好 防止任何灰尘 油或水进入连接器内 如果机器拆开之后放置很长一段时间 则容易发生接触不良 故必须把连接器装进塑料袋里 56 63 连接连接器 外观检查连接器1 检查连接器针脚 接合处 是否有油 脏物或水 2 检查连接器针脚是否有变形 接触不良 锈蚀或损坏 3 检查连接器外表是否被损坏或断裂 若连接器上有油 水或脏物 则用布擦去 若连接器内进水 则用吹风机吹干 但须小心不要太热 否则会导致短路 若连接器被损坏或断裂 则应更换 将连接器安装牢固正确地对准连接器位置 牢固地插入 若连接器带锁止挡片 推压连接器直至听到挡片 咔嗒 嵌入声为止 57 63 橡皮套隆起与导线线束错位的校正带有橡皮套的连接器 必须校正橡皮套的隆起 另外导线线束或线夹位置不对时 必须校正到正确位置 如果连接器不容易改正 则可把夹子拆下并调整位置 导线线束的干燥若导线线束上有油或脏物 则用干布擦去 不得用水或水蒸气洗涤 若必须用水洗时 不得用高压水或蒸气直对导线线束 若有水进入连接器 必须做以下工作 拆开连接器并用干布擦去水 用空气吹干连接器是危险的 因为空气中的油可能导致接触不良 因此要使用完全除去水和油的压缩空气吹干 用干燥器烘干连接器内部若连接器内进水 可用干燥器烘干 使用干燥器烘干虽然很好 但连接器和连接器附件容易受热变形和损坏 请注意调整吹风时间 58 63 对连接器进行连通试验烘干后 在线束拆开状态下 对连接器进行导通试验 检查针脚之间是否有由水造成的短路 连接器完全烘干后 喷上触点复原剂 并重新组装 59 63 2 电路图的读法2 1读图要点 1 牢记电路符号 因此一看到符合 脑子里就想起这有什么功能 电路图里 元件旁还写有元件名称 要理解此元件是什么东西 2 电路中的符号表示下面的状态 电源断开状态 控制器或电路停止状态 常态 手离开状态 复位状态 3 原则上阳侧接头为电源来电侧 60 63 2 2信号序号象车吊这样线数较多的机种 如果一根一根线束画电路图 那电路图会又大又复杂 不易判断 因此用一根线代替多根线 在这样的线路图