工程机械主要电气设备

工程机械主要电气设备

第三部分 主要电气设备 EXIT Technical Presentation Kit 工程机械电气设备 挖掘机工作现场视频 铅蓄电池构造与原理认识 发电机是主要电源、蓄电池是辅助电源，两者并联 工作。 调节器用于保持发电机输出电压的稳定。 一、铅蓄电池 　　 蓄电池是一种可逆的低压直流电源，它既能将化 学能转化为电能，也能将电能转换为化学能。 　　蓄电池可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池两大类。　　工程机械上一般采用铅酸蓄电池，其主要目的是启动发动机。车用蓄电池可分为以下 4 种： 湿荷电蓄电池 干荷电蓄电池 少维护蓄电池 免维护蓄电池 1. 发动机启动时，向启动机和点火系统供电； 2. 发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电； 3. 发动机中、高速运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来； 4. 发电机过载时，协助发电机向用电设备供电； 5. 蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压稳定。 蓄电池功用有： 蓄电池由 3 只或 6 只单格电池串联而成，每只单格电池电压约为 2V ，串联成 6V 或 12V 以供汽车选用。工程机械用柴油机，常用 24V 。蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组成。其结构 如图 。 1 、蓄电池的构造及型号 思考： 柴油机用 24V 电源，而蓄电池是六只单格电 池，怎么办？ 对蓄电池的要求 : 启动发动机时，蓄电池在 5 ～ 10S 内，要向起动机连续供给强大电流 （因此，对蓄电池的要求是：容量大、内阻小、有足够的启动能力。 思考 : 起动电流有多大呢 ? 1) 构造 （一）极板 汽油机 200 ～ 600A 柴油机 800 ～ 1000A 起动电流 1. 功用　　极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充放电过程中，电能与化学能的相互转换依靠极板上的活性物质与电解液中的硫酸的化学反应来实现。极板分正、负极板两种。 2. 组成　　由栅架和活性物质组成。 （ 1 ）栅架　　由铅锑合金浇铸而成。　　 （ 2 ）活性物质　　正极板上的活性物质为二氧化铅（ PbO2 ）， 深棕色 　　负极板上的活性物质为海绵状纯铅（ Pb ）， 深灰色 3. 极板组　　一片正极板和一片负极板浸入电解液中，可得到 2V 左右的电动势，为增大蓄电池容量，常将多片正、负极板分别并联组成正、负极板组。　　 思考 : 正负极板数量一样多吗 ? 为什么 ? 因为正极板的强度较低，所以在单格电池中，负极板总比正极板多一片。是每一片正极板都处于两片负极板之间，保持其放电均匀，防止变形。 （二）隔板 　　 1. 功用　　在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。 2. 特征 （ 1 ）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。（ 2 ）隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽面对着正极板，且与底部垂直，使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质 PbO2 脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。 （三）电解液 　　 由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配置而成，其相对密度 1.24---1.30g/cm 3, 加入每个单格电池中。　　电解液应符合标准，含杂质会引起自放电和极板溃烂，从而影响蓄电池寿命。 （四）外壳　　壳体用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击。　　外壳由橡胶外壳和聚丙烯塑料两种，普遍采用的是塑料外壳，其有壳壁薄、质量轻、易于热封合、生产效率高等优点。外壳为整体式结构，壳内间壁分成 3 个或 6 个互不相通的单格。蓄电池单格电池之间均用铅质联条串联。　　每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液或检测电解液密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池内部气体，防止外壳涨裂，发生事故。 2) 蓄电池的型号 机械工业部 JB2599-85《 铅蓄电池产品型号编制方法 》 标准规定，蓄电池的型号为： 　　 第 I 部分表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示，蓄电池的标准电压是该数字的 2 倍。　　第 II 部分表示电池类型和特征，用两个汉语拼音字母表示。第一个字母为“ Q” 表示　 启动型铅蓄电池。第二个字母表示电池结构特征。如：干荷蓄电池用“ A” 表示；薄型极板用“ B” 表示；免（无）维护蓄电池用“ W” 表示。　　第 III 部分表示额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为 A·h ，单位略去不写。在其后用一个字母表示特殊性能，如：高启动率用“ G” 表示；塑料槽用“ S” 表示；用“ D” 表示低温启动性好。　　例： 6-Q-105 6-QA-60 3) 蓄电池的选择 1. 电压必须和工程机械电器系统的额定电压一致 2. 容量必须满足车辆启动的要求。 . 蓄电池的选择 一、工作原理 铅蓄电池的电化学反应及工作特性 蓄电池的化学反应方程式为 : 　　　　　 蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。其反应过程 : 　　 负极板： 铅溶于电解液中，失电子生成 Pb2+Pb-2e→Pb2+ 电子留在负极板上，和 Pb2+ 吸引，使负极具有负电位，为 -0.1V 。 正极板： PbO2 溶于电解液 PbO2+2H2O→Pb(OH)4 Pb(OH)4→Pb4+ + 4OH- 　　 OH- 留在电解液中， Pb4+ 沉附在正极表面 , 使正极板有 +2.0V 　　在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静止电动势为： 　　　　　　 E=2.0 － ( － 0.1)=2.1V 放电状态 动画演示 1) 放电过程 将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。 化学反应过程 : 　 正极板： Pb4++2e→Pb2+ Pb2++SO42-→PbSO4 负极板： Pb － 2e→Pb2+ Pb2++SO42-→PbSO4 电解液： H++OH-→H2O 提问 : 蓄电池放电特征有哪些 ? （ 1 ）活性物质 PbO2 和 Pb 均逐渐变为 PbSO4 。（ 2 ）放电过程中，电解液密度下降，所以，可通过电解液密度判断放电程度 。（ 3 ）蓄电池内阻逐渐增大。 2) 充电过程　　将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程，它是放电反应的逆过程。 化学反应过程： PbSO4→Pb2++SO42- H20→2H++OH- 正极板： Pb2+ － 2e→Pb4+ Pb4++4OH- → Pb(OH)4 → PbO2+2H2O 　　 负极板： Pb2+ +2e→Pb 电解液： 2H++SO42-→ H2SO4 　 充电末期， PbSO4 基本还原为 PbO2 和 Pb ，部分充电电流电解水，其反应方程式为：　　　　　　 H2SO4 → 2H++SO42- 负极： 4H++4e→2H2↑ 正极： 2H2SO4+2H2O － 4e → 2H2SO4+O2↑ 总反应式： 2H2O→2H2↑+O2↑ 充电过程演示 铅蓄电池的故障检测与维修 检测 视频 演示 一、充电设备 工程机械上的充电设备为直流发电机或交流发电机；充电车间专用设备：可控硅整流充电机、晶闸管整流充电机、快速充电机、智能充电机 ． 二、充电方法 1 ．定电流充电法 ( 恒流充电 ) 充电过程中，充电电流恒定不变（通过调整电压，保证电流不变）。恒流充电的优点为：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去硫化充电。 2 ．定电压充电法 ( 恒压充电 ) 　 在充电过程中，充电电压恒定不变。是蓄电池在工程机械上由发电机对其充电的方法。 3 ．改进恒流充电法　　两阶段充电法，在第一阶段用较大电流充电，当单格电池电压升到 2.4V ，电解液开始产生气泡，将充电电流减小一半进行第二阶段恒流充电，直到蓄电池完全充足电为止。 4 ．脉冲快速充电法 原理：在铅蓄电池开始充电时，先采用 0.8—1 倍于额定容量值的大电流进行定电流充电，使被充电铅蓄电池在短时间内充至额定容量的 50%--60%, 停止充电约 25ms 。 然后采用放电或反充电使铅蓄电池通过一个与充电电流方向相反的大电流脉冲，一般此值为 1.5---3 倍于额定值，充电 150—1000us 。最后停充 40ms 。反复充放电，直到充足电为止。 三、充电种类 1. 初充电 ( 新蓄电池首次充电 40-60h) 2. 补充充电 3. 间歇过充电 4. 循环锻炼充电 5. 去硫化充电 四、铅蓄电池的技术使用 1. 铅蓄电池的常见故障 分组讨论 故障特征 故障原因 排除方法 1 ）外部故障 （ 1 ）外壳裂损 （ 2 ）封口胶破裂 2 ）铅蓄电池的内部故障 （ 1 ）极板硫化 （ 2 ）极板活性物质脱落 （ 3 ）极板短路 （ 4 ）故障性自放电 （ 5 ）故障性电解液减少 2 、铅蓄电池的检测与保养 （ 1 ）渗漏 （ 2 ）紧固 （ 3 ）清洁 （ 4 ）密度和液高 （ 5 ）放电和补充充电 新型铅蓄电池 一、干荷蓄电池 极板处于干燥的已充电状态和无电解液贮存的蓄电池。 干荷蓄电池加足电解液后，静放 20~30min 即可使用。 干荷蓄电池的工艺特点： 提高了负极板上的海绵状纯铅的憎水性和抗氧化性：（ 1 ）在负极板的铅膏中加入抗氧化剂； （ 2 ）在化学过程中，有一次深度放电或反复充放电循环； （ 3 ）负极板在化成过程中进行水洗和浸渍； （ 4 ）正负极板和隔板用特殊工艺干燥处理。 二 . 免维护蓄电池 (1) 免维护蓄电池的结构特点 (2) 极板栅架采用铅钙锡合金制成，消除了锑的副作用； (3) 采用袋式聚氯乙烯隔板，可避免活性物质脱落、极板短路； (4) 采用新型安全通气装置； (5) 外壳由聚丙烯塑料制成，槽底无筋条。 2) 免维护电池的优点 (1) 使用中不需加水 (2) 自放电少 (3) 耐过充电性能好 (4) 使用寿命长 三、胶体电解质蓄电池 在胶体电解质蓄电池中，电解质是经过净化的硅酸钠溶液与硫酸水溶液混合后凝结成的稠状胶体物质。 缺点 优点 电解液不会溅出；在使用维护和运输中，活性物质不易脱落；可延长使用寿命 20% ；使用中无须调整密度，只需添加蒸馏水。 胶体电解质电阻较大，内阻增加，容量降低；与极板接触不均匀，自放电较严重。 四、密闭式铅蓄电池（ SLA ） 特点 在矩形密闭式铅蓄电池中使用高纯度铅，采用低锑多元合金或铅钙合金制造极板栅。在整个使用寿命期不需要补加水，无酸雾排出。 起动机的结构与原理认识 机动车辆电气起动系统 工程机械电力起动系统 起动机 发动机需要外力起动。 人力起动 ----- 简单不方便 ----- 用于农用机械 常见的起动方式分为： 辅助汽油机起动： 常用于大型的柴油机（如：压路 机等）。 电力起动机起动 : 具有操作简便、起动迅速、具有重复起动能力、并且可以远距离控制的特点。 起动机的作用 : 将蓄电池的电能转化为机械能 , 驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。 电力起动系的组成由蓄电池、起动机、起动开关、起动继电器等组成 一、起动机的构造 ( 解体动画 ) 1. 直流串激式电动机 (1) 电枢总成 将电能转换成机械能 , 产生强大在电磁转矩 . 由电枢铁心、电枢绕组、转轴组成。换向器装在电枢轴上，它由许多换向片组成。换向片嵌装在轴套上，各换向片之间均用云母绝缘。 (2) 磁极 形成电动机的 磁场，通常采 用四个磁极或 六个磁极。 （ 3 ）前后端盖 励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上，另一端与两个非搭铁电刷相连。 （ 4 ）电刷及电刷架的组合 2. 传动机构 发动机起动时使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿圈，将起动机的电磁转矩传递给发动机曲轴；在发动机起动后又能使起动机的驱动小齿轮与飞轮齿圈自动脱开。 传动机构 由单向离合器和拨叉等组成。 单向离合器作用： 起动时将电动机转矩传给发动机飞轮，起动后自动打滑。 单向离合器分滚柱式、弹簧式、摩擦片式3种。 (1) 滚柱式单向离合器 1- 驱动小齿轮 ;2- 外壳 ;3- 十字块 ;4- 滚柱 ;5- 弹簧 ; 6- 垫圈 ;7- 护盖 ;8- 花键套筒 ;9- 弹簧座 ;10- 缓冲弹簧 ; 11- 移动衬套 ;12- 卡簧 滚柱式单向离合器 （ 2 ）摩擦片式单向离合器 （ 3 ）弹簧式单向离合器 起动时，电枢轴带动花键套筒旋转，弹簧被扭紧而紧箍在驱动齿轮和花键套筒的外圈表面上，将转矩传给驱动齿轮。 3. 控制装置（起动开关） 4. 起动机操纵机构分为 机械操纵式 和 电磁操纵式 两种 . 二、电力起动机的型号分类 1. 起动机的型号 QDJ 表示减速起动机； QDY 表示永磁起动机（包括永磁减速起动机）， J 、 Y 分别表示“减”、“永”。 电压等级：１－１２ V ；２－２４ V 功率等级： 变型代号 设计序号 功率等级 电压等级 QD 产品代号： Q 表示：“起”， D 表示“动” 功率等级代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 功率（ KW ） <1 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7 7~8 >8 ２ . 起动机的分类 在各种起动机的三个组成部分中，电动机部分一般没有本质的差别，而控制方法和传动机构的啮入方式则有很大差异，因此起动机是按控制方法和传动机构的啮入方式的不同来分类的。 按控制方法的不同，起动机可分为： (1) 机械控制式 (2) 电磁控制式 按传动机构啮入方式，起动机可分为 (1) 惯性啮合式； (2) 强制啮合式； (3) 电枢移动式； (4) 齿轮移动式； (5) 同轴式起动机； 除上述以外，还有磁极为永久磁铁的永磁式起动机，以及内装减速齿轮的减速起动机等。 三、起动系统工作原理与特性 由蓄电池、起动机、起动开关、（起动继电器）等组成 . 火线接线柱 + - 保持线圈 （ 一端搭铁） 吸引线圈 （主电路通后短路） 起动机的工作原理 起动机的工作原理可以通过其主要部件直流电动机的工作原理来说明。 直流电动机是将电能转变为机械能的设备，它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用的这一原理为基础而制成的。其工作原理如图所示。 由于一个线圈所产生的转矩太小，且转速不稳定，因此实际上，电动机的电枢上绕有很多线圈，换向片数也随线圈的增多而相应增加。从而 保证产生足够大的转矩和稳定的转速。 四、电力起动机控制电路 工作过程动画演示 实例一：由起动继电器控制的 QDl24 型起动机电路 工作过程动画演示 带起动继电器的控制电路 起动电路分析 带起动继电器的起动电路（ QDl24 型起动机） 特点： 装用较大功率起动机时，常用带起动继电器的起 动电路。 起动继电器作用： 以小电流控制大电流，保护起动开关，减少起动 机电磁开关线路的电压降。 系统组成 由 起动继电器线圈电路 、 电磁开关线圈电路 和 起动机主电路 三条电路组成； 前两条电路是控制电路，后一条电路是受控电路。 三条电路相互关系，用起动控制过程简述： 接通起动开关→ 起动继电器工作 →起动机电磁开关工作→ 起动机主电路接通 →起动机工作，输出 大转矩起动发动机。 实例二：直接由起动按钮控制的起动电路 （ ST614 型起动机） 1. 起动电路直接由起动按钮控制； 特点： 2. 拨叉和主电路由电磁开关控制工作。 无起动继电器的控制电路 实例三： 3 Y12／15 型压路机起动电路 （ ST614 型起动机） 工作过程 接通电源总开关、按下起动按钮→吸拉线圈、保持线圈电路接通电流流径： 蓄电池“+”→主接线柱→电流表→熔断丝→电源总开关→起动按钮→吸拉线圈→起动机→搭铁活动铁心被两个线圈相同方向电磁力吸入→克服复位弹簧弹力向右移动→带动拨叉→驱动齿轮与飞轮齿圈啮合(吸拉线圈电流流经励磁绕组、电枢绕组→产小电磁转矩→驱动齿轮缓慢旋转中啮合)。 齿轮啮合好后接触盘接通主电路→蓄电池大电流经起动机电枢绕组和励磁绕组产生正常转矩→带发动机曲轴旋转；同时吸拉线圈短路，接触盘接合位置由保持线圈吸力保持。 工作过程 发动机起动后松开起动按钮瞬间，保持线圈电流只经吸拉线圈获得，这时流经两线圈中的电流产生磁通方向相反→电磁力互相抵消→活动铁心由复位弹簧弹力迅速复原→驱使驱动齿轮退出啮合→接触盘脱离接触切断起动主电路→起动机则停止运转。 起动机不能起动的故障诊断与排除 一、 电 力 起动 机故障诊断 1 起动机不能转动 1 ）故障现象与故障原因 起动时，起动机不转动，可能故障如下: (1) 电源故障 蓄电池严重亏电或极板硫化、短路等，蓄电池极桩与线夹接触不良，起动电路导线连接处松动而接触不良等。 (2) 起动机故障 换向器与电刷接触不良，激磁绕组或电枢绕组有断路或短路，绝缘电刷搭铁，电磁开关线圈断路、短路、搭铁或其触点烧蚀等。 (3) 起动继电器故障 起动继电器线圈断路、短路、搭铁或其触点接触不良。 (4) 点火开关故障 点火开关接线松动或内部接触不良。 (5) 起动系线路故障 起动线路中有断路、导线接触不良或松脱等。 2 ）故障诊断方法 (1) 检查电源 按喇叭或开大灯，如果喇叭声音小或嘶哑，灯光比平时暗淡，说明电源有问题。 (2) 检查起动机 用起子将起动机电磁开关上连接蓄电池和电动机导电片的接线柱短接，如果起动机不转，则说明是电动机内部有故障，应拆检起动机。 2 ）故障诊断方法 (3) 检查电磁开关 用起子将电磁开关上连接起动继电器的接线柱与连接蓄电池的接线柱短接，若起动机不转，则说明起动机电磁开关有故障，应拆检电磁开关。 (4) 检查起动继电器 用起子将起动继电器上的“电池”和“起动机”两接线柱短接，若起动机转动，则说明起动继电器内部有故障。否则应再作下一步检查。 2 ）故障诊断方法 (5) 检查点火开关及线路 将起动继电器的“电池”与点火开关用导线直接相连，若起动机能正常运转，则说明故障在起动继电器至点火开关的线路中，可对其进行检修。 （ 1 ）故障现象与故障原因 起动时，起动机转速明显偏低甚至于停转，可能的故障有： 1) 电源故障 蓄电池亏电或极板硫化短路，起动电源导线连接处接触不良等。 2) 起动机故障 换向器与电刷接触不良，电磁开关接触盘和触点接触不良，电动机激磁绕组或电枢绕组有局部短路等。 2. 起动机起动无力 （ 2 ）故障诊断方法 如出现起动机运转无力，首先检查起动机电源，如果起动电源无问题，则应拆检起动机，首先检查电磁开关接触盘、换向器与电刷的接触情况，其次检查激磁绕组和电枢绕组。 2. 起动机起动无力 （ 3 ）起动机空转 故障现象与故障原因 接通起动开关后，只有起动机快速旋转而发动机曲轴不转。这种症状表明起动机电路畅通，故障在于起动机的传动装置和飞轮齿圈等处。 故障诊断方法 1) 若在起动机空转的同时伴有齿轮的撞击声，则表明飞轮齿圈牙齿或起动机小齿轮牙齿磨损严重或已损坏，致使不能正确地啮合。 2. 起动机起动无力 电力起动机的使用保养与检修 一、电力起动机的使用 1 ) 起动机每次起动时间不超过 5s ，再次起动时应间歇 15s ，使蓄电池得以恢复。如果连续第三次起动，应在检查与排除故障的基础上停歇 2min 以后进行。 2) 在冬季或低温情况下起动时，应对蓄电池采取保温措施。 3) 发动机起动后，必须立即切断起动机控制电路，使起动机停止工作。 1. 保持清洁、干燥、牢固； 2. 每行驶 3000km 应检查清洁换向器； 3. 工程机械每 5000-6000km 检查电刷 磨损情况； 4. 检查润滑传动机构和控制装置的活动部件； 5. 一年检查保养一次起动机。 起动机保养内容： 三、 电 力起动机的检修 1 ．激磁绕组的检修 激磁绕组的常见故障有： 接头脱焊 绕组短路 断路或搭铁等。 接头松脱故障，解体后可直接看到，绕组搭铁故障诊断可用万用表的欧姆挡测量。将绕组放在电枢检验仪上可检查绕组匝间是否短路。绕组连接脱焊，应重新施焊；绕组绝缘不良，应拆除旧绝缘层重新包扎并浸漆、烘干。 2. 电枢的检修 (1) 电枢绕组的检修 电枢绕组常见的故障是匝间短路、断路或搭铁、绕组接头与换向器铜片脱焊等。检查绕组是否搭铁，可用万用表欧姆挡检测。 检查电枢绕组匝间短 路可用感应仪。 若电枢中有短路，则在电枢绕组中将产生感应电流，钢片在交变磁场的作用下，在槽上振动，由此可判断电枢绕组中的短路故障。电枢绕组若有短路、搭铁故障，则需重新绕制，并浸漆、烘干。 (2)换向器的检修 换向器故障多为表面烧蚀、云母片突出等。轻微烧蚀用“ 00”号砂纸打磨即可。严重烧蚀或失圆时应精加工，但加工后换向器铜片厚度不得少于2mm。 (3)电枢轴的检修 电枢轴的常见故障是弯曲变形。电枢轴径向跳动应不大于O.15mm，否则应校直。 3 ．电刷与电刷架的检修 检查电刷的高度，一般不应低于标准的 2 ／ 3 ，电刷的接触面积不应少于 75 ％，并且要求电刷在电刷架内无卡滞现象，否则需进行修磨或更换。用万用表的欧姆挡或试灯法可检查绝缘电刷架的绝缘性。最后用弹簧秤测电刷弹簧的弹力，若不符合要求应予以更换或修理。 4 ．单向离合器的检修 单向离合器常见的故障是打滑。可以用扭力扳手检测单向离合器的转矩。若转矩小于规定值，说明单向离合器打滑，应予以更换。对于摩擦片式单向离合器，如果转矩偏小，可以通过调整压环前的垫圈厚度使其达到要求。 5 ．电磁开关的检修 电磁开关的常见故障一般是吸引线圈和保持线圈断路、短路和搭铁、接触盘及触点表面烧蚀等。线圈有否断路、搭铁可用欧姆表通过测量电阻来检查。如果线圈不良予以重绕或更换。接触盘及触点表面烧蚀轻微的可以用锉刀或砂布修整。回位弹簧过弱应予以更换。