电气系统-2(构造机能)精编版

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1、机电一体化 (电气系统的构造、机能),小松(中国)培训中心,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。,机械学 (英语) 机械工程学,机械 (英语) 机构、机能装置,电子学 (英语) 电子工程学,机电一体化 (日式英语) 在机械和电子领域融合的工程学,融合,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。

2、,传感器,控制器,执行器 指示器,物理量 * 压力 * 温度 * 速度 * 变位 * 其他,线束,线束,控制要素,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：,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),与人体机能的对比,控制器 (头脑),传感器 (眼、耳、鼻、触觉),线束 (神经),执行器 (手足),1,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

3、，比起一体型控制器，它更便于故障时更换个别的单元。,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。,2,转速传感器,压力传感器,温度传感器,角度传感器,倾斜传感器,加速传感器,长度传感器,位置传感器,液量传感器,发动机控制器,液压泵控制器,液压阀控制器,自动变速控制器,仪表显示控制器,脉冲马达,ON-OFF电磁阀,比例电磁阀,仪表(显示部),仪 表,执行器,控制器,传感器,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

4、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。,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：,3,传感器,传感器,控制器,调节器,仪表,监测信号,控制信号,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

5、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。,4,信号形态是模拟和脉冲时，还可分类为发电型和受电型。,5,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。 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

6、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：,6,1-2-7 挖掘机传感器的例子 (1)回转传感器 * 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

7、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,线路构成,1.线圈 2.磁铁 3.终端 4.螺母 5.接插件,按装上发动机的例,飞轮罩,间隙 0.75mm1.0mm,飞轮,7,(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,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),线路构成,1.插头 2.传感器 3.接插件,电压增幅器 (按放大器),绝缘层,隔层,膜片部 (不锈

8、钢),机能 * 输出与压力成正比的电压,传感器输出电压,压力 P(kg/cm2),* 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。,自卸车的液压传感器等 挖掘机的液压传感器等,8,(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）,

9、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：5.01.0kg/cm2 复原（OFF）压力：3.00.5kg/cm2,1.插头 2.开关 3.接插件,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。,9,(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

10、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,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),1.接插件 2.插头 3.热敏电阻,回路构成,10,(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,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

11、过对照2个信号成冗长构造。,11,(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,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： 762mmH2O,12,(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

12、调速控制器。 * 右图中除去斜线条区都是信号。,加 速 开 度 (%),节流电压特性,13,(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 * 按装在水箱上部，冷却水量低于规定量时浮子下降，开关呈OFF状态，使保养仪表闪亮，警告异常，或者警告灯和蜂鸣器也同时发出警告。,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。,1.浮子 2.传感器 3.接插件,上图是横向按装的例子，WA系列及HD系列也有用下图竖向按装型的。 使用例WA系列 发动机冷却水量 HD系列机油量、

13、变速箱油量,14,(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,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。,1.接插件 2.浮子 3.斗杆 4.壳体 5.弹簧 6.接点 7.膜片,15,1-3 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： *

14、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。,控制器机能,输入 演算处理 记忆 控制 输出,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。,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。,目标值,比较判断,操作,控制对象,控制量(车速) x

15、,操作量 y,动作信号 z,再踩油门,汽油空气量的喷射增加,监测,反 馈,现在是50km/h,想以60km/h行驶,了解与60km/h 之间的差,根据差距决定加速踏板的角度,踩油门,发动机转速变更,车速变化,用车速表了解现在的车速,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。 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。,车速 60km/h,车速 60km/h,车速 60km/h,油门踩入角,小时,希望车速与实际车速的差,Km/h,小

16、时,小时,油门踩入角小时,油门踩入角太大时,油门踩入角正好时,增益图,16,17,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。,动特性,静特性,稳定偏差,过量,车速,(60km/h)1 0.9 0.1,到达目标值时间,小时,加速时间,好的控制,应答时间 过 量 稳定偏差,小 小 小,上述的反馈控制系统一般地用方块图表示的话，如下图：,目标值,控制器,调节器,控制对象,传感器,控制量,干扰,控制装置,控制量想要控制的量（车速） 目标值控制量的希望值（一定的车速） 控制偏差目标值与控制量的差 干 扰扰乱控制系统状态的作用（风、山坡）,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