电气系统-2(构造机能)

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。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，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工程机械机电化的5个目的主要实施例(1)增加新机能无线电操纵、无人化装置、自动装置化设备(2)作业的高精度化自动水平装置、工作面精整平、挖取机能(3)节约能源，提高作业效率自动降档装置、履带滑动控制装置(4)提高机能率车辆仪表系统、保养仪表(5)提高安全性OSS系统、三方向作业范围设定系统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。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—监测信号监测车辆状态并告知操作人员的信号(例：温度、压力、车速、堵塞)控制器信号监测车辆状态并发出控制车辆的信号(例：回转、长度、角度、位置)人的感觉人的器官媒介物理现象半导体传感器视觉眼光光电变换元件光电池光电晶体管光晶二极管听觉耳声波压电变换元件压电元件压敏电阻元件感压二极管触觉皮肤变位、压力变位变换元件应变传感器温度热电变换元件热敏电阻热电偶嗅觉鼻分子吸附气体传感器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—信号形态监测对象监测部各种商品的使用例PCWALWHD模拟压力可变电阻器气压应变仪工作装置液压液压、气压长度电位计大臂长度角度电位计工作装置角度大臂角度温度热敏电阻E/G水温E/G水温E/G水温E/G水温液量可变电阻器燃料量燃料量燃料量燃料量、气压位置电位计E/G节流阀E/G节流阀E/G节速阀E/G节流阀脉冲回转电磁感应器E/G转速车速车速E/G转速交流发电机E/G转速E/G转速ON-OFF压力电气接点E/G油压E/G油压E/G油压E/G油压压差限位开关滤芯堵塞滤芯堵塞簧片开关滤芯堵塞长度电气接点大臂收进温度热控开关变矩器油压位置限位开关行走操作杆中立卷扬机螺旋卷绕卸车浮子簧片开关制动磨损防撞开关定位器光控开关变速杆霍尔IC变速操作杆变速杆液量簧片开关油量、水量油量、水量油量、水量油量、水量电极电瓶电解液量流量簧片开关延缓制动器流量信号形态是模拟和脉冲时，还可分类为发电型和受电型。—5—分类代表例发电型传感器(传感器内部发生电气)电磁传感器式转速传感器热电偶式温度传感器受电型传感器(接受外部电气使其变化)电位计式角度传感器热敏电阻式温度传感器另外，接点输出的传感器可分类为NC型和NO型。分类动作内容NC型（常闭型）正常时接点关闭，电流流动异常时接点开放，电流停止NO型（常开型）正常时接点开放，电流停止异常时接点关闭，电流流动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：信号形态检查要领模拟输出①用传感器单体确认变化的电阻值(Ω范围)②连接控制器确认电压值(DC-V范围)脉冲输出用传感器单体或连接控制器，以电压表确认有没有脉冲。(AC-V范围)接点输出(ON-OFF输出)①以传感器单体确认接点ON-OFF导通(Ω范围或蜂鸣器鸣叫范围)②连接控制器确认接点的电压(DC-V范围)—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0.75mm～1.0mm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。①自卸车的液压传感器等②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）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/cm21.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。热敏电阻如下表那样，温度上升时电阻值就减小。①热敏电阻②管子③壳体④管子⑤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(KΩ)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NO信号名1编码器电源2编码器GND3编码器A相4编码器B相5编码器Z相6电位计电源7电位计GND8电位计输出机能*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。—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：－762±mmH2O—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、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：*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/