工程机械电气教案.doc

学习任务1 工程机械电气设备认知
工作情境描述：
工程机械营销专业毕业后所从事的工作岗位就是销售工程机械。作为一名销售人员，须懂得工程机械组成的相关知识。就目前来看，所有工程机械启动运行及控制都离不开电器设备及控制元件，工程机械电气控制已成为工程机械的一大卖点。在我们接触具体电器系统之前，首先应该对电器系统应用、组成、工作原理及特点有一个基本的认知。
学习目标
通过本任务学习，应能：
1.说出电器系统在工程机械上的应用
2．叙述电气系统的一般组成。
3.分析电气系统的工作原理及特点。
学习时间　2学时
学习引导
应用
重要性

电系特点

基本组成

工程机械控制系统

一、知识准备
一、工程机械电气设备的重要性
1.电气设备是工程机械装备的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到工程机械装备的动力性、经济性、可靠性与施工质量。
举例：汽、柴油机电喷；平地机自动找平；摊铺机恒速控制及自动找平；挖掘机的恒功率控制；搅拌设备的称量控制等。
2.机械电器设备的先进程度是机械设备先进的重要标志。
举例：工程机械在施工中标中各项性能指标应满足要求

二、工程机械装备对电气设备的基本要求
1.操纵的方便性
2.安全节能
3.控制精度要求
4.寿命长
5.能有效监控机械装备的工作过程
6.能满足施工对机械装备提出的性能要求

三、基本组成
1.车辆基本电器
1）电源
2）点火装置
3）用电设备（启动、照明及仪表等）
4）电子控制装置：柴油机电喷等。
5）配电设备：开关等。
2.控制电器及系统（主要用于设备）
1）电源部分（包括强电和弱电）
2）低压电器：接触器及继电器等。
3）计算机、PLC及传感器等。
4）用电设备：三相电机等.
四、工程机械车辆基本电系特点
工程机械电器设备有五个特点：
1、单线制：电源到用电设备只有一根 导线，用汽车的金属机体作为公共（导线）回路，这种电路连接方式称为单线制。
2、负极搭铁：蓄电池负极接公共（导线），用电器负极也接公共（导线）
3、两个电源：蓄电池、发电机
4、低压直流供电：目前有12V、24V两种电源
5.各用电器并联
五、工程机械装备电子控制技术
1传感器（检测部分）：实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物理量 (通常是电量) ，例如热电偶；
2变送器：与传感器配套，使输出成为标准信号,便于PLC接受。例如DDZ Ⅲ 电动单元组合仪表，标准信号为4 –20mA。
3控制器（调节器）：采用模拟信号的调节器使用较多，它接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据一定的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行机构（执行器）。控制器起了（给定环节、比较环节和控制器）三者的作用；如PLC或单片机等
4放大器：用以增加信号的幅度或(和)功率，如如晶体管放大器，也可以由电信号放大到气动信号（如电-气转换器）；
5执行机构：接受控制器来的信息并对被控对象施加控制作用，如电动机。工业控制常用的执行机构是气动薄膜调节阀、液压伺服马达、电磁调节阀等。
二、任务实施
项目 电气系统在工程机械上的应用认知
1.项目说明：
根据我校条件，选用ZL40、小松挖掘机两种机械电器系统的应用
2.技术标准与要求：
（1）每个学员在教师指导下完成此项目
（2）技术标准如下：
ZL40：电源、电起动、照明、电器仪表；
挖掘机：电源、电启动、照明、电器仪表及电气控制5部分
3.设备器材

（1）装载机一台
（2）挖掘机一台
4.作业准备
将两台机械准备好，要注意安全
5.操作步骤
观察各部分在机械上的布置
6．记录分析
三、学习评价
1.装载机电气系统包括那些？
2挖掘机电气系统包括那些？
3工程机械电器有哪些特点？

学习任务2　蓄电池的结构与检修
工作情境描述
一辆福田FL956装载机在起动时，出现起动机转动无力、按喇叭声音弱、开启大灯，灯光暗淡等现象，经技术人员检测为蓄电池故障，请排除该故障。
学习目标
通过本任务学习，应能：
1．叙述蓄电池的功用、结构、规格型号、工作原理及特性；
2．分析蓄电池技术状态检测；
3．叙述蓄电池的维护；
4．分析蓄电池的充电种类与充电方法；
5．叙述蓄电池维修技术标准及安全操作程序；
6．解释维修工、量具的选择与正确使用。
学习时间　14学时
学习引导

绪论
蓄电池的构造与型号

蓄电池的充电方法与充电种类

蓄电池的原理与特性

蓄电池的技术状况检测

一、知识准备
1.铅蓄电池的功用
蓄电池: 是将化学能转换成电能的一种低压可逆直流电源。按构造材料可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两类。
(1) 柴油发动机起动时，向起动机和用电设备供电；
(2) 当同时接入较多用电设备、交流发电机超载时，协助交流发电机供电；
(3) 交流发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电；
(4) 当交流发电机端电压高于铅蓄电池的电动势时，可将交流发电机的一部分电能转换成化学能贮存起来(即充电)。
(5) 铅蓄电池还相当于一个较大的电容器，能吸收电路中随时出现的瞬间过电压，以保护晶体管元件不被击穿，延长其使用寿命。
2.蓄电池的结构
普通的铅酸蓄电池主要是由极板、隔板、电解液、外壳、联条等组成。
（1）极板是蓄电池的基本部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。极板一般由栅架和活性物质组成，分正极板和负极板两种。电能和化学能的转换是依靠极板上活性物质和电解液的化学反应来实现的。
（2）隔板的主要作用是将正负极板隔开，防止相互接触而短路。
（3）电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，由纯净硫酸和蒸馏水按照一定比例配制而成。蓄电池电解液密度一般为1.24～1.31g/cm3，使用中密度应根据地区、气候条件和制造厂的要求而定。
气温条件
充足电的蓄电池在25℃时的电解液密度
冬 季
夏 季
冬季温度低于-40℃的地区
1.3
1.26
冬季温度在-40℃以上的地区
1.28
1.24
冬季温度在-30℃以上的地区
1.27

1.24
冬季温度在-20℃以上的地区
1.26
1.23
冬季温度在0℃以上的地区
1.23
1.23
不同地区和气温条件下电解液相对密度
（4）外壳用来盛放电解液和极板，必须耐酸、耐温、耐寒、抗振。
（5）联条是将单体电池连接起来，提高蓄电池的端电压。

3.蓄电池的工作原理
蓄电池的工作过程就是化学能与电能相互转换的过程；当蓄电池内化学能转变为电能时为放电过程，反之为充电过程。
当蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流从正极经过负载流往负极(即电子从负极到正极)，使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡。放电时的化学反应过程如图所示。

充电时，应将蓄电池接直流电源。当电源电压高于蓄电池电动势时，在直流电源电压作用下，电流从蓄电池正极流人，负极流出。这时正负极板发生的反应正好与放电过程相反，其化学反应过程如图所示。

蓄电池的充放电反应是可逆的，可用下式表示：
++≒+
4.蓄电池技术状况的检测
蓄电池技术状况的检测包括：电解液液面高度的检查、蓄电池端电压的检测、电解液密度的检测。
蓄电池电解液液面高度的检查
 必须定期的检查电解液的高度，如有必要必须添加蒸馏水。
蓄电池的壳体为透明或半透明材料制成的，在蓄电池上面有正常液位范围标记。电解液的液位必须在该范围之内。

透明壳体蓄电池液面高度检查
液面高度需在上液位和下液位之间，否则需要加注蒸馏水。在极冷气候下，加注蒸馏水时，蓄电池必须立即加以充电，直到电解液充分搅动，以防冻结。

不透明壳体液面高度检查
液面高度在隔板上方10～15mm合适。
蓄电池容量的检测 
用高率放电计测量单格电池的端电压，测量时按以下步骤进行：
（1）放电叉的两触针紧压在蓄电池单格的正负极桩上；
（2）测量5s，观察放电计的电压，记录电压值；
（3）分别测得6个单格的电压。此时蓄电池是在大电流放电情况下的端电压，各单格的端电压应在1.5V以上，且能稳定5s。
① 如果各单格的电压低于1.5V，但5s内尚能稳定者则为放电过多应及时进行充电恢复；
② 单格电压低于1.5V且5s内电压迅速下降，则表示有故障；
③ 某单格无电压指示，说明内部有短路、断路或严重硫化故障。

高率放电计测量单格电池的端电压
用万用表测量蓄电池的端电压：
（1）将万用表置直流 10V挡；
（2）将万用表的正表笔接蓄电池单格的正极端，负表笔接负极端；
（3）读出指示电压值，2V为正常值；
（4）电压值低于 1.7 V，表明蓄电池已放电，需进行补充充电。

万用表测量蓄电池端电压
电解液密度的检查
电解液密度与放电程度的关系是密度每下降0.01g/cm3相当于蓄电池放电 6％，当判定蓄电池在夏季放电超过50％，冬季放电超过25％时不宜再使用，应及时进行补充充电，否则会使蓄电池损坏。
测量前捏紧密度计的橡皮头，排除空气，将橡皮管插入电解液，慢慢放松橡皮球，吸取蓄电池中的电解液，直至浮子浮起。
根据浮子高度和浮子刻线之间的关系可以读出电解液密度的值。

电解液密度的测量

5.蓄电池的使用与维护
蓄电池的正确使用：
（1）不要连续使用起动机。每次起动的时间不得超过5s，如果一次未能起动，应停顿15s以上再作第二次起动，连续三次起动不成功者，应查明原因，排除故障后再起动发动机；
（2）安装和搬运蓄电池时，应轻搬轻放，不可敲打或在地上拖拽。蓄电池在工程机械上应固定牢靠、以防行车时振动和移位；
（3）冬季使用的注意事项；
①冬季使用蓄电池时应特别注意保持其处于充足电状态，以免电解液密度降低而结冰；
②冬季补加蒸馏水，应在充电前进行，以使蒸馏水较快的与电解液混合而不致结冰；
③冬季蓄电池容量降低，因此在起动冷态发动机前，应进行预热，以减少起动阻力矩；
④冬季气温低，充电较困难，因此可以适当调高调节器的调节电压，以改善蓄电池的充电状态，但仍需避免过量充电。
（4）要经常检查蓄电池的电解液和蓄电池的放电情况，如发现电解液不足或蓄电池充电不足，要及时进行补充和充电。
蓄电池的维护：
（1）经常清除蓄电池表面的灰尘污物，电解液溅到蓄电池表面时，应用抹布蘸10%浓度的苏打水或碱水擦净电极桩和电线夹头上出现氧化物时应及时清除；
（2）经常疏通加液孔盖上的通气孔；
（3）检查各单格内电解液的液面高度，如发现不足及时补充；
（4）根据当时的季节，及时调整电解液密度；
（5）放完电的蓄电池在 24h内应及时充电；
（6）停驶车辆的蓄电池，每两个月应进行一次补充充电；
（7）常用车辆的蓄电池，放电程度冬季达25％、夏季达50%时即应充电，必要时及时进行补充充电；
（8）拆卸蓄电池电缆时，应先拆下蓄电池负极，再拆下蓄电池正极；安装蓄电池电缆时，应先安装蓄电池正极，再安装蓄电池负极，以免拆卸过程中造成蓄电池断路。
6.蓄电池的常见故障的诊断
极板硫化：
（1）故障现象：
① 电池容量降低，用高率放电计检测，单格电压迅速下降；
② 电解液的密度下降到低于规定的正常数值；
③ 蓄电池在开始充电及充电完毕时电压过高，可达 2.7V 以上；
④ 蓄电池在充电时过早地产生气泡，甚至一开始充电就有气泡；
⑤ 蓄电池在充电时电解液温度上升得过快，易超过 45 ℃ ；
⑥ 蓄电池放电时电压下降过快（用低放电率放电），过早地降至终止电压；
⑦ 在极板上生成坚硬、不易溶解的白色大颗粒。
（2）故障原因
① 蓄电池在放电与半放电状态下长期放置，由于硫酸铅在昼夜温度差存在情况下，不断在电解液中有溶解与结晶两个相反的过程交替发生，产生再结晶经过多次再结晶，便在极板上形成粗大的不易溶解的硫酸铅晶体；
② 蓄电池经常过量放电或小电流深放电，从而在极板细小孔隙的内层生成硫酸铅，平时充电不易恢复；
③ 电解液液面过低，极板上部的活性物质露在空气中被氧化，工程机械行驶时电解液的波动使其接触氧化了的活性物质，生成粗晶粒的硫酸铅；
④ 初充电不彻底或不进行定期补充充电。蓄电池初充电不彻底或使用期间不进行定期补充充电，使其在半充电状态长期使用，极板上的放电产物硫酸铅长期存在，也会通过再结晶形成粗大的颗粒；
⑤ 电解液不纯或其他原因导致蓄电池自行放电，均会产生硫酸铅，从而为硫酸铅再结晶提供物质基础。
（3）故障排除
蓄电池出现轻度硫化故障，可用 2 ～ 3A 的小电流长时间充电，即过充电；或用全放、全充的充放电循环方法使活性物质还原。也可用去硫充电的方法消除。硫化严重的蓄电池，应予报废。
自行放电
（1）故障现象
充足电的蓄电池放置不用，逐渐失去电量的现象。普通蓄电池由于本身结构的原因，会产生一定的自放电。如果使用中自放电在一定范围内，可视为正常现象，如果超出一定范围放电就应视为故障。一般自放电的允许范围在每昼夜在 1% 以内，如果每昼夜放电超过 2% ，就应视为故障。
（2）故障原因
① 电解液不纯，电解液中的杂质沉附于极板上产生局部放电；
② 蓄电池溢出的电解液堆积在盖板上，使正负极桩形成回路；
③ 蓄电池长期放置不用，硫酸下沉，下部密度较上部大，极板上下部发生电位差引起自行放电等；
④ 极板活性物质脱落，下部沉淀物过多使极板短路。
（3）故障排除
发生自行放电故障后，应倒出电解液，取出极板组，抽出隔板，再用蒸馏水冲洗极板和隔板，然后重新组装，加入新的电解液重新充电。
蓄电池容量达不到规定要求
（1）故障现象
① 工程机械起动时，起动机转速很快地减慢，转动无力；
② 按喇叭声音弱、无力；
③ 开启大灯，灯光暗淡。
（2）故障原因
① 使用新蓄电池前未按要求进行初充电；
② 发电机调节器电压调得过低，使蓄电池经常充电不足；
③ 经常长时间起动起动机，造成大电流放电致使极板损坏；
④ 电解液的相对密度低于规定值，或在电解液渗漏后，只加注蒸馏水，未及时补充电解液，致使电解液的相对密度降低；
⑤ 电解液的相对密度过高或电解液液面过低，造成极板的硫化。
（3）故障排除
① 首先检查蓄电池的外部，看外壳是否良好，有无裂纹，表面是否清洁，极板上是否有腐蚀及污物。如有，则为蓄电池外部自放电故障，根据相应故障予以排除；
② 检查蓄电池搭铁接线，极柱的连接夹子有无松动，蓄电池接线极柱与极板连接处有无断裂。如有，则为输出电阻过大，电压降低；
③ 测量蓄电池的电解波密度，如电解液密度低，说明充电不足或新蓄电池未按要求经过充、放电循环，使蓄电池未达到规定的容量；
④ 检查电液面高度，如果电液面高度不足，且在极板上有白色结晶物质存在，则可能存在极板硫化故障；
⑤ 蓄电池充电后检查电解液密度，如果出现两个相邻的电池中电解液的密度有明显差别，如在 6个单格电池中，5个电池的电解液密度为 1.16g／cm3 ，另一个电池的密度为1.08g／cm3，则说明该单格电池内部有短路，不能使用；
⑥ 必要时检查发电机电压调节器的调节电压。
二、任务实施
项目1 蓄电池检测与维护
1．项目说明：
蓄电池使用一段时间后，为了确定其容量及性能好坏，通过测量电解液密度及放电程度来实现。
2.技术要求与标准：
(1) 项目完成时间：90分钟；
(2) 技术标准：如下表

3
3.设备器材
1）蓄电池四个；
2）万用表、电解液密度计、温度计、高率放电计各四个；
3）钢丝刷、玻璃棒及管、盛水容器各二；
4）润滑脂、蒸馏水、密度为1.835 g/cm3的纯硫酸、棉纱若干
4.作业准备
将各种器件按小组准备好，要注意安全
5.操作步骤
1）蓄电池的外部检查
(1)检查蓄电池封胶有无开裂和损坏，极柱有无破损，壳体有无泄漏，否则应修复或更换；
　　(2)用温水清洗蓄电池外部的灰尘泥污，再用碱水清洗；
　　(3)疏通加液盖通气孔，用钢丝刷或极柱接头清洗器除去极柱和接头的氧化物并涂一层薄薄的工业凡士林或润滑脂。
2）静止电动势（开路电压）检测
　　若蓄电池刚充过电或车辆刚行驶过，应接通前照灯远光30s，消除“表面充电”现象，然后熄灭前照灯，切断所有负载，用万用表测量蓄电池的开路电压，根据表2判断放电程度。
　3）电解液液面高度检测
　　如下图所示，用内径为4～6mm、长度约150mm的玻璃管检测电解液液面高度。要求液面高出隔板上沿10～15mm。对于半透明式蓄电池，液面应位于最高和最低液面标记之间。液面过低时，应补加蒸馏水；液面过高时，应用密度计吸出部分电解液。
4）电解液相对密度检测
　　如下图所示，用密度计测量相对密度，根据表1判断放电程度。对于免维护蓄电池多数均设有内装式密度计（充电状态指示器），根据指示器的颜色判定。绿色表示充足电；当变黑和深绿色时，说明存电不足，应予以充电；当显示浅黄色或者无色透明时，必须更换蓄电池。
5）高率放电计测试
　　对于只能检测单格电池电压的普通高率放电计，测量时将两个叉尖紧压在单格电池的正负极柱上，若电压稳定，根据表2判断放电程度；若在5s内电压迅速下降，或某一单格电池比其它单格要低0.1V以上时，则表示有故障。
对于新式12V高率放电计，将两放电针压在蓄电池正负极柱上，保持15s，若电压稳定，根据表2判断放电程度；若电压迅速下降，说明蓄电池已损坏。
6．记录分析
将实际检测值记录并与标准值进行比较，从而确定放电程度及性能。

项目2 蓄电池充电
1.项目说明：
蓄电池在使用中如果发现启动机运转无力，灯光比平时暗淡，电喇叭声音小；冬季放电超过25%，夏季放电超过50%；蓄电池电解液密度下降到1.15g/cm3中情况之一时，都必须进行补充充电。
2.技术要求与标准：
(1) 项目完成时间：90分钟；
(2) 技术标准：①端电压、电解液相对密度上升到最大值，且在2～3h不再增加；
②用高率密度计检测，单格电压等于1.7～1.8V
3.设备器材
（1）6-QA-180、6-QA-45蓄电池各两块；
（2）KCT-5专用充电器两台、AW60起动充电机一台；
（3）万用表密度计、高率放电计等其他辅助器材。
4.操作过程
可以采用定流充电或者定压充电方法。
此种充电方法在充电过程中，蓄电池电动势不断升高。因此充电过程中需要不断调整充电电压。当蓄电池单格电压升到2.4V时，再将充电电流减小一半后保持恒定，直到蓄电池完全充足。
定压充电，充电开始，充电电流很大，随着蓄电池电动势的不断提高，充电电流不断减小，充电终了，充电电流将逐渐 减小到零。
6.记录与分析
观察并记录充电过程中，充电电流、充电电压随充电时间的变化与标准值进行比较，从而确定其充电状况。
三、学习评价
理论部分
一、填空
1、工程机械电器设备的使用特点是（ ）（ ）（ ）。
2、铅蓄电池一般由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和壳体等组成。
3、铅蓄电池6—QA——100表示单格电池数（ ）， 额定电压（ ）
，20H放电额定容量（ ），补充充电时第一阶段可选( )A电流进
行充电，第二 阶段可选（ ）A电流进行充电。
4、交流发电机主要由三相同步交流发电机和（ ）组成，三相交流发电
机主 要由（ ）总成、（ ）总成、（　　　　　）、（　　　　）、
及（　　　　　）等组成。
5、发电机的中性点电压等于发电机B柱直流输出电压的 ( )倍。调节器调节
的是发电机的（ ）。
二、选择题
1、蓄电池电解液消耗过快最大可能是由于( )引起。
A.充电电流过小 B.充电电流过大 C.充电电流不稳
2、工程机械采用电路控制继电器的目的是（ ）。
（A）大电流控制小电 （B）小电流控制大电流
（C）低电压控制高电压（D）高电压控制低电压
3、欲使蓄电池容量增大，则（ ）
　(A)串联更多的蓄电池　(B)增加极板数及尺寸　(C)降低温度　(D)增加电解液密度。
4. 将两个电压和电容量都相同的电瓶串联时——。
（A）其电压加倍、电容量不变（B）其电压、电容量均加倍
（C）其电压、电容量均不变（D）其电压不变，电容量加倍。
5. 蓄电池电解液自然减少时，应添加——。
（A）比重1.260之电水 （B）比重1.300之稀硫酸 （C）蒸馏水 （D）盐酸水。
6.电瓶的极板数增多，则随之增高的是——。　
(A)电压　(B)电流　 (C)电阻　(D)安培小时。
7.欲使电瓶电容量愈大，则——。　
A)串联更多的分电池　(B)增加极板数及尺寸　(C)降低温度　(D)增加电水比重。
8.甲电瓶为6V30A，乙电瓶为12V50A，若使用同一个充电机充电，须采用何者充电法？
（A）快速充电法（B）定压充电法（C）定流充电法
9. 交流发电机优于直流发电机的最大理由是　
(A)电压稳定　(B)慢车时能充电　(C)交流充电　(D)耐高温。
10. 发动机运转中，充电指示灯亮时表示——。
（A）电瓶故障（B）在充电状态（C）未充电状态（D）充满电状态
11. 蓄电池的搭铁极性装反时，会使交流发电机的——。
（A）磁场线圈（B）输出电压极性相反（C）二极管烧坏（D保险丝烧断。
三、判断题
1、  查找电器故障一般应遵循由表及里，由简到繁、由深及浅、先难后易的顺序来进行。 （ ）
2、  隔板带槽面要朝向正极板安装。 （ ）
3、  汽修厂一般采用定流充电，脉冲充电，工程机械上则采用定压充电。（ ）
4、  开前照灯，按电嗽叭是常见的判断蓄电池是否亏电或连线接触状况的方法。（ ）
5、  充电时，充电指示灯亮；不充电时，充电指示灯熄灭。（ ）
6、 定电压充电法中，必须要求所有的铅蓄电池额定电压相同。（ ）
7、 交流发电机的工作过程可大致分为他励和自励两个阶段。（ ）
8、 去硫化充电中，充电电流应调的大一些。 （ ）

四、拓展学习

作业项目名称： 蓄电池的就车拆装
1. 拆解 拆解蓄电池时，先断开地线（一般是负极接线柱），再断开正极。如果工
具接通正极和车体，会产生火花。

2.安装 安装蓄电池时，要最后安装地线。

课后查阅相关新型蓄电池的有关资料。