第3章-電氣儀表與輔助電器

第3章電氣儀表與輔助電器工程機械電氣設備是由許多復雜電器部件組成的總體。為了掌握車輛的運行狀態(tài)，需要用到各種檢測儀表，通稱為電氣儀表。所有電氣儀表都被安裝在施工駕駛人員座椅前面的儀表板上。對于不同的機型，其基本結構和工作原理大體相同。1工程機械電氣儀表分為儀表板總成和單個儀表。近年來，采用組裝式儀表總成已日趨廣泛，外形更加美觀和清晰。電氣儀表的結構和作用原理大致分為機械的和電氣的兩類?？侩娔芄ぷ鞯膬x表實際上也是一種用電設備。所有儀表又都由傳感器和指示器兩部分組成。儀表的指示燈部分統(tǒng)稱為表頭。為力求整齊美觀，各種車型所配用的儀表指示器，都要求外形大小一致（除車速里程表）。工程機械在行駛中，常需承受劇烈的振動，因此，要求儀表的結構簡單和牢固，耐振動和工作可靠。2第一節(jié)常規(guī)電氣儀表電流表的作用是在柴油發(fā)動機運行和工程機械車輛的行駛中，反映電源和用電設備工作情況的指示儀表，其示值的單位為電流強度：A。交流發(fā)電機向鉛蓄電池充電的示值為“+”，鉛蓄電池向用電設備供電為“-”，故指示的“0”位在標度盤上中央。有的工程機械車輛則不用電流表而采用一個紅色指示燈，跨接在交流的發(fā)電機和調節(jié)器的充電電路中。紅燈亮時表示不充電，熄滅時表示充電正常。但也有采用二者并用的。紅色指示燈僅起到監(jiān)視的作用，而不能指示電流的強度。31.電流表的構造類型與工作原理工程機械車輛用的電流表以其結構不同，分為電磁式和動磁式兩種。而以電磁式的應用最為廣泛。它具有結構簡單和耐振動的優(yōu)點。1）電磁式電流表2）動磁式電流表4圖5-1電磁式電流表結構簡圖5交流發(fā)電機向鉛蓄電池充電時，示值為“+”，鉛蓄電池向用電設備放電時，示值為“-”。工程機械車輛電流表示值安培讀數(shù)的大小，因柴油發(fā)動機功率大小、工程機械車輛用途和功能及其配置的交流發(fā)電機功率不同而異，通常有-20~20,-30~30,-50~50,-100~100A等多種規(guī)格。6圖5-2動磁式電流表結構原理示意圖7這種動磁式電流表遠比電磁式電流表精確，但因其耐振性較差，制造成本高，一般只在現(xiàn)代新型工程機械車輛上應用。目前，國內工程機械車輛上仍以電磁式電流表應用的較廣。而且在結構上以壓鑄鋁架來代替觸點底板，更提高了儀表的工作穩(wěn)定性和耐久性，如下圖所示。82.電流表的故障及原因（1）短路接線螺釘與表殼或支架搭鐵。（2）接線松動（3）示值失準永久磁鐵片的磁性消失或過大電流沖擊，導致指示不準。9二、電壓表電壓表用來指示工程機械電源系統(tǒng)的工作情況。它不僅能指示交流發(fā)電機和調節(jié)器的工作狀況，同時還能指示鉛蓄電池的技術狀況，比電流表和充電指示燈更為直觀和實用。近幾年國內引進的國外工程機械上裝用電壓表的施工車輛不斷增加。電壓表與鉛蓄電池、交流發(fā)電機和用電設備并聯(lián)，并由電源開關控制的電路，連接圖如圖5-4所示。1011圖5-5所示為美國卡特公司生產的小型振動壓路機上所使用的電壓表的工作原理圖。它由兩只十字交叉的電磁線圈、永久磁鐵、轉子、指針和刻度盤組成。12三、機油壓力表機油壓力表又稱機油表，它是指示柴油發(fā)動機潤滑油工作情況的儀表。國際上現(xiàn)行采用的壓力單位為Pa表示。1.機油壓力表的構造類型與工作原理工程機械車輛用機油壓力表的分類通常按作用原理分為機械式和電氣式兩類。按結構又可分為彈簧管式（機械的）、雙金屬電熱式和可變電阻式（電氣的）等三種。131）彈簧管式機油壓力表141）彈簧管式機油壓力表（機構簡圖）彈簧管壓力表152）電氣式機油壓力表電氣式機油壓力表由被安裝在儀表板上的指示器（即表頭）和被安裝在氣缸體上的傳感器兩個部分組成，兩部分用電線連接。具體結構又分為三種：（1）指示器和傳感器都是用雙金屬電熱式的；（2）指示器用雙金屬電熱式，傳感器是用可變電阻式的；（3）指示器用電磁式，傳感器用可變電阻式的。16（1）指示器和傳感器都是用雙金屬電熱式的機油表機油壓力較小時的狀態(tài)17機油壓力較大時的狀態(tài)（1）指示器和傳感器都是用雙金屬電熱式的機油表18在不同機油壓力下的平均工作電流值的變化波形圖19（4）機油危險壓力信號燈（即紅色信號燈指示器）機油在壓力作用下經管接頭1進入底座8和平面薄膜2之間的空間中。薄膜2中央凸起，使中心壓縮彈簧6及杯座7上升，使其與接觸片3分開。此時，串聯(lián)紅色信號燈的電流被切斷，紅色信號燈隨即熄滅。當機油壓力降低時，電路又重新接合而信號燈明亮，這就表示壓力已低于容許值。20四、水溫表工程機械水溫表又稱溫度表，用來指示工程機械柴油發(fā)動機的工作溫度。發(fā)動機的正常工作溫度是80°~90°，水溫表即是監(jiān)視冷卻水溫度的指示儀表。風冷式柴油發(fā)動機雖無水溫表，但配置油溫表來監(jiān)視柴油發(fā)動機的正常工作溫度。水溫表按其作用原理來分：有機械式和電氣式兩類。211.水溫表的構造類型與工作原理1）彈簧管式水溫表222）雙金屬電熱式水溫表233）電磁式水溫表244）危險溫度信號器在有些工程機械車輛上不用水溫表而用危險溫度信號燈，或在使用水溫表的同時，又附用危險溫度信號器。25五、燃油油量表工程機械車輛用汽油表和柴油表統(tǒng)稱燃油表，又稱油量表。它是用來監(jiān)視和測知柴油箱中燃油存量的指示儀表?，F(xiàn)代工程機械車輛所用燃油表都是電氣式的，它的指示針安裝在駕駛室儀表板上，傳感器安裝在油箱中，兩者用電線連接作遠距離操縱，使用方便。電氣式燃油表按結構不同分為：電磁式或雙金屬電熱式指示器和可變電阻式傳感器兩種。261）電磁式指示器和可變電阻式傳感器的燃油表27正極搭鐵油量大時，電阻大，油量小時，電阻小。282）雙金屬電熱式指示器和可變電阻式傳感器的燃油表29六、車速里程表車速里程表，簡稱里程表（俗稱路碼表），是指示行駛速度和記錄累計里程的組合指示儀表。它是由車速和里程兩個聯(lián)動的機件組裝在一個儀表之中構成的，共用一個表面，分別指示車速和里程的讀數(shù)。1.車速里程表的構造類型與工作原理車速里程表的類型通常有磁感應式和電動式兩種。工程機械輪式機械一般多采用磁感應式，而電動式多用于工程機械用重型運料自卸汽車，以及裝載機、平地機等輪式工程機械。因磁感應式必須用軟軸作機械傳動，其長度受到限制。電動式在指示器和傳感器之間，用電線連接，方便且不受限制。30車速里程表各輪胎滾動之間的總傳動比分1：1000和1：624兩種，其中1：624的已逐漸被1：1000所取代。車速測量范圍有：60、80、100、120、140、140、160、180km/h等多種。表的里程累計數(shù)值通常為0~99999.9km。31（1）車速里程表的主要結構。它由車速表和里程計數(shù)表兩個部分組成。其中車速表的主要機件見圖5-24所示。32車速表組成機件的作用原理是：與軟軸連接的主動軸1上圍裝著永久磁鐵2，在它外面的是碗形鋁制速度盤3，速度盤被圍裝在指針軸6上，軸6被支承在支承架上的兩個軸承中轉動。其一端圍裝指針8。在速度盤的外面再包覆著一個盤形鐵殼4，作為磁鐵2磁力線的反射幕。33當磁鐵2隨主動軸一起旋轉時，磁力線切割速度盤并在速度盤中產生渦流，于是速度盤便跟隨磁鐵旋轉方向轉動，就像磁力線切割導體并使導體旋轉一樣。34但是，由于軸6上裝有兩端固定(一在支架，一在軸上)的彈簧游絲5，當速度盤轉動、游絲被扭轉產生相反的力矩，使速度盤旋轉某一位置時，游絲對抗力矩與磁鐵帶動速度盤的力矩相等，則速度盤便停留在那個位置不動。指針軸6上的指針日便指示相應的車速數(shù)值，即每小時行駛公里的速度。35里程計數(shù)器的主要機件見圖5-25。車速主動軸1在驅動永久磁鐵2的同時，其桿部的蝸輪，帶動2和3的傳動蝸桿至字鼓組蝸輪軸4，使字鼓轉動1／10圈，成十進位遞進，最后至99999．9最高示值。如右面字鼓再轉動0.1周，則使字鼓組所有數(shù)字全部轉成00000．0，表示最高累計里程為10萬里，然后又重新計數(shù)。36磁感應式車速里程表由撓性軸（軟軸）和變速器的第二軸車速里程表蝸輪、蝸桿相連接，其傳動示意圖如下。37第二節(jié)電子電器儀表典型的工程機械電子電氣儀表及顯示系統(tǒng)如圖5-36所示。其終端顯示包括儀表模擬顯示、警告燈亮滅顯示、七段數(shù)字顯示等。38該系統(tǒng)具有六只模擬傳感器，其輸出信號經過A/D轉換器轉換成8位數(shù)碼后，由信號轉換開關輸送到計算機中，經過計算機處理后，再由8位數(shù)碼或開關信號形式，由信號分離開關輸出，以驅動相應的顯示裝置。它還有6個顯示裝置，有儀表、燈光、數(shù)字3種顯示方法。整個系統(tǒng)由計算機控制。39現(xiàn)代工程機械電子儀表板上的基本顯示有：電壓、發(fā)動機轉速、燃油油量、車速里程、機油壓力及發(fā)動機水溫等各種報警裝置。40一、電子式電壓表傳統(tǒng)的方式是由電流表或充電指示燈顯示電源系統(tǒng)的充放電情況。它不能準確地指示出電源系統(tǒng)的電壓。在實際使用中，常因為交流發(fā)電機電壓失調，產生蓄電池過充電和用電設備承受過電壓而損壞的故障。因此用電壓表指示電源電壓比用電流表指示充放電電流更為重要，所以現(xiàn)代工程機械多用電子式電壓表，已經成為工程機械電系不可缺少的有效措施之一。41如圖5-37所示，為LM324型電子式電壓表電路圖。它是由兩個集成塊LM324組成的工程機械電壓顯示電路。LM324內部有4個獨立的運算放大器，它們是被接成電壓比較器來使用的。LM324型電子式電壓表采用LED方式來顯示電壓。電壓可調的穩(wěn)壓塊42二、電子式水溫、油壓表如圖5-38所示，為工程機械電子式水溫、油壓表電路。該電路具有顯示發(fā)動機冷卻水和機油壓力兩種功能。43電子式水溫、油壓表主要由水溫傳感器w1和機油壓力傳感器w2、集成電路LM339（內裝4個獨立的電壓比較器）和發(fā)光二極管顯示器等組成。傳感器均采用雙金屬片式。水溫傳感器安裝在發(fā)動機水套內，它與電阻R11串聯(lián)組成水溫測量電路；機油壓傳感器安裝在發(fā)動機主油道上，與電阻R20測量組成機油壓力測量電路。44

1．水溫顯示水溫表按照40℃、80℃和95℃三種水溫設置發(fā)光顯示和儀表刻度。通過水溫傳感器w1的檢測，水溫40℃時為安全起始，提示注意信號，用黃色發(fā)光二極管來顯示；85℃時為發(fā)動機正常工作溫度信號，用綠色發(fā)光二極管來顯示；95℃時是發(fā)動機過熱危險報警信號，用紅色發(fā)光二極管來顯示，以便提醒駕駛員，與此同時，由晶體三極管T所控制的蜂鳴器也發(fā)出報警聲音信號。45

2．油壓顯示

機油壓力表可以按照油壓過低、油壓正常和油壓過高三種情況來設置發(fā)光顯示裝置和儀刻度。在油壓過低時，雙金屬片油壓傳感器產生的脈沖頻率最低，即每分鐘約5—20次，此時可以用紅色二極管顯示，以發(fā)出報警信號。46當油壓正常時，可用綠色發(fā)光二極管顯示，以表示發(fā)動機潤滑系供油正常；而在油壓過高時，油壓傳感器便發(fā)出較高頻率的脈沖信號，每分鐘約100—120次，采用黃色發(fā)光二極管來顯示。47三、電子式燃油油量表工程機械電子式燃油油量表，可以隨時測量并指示燃油箱內燃油的存儲量。電子式燃油油量表電路如目5-39所示。48

電子式燃油油量表電路主要由燃油量傳感器Rx、集成電路LM324(2塊)、燃油量發(fā)光二極管顯示器D1~D7等組成。燃油量傳感器仍采用傳統(tǒng)的可變電阻浮筒式傳感器。49電阻R15和二極管D8組成穩(wěn)壓電路，其穩(wěn)壓電壓作為電路的標準電壓，通過R8~R13接到IC1和IC2所組成的電壓比較器反向輸入端。電容C和電阻R16還組成延時電路，使燃油表的發(fā)光顯示不隨燃油箱中燃油量的波動而發(fā)生變化。50該燃油表的工作情況如下：①當燃油箱中的燃油加滿時，燃油傳感器Rx的阻值最小，則A點的電位最低，即IC1和IC2各電壓比較器的輸出為低電平，此時6只綠色LED發(fā)光二極管D2~D7全部點亮，而紅色發(fā)光二極管D1由亮轉為熄滅，此時為燃油箱滿油狀態(tài)。51②隨著工程機械柴油發(fā)動機的運行，燃油箱中的燃油量逐漸減少，顯示器中的發(fā)光二極管便按照D7、D6……依次熄滅。燃油量越少，綠色LED發(fā)光二極管點亮的個數(shù)就越少。52③當燃油箱中無油時，Rx的阻值為最大，則A點的電位為最高，集成塊1C2的第5腳電位高于第6腳的基準電位，6只綠色LED發(fā)光二極管全部熄滅，紅色發(fā)光二極管D1自動點亮以表示無油，必須添加燃油。53四、汽油發(fā)動機電子轉速表為了檢查和調整汽油發(fā)動機，并監(jiān)視汽油發(fā)動機的工作狀況，以便更好地掌握換檔時機，利用經濟車速等，需要安裝汽油發(fā)動機轉速表。圖5-40所示為利用電容放電式的一種脈沖式電子轉速表。54

電容放電脈沖式電子轉速表的信號取自斷電器觸點。在發(fā)動機工作正常時斷電器觸點不斷地開閉，其開閉的次數(shù)與發(fā)動機的轉速成正比(四沖程四缸發(fā)動機曲軸轉一圈開閉2次，六缸發(fā)動機開閉3次)。55當觸點閉合時，三極管T無正向偏壓而處于截止狀態(tài)，電容器C2被電源充電。其電路是：蓄電池正極一R3一C2一D2—蓄電池負極。

當觸點分開時，三極管T的基極得到正電位而導通。此時，C2便通過導通的三極管T、電流表和D，構成放電回路，從而驅動電流表。56觸點不斷開閉，電容器C2不斷進行充、放電，其放電電流平均值與發(fā)動機轉速成正比，于是將電流表刻度值，經過標定刻度成發(fā)動機轉速即可。穩(wěn)壓管Z起穩(wěn)壓作用，使C2再次充電電壓不變，以提高測量精度。57如圖5-41所示，為美國GM公司采用的電子車速里程表的結構框圖。它主要由車速傳感器、電子電路、車速表和里程表四大部分組成。

五、電子車速里程表58車速傳感器是一個永磁發(fā)電機，由工程機械的變速器驅動，它能夠產生正比于工程機械行駛速度的電信號。圖5-42所示為車速傳感器示意圖。59車速表仍然為指針式。其內部有無芯測量機構，即具有兩套相互垂直的電磁線圈A和B，如圖5-43所示。當工程機械電源電壓施加于A線圈時，B線圈的電壓正比于電子電路的輸入頻率，即反映車輛行駛速度。60因為由軸承支撐的磁鐵轉子隨著兩個線圈所產生的電磁場的變化而使指針擺動，故能指示出車速的高低。為防止其轉子產生抖動，在其線圈架的空腔內裝有硅酮液，以起到阻尼作同。里程表由里程計速器和表架等組成，它由步進電機驅動。61第三節(jié)電子顯示裝置隨著電子技術的不斷發(fā)展和人們對工程機械性能要求的不斷提高，現(xiàn)代工程機械的結構越來越復雜。為了使操作者能夠及時、準確、全面地了解工程機械各機構和裝置的運行狀況，以便有效地控制其正常工作，儀表板上需要安裝更多的指示儀表及各種指示燈等，儀表板已經成為現(xiàn)代工程機械的信息中樞。隨著固態(tài)顯示裝置和各種驅動電路的發(fā)展，加上數(shù)字電子系統(tǒng)和計算機在工程機械中的應用，促使了生產廠家積極發(fā)展電子顯示裝置。電子顯示裝置的主要優(yōu)點是能適應計算機輸出的數(shù)字信號，它的信息量大而顯示又直觀。電子顯示裝置可以分為兩大類：能自身發(fā)光的主動型和只能反射投入光的被動型。目前主要的電子顯示器件有發(fā)光二極管、真空熒光顯示器、液晶顯示器。62一、發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種將電能轉變?yōu)楣饽艿陌雽w器件，大多數(shù)發(fā)光二極管是用砷化鎵制成的。發(fā)光二極管的種類較多，按照發(fā)光顏色來分，有紅色、橙色和綠色三種；按照外形來分，有圓形、方形、符號型和組合型等。下圖為圓形發(fā)光二極管的結構。6364如圖5-46所示，用發(fā)光二極管做成的七段顯示器。它由七只發(fā)光二極管組成，只要控制各二極管的亮滅，便可以顯示不同的字樣，如數(shù)字0~9和某些英文字母。常用的七段顯示器有共陰極連接和共陽極連接兩種內部連接方式。前者是將各二極管的陰極連在一起并搭鐵，后者是將各二極管的陽極連在一起并搭鐵。65二、真空熒光顯示(LFD)真空熒光顯示的發(fā)光原理和陰極射線管(CRT)十分相似。在工作時，加熱的燈絲(陰極)射出自由電子，轟出熒光物質，激發(fā)出藍綠色光。與其他顯示器件相比，真空熒光顯示具有良好的可靠性和能夠適應比較惡劣的環(huán)境，在工作時僅需要相對較低的電壓，并且具有彩色顯示的能力。它的主要缺點是需要嚴格單獨的電源，而且容易受振動的影響。 6667三、液晶顯示(LCD)68四、陰極射線管顯示(CRT)陰極射線顯示(CRT)也稱顯像管或電子束管，它是一種特殊的真空管。陰極射線顯示(CRT)作為工程機械儀表板顯示器件，則體積太大、太重；還要求采用10KV以上的高電壓，安全性差，故它在工程機械上的應用還處于試驗階段。69第四節(jié)電動刮水器刮水器具有一個或兩個刮桿與橡皮刮片，并由電動或氣動的驅動裝置帶動來回擺動，以掃除風窗上的雨或雪。按刮水器的工作原理來分：刮水器主要有氣動式與電動式兩種。前者是利用氣壓差產生的動力，驅動刮桿與刮片來回擺動；后者是裝有直流電動機驅動刮桿與刮片來回擺動。70一、刮水電動機的型號和分類工程機械電氣設備中廣泛使用各種用途的直流電動機，如用于暖風、洗滌、油泵等。它的功率一般在200W以下，刮水器用電動機僅是其中的一種。以上各種用途的電動機被通稱為工程機械用微電機，刮水電動機的型號代號是“ZD”，Z表示直流，D表示電，其排列順序及代號如下：71國產刮水電動機結構型式代號72直流電動機按勵磁方式分為串勵式、并勵式和復勵式三大類。刮水器用直流電動機一般都為復勵式直流電動機。近年來勵磁方式采用永磁材料，體積小，節(jié)省銅材。應用磁場線圈產生磁通的電機稱為繞線勵磁式，而應用永磁材料產生磁通的電機稱為永磁式。73刮水器的刮桿與刮片是往復擺動的，因此每個刮水器都有一個曲柄搖桿機構，將電動機主軸的旋轉運動變?yōu)橥鶑蛿[動。刮水器的擺動速度有高速和低速之分，65擺次/min為高速，45擺次/min。在雨量較小時使用低速。為了不影響施工駕駛人員的視線，每當切斷刮水電動機電路后，要求刮桿與刮片復位到風窗玻璃的下沿。在電動機減速器內附有復位裝置的，稱為自動復位式。74二、刮水電動機的結構與工作原理1.繞線勵磁式刮水電動機的結構與工作原理（1）QDG-2型刮水電動機7576QDG-2型刮水電動機的電樞軸采用支承（僅有一端有軸承），且電動機的輸出功率較小以及電刷與整流子的接觸難以調整等原因，致使電動機的運轉不夠穩(wěn)定，使用壽命短。這個產品的唯一優(yōu)點是帶有電源開關，結構較為緊湊。目前該產品已重新設計，繞線勵磁式改為永磁式，以增大輸出功率；單端支承改為以球端軸承支承，使運轉可靠。77（2）ZD026A型刮水電動機ZD026A型刮水電動機適用于輪式工程機械，見圖5-56所示。它主要由電動機5、曲柄3、連桿1、主動搖桿12、被動搖桿9、聯(lián)動桿8及傳動齒輪總成10等組成。7879傳動齒輪總成10的結構，見圖5-57所示。它由一對齒輪組成，主動齒輪1的直徑大于被動齒輪2，以擴大刮桿與刮片的擺動角度。80ZD026A型刮水電動機的工作原理示意，見圖5-58所示。它由電樞4、電刷3、5、磁極2、6、并勵線圈1、串聯(lián)線圈8、制動線圈7、觸點10、11及凸塊12等組成。81822.永磁式刮水電動機的結構與工作原理常用刮水器總成的結構，見圖5-59所示。它由電動機1、曲柄搖桿機構及刮桿5、刮片4等組成。8384永磁式刮水電動機由電動機、減速器等組成，見圖5-60所示。其電動機的構造與普通繞組勵磁式基本相同，只是磁極4被永磁材料代替。85（2）永磁式電動機的變速機構傳統(tǒng)結構的繞線勵磁電動機的變速機構，是用改變勵磁電流的方法。只是在磁場線圈電路中串入電阻，使勵磁電流減小，就可以使電動機的轉速上升。而永磁式電動機的磁場強弱是不能改變的，只能采用第三只電刷，成為三刷電動機。86對直流電動機而言，改變電樞中的反電勢大小，即可改變電動機的轉速。在該結構中，B3是高低速公用，B1是低速用，B2是高速用。87（3）刮水電動機的自動復位裝置（一種）88（3）刮水電動機的自動復位裝置（另一種）89第五節(jié)柴油發(fā)動機啟動電預熱裝置柴油機預熱裝置用于冬季加熱柴油機發(fā)動機進氣溫度