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工程机械电气设备 教学课件 主编 王安新 第一章 电源系统第二章 起动系统目录第三章 点火系统第四章 照明与信号系统第五章 仪表及传感器第六章 空调系统第七章 全车电路第八章 施工现场供电第二章 起动系统知识目标v1.能描述起动机、预热装置的作用、结构及工作过程。v2.能描述不同类型继电器的结构、工作过程。v3.能描述起动机、继电器端子的名称，并了解检测其好坏的方法。v4.能描述各类起动电路的工作过程。v5.能描述起动系统常见故障现象。v6.能分析起动系统常见故障原因，并了解检测流程。能力目标v1.能在车上识别起动系统中的主要电器气元件。v2.会正确使用检测仪器、仪表。v3.会判断继电器、起动机的好坏。v4.能找准接线端子，判断线路通断。v5.能读懂起动系统电路图。v6.能根据起动系统的故障现象，分析故障原因。v7.会更换故障元件，正确接线，排除起动故障。v8.会写维修记录。第一节 概述v发动机由静止状态转为运转状态的过程称为起动。v起动系统主要由起动机、继电器、蓄电池以及点火起动开关等部分组成。图2-1 起动系统的组成1-蓄电池；2-搭铁电缆；3-起动机电缆；4-起动机；5-飞轮；6-点火开关；7-起动继电器第二节 起动机的组成与型号一、起动机的组成v现代工程机械的起动机由直流电动机、传动机构和控制装置等三部分组成。v直流电动机将电能转换为机械能。v单向离合器是传动机构，在发动机起动时使起动机的小齿轮与飞轮齿圈啮合，将直流电动机的电磁转矩传递给发动机的飞轮齿圈，从而使曲轴转动；并在发动机起动后，使起动机自动脱开飞轮齿圈。v控制装置控制起动电路的开闭。第二节 起动机的组成与型号二、起动机的分类v1.按总体结构不同，起动机可分为电磁式、减速式和永磁式起动机。v2.按传动机构啮入方式不同，起动机可分为强制啮合式、电枢移动式、同轴齿轮移动式和惯性啮合式四种类型。三、起动机的型号规格 产品代号有QD、QDJ、QDY三种，分别表示电磁式起动机、减速式起动机、永磁式起动机。第二节 起动机的组成与型号 字母“Q”、“D”、“J”、“Y”分别为汉字“起”、“动”、“减”、“永”汉语拼音的第一个大写字母；图2-4 起动机型号的组成1-变型代号；2-设计序号；3-功率等级代号；4-电压等级代号；5-产品代号第二节 起动机的组成与型号 电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，1、2、6分别表示12V、24V和6V；功率等级代号用一位阿拉伯数字表示，含义如表2-1所示；设计序号按产品设计先后顺序，以1到2位阿拉伯数字组成；在主要电气参数和基本结构不变的情况下，一般电气参数的变化和结构的某些改变称为变型，以汉语拼音大写字母顺序表示变型代号。第二节 起动机的组成与型号起动机功率等级代号的含义 表2-1 v例如QD1215中的“1”表示额定电压为12V，“2”表示功率为12kW，“15”表示第15次设计。第三节 典型起动机的结构与原理一、电磁式起动机v电磁式起动机的结构如图2-5所示，主要由直流电动机、传动机构和控制装置三部分组成。v1.直流电动机v1)结构v直流串励式电动机的组成包括有磁极、电枢、电刷和外壳等部分。v（1）磁极。磁极又称定子，其主要作用为在电机内部产生磁场。第三节 典型起动机的结构与原理图2-5起动机结构1-驱动端盖；2、21-铜轴套；3-电枢轴；4-铁芯；5-移动叉；6-卡环；7、33-挡圈；8-复位弹簧；9-电磁开关壳体；lO-弹簧；11-触盘；12-接线座；13-电源端子“30”(连接蓄电池)；14-接线端子“50”；15-磁场线圈端子“C”；16-磁场线圈引线连接端子；17-负电刷；18-负电刷架；19-电刷弹簧；20-换向器端盖；22-锁片；23-防尘盖；24-正电刷架；25-正电刷；26-密封橡胶圈；27-承推垫圈；28-磁场线圈连接片；29-磁场线圈；30-磁极；31-换向器；32-电动机壳体；34-电枢线圈；35-电枢铁芯；36-滑环；37-弹簧；38-离合器驱动座圈；39-驱动弹簧；40-驱动齿轮；41-卡环第三节 典型起动机的结构与原理v电磁式直流电动机的磁场为电磁场，其磁极由铁芯和励磁绕组两部分组成。图2-6 电磁式直流电动机磁极的结构1-励磁绕组；2-铁芯；3-外壳；4-固定螺钉第三节 典型起动机的结构与原理v（2）电枢v电枢是电机的转子部分，其主要作用是产生电磁转矩，由电枢铁芯、电枢绕组、电枢轴和换向器组成，结构如图2-8所示。图2-8 电枢结构1-换向器；2-铁芯；3-电枢绕组；4-电枢轴 v换向器的结构如图2-9所示，由一定数量的燕尾形铜片组成，通过轴套和压环组装成一体，压装在电枢轴上，相邻铜片之间及铜片与轴套压环之间用云母绝缘，保证电枢绕组产生的电磁转矩的方向保持不变。第三节 典型起动机的结构与原理图2-9 换向器结构1-换向片；2-轴套；3-压环；4-焊线凸缘第三节 典型起动机的结构与原理v（3）电刷v电刷的作用是将电流引入电枢绕组。电刷的结构如图2-10所示，主要由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。图2-10 电刷的结构1-搭铁电刷架；2-绝缘垫；3-绝缘电刷架；4-搭铁电刷第三节 典型起动机的结构与原理v（4）外壳v壳体用铸铁浇铸或钢板卷焊而成，壳体上设有一个接线端子或引出一根电缆引线，接线端子或电缆引线端子通常称为“C”端子。v2)工作原理v直流电动机的工作原理是利用通电导体在磁场中受力的作用从而将电能转换为电磁转矩，如图2-11所示。第三节 典型起动机的结构与原理图2-11 直流电动机工作原理a)电流方向为abcd b)电流方向为dcba第三节 典型起动机的结构与原理v3)影响起动机输出功率的因素v（1）接触电阻和导线电阻的影响 v（2）温度的影响v（3）蓄电池容量的影响第三节 典型起动机的结构与原理v2.传动机构v电磁式起动机传动机构中的关键部件是单向离合器。其作用是在起动时将电枢产生的电磁转矩传给发动机飞轮，当发动机起动后单向离合器立刻自动打滑，以防止造成电枢“飞散”事故。v起动机采用的离合器形式有滚柱式、弹簧式和摩擦片式三种。其中滚柱式离合器和弹簧式离合器在功率2kW以下的小功率起动机上被广泛应用。v1)滚柱式单向离合器的结构 第三节 典型起动机的结构与原理图2-12 滚柱式单向离合器1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；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-卡簧第三节 典型起动机的结构与原理图2-13 滚柱式单向离合器的工作原理a）发动机起动时 b）发动机起动后1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；6-飞轮齿圈图2-14 滚柱受力分析a）发动机起动时；b）发动机起动后1-外壳；2-十字块；3-滚柱；4-压帽与弹簧；第三节 典型起动机的结构与原理v2)弹簧式单向离合器的结构图2-15 弹簧式单向离合器1-衬套；2-驱动齿轮；3-挡圈；4-月形键；5-扭力弹簧；6-护套；7-垫圈；8-花键套筒；9-缓冲弹簧；10-移动衬套；11-卡簧；第三节 典型起动机的结构与原理v3)摩擦片式单向离合器的结构图2-16 摩擦片式单向离合器第三节 典型起动机的结构与原理v3.控制装置v起动机的控制装置通常指的是固定在电动机上的机械式开关或电磁式开关，其作用是通过控制起动机主电路的导通与切断来控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈的啮合与分离。第三节 典型起动机的结构与原理v1)机械式开关的结构图2-17 机械式开关1、2-主接线柱；3-主接触盘；4、lO-辅助接线柱；5-辅助接触盘；6-外壳；7-推杆；8-拨叉；9-顶压螺钉第三节 典型起动机的结构与原理v2)电磁式开关的结构图2-18 电磁式开关结构1-活动铁芯；2-保持线圈；3-吸拉线圈；4-黄铜套；5、6-主接线柱；7-接触盘；8-挡铁；9-起动接线柱；10-起动按钮；11-总开关；12-熔断器；13-电流表；14-蓄电池；15-电动机；16-拨叉；第三节 典型起动机的结构与原理v工作原理v起动发动机时，按下起动按钮，此时电流通路为蓄电池“+”主接线柱电流表电源总开关起动按钮起动接线柱。此后分为两条支路，一路为保持线圈搭铁蓄电池“-”，另一路为吸拉线圈主接线柱串励式直流电动机搭铁蓄电池“-”。这时活动铁心在两个线圈产生的同向电磁力的作用下，克服复位弹簧的推力而右行，一方面带动拨叉将单向离合器向左推出，另一方面活动铁心推动接触盘向右移动，当接线柱第三节 典型起动机的结构与原理 被接触盘接通后，吸拉线圈被短路，于是蓄电池的大电流经过起动机的电枢绕组和励磁绕组，产生较大的转矩，带动曲轴旋转而起动发动机。此时，电磁开关的工作位置靠保持线圈的吸力维持。v发动机起动后，在松开起动按钮的瞬间，吸拉线圈和保持线圈是串联关系，电流通路为蓄电池“+”主接线柱5接触盘主接线柱6吸拉线圈保持线圈搭铁蓄电池“-”，两个线圈所产生的磁通方向相反，互相抵消。于是活动铁心在复位弹簧的作用下迅速回到原位，使得驱动第三节 典型起动机的结构与原理 齿轮退出啮合，接触盘在其右端弹簧的作用下脱离接触复位，起动机的主电路被切断，起动机停止工作。二、电枢移动式起动机v1.电枢移动式起动机结构图2-19 电枢移动式起动机1-油塞；2-单向离合器；3-磁极；4-电枢；5-接线柱；6-接触桥；7-电磁开关；8-扣爪；9-换向器；10-圆盘；11-电刷弹簧；12-电刷；13-电刷架；14-复位弹簧；15-磁场绕组；16-机壳；17-驱动齿轮第三节 典型起动机的结构与原理v2.电枢移动式起动机工作原理如图2-20所示。a)未啮合b)进入啮合c)完成啮合图2-20 电枢移动式起动机的工作原理1-起动开关；2-电磁铁；3-静触点；4-接触桥；5-并联辅助励磁绕组；6-串联辅助励磁绕组；7-主励磁绕组；8-挡片；9-扣爪；10-回位弹簧；11-圆盘；12-电枢；13-磁极；14-摩擦片式单向离合器15-驱动齿轮 16-飞轮第三节 典型起动机的结构与原理v3.特点v1)电枢移动式起动机多应用于大功率柴油机的起动系中。v2)起动机不工作时，电枢在回位弹簧的作用下偏离磁极的中心线。v3)传动机构采用摩擦片式单向离合器。v4)励磁绕组共3个，分别为串联的主励磁绕组、串联的辅助励磁绕组和并联的辅助励磁绕组。由于扣爪和挡片的作用，辅助励磁绕组首先接通。第三节 典型起动机的结构与原理v5)换向器较长，从而使得移动后仍能与电刷接触。v6)驱动齿轮和飞轮齿圈的啮合过程是由整个电枢在磁场作用下的轴向移动来实现的，发动机起动后靠回位弹簧的拉力使驱动齿轮与飞轮齿圈脱离啮合并回到原位。第四节 起动机的控制电路一、开关直接控制的起动电路如图2-21所示。v1.电路组成及特点v起动电路由蓄电池、起动机、起动按钮、连接导线组成，起动机由钥匙开关或起动按钮直接控制。v2.控制电路v起动发动机时，接通电源总开关，按下起动按钮，吸拉线圈和保持线圈的电路被接通，此时电流通路为蓄电池“+”主接线柱电流表电源总开关起动按钮起动接线柱。此后分为两条第四节 起动机的控制电路 支路，一路为保持线圈搭铁蓄电池“-”，另一路为吸拉线圈主接线柱串励式直流电动机搭铁蓄电池“-”。图2-21 开关直接控制的起动电路1-驱动齿轮；2-回位弹簧；3-拨叉；4-活动铁芯；5-保持线圈；6-吸拉线圈；7-接线柱；8-起动按钮；9-总开关；10-熔断器；11-黄铜套；12-挡铁；13-接触盘；14、15-主接线柱；16-电流表；17-蓄电池；18-起动机第四节 起动机的控制电路v发动机起动后，在松开起动按钮的瞬间，吸拉线圈和保持线圈是串联关系，电流通路为蓄电池“+”主接线柱14接触盘主接线柱15吸拉线圈保持线圈搭铁蓄电池“-”。二、带起动继电器的起动电路v1.电路特点v主要特点是起动继电器触点控制起动机电磁开关的通断，减小了起动时钥匙开关的电流，有利于延长钥匙开关的使用寿命，因此应用最广泛。v2.带起动继电器的起动电路如图2-22所示。第四节 起动机的控制电路图2-22带起动继电器的起动电路1-起动继电器触点；2-起动继电器线圈；3-点火开关；4、5-主接线柱；6-点火线圈附加电阻短路接线柱；7-导电片；8、9-接线柱；10-接触盘；11-推杆；12-固定铁芯；13-吸拉线圈；14-保持线圈；15-活动铁芯；16-回位弹簧；17-调节螺钉；18-连接片；19-拨叉；20-定位螺钉；21-单向离合器；22-驱动齿轮；23-限位环；24-点火线圈第四节 起动机的控制电路三、带复合继电器的起动电路v1.电路特点v1)发动机起动后，能使起动机自动停止工作。v2)发动机工作时，即使错误地接通了起动开关，起动机也不会工作。v2.电路组成如图2-23所示。第四节 起动机的控制电路图2-23 装有组合继电器的起动机控制电路1-主接线柱；2-吸引线圈；3-保持线圈；4-起动继电器触点；5-保护继电器触点；6-组合继电器；7-点火开关；8-硅整流发电机；9-电流表；10-熔断器第五节 起动机的预热装置一、电热塞v1.结构v电热塞又称为电预热塞。电热塞的结构主要由发热体钢套、电阻丝、绝缘体和壳体等组成，如图2-24所示。图2-24 电热塞的结构1-发热体钢套；2-电阻丝；3-填充剂；4、6-密封垫圈；5-壳体；7-绝缘体；8-胶合剂；9-螺杆；lO、11-螺母；12、13-垫圈第五节 起动机的预热装置v2.使用v在寒冷季节起动发动机之前，先接通预热开关使电热塞的电阻丝电路接通，发热体钢套很快就会红热，使气缸内空气的温度升高，从而提高压缩终了时气缸内的空气温度，使喷入气缸的柴油容易点燃。二、火焰预热塞v火焰预热塞又称为火焰预热器，安装在进气管内，其功用是预热进气的气流，从而提高压缩终了时空气的温度。第五节 起动机的预热装置v1.结构v火焰预热塞分为热胀式和电磁式两种。其中，热胀式火焰预热塞应用较广，结构如图2-25所示。v2.工作原理v当起动柴油发动机时，接通预热塞开关，蓄电池便对电阻丝供电，炽热的电阻丝加热阀体，使其受热伸长，并带动阀芯向下移动，进油孔开启，由油箱送来的柴油经进油孔流入阀体的内腔而受热汽化。图2-25 热胀式火焰预热塞1-进油孔；2-阀体；3-阀芯；4-电阻丝第五节 起动机的预热装置v当汽化后的柴油从阀体的内腔喷出时，就会被炽热的电阻丝点燃形成火焰，火焰使进气气流预热后，压缩终了的气流温度就会升高，以便发动机顺利起动。当预热塞开关断开时，电路切断，电热丝变冷，阀体冷却收缩，阀芯上移而堵住进油孔，火焰熄灭，预热停止。v3.使用v1)接通预热系统电源开关(该开关设置在保险丝盒旁边)，此时仪表盘上的预热指示灯发亮；v2)接通电源约50s后，预热指示灯由发亮转为闪烁，此时即可接通起动开关起动发动机；第五节 起动机的预热装置v3)当起动机带动发动机旋转时，预热指示灯将由闪烁变为常亮。当发动机起动成功、且起动机停止工作时，预热控制器将再一次向预热器供电，预热指示灯再次由常亮变为闪烁状态，发动机进入暖机状态。暖机结束后，预热系统将自动停止工作；v4)如果起动失败，预热系统将自动间隔至少5s后，再次投入预热状态。第五节 起动机的预热装置三、PTC预热器v陶瓷预热器是利用陶瓷半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性制成。v根据热敏电阻的特性不同，热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻PTC、负温度系数热敏电阻NTC和临界温度热敏电阻CTR三种类型。v1.结构如图2-27所示。v2.使用方法如下：图2-27 PTC陶瓷预热器结构1-节气门拉杆；2-节气门拉线支架；3-搭铁螺栓；4-进气端；5-预热器；6-出气端第五节 起动机的预热装置v1)预热器在40-5之间的环境温度下起动柴油发动机时使用。v2)接通仪表盘上的预热开关，预热绿色指示灯发亮，表示预热开始。v3)预热时间设定为6 min，当预热时间达到6 min时，绿色指示灯开始闪烁，蜂鸣器也开始鸣叫，此时即可接通起动开关起动发动机。v4)若发动机起动成功，则应立刻断开预热开关。如一次起动不成功，可在15s后重复进行起动操作。v5)预热器断电保护时间设定为12min。第六节 起动机的使用与试验一、起动机的正确使用v在使用起动机时应当注意以下几点：v1.尽量保持蓄电池处于保持充足电状态，提高蓄电池电动势，减小内电阻；v2.起动时，蓄电池、起动开关、搭铁线等连接可靠。v3.每次起动时间不得超过5s，两次起动间隔时间不得小于15s。v4.冬季，做好蓄电池的保温工作，起动发动机时，应对发动机预热后，再使用起动机起动。第六节 起动机的使用与试验v5.使用起动机时，应挂空档或踏下离合器踏板。v6.应定期对起动机进行全面保养和检修，使起动机始终保持完好的技术状态；v7.发动机起动后，尽快断开起动开关，停止起动系统的工作，减少起动机空转造成的磨损和电能消耗。二、起动机的试验v1.空载性能试验v2.起动机全制动试验第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v一、起动机不转v1.现象v当点火开关打到ST挡时，起动机不转动。v2.常见原因v1)蓄电池严重亏电或蓄电池正、负极柱上的电缆接头松动或接触不良，甚至脱落；v2)起动继电器的触点不能闭合或烧蚀、沾污而接触不良或线圈断路。v3)电动机电磁开关的吸引线圈和保持线圈有搭铁、断路、短路现象；主触点严重烧蚀或触点表面不在第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v同一平面内，使接触盘不能将两个触点有效地接通；v4)直流电动机内部的励磁绕组或电枢绕组有断路、短路或搭铁故障；换向器严重烧蚀或电刷弹簧压力过小或电刷在电刷架中卡死而导致电刷与换向器接触不良；电刷引线断路或绝缘电刷(即正电刷)搭铁。v5)外部线路有短路、断路或接头松脱。v3.故障诊断与排除方法第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v1)接通工程机械前照灯或喇叭，若前照灯发亮或喇叭响，说明蓄电池存电较足，故障不在蓄电池；若前照灯灯光变暗或喇叭声音变小，说明蓄电池亏电；若灯不亮或喇叭不响，说明蓄电池或电源线路有故障；如蓄电池有故障，需更换或修理。v2)如蓄电池正常，故障可能发生在起动机、电磁开关或外部电路中。若起动机不转，则确定电动机有故障；若起动机空转正常，说明电磁开关或控制电路有故障。第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v3)如确定电动机存在故障时，可根据螺丝刀搭接两个主接线柱时产生火花的强弱来进一步判别电动机的故障情况。若搭接时无火花，说明励磁绕组、电枢绕组或电刷引线等有断路故障；若搭接时有强烈火花而起动机不转，说明起动机内部有短路或搭铁故障。v4)诊断是电磁开关还是外部电路故障时，可用导线将蓄电池正极与电磁开关的输入接线柱接通(时间不超过35s)，如接通时起动机不转，说明电磁开关有故障，应拆下检修或更换电磁开关；第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v如接通时起动机转动，说明电磁开关的输入接线柱至蓄电池正极之间外部线路或点火开关有故障。这部分故障可用万用表或试灯逐段进行诊断，找到故障后，更换相应的导线或开关；二、起动机运转无力v1.现象v将点火开关置于起动档或起动按钮接通，起动机转速太慢而不能使发动机起动。v2.常见原因v1)蓄电池存电不足或有短路故障使其供电能力第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v降低或蓄电池极柱松动、氧化或腐蚀了使其不能正常供电。v2)电磁开关故障。v3)直流电动机内部故障。v3.故障诊断与排除方法v1)检查蓄电池的技术状况是否良好v2)检查蓄电池极柱是否松动、氧化或腐蚀。v3)如果蓄电池和主电路连接正常而起动机仍转动无力，用足够粗的导线将起动机的两个主接线柱短接，如果起动机运转正常，说明主接线柱与接第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v触盘接触不良，如果起动机仍转动无力，说明故障在电动机内部，应进行拆解检修或更换。三、起动机空转v1.现象v将点火开关置于起动位置后，起动机高速转动，而发动机不转动。v2.常见原因v1)单向离合器打滑;v2)飞轮齿圈或驱动齿轮损坏；v3)拨叉折断或连接处脱开。第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v3.故障诊断与排除方法v1)检查拨叉连接处是否脱开或折断。v2)将发动机飞轮转过一个角度，重新进行起动。如果空转现象消失，说明飞轮齿圈有缺齿，应更换飞轮齿圈。如果空转现象仍在，说明是单向离合器打滑，应更换单向离合器或拆解修理。四、起动机异响v1.现象v起动机工作时发出不正常的响声。第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v2.常见原因v1)主电路接通过早。v2)飞轮齿圈或驱动齿轮损坏。v3)蓄电池严重亏电或内部短路。v4)电磁开关中的保持线圈断路或搭铁或断路。v3.故障诊断与排除方法v1)如果起动时发动机不转，而起动机发出“打机枪”似“哒、哒”声，可用万用表检测蓄电池电压。第七节 起动系统常见故障的诊断与排除v如电压过低（低于9.6 V），说明蓄电池严重亏电或内部短路，应予更换新蓄电池。如蓄电池技术状况良好，则说明电磁开关保持线圈搭铁不良而断路或起动继电器断开电压过高，应分别检修或更换电磁开关、起动继电器即可排除故障。v2)如果起动时发出强烈的打齿声，可能是主电路接通过早或飞轮齿圈、驱动齿轮损坏。首先检查和调整电磁开关的接通时间，若故障无法消除，说明飞轮齿圈或驱动齿轮损坏，更换飞轮齿圈或驱动齿轮。v第二章 到此结束vO(_)O谢谢同学们。