机械设计制造及其自动化毕业论文隧道出碴装载机测控系统设计

1、（2008届）本科生毕业设计说明书隧道出碴装载机测控系统设计系部： 机电学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 2008年5月目 录第1章 绪 论11.1装载机简介（loader）11.2装载机发展概况11.3轮式装载机的发展趋势21.4轮式装载机的市场前景21.4.1国际市场21.4.2国内市场31.5隧道出渣装载机改进的必要性31.6电气系统的设计过程3第2章 装载机电气系统42.1电气系统概述42.1.1机电气系统的设计原理42.1.2装载机的电子技术及应用42.1.3电控系统的基本组成与设计42.1.4典型zl50型

2、装载机电气系统62.2传感器与仪表92.2.1传感器92.2.2仪表92.2.3电子显示装置92.3装载机外型的改进9第3章 装载机控制系统设计113.1控制目标113.2控制系统的设计113.2.1计算机控制模块结构框图113.2.2液压系统的改造133.2.3特点15第4章 装载机整机电气系统的设计164.1电气负荷图和供电设备的选择164.1.1电气负荷图164.1.2发电机容量选择174.1.3蓄电池容量选择184.2主要电气设备选择184.3导线选择及线束连接与包扎194.3.1导线的选择194.3.2线束的连接和包扎194.4装载机电气系统的设计20第5章 控制电路的设计225.1

3、控制电路简介225.1.1电路原理图225.1.2继电器225.1.3常用的几种自动控制技术245.2系统电路分析255.2.1变压整流系统255.2.2控制电路分析305.2.3电路系统总体方案的确定305.3电气操作过程分析315.3.1系统安全指示灯315.3.2制动灯与制动喇叭315.3.3电磁阀动作顺序315.3.4空调系统 照明系统 音乐播放器等设备的控制315.3.5操作要点315.4照明与信号系统的故障诊断与排除325.4.1照明装置故障诊断与排除325.4.2信号装置故障诊断与排除335.5仪表系统的故障诊断与排除335.6 智能装载机的故障服务与诊断系统34第6章 电缆卷筒

4、机构的设计计算及选择366.1卷筒设计要求366.2卷筒形式的确定366.2.1电缆动力源的确定376.2.2设计376.3电缆的选择39结 论40参考文献41致 谢42附录143附录244第1章 绪 论1.1装载机简介（loader）往车辆或其他设备装载散状物料的自行式装卸机械。装载机也可进行轻度的铲掘工作，通过换装相应的工作装置，还可进行推土、起重、装卸木料及钢管等作业。广泛应用于建筑、铁路、公路、水电、港口、矿山、农田基本建设及国防等工程中。1.1.1装载机的用途 装载机是在底盘的前方铰装以由动臂、连杆机构和装载斗组成的工作装置，在行进中铲装、运送、卸载和平整作业的自走式土方机械。若换装

5、相应的工作装置，还可以进行推土、起重、装卸木料及钢管等作业，是一种用途十分广泛的工程机械。1.1.2装载机的分类 （1）按发动机功率分：可分为大中小型。发动机功率小于74千瓦（100马力），称为小型装载机。发动机功率为74147千瓦（100200马力），称为中型装载机。发动机功率为147515千瓦（200700马力），称为大型装载机。 （2）按行走机构分：可分为轮胎式和履带式两种。轮胎式装载机是以轮胎式专用底盘为基础，配置工作装置及其操纵系统而构成的。履带式装载机是以专用履带底盘或工作拖拉机为基础，装上工作装置及操纵系统而构成的。轮胎式装载机的优点是重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破

6、坏路面。特别是在工程量不大，作业点不集中，转移较频繁的情况下，生产率超过履带式装载机，在工程及农田基本建设中被广泛使用，是本节介绍的重点。 （3）按车架结构型式及转向方式分：可分为铰接车架折腰转向和整体车架偏转车轮转向两种。 （4）按卸载方式分可分为前卸式（装载机在其前端铲装与卸载）和回转式（装载机的动臂安装在转台上，工作时铲斗在前端铲装，卸载时转台可相对车架转过一定的角度）两种。1.2装载机发展概况我国现代轮式装载机起始于20世纪60年代中期的z435型。该机为整体机架、后桥转向。经过几年的努力，在吸收当时世界最先进的轮式装载机技术的基础上，开发成功了功率为162kw的铲接式轮式装载机，定型

7、为z450（即后来的zl50），并于1971年12月18日正式通过专家鉴定。就这样诞生了我国第一台铰接式轮式装载机，从而开创了我国装载机行业形成与发展的历史。我国轮式装载机主要是20世纪70年代初期发展起来的。1978年，天工所根据机械部的要求，制订出以柳工z450为基型的我国轮式装载机系列标准。制订标准时，保留用z代表装载机，用l取代“4”代表轮式，改z450为zl50，就这样制订出了以柳工zl50型为基型的我国zl轮式装载机系列标准，这是我国装载机发展鸣上的重大转折点。该标准制订出来后按当时的行业分工，柳工、厦工制造zl40以上的大中型轮式装载机，成工、宜工制造zl30以下的中小型轮式装载

8、机，逐步形成了柳工、厦工、成工和宜工当时的装载机四大骨干企业。到目前为止，我国轮式装载机已经发展到了第三代，但最基本的结构仍然是由z450（zl50）演变而来。第二代变化不很大，第三代变化稍大一些。以zl50型装载机为主导产品，经过多年的发展，质量水平不断提高，已经形成独立的产品系列和行业门类。与工程机械其他机种相比，轮式装载机的桥、箱、泵、阀及缸等零部件产品配套相对成熟，已经形成了比较完整的配套体系。 我国装载机行业的自主品牌通过十几年的发展，在跨国公司强势品牌的重重包围之下，摸爬滚打，走出了一条自主发展的道路，并逐渐发展壮大，牢牢控制了国内90%以上的市场份额。国内装载机市场的营业额近年来

9、一直约占我国整个工程机械行业总营业额的半壁江山，其行业地位十分重要。同时国产装载机产品以其出色的性价比优势，已经开始在国际市场上崭露头脚，呈现出较好的发展势头。2001年我国装载机全行业总销售量已突破3万台，居世界装载机市场的前列。因此，目前我国已经成了世界上装载机产销大国。1.3轮式装载机的发展趋势轮式装载机与其它工程机械一样，发展至今，大致经历了以下4个阶段： 以满足减轻劳动强度为目的的机械驱动阶段。该阶段的主要特点是以机械传动为主，设备结构笨重，功能单一，作业效率低下。 以提高设备生产率为目的的液压传动阶段。这一阶段工程机械设备由于采用了液压传动，其作业效率大大提高。工程机械的电子控制阶

10、段。由于电子控制技术的发展及其应用，使工程机械的控制精度、作业效率等都得到了更进一步的提高。进入21世纪以后，工程机械的发展进入第四个发展阶段。“以人为本”和“人、机与自然相协调”的设计理念成为这一阶段的主导思想，环保、安全、舒适等要求进一步受到重视，人性化设计得到了充分的体现。1.4轮式装载机的市场前景1.4.1国际市场世界交通、能源和其他基础建设事业发展迅速，每年投资额都在数千亿美元。目前世界各国装载机年总产量已达到15万台，美国、日本和西欧是装载机主要生产国家和地区，年产量均在万台以上，其中美国4.6万台，日本2.9万台。世界工程建设机械销售额已达到450亿美元，预计到2000年将达到5

11、00亿美元。其中美国占40%，日本占35%，其余为欧盟及其他国家。1.4.2国内市场受国家政策和投资方向的影响，今后510年内国内市场的发展趋势为：1.从地区看，安徽、河南、江西等市场需求在上升，国家向中西部投资的政策也将使该地区的市场具有广阔前景。2.从用户看，国家鼓励多种经济形式并存，私营经济和个体用户市场需求仍然上升；国家大型工程建设对大吨位装载机等工程建设机械需求量增加。1.5隧道出渣装载机改进的必要性 在隧道掘进工程中，钻爆法施工后的装碴作业一直是影响工程进度的一道关键工序。现有的装碴设备有立爪装碴机、挖掘装载机、短臂挖掘机和普通装载机等，这些设备存在诸如作业效率低、作业面窄、造价昂

12、贵、部件磨损严重和作业区空气质量差等缺点。本次毕业设计就是利用现有的装载机，保留其底盘结构和工作装置，但要将动力换成三相交流电动机，以满足隧道作业区对于空气质量的要求。在设计候，除了考虑产品的性能、功用、质量等指标外，还要注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”、“效率”和“环保”等方面的评价。以心理为圆心，生理为半径，以建立人与物之间和谐关系的方式，最大限度地挖掘人的潜能，综合平衡地发挥人的机能，保护人体健康，从而提高生产率。1.6电气系统的设计过程1、在液压图设计的基础上，按照液压系统的设计时的控制方式和控制意图，选用合适的控制方式、控制回路和控制元件。2、由于是属于改装

13、，所以，原机上的电气系统如照明系统、音乐播放系统以及空调冷气的控制系统（暖气系统省略，详细情况见正文部分的电气控制系统中的叙述）等无须再进行设计回路，直接采用原机上的控制回路即可。3、因为本车上使用的电源是通过电缆输送的高压交流电，不是安全电压，所以必须使用一个变压（降压）整流回路，将电压降为24v，然后加以采用；但是设计时必须为安全用电做好充分的考虑。4、根据电动机功率、电流等要求选择合适的电缆，然后根据线型、线长、绕转速度，设计相配的电缆转筒。第2章 装载机电气系统2.1电气系统概述2.1.1机电气系统的设计原理 由于装载机特殊的工作性质和恶劣的工作环境，尤其是隧道出渣装载机，使装载机整机

14、电气系统有别于汽车电气系统。在设计时要注意他们的不同之处。装载机的电子技术及应用 现代装载机越来越多的采用智能控制（电子控制）和电子监控与故障诊断系统。智能控制可以使过去纯机械式操纵难以实现的精细操纵及自动化得以实现。而且使既复杂又需要高度熟练操纵的作业或工人操纵的作业简单化。电子监控装置通过分析相应信息，进行故障诊断和预测，判断故障和潜在故障部位，做出相应处理，由此大大提高装载机的运转率。2.1.2装载机的电子技术及应用够成电子控制和电子监控系统的主要元件有控制器、传感器、输入信号采集卡、a/d转化模块、显示装置、键盘等，由它们构成相应电路实现控制和监控。目前，应用在装载机上的电子技术有以下

15、几个方面。1）工作装置的电子控制。包括动臂举升自动限位电子控制、铲斗自动平放控制、工作装置行驶减振电子控制系统和装载机有效载荷测量系统等。2）故障诊断系统。3）随机自动保护系统。包括发动机自动熄火电子控制系统、防滑控制系统等。4）动力与传动系统的电子控制。包括发动机极限负载调节电子控制系统、自动变速器电子控制系统及整个柴油机的电控系统等。5）电子转向控制系统。6）装载机微机集成控制系统。7）装载机卫星控制技术。包括gps卫星定位系统、利用卫星通信对装载机进行监控与管理。2.1.3电控系统的基本组成与设计电控系统主要由传感器、电控装置执行部分三部分组成。（1）传感器传感器的作用是将有关部位运行状

16、况的各种非电物理量转变为电信号。（2）电控装置它的主要作用是接受来自传感器或其他装置的信息并进行处理，产生相应的输出控制信号。它是控制系统的核心，要求具有较强的抗干扰能力和良好的可靠性。图2.1为电控系统框图图2.1 电控系统框图装载机控制系统的电控系统所完成的功能如下。接受控制信息。主要是操作人员的各种控制指令。状态参数的采集及处理。利用单片机的接口，采集柴油机的工况信号和状态参数，例如发动机转速、定时器活塞位置、冷却水温度、燃油温度、油门位置温度等，根据采集的信号进行处理。完成各种控制功能。输出驱动功能。具备系统自诊断功能。与监控系统进行及时通信功能。系统主要包括电源电路、系统电路、输入信

17、号采集接口电路、驱动电路等。1）电源电路利用电源电路将蓄电池电压进行转换，为传感器、主控制板和输入输出接口电路提供稳定的电压。 2）系统电路系统电路以单片机为核心，包括时钟电路、复位电路、存储器扩展电路等。3）输入信号采集接口电路主要将传感器采集的各种信号进行放大、滤波、整形、转换等处理，保证及时，准确地为cpu提供柴油机的各种参数，以便cpu进行处理。4）驱动电路驱动电路主要将cpu根据柴油机运行状态和操作人员的要求计算得到的控制信号放大处理，以实现对柴油机控制机构和定时机构的控制。5）控制系统监控系统通过通信接口电路建立ecu与控制室微机之间的通信，及时显示和存储柴油机的各种状态信息。（3

18、）执行部分它将电控装置的输出信号转换成机械控制装置的运动，完成控制的功能。2.1.4典型zl50型装载机电气系统 整个电气系统可分为充电系统、启动系统、照明及信号灯系统、仪表系统、辅助电器装置等。电气路线为并联单线制，负极搭铁，工作 电压为24v。充电系统 交流发电机充电系统通常由交流发电机与电压调节器及蓄电池等组成。发电机和蓄电池正极相连，负极搭铁。启动时由蓄电池给启动机供电；在发电机正常工作时，主要由发电机向用电设备供电；当蓄电池存电不足时，由发电机与相应的调节器配合使用，向蓄电池充电。 采用24v系统的装载机一般采用两个12v蓄电池串联而成，由电源总开关3（蓄电池继电器）控制蓄电池的充放

19、电的通断。发电机是采用带中性点的六管硅整流发电机，调节器8可为电磁振动式，也可为电子调节器。现一般采用后者。 交流发电机充电系统基本线路连接见图2.3 所示。主要可分为充电电路和励磁电路。充电电路为：发电机“+”电流表“+” 电流表“-” 保险启动机开关主接线柱蓄电池正极蓄电池负极电源总开关搭铁发电机“-”。励磁电路分为两情况的电路：他励电路：蓄电池正极启动机开关主接线柱保险电流表“-” 电流表“+”调节器“+”接线柱调节器“f”接线柱发电机磁场绕组搭铁蓄电池负极图2.2为典型zl50装载机电气系统原理图1蓄电池； 2启动电机 ；3电源总开关； 4电钥匙； 5电流表 ；6启动按钮 ；7发电机

20、；8调节器 ；9熔断合 ；10喇叭继电器； 11液压制动开关；12喇叭 ；13喇叭按钮；14右转向指示灯； 15前右转向灯； 16后右转向灯 ；17右前小灯； 18左转向指示灯； 19前左转向灯 ；20后左转向灯； 21左前小灯 ；22液压制动灯 ；23车牌灯； 24前灯、后灯、仪表灯、车牌灯开关 ；25仪表灯 ；26变光开关；27左右前大灯 ；28倒车灯开关 ；29左右倒车灯 ；30手柄行程开关；31铲斗行程开关 ；32起高行程开关 ；33，34电磁阀 图2.3交流发电机充电系统基本线路连接图 1电源总开关；2蓄电池；3总保险；4电流表；5调节器；6发电机；7启动电机自励电路：发电机“+”

21、电流表“+” 调节器“+”接线柱调节器“f”接线柱发电机磁场绕组搭铁发电机“-”。启动系统 启动系统由启动开关、启动惦记、蓄电池等组成。如图2.2所示，启动系统电路由电钥匙4和启动按钮6控制。启动电动机可采用强制啮合式或电枢移动式直流串励式电动机。 启动电动机的作用是将电动机的动力驱动发动机飞轮旋转，使发动机启动。（3）照明及信号灯系统 照明及信号灯系统主要包括前大灯、转向灯、转向指示灯、车牌灯、制动灯、仪表灯、倒车灯及相关电路。如图2.2所示。前后转向灯、转向指示灯均并联连接。前大灯27为两灯制双丝灯泡，通过变光开关26来变换远、近光。前小灯、前大灯及仪表灯、车牌灯都由开关24的不同挡位控制

22、。制动指示灯由制动开关控制，倒车灯29由倒车灯开关控制。（4）信息显示 在装载机上安装有各种仪表，以显示装载机的各种工作参数。传统的仪表都是采用机械式或者机电结合式仪表，是通过指针和刻度实现显示的，存在信息少、准确率低等缺点，因此已逐渐被电子化的仪表所取代。现代装载机一般都将仪表安装在仪表板上组成一个总成，构成组合仪表盘。除此之外，还有显示器件、指示灯及报警灯等共同构成信息显示系统，以提供给驾驶员详尽的装载机工作情况。2.2传感器与仪表 装载机的常用仪表一般都是由指示表和传感器组成，现代装载机一般都将仪表安装在仪表板上组成一个总成，称为组合仪表盘。2.2.1传感器 装载机中采用传感器的作用是将

23、被测量的非电量参数转换成与之有比例关系的便于测量的电量参数。在装载机的各类仪表中是离不开传感器的。另一方面，现在装载机的电子化和智能化，也要求采用微处理器和传感器来实现智能控制或应用微处理器和传感器构成监控系统进行故障诊断，故需要在装载机上各必要部位安装相应的传感器，传感器输出的模拟信号经转化成为数字信号后，微处理器根据此信号进行分析处理。 装载机上所应用的传感器有温度传感器、压力传感器、转速传感器、位置传感器、液位传感器等多种传感器。2.2.2仪表 装载机上通常所安装的仪表有电流表、发动机油压表、发动机水温表、燃油表、车速里程表、制动气压表、变矩器油压表、变距器油温表等。2.2.3电子显示装

24、置 随着汽车电子技术和汽车仪表电子化的发展，电子式温度表、油压表、燃油表、电压表、发动机转速表和车速里程表等应运而生。电子式的装载机仪表是指采用荧光屏、液晶显示屏、数码管和发光二极管等显示器件，显示电压、燃油、温度、发动机转速、车速等状态信息的的仪表。2.3装载机外型的改进 改装前图2.4 zl50外型 改装后图2.5改装后的简图 1 行走系统2 平台3电机4 座椅5 操纵台 6 液压系统 7 工作装置本设计要求本设计的突出特点是采用电动机为动力源。它的转速稳定，产生的噪声小，对提高效率及功率的充分利用提供了先决条件。利用现有的zl50装载机，保留其底盘结构和工作装置，但要将动力换成三相交流电

25、动机，以满足隧道作业区对于空气质量的要求。本车上使用的电源是通过电缆输送的380v高压交流电，不是安全电压，所以必须使用一个变压（降压）整流回路，将电压降为24v，然后加以采用。380v给电动机提供驱动。其他电气系统采用24v电源。第3章 装载机控制系统设计3.1控制目标装载机通常在环境温度高，温度变化大，灰尘多，光照度强弱悬殊，振动大的恶劣环境下作业，驾驶员在作业中不但要驾驶，而且还要仔细观察前方工作装置，做出实时判断，频繁地调节动臂、铲斗的位置，进行实时调整。其作业质量和作业效率取决于驾驶员的操作技巧和熟练程度。利用目前已经比较成熟的计算机技术、传感器技术和电液比例技术构成的装载机工作装置

26、微机控制系统，辅助驾驶员进行铲装作业，这不仅能提高作业效率和作业水平、降低驾驶员的劳动强度，同时也降低了对驾驶员操作技巧的要求，使一般驾驶员也能完成高精度、高标准的作业。与此同时，也为装载机的作业控制全自动化和作业遥控化打下了坚实的基础。分析装载机的工作过程可知，铲装作业过程是其重要组成部分，决定了装载机作业的效率和性能。我们采用计算机技术和电液比例技术来控制工作装置的运动，实质上就是对铲装过程中的几个重要参数进行自动控制，进而优化工作过程。因此，我们的控制目标为：(1)实现铲装作业前铲斗自动放平，根据工况实时自动调整入土角，实现减阻铲人。控制变量为：掘起力f、铲斗入土角。(2)实现动臂升举高

27、度的自动定位，根据实际情况任意调整定位高度。控制变量为：动臂位置角、铲斗收斗角。(3)实现铲斗的有效载荷自动测量，对铲斗的载荷有超载或欠载显示。控制变量为：系统油压p、动臂升举速度v。3.2控制系统的设计装载机工作装置微机控制系统主要由计算机控制模块、液压系统和装载机工作装置等部分组成。其中，装载机工作装置是由铲斗、铲斗油缸、动臂、动臂油缸、摇臂、连杆等主要部件通过18个铰接点相互连接而组成的2个自由度的机构(如图3.1所示)，是装载机作业的执行机构。图3.1为装载机工作装置微机控制系统硬件结构图。3.2.1计算机控制模块结构框图由图3.2可知，该模块的主要组成元件有：控制器(主机系统)、传感

28、器、采集卡、转换模块、显示屏、键盘。系统选用德国rexroth公司生产的mc6e32控制模块作为主机系统，该控制器具有2xc167 16位高性能cpu、10个模拟量输人口、12个开关量输人口、l2个比例电磁铁输出(pwm)、6个开关量输出口、2个模拟量输出(电压)口、2个rs232接口、2个can总线接口，2ram 2mbit eprom 2mbit or flasheprom 8mbit eeprom 图3.1装载机工作装置结构图图3.2控制系统32kbit等性能指标。该控制器主要用于根据输入指令和反馈信号进行工作模型的选择、自动放平控制、铲斗智能减阻插入控制、动臂提升和定位控制、卸载速度控

29、制、超欠载报警等功能。压差传感器先用cscyg1 15通用高精度高压传感器，其电源为24v dc，输出为420 ma或0-5 v可选，量程0-25 mpa；压差传感器装在动臂油缸和铲斗油缸进出油口处，用于检测铲斗油缸和动臂油缸的油压。光电编码器(trdk720-yc2)装在铰接点l、2(如图l所示)处，其分别用于检测摇臂和动臂的旋转量，通过一系列的转化计算来为主机系统提供铲斗油缸和动臂油缸的运动参数信号。pcl一727型数据采集卡将传感器传来的模拟信号转化为主机系统可接受的数字信号，并将其传送给主机系统；主机系统根据获得的反馈信息和控制算法发出控制指令，控制指令经da模块转化为比例电磁铁可接受

30、的模拟控制信号。电液比例先导阀根据控制电压的大小，比例地开启阀芯，控制进入工作装置液流流量、方向，达到控制动臂或铲斗位置、速度的目的，完成装料和卸料的任务。另外，系统配有显示屏和键盘，显示屏用于显示载重量、超载或欠载警报等；键盘用于设定值或输入控制指令。3.2.2液压系统的改造装载机是利用液压系统控制动臂和铲斗液压缸的升缩，并通过执行机构实行铲掘、装载作业，因而，液压系统的设计是整个系统的关键之一。一个好的液压系统必须满足以下要求：工作安全可靠，操作灵活，操作力小，运行平稳。电液比例控制是介于电液开关控制和电液伺服控制之间的一种控制技术，并兼有两者之长。电液伺服控制和电液比例控制虽然在控制功能

31、和控制特性上相似，但其制造成本和维护费用高、能耗大，且对流体介质要求苛刻等特点决定了电液伺服控制不适合用于处在恶劣环境下作业的装载机控制系统中；电液开关控制虽然成本低，但其控制精度较低，不能实现对执行元件的力、速度和位移的连续控制；独特的模块化减压阀制造技术为大流量液压机构的电液改造提供了高标准、低成本的选择方案。因而，选择以电液比例减压阀作为先导阀来控制主油路上的多路换向阀的阀芯运动，这样，电液比例减压阀可根据来自计算机或遥控器的控制信号比例控制主阀阀芯的开口度和运动方向，进而达到比例控制工作装置的位置和运动速度的目的。为了防止其与手动控制发生干涉，用一梭阀来并联手动控制和自动控制。这样，手

32、动控制和自动控制就并列存在，并能形成互锁。其结构图如图3.3所示，以zl50装载机的工作装置液压系统为例，。驾驶员根据工作需要来选择手动控制或微机控制装载机作业。经改造后的液压系统具有工作安全可靠，操作灵活，操作力小，运行平稳等特点。并且，改造成本低，没有破坏原有的液压系统，也为装载机遥控化作业打下了基础。图3.3电液比例液压系统结构组成图3.2.3特点 (1)计算机技术、传感器技术、电子技术、控制技术的引人为装载机增添了大脑和感知系统，很大程度上提高了恶劣条件下装载机的操纵性、可靠性、稳定性以及作业效率；基本实现了装载机的半自动化作业，降低了工人的劳动强度。(2)液压系统的改造经济、可靠。以

33、电液比例减压阀为先导阀，实现了工作装置中对力、速度和位移的连续控制；梭阀的采用，实现了手控、机控并存，互不干扰。第4章 装载机整机电气系统的设计4.1电气负荷图和供电设备的选择4.1.1电气负荷图装载机整车用电功率见表4.1用电设备名称额定消耗功率（w）消耗电流内容(a)合计消耗电流(a)长时间连续用电负载1仪表（温度计时） （压力计时）max14负载性质用电 设备0.553.602电源继电器线圈max80.253空调蒸发器风机702.80连续用电负载1空调冷凝风扇602=1204.606.602空调压缩机502夜间作业连续用电负荷1前大灯（远光）502=100442前大灯（近光）352=70

34、2.802.803作业灯502=100444后大灯502=100445前/后小灯15/152=30/301.20/1.202.326示廓灯52=100.47室内灯、仪表灯52+42=180.72短时间歇通电负荷1雨刮电机301.207.682转向指示灯82+1.5=17.50.703刹车灯102=200.804点烟器1204.805故障灯1.53=4.50.18 表4.1 装载机电气负荷 根据整车用电功率，绘制电器负荷图见图4.2。为了估算电气系统的极限高峰负荷，假设短时间隙电用负荷同时出现。虽然这些负载往往不是同时出现，且出现时间相当短暂。因此，负荷图中的极限高峰负荷是按电气系统可能出现的极

35、限来考虑的，即电气系统供电最恶劣情况。一般情况下，冬、夏季使用空调系统，而不用空调时空调蒸发器风机将作为驾驶室增压风机。因此，连续使用电负载应当作长期用电负载考虑。图4.2电气系统负荷图4.1.2发电机容量选择 发电机用以保证给用电设备提供电和给蓄电池充电，它与蓄电池并联运行。在极限高高峰负荷时，允许蓄电池向负载提供一定大小的电流。 根据表4.1和图4.2，可以按下列原则选择发电机容量。 （1）发电机功率 （4-1）式中 长期用电负载功率，w 连续用电负载功率，w夜间作业连续用电负载功率，w（2）发电机输出电流 （4-2）式中 负载平均消耗电流，a 某负载电流时间 蓄电池经常充电电流，a4.1

36、.3蓄电池容量选择装载机蓄电池主要用作启动电源，其容量主要是它的启动容量，即在低温（-18为基点）下，蓄电池向启动电机供电的能力。（1）启动电机功率表达式 启动电机最大有效功率（额定功率） （4-3）式中 e蓄电池电动势，v 电刷压降，取=12v 回路总电阻，最大有效功率时的电流 （4-4） （4-5）式中 启动机全制动时的短路电流，a将（4-3）式代入（4-1）式，得 （4-6）（2）蓄电池的电容 蓄电池的启动容量是指电解液平均温度为-18c,以3q的电流放电2.5min，使单格电池端电压1v所输出的电量。也即在短时内蓄电池所能向启动电机提供的最大电量。因此，一般情况下，启动机启动时所需的启

37、动电流： 即 （4-7）式中q-蓄电池额定容量值，a于是得： （4-8）在整机电气系统设计时，绝大多数取系统电压等于蓄电池（组）的电动势，并取系数0.9，可得： （4-9）式中 u-整机电气系统电压，v4.2主要电气设备选择启动电机选择启动电机功率主要取决于发动机的阻力矩、启动功率和启动转速。蓄电池继电器的选择 装载机的发动机后置，仪表与电气操作区远离启动系统。若采用手动电源开关启动，则需较长的启动电缆，压降损失较大，使启动性能恶化。因此，在装载机电气系统设计中，应采用可远距离控制的电磁式电源继电器，从而减小压降损失，提高启动性能。电源稳压器的设置装载机发动机的转速变化大而频繁，发电机的供电质

38、量很差，对电子设备，仪表影响很大。一些水平先进的装载机声，发电机均带有稳压装置或过载保护装置，以保证电气设备和电气元件的动作稳定性和使用寿命。稳压器功率大小视整机用电容量确定。4.3导线选择及线束连接与包扎4.3.1导线的选择型号与颜色 装载机电系导线可选用汽车、拖拉机用低压导线qvr、qfr。导线颜色可参照jb/z116-75“汽车、拖拉机电线颜色选用规则”执行。（2）线规的选择 装载机的供电方式及多数用电设备与汽车基本相同。一般线路允许电压6v不大于0.5，12v者不大于1v，24v者不大于2v。据此，可以计算导线截面积s 式中 导线电阻率， i流过导线的电流，a l-导线长度，m -导线

39、的电压损失，v 线束中的导线均采用qfr汽车拖拉机专用低压导线，低压导线的截面主要根据用电设备的工作电流选择。但对于功率很小的电器，仅根据工作电流的大小选择导线，其截面积将太小，机械强度差，因此规定所选用的导线面积最小不小于075 mm 。线束中导线颜色及代号均应符合国家有关标准的规定。导线长度应适当，过长不但增加整个线路的电阻，造成不必要的功率损失，而且易与其他部件缠绕、摩擦，可能使导线折断或破损；但也不要拉得过紧，以免装载机工作时的振动导致导线扯断。线束与高温机体和旋转部件要保持一定的距离，防止烧坏或擦破导线的绝缘保护层。4.3.2线束的连接和包扎线束的连接采取带螺旋密封或紧固的推接器，安

40、装、拆卸方便，可抵抗油、泥侵蚀和高温振动的影响。接头冷压制作，连接可靠。线束包扎采用机器编织。编织材料为新型的pvc芯线，具有阻燃、抗霉、易散热、耐磨等优点。这种线束外观质量好，使用寿命长。液压装载机电气系统中的各个电气设备是通过导线并联起来的。为了使全车繁多的导线不零乱、方便安装并保护导线的绝缘层不被损坏，将同路的各导线用棉纱编织外皮或聚氯乙烯塑料管做成线束，分为主线束、后灯线束两个分支。导线绕过金属机体的锐角棱边或穿过金属板孔时，也需加套管和专用胶垫。由于装载机的工作环境恶劣，导线中的接线端子均应采用密封式绝缘护套。4.4装载机电气系统的设计（1）基本数据整机电气系统额定电压24v，单线制

41、，负极搭铁，电气系统图如图2.2所示；启动电机标称电压24v，功率5.15kw，连续工作时间12小时。供选发电机；标称电压28v，额定输出电流28a与35a；用电功率见表4.2。（2）电气负荷图及供电设备选择电气复负荷图设装载机为连续工作制并以月为时间单位；取短时间歇负载工作为连续负载的10%。根据整机用电功率（表4.2），绘制电气系统符合图，见图4.3、图4.4。图中考虑了冬夏季使用空调器，及短时间歇负荷10%两个因素。图4.3 白天工作电气系统负荷图图4.4夜间工作电气系统负荷图由图4.3、图4.4： （4-10）极限高峰负荷电流32.20a，最小用电负荷电流3.60a蓄电池容量取 （4-

42、11） 选6-q-180蓄电池2只串联。该蓄电池额定容量180ah,额定电压12v， 为12a。 发电机容量 由表4.1和式（4-1）、（4-2）知，发电机功率467w，输出电流26.38a。所以选35a发电机，其计算功率为2835=980(w),并带稳压输出装置。第5章 控制电路的设计5.1控制电路简介控制电路主要包括：电机的启动顺序、电机的安全启动、电机的星三角转换、电磁换向阀的控制电路、改装后装载机的转移汽油机起动机电路、以及原zl50装载机的空调系统、照明灯和制动、转向压力指示灯、收放机、电喇叭、等电器系统的控制电路。其中既包括高压交流电（前面三个电路），也包括低压直流电，而且电路布置

43、在行走车辆上，故应该注意用电的安全问题，特别是对于高压交流电来说。控制电路包括24v电压电路和380v电压电路。5.1.1电路原理图原理图一般分为主电路和辅助电路（二次电路）两个部分。主电路即从电源到电机大电流通过的路径辅助电路包括：控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等等。辅助电路的电压一般比较低，通过的电流一般也较小，其各个部分的作用如下：控制电路的主要作用是控制主电路的接通与断开；照明电路用于工程机械工作时的照明；信号电路的作用是显示电路的工作状态；保护电路的作用是保护整个电路不受短路、过载事故的损害等等。习惯上规定原理图放在右侧或者是下侧。无论是主电路还是辅助电路，各个电器元件一般按

44、照动作顺序从上到下、自左到右依次排列，可以水平或垂直布置。每个电器并不按照它的实际布置情况绘制在线路上，而是采用同一电气的各个部件分别绘制在它们完成作用的地方，如图中交流接触器的线圈和触头布置就很分散。原理图中的所有电器触头都按没有通电和外力作用时的开闭状态画出；对于继电器、接触器的触头，按照吸引线圈不通电状态画出；按钮、行程开关触头按照不受外力作用时的状态画出；为了查找方便，在原理图中两条以上的导线的电器连接处要打圆点，并且每个接点都要标上一个编号，原则是：靠近左边电源线的用单数标注，靠近右边电源线的用双数标注。通常以电器的线圈或电阻作为单双数的分界线，故电器的线圈或电阻应尽量放在各行的一边

45、。5.1.2继电器1. 全启动电路本设计中的主电路原理图如图5.1所示。刀开关、熔断器、接触器的主触头、热继电器的热元件、星三角转换装置以及电机构成主电路。电源总开关按钮、接触器的线圈及热继电器的常闭触头、压力继电器线圈触头构成乐辅助电路（控制电路）。图5.1 控制电路主电路原理图工作原理：启动是按动刀开关（即电源的总开关），引入三相交流电源（380v，50hz），制动回路的电机即开式启动。这时，制动系统中的压力继电器检验制动系统中的压力是否高于安全设定值，若达道该值或者高于该值，压力继电器即闭合，将工作电机接通电源，从而实现工作装置电机的启动；行走系统中设有延时继电器，其时间的延时设定为稍大

46、于工作装置中电机的启动时间，当工作装置中的电机启动后，该延时继电器闭合，将行走系统的电机与电源接通，将行走电机启动。电缆卷筒电机另外通过一个常开式按钮控制，需要时按下按钮，实现电源的接通。该系统的电路设计采用自锁功能设计，其原理图见图5.2。即依靠接触器的自身的辅助接头使其线圈保持通电的现象。这一对起自锁作用的辅助触头，称为自锁触头。其工作原理如下：当按下启动按钮sb时，与之并联的常开辅助图5.2 常用自锁设计原理图接头km也同时闭合，使接触器吸引线圈经过两条路通电，这样，当松开该按钮时，仍可继续通电，从而保持电机的连续运行。欲使系统中的电机停止工作，则把电源总开关断开即可实现。点动控制线路生

47、产实际中，有的工程机械需要采用电动控制，即按下一次按钮动作一下，连续按则连续动作，不按则不动。如图5.3 a使实现电动的最简单的控制电路。但在实际工作中，机械既要求电动又要求能连续长时间工作时，图5.3b即能同时满足两个要求的电路。它采用了选择开关ss来选择工作状态，ss打开时点动，闭合时长时间工作，但这个线路在操作时多了一个动作，操作不方便，图c中采用了两个按钮分别控制，当按动按钮1sb时长时间工作，而按动2sb时，依靠其动断触点将自锁触点断开，使km不能自锁而只能电动工作，但该线路不完全可靠。如果km的释放动作缓慢，将因2sb的动断触点过早闭合而使电机长时间的工作。为消除上述的缺点，采用图

48、4.3d的线路，图中采用中间继电器k进行连锁控制，按1sb时，通过k接通km，且k自锁，时电机长时间工作；若按下2sb时，由于没有接通k，所以不能将km自锁，仅能点动工作。且当电动机已启动长期工作后，再按下2sb电动按钮，2sb不起作用。5.1.3常用的几种自动控制技术在工程机械中，为使机械实现自动化，电气设备的工作过程和相互关联是当复杂的，需要在机电传动中完成一系列的转换电路操作，这些操作应该按一定的次序要求并在需要的时间内完成，为了满足这些复杂的要求，仅仅依靠生面介绍的简单连锁控制显然是不够的，还必须利用电机启动、变速、反转和制动过程中的各种变化因素和工程机械的工作状态等来控制电动机。因此

49、人们采用了各式各样的控制方法。常用的机电传动自动控制基本方法有：利用电动机主电路的电流控制；利用电动机的速度来控制；根据一定的时间间隔来控制；根据工作机械的运动行程来控制。因为上述的各种先进的控制方式在本设计中没有应用场合，所以在此只做简单的介绍，不再赘述。 图5.3 常见点动控制线路原理图5.2系统电路分析5.2.1变压整流系统考虑到为柴油机的起动机以及原zl50系统中的照明灯等电气设备锁提供的电流按电气设备的要求均为24v直流电的实际需要，并且在系统工作动力源为380v高压交流电，故对系统采用降压整流的辅助电路，将电压降至24v，电流整为直流。这样，同时也将辅助电路的工作电压降至安全电压（

50、直流为36v，交流为约50v）以下，为用电安全提供了保障。主电路分析主电路即从电源到电动机大电流通过的路径。在本设计主要包括：电机的启动顺序、电机的启动星三角转换和电机的大电流无电弧安全启动装置三个部分。为了防止电路的短路，造成电路中的电流过大，烧坏某些电气元件，在主电路中均加了熔断器，起到安全保护电路、电气和安全用电的作用。但是它不能起到过载保护的作用（其主要原因在后面加以详细说明）。必须在电路中另外加设热继电器fr。启动顺序原理主要是考虑到车辆的启动安全。启动时，当制动系统的蓄能器的压力没有达到一定的值的时候，与蓄能器进油口连接的压力继电器不闭合（为常开式），行走电机、工作电机不予以接通电

51、源，即不得启动，行走系统中的马达实现停车制动，车辆保持原地不动；只有在蓄能器的压力达到安全值的时候，压力继电器闭合，按下行走和工作装置电机的启动按钮，电机才与电源接通，实现起启动；否则不予启动。可看制动其压力安全指示灯决定是否。而工作装置系统的电机只有在工作时启动即可，且其功率较大，故该机的启动采用自耦将压启动，由于其启动的时间没有固定的值，故启动采用手动启动，见原理图。启动后，扳动行车档（行走系统泵上的手动控制手柄），停车制动自动解除，车辆前进。电缆卷筒的启动由于功率较小，且车辆一行走，即要求电联卷筒工作，故它的启动与行走电机一起启动。该部分的电路控制原理图见图5.4。图5.4 顺序启动电路

52、控制原理图电机启动星三角转换电机在启动时，采用降压的方法。如果大于30 kw的电机在直接启动时，会造成电路中的电压降较大，则采用将压启动，即在启动时降低加在电机定子绕组上的电压，以减小启动电流。将压启动可分为： 星形三角形（y ）换接启动、自耦将压启动和绕组式电机的启动。本设计中采用的是星形三角形 （y ）换接启动和自耦将压启动。电机工作时其定子绕组是连接成三角形的，启动时可将其连接成星形，等到转速接近额定值时，再换接成三角形，就把定子绕组上的电压降到正常工作电压的1/3。（见图5.5）。图5.5比较星形连接和三角形连接时的启动电流为实现这种转换可通过采用图5.6所示的接线简图。这种转换启动可

53、采用星三角启动器来实现。在启动时将手柄向反扳使右边一排动触点相联，电动机就可以连接成星形，等电动机接近额定转速时，将手柄往左扳，则使左边一排动触点与静触点相联，电机转换成三角形连接。但该启动器要用手动，并估计电机的转速，不方便。本设计中电机工作时连接成三角形的电动机没有采用这种启动器，而是采用自行设计的星三角转换装置，该装置的接线原理图见电路设计原理图，其中的延时继电器直接控制电机的启动，且延时时间可以调节成启动到额定转速之间的所消耗的时间，到时电机自动转换成三角形连接，启动效果好。同时还可以避免启动器动静触点结合时的强电弧伤人。由于二三十千瓦以下的电动机无需采用星三角转换，故只将行走和工作装置的电动机采用星三角转换。图5.6电机启动星三角转换接线简图自耦将压使用于容量较大的和正常运行时联成星形不能采用星三角启动器的鼠笼式异步电动机。这种启动式利用三相自耦变压器将电动机在启动过程中的端电压降低，其接线图见5.7。启动时，先把开关q2扳到“启动”位置。当转速接近额定值时，将q2扳到“工作”位置，切除自耦变压器。自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压（例如为电源电压的73、64、55等），根据对启动转矩的要求而选用。采用自耦将压启动，也同时能使启动电流和