農機電氣系統結構組成與培訓要點淺析

周翔

0 引言

電氣系統由低壓供電組合部件構成，也稱為“低壓配電系統”或“低壓配電線路”,是農業機械的重要組成部分。隨著科學技術的發展和自動化、智能化技術的普及，農業機械電氣系統結構更加復雜，部件更加多樣，作用更加明顯，相關技術培訓已成為農機化培訓的核心內容之一。

1 農機電氣系統結構組成

現階段農機電氣系統仍然廣泛采用“單線制并聯”設計，以蓄電池和發電機正接線柱為正極，用一根導線連接用電設備，再以負接線柱連接金屬機架為負極搭鐵，形成回路閉環，各主要用電設備之間相互并聯。按照功能進行分類，其結構組成如下：

1.1 電源電路

電源電路以蓄電池和發電機為核心，為農業機械各用電設備供應電力，主要由蓄電池、整車電源總開關、總保險、電源鑰匙開關、發電機、電源及充電指示裝置、連接導線等組成。

農業機械啟動前，蓄電池作為主要電源為整車及啟動電機等設備供電；機具正常啟動后，發電機作為主要電源開始工作。正常工作狀態下，發電機產生的電壓（14 V 左右）會高于蓄電池電壓（12 V 左右），此時發電機既是整車的電源設備，也為蓄電池充電。如果工作負荷過大，發電機充電電壓會降低，此時蓄電池會和發電機同時承擔供電任務；如果發電機發生故障，無法給用電設備供電，也無法為蓄電池充電，蓄電池將獨立作為電源設備為整車供電，此時儀表盤充電故障指示燈會亮起，蓄電池持續放電。電量過低會造成機器熄火，或者停車后無法啟動。

1.2 啟動電路

啟動電路連接電源電路和啟動電機，主要由蓄電池、啟動電機、啟動點火鑰匙開關、啟動繼電器、啟動保險絲、安全行程開關以及連接導線等組成。

農業機械啟動前，各控制手柄、制動器踏板等應處于規范位置，確保安全行程開關導通。打開電源開關和啟動點火鑰匙開關，啟動電機通電，帶動發動機曲軸轉動，使發動機由靜止狀態過渡到自行運轉狀態，實現平穩啟動。

1.3 柴油發動機電控電路

通過電控單元（ECU）實現發動機燃油供給系統、空氣供給系統以及啟動、排放、故障自診斷等輔助系統控制的電路稱為發動機電控電路，一般由電控單元（ECU）、傳感器和執行器三大部分組成。

自我國正式實施GB 20891-2014《非道路移動機械用壓燃式發動機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三、四階段）》以來，農用柴油發動機普遍使用高壓共軌等電控柴油噴射技術，基本工作原理是根據轉速、油門位置等傳感器的輸入信號，按照預先設定的程序計算出燃油噴射時刻、噴射脈寬等，然后根據冷卻液溫度、進氣溫度、進氣壓力等傳感器信號進行修正，并與曲軸、凸輪軸等位置傳感器信號進行反饋，確定最佳噴油量。

1.4 其他控制電路

農業機械用電設備繁多，除了以上電路外，還可以根據用電設備的不同，分為照明電路（控制前、后照燈和示廓燈等）、信號電路（控制轉向器、倒車燈、喇叭等）、儀表電路（控制轉速表、里程表、溫度表、機油壓力表及其傳感器設備等）、報警電路（控制發動機及作業裝置故障、機油壓力過低、冷卻液溫度過高、燃油不足等報警指示燈）、空調電路（控制駕駛室空調等）以及其他電控設備電路。這些電路結構相對簡單，主要是通過導線和電子元器件接口將電源電路和用電設備進行連接，同時串聯傳感器、控制開關和繼電器、保險絲等保護裝置。

2 培訓要點

2.1 電路圖

電路圖分為原理圖、方框圖、裝配圖等。農業機械培訓中使用較多的是原理圖，它是一種用物理電學標準化的符號繪制的表示各元器件組成及元器件關系的原理布局圖，又被叫做“電原理圖”。這種圖直接體現了電子電路的結構和工作原理，分析電路時，通過識別電路圖中的各種電路元器件符號以及它們之間的連接方式，就可以掌握電路的實際構成和工作原理。讓學員掌握好電路圖的識圖方法，可以大大提高農機電氣培訓的效果。

2.2 檢測工具

農機電氣系統與傳動系、制動系等機械裝置不同，很多零部件經過電子封裝后，工作狀態下和發生故障時沒有明顯的外部特征，無法直接用肉眼判別，需要借助檢測工具進行故障診斷與排除。常見的檢測工具有試電筆、指針式/數字式萬用表、發動機故障診斷儀以及電氣試驗臺等。培訓時，應根據培訓對象和課程內容選擇合適的教學工具。

2.3 實物零件

由于電子元器件的結構原理圖和連接電路圖都是按照統一的規則及專用的符號繪制的，理論教學比較抽象，培訓對象的感性認識不強。因此，電氣系統培訓應加強各電子元器件的實物教學，有條件的可以通過實物展示、拆裝和檢測，幫助培訓對象掌握和了解農業機械電氣系統的知識點。

2.4 安全規程

農機電路以低壓電路為主，對操作人員的生命安全威脅相對較??；但是如果操作不當，也容易造成短路、電流過大、冒火花等問題，會損壞設備電路，嚴重的甚至會有電擊或者突發性傷害危險。因此，在培訓中應加強警示教育，強調按規程操作。在電子元器件拆裝前，應斷開電路；啟動相關設備時，要注意觀察周邊環境和輔助人員所在位置，確保安全。

3 存在問題

3.1 培訓對象知識儲備不足

農機培訓的對象主要有農機推廣、操作和維修人員。其中，大多數的操作和維修人員存在年齡及知識結構老化等問題，缺少識圖和電子電工基本常識，培訓時需要花費大量的時間和精力普及電子電路基本知識，嚴重影響教學效果。

3.2 培訓教材相對落后

近年來，農業機械更新換代速度加快，農機零部件也進行了相應的升級，新型傳感器、繼電器和執行器在農機上得到了廣泛使用。但是，大多數農機培訓教材中，電氣系統相關章節沒有明顯變化，仍然選用舊的教學內容，遠遠不能滿足農機培訓的相關要求。

3.3 培訓準備較為困難

為了確保培訓質量，農機電氣系統培訓需要準備相應的教學設施。一方面，要準備合適的機具、電子元器件和檢測工具；另一方面，還要準備相對應的整車和各主要電子元器件的電路圖、結構圖。如果沒有生產企業的支持，完成上述準備工作比較困難，影響培訓質量。

4 對策與建議

4.1 分層次教學

根據培訓對象和培訓要求的不同，制定教學大綱，對教學內容、教學重點進行合理調整，分層次開展培訓。對農機操作人員和年齡較大的培訓對象，簡單介紹農機電路組成，重點介紹電子元器件的安全操作規范和常見故障判斷方法；對農機維修人員，多安排操作培訓，重點講解農機電氣系統故障產生的原因、故障檢測方法、工量具的使用以及電子元器件的拆裝技術要求等；對技術基礎較好的培訓對象和農機技師，則應提高培訓標準，力求通過培訓使其能夠識別電路圖，自行通過廠家提供的技術資料和產品手冊，了解掌握電氣系統組成和工作原理，獨立完成電氣系統故障診斷等工作。

4.2 做好培訓準備

農機培訓機構要積極收集不同廠家、不同類型農機技術資料，了解農機電氣系統的發展趨勢，明確教學要點。授課教師要刻苦鉆研業務，主動學習掌握農機電氣相關知識，增強理論修養，提高操作技能和教學水平。應根據教學大綱，提前將農機整車電路圖進行分解，按照電源電路、啟動電路、發動機電路等進行分類，分別畫出每個系統的電路圖。為照顧年齡較大的培訓對象，甚至可以使用實物圖片或文字進行標注，盡量少使用電路符號。

4.3 豐富教學手段

一是通過制作Flash 動畫和三維動圖等手段，將很難用語言文字展現的電氣系統工作原路及工作過程等形象生動地表現出來。二是購買簡單的電氣元件，自行使用導線連接后，做成架構圖，直觀地展現農機電氣系統組成和結構原理。三是對部分電子元件提前進行剖解，拆除外圍的電子封裝，直接展現內部結構，讓培訓對象更加感性地了解故障產生的原因，提升教學效果。