农机电气系统结构组成与培训要点浅析

周翔

0 引言

电气系统由低压供电组合部件构成，也称为“低压配电系统”或“低压配电线路”,是农业机械的重要组成部分。随着科学技术的发展和自动化、智能化技术的普及，农业机械电气系统结构更加复杂，部件更加多样，作用更加明显，相关技术培训已成为农机化培训的核心内容之一。

1 农机电气系统结构组成

现阶段农机电气系统仍然广泛采用“单线制并联”设计，以蓄电池和发电机正接线柱为正极，用一根导线连接用电设备，再以负接线柱连接金属机架为负极搭铁，形成回路闭环，各主要用电设备之间相互并联。按照功能进行分类，其结构组成如下：

1.1 电源电路

电源电路以蓄电池和发电机为核心，为农业机械各用电设备供应电力，主要由蓄电池、整车电源总开关、总保险、电源钥匙开关、发电机、电源及充电指示装置、连接导线等组成。

农业机械启动前，蓄电池作为主要电源为整车及启动电机等设备供电；机具正常启动后，发电机作为主要电源开始工作。正常工作状态下，发电机产生的电压（14 V 左右）会高于蓄电池电压（12 V 左右），此时发电机既是整车的电源设备，也为蓄电池充电。如果工作负荷过大，发电机充电电压会降低，此时蓄电池会和发电机同时承担供电任务；如果发电机发生故障，无法给用电设备供电，也无法为蓄电池充电，蓄电池将独立作为电源设备为整车供电，此时仪表盘充电故障指示灯会亮起，蓄电池持续放电。电量过低会造成机器熄火，或者停车后无法启动。

1.2 启动电路

启动电路连接电源电路和启动电机，主要由蓄电池、启动电机、启动点火钥匙开关、启动继电器、启动保险丝、安全行程开关以及连接导线等组成。

农业机械启动前，各控制手柄、制动器踏板等应处于规范位置，确保安全行程开关导通。打开电源开关和启动点火钥匙开关，启动电机通电，带动发动机曲轴转动，使发动机由静止状态过渡到自行运转状态，实现平稳启动。

1.3 柴油发动机电控电路

通过电控单元（ECU）实现发动机燃油供给系统、空气供给系统以及启动、排放、故障自诊断等辅助系统控制的电路称为发动机电控电路，一般由电控单元（ECU）、传感器和执行器三大部分组成。

自我国正式实施GB 20891-2014《非道路移动机械用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》以来，农用柴油发动机普遍使用高压共轨等电控柴油喷射技术，基本工作原理是根据转速、油门位置等传感器的输入信号，按照预先设定的程序计算出燃油喷射时刻、喷射脉宽等，然后根据冷却液温度、进气温度、进气压力等传感器信号进行修正，并与曲轴、凸轮轴等位置传感器信号进行反馈，确定最佳喷油量。

1.4 其他控制电路

农业机械用电设备繁多，除了以上电路外，还可以根据用电设备的不同，分为照明电路（控制前、后照灯和示廓灯等）、信号电路（控制转向器、倒车灯、喇叭等）、仪表电路（控制转速表、里程表、温度表、机油压力表及其传感器设备等）、报警电路（控制发动机及作业装置故障、机油压力过低、冷却液温度过高、燃油不足等报警指示灯）、空调电路（控制驾驶室空调等）以及其他电控设备电路。这些电路结构相对简单，主要是通过导线和电子元器件接口将电源电路和用电设备进行连接，同时串联传感器、控制开关和继电器、保险丝等保护装置。

2 培训要点

2.1 电路图

电路图分为原理图、方框图、装配图等。农业机械培训中使用较多的是原理图，它是一种用物理电学标准化的符号绘制的表示各元器件组成及元器件关系的原理布局图，又被叫做“电原理图”。这种图直接体现了电子电路的结构和工作原理，分析电路时，通过识别电路图中的各种电路元器件符号以及它们之间的连接方式，就可以掌握电路的实际构成和工作原理。让学员掌握好电路图的识图方法，可以大大提高农机电气培训的效果。

2.2 检测工具

农机电气系统与传动系、制动系等机械装置不同，很多零部件经过电子封装后，工作状态下和发生故障时没有明显的外部特征，无法直接用肉眼判别，需要借助检测工具进行故障诊断与排除。常见的检测工具有试电笔、指针式/数字式万用表、发动机故障诊断仪以及电气试验台等。培训时，应根据培训对象和课程内容选择合适的教学工具。

2.3 实物零件

由于电子元器件的结构原理图和连接电路图都是按照统一的规则及专用的符号绘制的，理论教学比较抽象，培训对象的感性认识不强。因此，电气系统培训应加强各电子元器件的实物教学，有条件的可以通过实物展示、拆装和检测，帮助培训对象掌握和了解农业机械电气系统的知识点。

2.4 安全规程

农机电路以低压电路为主，对操作人员的生命安全威胁相对较小；但是如果操作不当，也容易造成短路、电流过大、冒火花等问题，会损坏设备电路，严重的甚至会有电击或者突发性伤害危险。因此，在培训中应加强警示教育，强调按规程操作。在电子元器件拆装前，应断开电路；启动相关设备时，要注意观察周边环境和辅助人员所在位置，确保安全。

3 存在问题

3.1 培训对象知识储备不足

农机培训的对象主要有农机推广、操作和维修人员。其中，大多数的操作和维修人员存在年龄及知识结构老化等问题，缺少识图和电子电工基本常识，培训时需要花费大量的时间和精力普及电子电路基本知识，严重影响教学效果。

3.2 培训教材相对落后

近年来，农业机械更新换代速度加快，农机零部件也进行了相应的升级，新型传感器、继电器和执行器在农机上得到了广泛使用。但是，大多数农机培训教材中，电气系统相关章节没有明显变化，仍然选用旧的教学内容，远远不能满足农机培训的相关要求。

3.3 培训准备较为困难

为了确保培训质量，农机电气系统培训需要准备相应的教学设施。一方面，要准备合适的机具、电子元器件和检测工具；另一方面，还要准备相对应的整车和各主要电子元器件的电路图、结构图。如果没有生产企业的支持，完成上述准备工作比较困难，影响培训质量。

4 对策与建议

4.1 分层次教学

根据培训对象和培训要求的不同，制定教学大纲，对教学内容、教学重点进行合理调整，分层次开展培训。对农机操作人员和年龄较大的培训对象，简单介绍农机电路组成，重点介绍电子元器件的安全操作规范和常见故障判断方法；对农机维修人员，多安排操作培训，重点讲解农机电气系统故障产生的原因、故障检测方法、工量具的使用以及电子元器件的拆装技术要求等；对技术基础较好的培训对象和农机技师，则应提高培训标准，力求通过培训使其能够识别电路图，自行通过厂家提供的技术资料和产品手册，了解掌握电气系统组成和工作原理，独立完成电气系统故障诊断等工作。

4.2 做好培训准备

农机培训机构要积极收集不同厂家、不同类型农机技术资料，了解农机电气系统的发展趋势，明确教学要点。授课教师要刻苦钻研业务，主动学习掌握农机电气相关知识，增强理论修养，提高操作技能和教学水平。应根据教学大纲，提前将农机整车电路图进行分解，按照电源电路、启动电路、发动机电路等进行分类，分别画出每个系统的电路图。为照顾年龄较大的培训对象，甚至可以使用实物图片或文字进行标注，尽量少使用电路符号。

4.3 丰富教学手段

一是通过制作Flash 动画和三维动图等手段，将很难用语言文字展现的电气系统工作原路及工作过程等形象生动地表现出来。二是购买简单的电气元件，自行使用导线连接后，做成架构图，直观地展现农机电气系统组成和结构原理。三是对部分电子元件提前进行剖解，拆除外围的电子封装，直接展现内部结构，让培训对象更加感性地了解故障产生的原因，提升教学效果。