挖掘機實訓平臺的設計與制作

朱江濤

(山西交通職業技術學院工程機械系，山西 太原 030031)

0 引 言

目前，國內市場上關于挖掘機的教學類設備只有挖掘機模擬駕駛儀、操作手柄和顯示器等，只能提供學員的駕駛和操作的學習，附帶的資料是挖掘機的操作、維修和保養手冊等，還沒有針對挖掘機整車電器控制原理、修理方法、故障診斷的適合教學的設備或產品。工程機械類[1]的教學書籍也一直是沿用或者是一定程度上繼承發展了以前的教科書，技術與時代嚴重落后。雖然總的控制原理相似，但是和實際車型的結構、控制方式、檢測檢修方法相差太遠。因此，研究新型的教學方法，已經成為當前工程機械教學改革的必經之路。

教學項目的實訓是難題，比如挖掘機整車電器實訓，市場上又沒有單獨的電器實訓設備或產品，購置挖掘機整車會耗費大量的資金，同時整車只是操作方便，拆裝和檢測非常容易損壞電器部件或裝飾部件，同時安全隱患極大，因此挖掘機實訓平臺的設計與制作顯得尤為重要。

1 機型選擇及實訓平臺的總體設計

小松挖掘機，是目前國內市場上常用的一款機型，其電器、電控系統元器件的控制形式比較先進。經過查閱大量原廠資料，分析其電路控制[2]特點、線束布局形式、電控系統[3]的先進程度及制作的工藝難易程度等，通過對小松挖掘機電器、電控線路圖的優化，設計出《小松挖掘機電器電控實訓臺》的總體布局，主要由兩部分組成。

1）電器設備部分：包括發電機系統、電源系統、起動機系統、雨刮系統、燈光系統、信號系統（大量傳感器）、喇叭、點煙器、收音機音響系統等，這些電器設備具有普遍性，如圖1所示。

2）電控設備部分：包括液壓自動控制系統、發動機轉速自動控制系統、自動空調系統、儀表信息系統、自診斷系統等。這些配置[4]是當今高端機型先進程度的代表，如圖2所示。

綜上所述，小松挖掘機電器電控實訓臺由兩部分組成，即小松全車電器系統教學實訓臺和液壓電控系統教學實訓臺。通過數據連接線完成兩臺設備的信息通訊，實現設備的整體功能和控制。

圖1 小松挖掘機電器設備部分

圖2 小松挖掘機電子控制設備部分

2 挖掘機電路圖的重新設計

在原車中，全車的電器部件布置在整個車身中，靠線束進行連接和控制，線束都包在波紋管內，線束連接布置位置比較隱蔽，拆卸和檢查非常困難。為了維修檢測方便，廠家在設計線束布局時，只在集中位置增加了若干個系統連接點和測試點。這樣就使得線束復雜，接插頭多，在教學過程中，不利于學生對挖掘機線路的直觀認知。圖3為挖掘機原車線束。

圖3 挖掘機原車（線束部分）

小松挖掘機原廠線路圖由液壓電控系統線路圖、監控器儀表圖、自動空調電路圖及電源系統電路圖組成，圖紙達7頁之多，為學生識圖增加了困難。如果引導學生讀這樣的原廠電路圖，一個單元電路就需要約4 節課時，還需要有較強的記憶力。若在展板上使用原電路圖講解，要使10 個學生看清楚，其圖面估計能占滿標準教室的所有墻面。這樣做出的教學設備不實用，由于設備面板體積龐大、電路復雜且電器元件眾多，增加了學生的理解難度，因此必須對小松挖掘機原廠電路進行合理的簡化，以便設計出合理的試驗平臺。

3 實訓平臺設計及電器件布局的依據

首先是遵循原車的電路控制方式，即不改動電路，只是簡化或省略掉連接轉換插頭線路，圖4所示，同時根據電器實物元件的大小、形狀、重量、位置、控制[4]特點在面板或臺架上進行合理布局，并按照位置畫出相應的電路圖。對于一些大型的、重的電器（如：發電機、起動機、蒸發器總成等），固定到臺架上，這樣可防止面板變形或占用區域過大。電路圖中盡可能地把電器元件的內部電路、結構畫出來。

圖4 電器元件的布局

4 挖掘機實訓平臺的應用

實踐證明，小松挖掘機電器電控實訓臺的電器、電控系統設備全部采用原車實物,通過對系統的優化，教學效果比實車更易操作，控制功能比較完善。該實訓臺架采用兩個臺架：一個是全車電器實訓臺；一個是電控系統實訓臺。兩個臺架間通過線路連接，相比一個臺架制作減少了重量，簡化了線路，降低了成本。經過近半年的實踐應用,收到了很好的應用效果,滿足了工程機械檢測與維護專業學生挖掘機電器、電控系統的實踐教學需求,培養了學生解決挖機電器故障檢修的職業能力,同時在培養教師科研與實踐教學能力及培訓企業工程機械修理人員等方面體現出了學校的示范性。

[1] 陳宏優，嚴繼東.挖掘機液壓元件試驗臺的研制[J].流體傳動與控制,2007（6）:40-42.

[2] 紀云鋒，陳欠根，何清華.小松液壓挖掘機機電一體化控制系統分析[J].現代機械，2003（5）:4-5.

[3] 王雪艷.機電一體化技術在液壓挖掘機中的應用探究[J].液壓與氣動,2012（5）：45-47.

[4] 伏忠和.當代液壓挖掘機功率控制技術的分析[J].工程機械，2003（3）:41-45.