新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)起動機(jī)的特性和試驗條件

 

摘要：起動機(jī)的作用將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)的起動，它的工作原理涉及到電動機(jī)、齒輪、電磁開關(guān)、啟動繼電器等多個部件的協(xié)同工作能力。起動機(jī)主要性能評價指標(biāo)有起動轉(zhuǎn)矩、最低起動轉(zhuǎn)速、起動功率、起動極限溫度等特性。起動機(jī)也稱之為啟動馬達(dá)，具有應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維修容易、成本低等特點，為以柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源的工廠和企業(yè)，發(fā)揮穩(wěn)定的設(shè)備啟動效率提供支持。

 

一、起動機(jī)的組成和原理

 

      起動機(jī)是柴油發(fā)電機(jī)啟動系統(tǒng)的重要組成部分之一，與啟動系統(tǒng)其他部件線路連接如圖1所示。它的作用是柴油機(jī)起動時，使起動機(jī)的驅(qū)動齒輪和柴油機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合，將電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳給飛輪；柴油機(jī)起動后，自動切斷動力傳遞，防止電動機(jī)被柴油機(jī)帶動，超速旋轉(zhuǎn)而破壞。

1、電動機(jī)

      起動機(jī)內(nèi)部的電動機(jī)是起動機(jī)的核心部件，電動機(jī)由電樞、電刷、電磁鐵、減速器和端蓋等部件組成，其內(nèi)部剖面圖如圖2所示。當(dāng)操作員按下開機(jī)按鈕后，啟動電路被閉合，電磁鐵便開始工作。電磁鐵的作用是將齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪和柴油機(jī)飛輪連接起來。同時，電磁鐵還會將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向改變90度，使電動機(jī)的輸出軸可以帶動齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪。

2、電樞磁場

      當(dāng)電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動時，它的電樞和電刷也會開始旋轉(zhuǎn)。在電刷的作用下，電樞會在磁場作用下旋轉(zhuǎn)。電樞和齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪相連，因此電樞的旋轉(zhuǎn)會帶動齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪旋轉(zhuǎn)。齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪會通過萬向節(jié)傳遞動力到柴油機(jī)的飛輪上。

3、傳動機(jī)構(gòu)

      除了電動機(jī)，起動機(jī)中的齒輪傳動機(jī)構(gòu)也是非常重要的部分。齒輪傳動機(jī)構(gòu)由齒輪、軸和軸承組成。在起動機(jī)啟動的過程中，齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪需要承受非常大的轉(zhuǎn)矩，因此齒輪的材質(zhì)和制造工藝都需要比較高的要求。

4、離合器

      在起動機(jī)的啟動過程中，離合器也發(fā)揮了非常重要的作用。離合器的作用是在電動機(jī)啟動之后將齒輪傳動機(jī)構(gòu)和柴油機(jī)的飛輪連接起來。離合器的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)都需要滿足起動時所需的高扭矩和高耐磨性的要求。

 

圖1  柴油機(jī)啟動系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)接線圖

圖2  起動機(jī)的電動機(jī)內(nèi)部剖面圖

 

5、控制裝置

（1）結(jié)構(gòu)特點

      電磁開關(guān)主要由電磁鐵機(jī)構(gòu)和電動機(jī)開關(guān)兩部分組成。電磁鐵機(jī)構(gòu)由固定鐵心、活動鐵心、吸引線圈和保持線圈等組成。固定鐵心，顧名思義是固定不動的，活動鐵心則可以在銅套里做軸向移動。活動鐵心前端固定有推桿，推桿前端安裝有開關(guān)觸盤，活動鐵心后段用調(diào)節(jié)螺釘和連接銷與撥叉連接。銅套外面安裝有復(fù)位彈簧，作用是使活動鐵心等可移動部件復(fù)位。

（2）工作原理

      如圖3所示，當(dāng)吸引線圈和保持線圈通電產(chǎn)生的磁通方向相同時，其電磁吸力相互疊加，可以吸引活動鐵心向前移動，直到推桿前端的觸盤將電動開關(guān)觸點接通勢電動機(jī)主電路接通為止。

      如圖4所示，當(dāng)吸引線圈和保持線圈通電產(chǎn)生的磁痛方向相反時，其電磁吸力相互抵消，在復(fù)位彈簧的作用下，活動鐵心等可移動部件自動復(fù)位，觸盤與觸點斷開，電動機(jī)主電路斷開。

 

圖3  柴油機(jī)起動機(jī)的吸拉過程示意圖

圖4  柴油機(jī)起動機(jī)的復(fù)位過程示意圖

 

二、起動機(jī)的特性與曲線圖

 

1、轉(zhuǎn)矩特性

Φ=CιⅠ?.........................（公式1）

      式中，C——常數(shù)，C=C_mC_ι；Ⅰ?——電樞電流。

M=C_mΦⅠ?=C_mC_ιⅠ?²=CⅠ?².........................（公式2）

 

      起動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩隨電樞電流變化的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)矩特性，曲線如圖5所示。在磁路未飽和時，由于磁通與電樞電流成正比；磁路飽和后，Φ=常數(shù)，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為M=CmΦⅠ?；在起動的瞬間，由于發(fā)動機(jī)的阻力矩很大，起動機(jī)處于完全制動的情況下，n=0，故反電動勢E=0。此時電樞電流將達(dá)到最大值，稱為制動電流，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，稱為制動轉(zhuǎn)矩，從而使柴油發(fā)動機(jī)易于起動。

2、轉(zhuǎn)速特性

      起動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，即輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低。在磁路來飽和時：

n=｛U-Ⅰ?（R_s+R_L）｝/C_mΦ.........................（公式3） 

M=C_mΦⅠ?=C_mC_ιⅠ?²=CⅠ?²

      起動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性即機(jī)械特性曲線如圖6所示。可根據(jù)不同類型的電動機(jī)特點來選用起動機(jī)，它們之間曲線對比如圖7所示。

（1）串勵直流電動機(jī)

      串勵直流電動機(jī)在輕載時轉(zhuǎn)速很高，易造成電動機(jī)"飛車"事故。因此，對于功率較大的串勵直流電動機(jī)，不允許在輕載或空載下運行。

（2）永磁式直流電動機(jī)

      永磁式直流電動機(jī)磁極磁通工作時保持不變。并勵式直流電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組聯(lián)在同一電源上，若外電壓不變、勵磁電阻不變，則每極磁通也基本不變。故永磁式、并勵式電動機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系基本相同。轉(zhuǎn)速將隨轉(zhuǎn)矩的增加而近似地按線性規(guī)律下降，但下降很小。即它們具有較“硬”的機(jī)械特性，適應(yīng)性能較差。永磁、并勵式直流電動機(jī)常用于減速型起動機(jī)。

（3）串勵式直流電動機(jī)

      串勵式直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，電樞電流等于勵磁繞組電流，并與總電流相等。串勵式直流電動機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大，輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低，短時間內(nèi)能輸出最大功率等特點，具有較“軟”的機(jī)械特性，因此特別適合應(yīng)用于直接驅(qū)動式起動機(jī)。

（4）復(fù)勵式電動機(jī)

      復(fù)勵式電動機(jī)的磁極上有兩組勵磁繞組，一組同電樞串聯(lián)，另一組則同電樞并聯(lián)。復(fù)勵式電動機(jī)在空載運行的情況下與并勵電動機(jī)相似，加了負(fù)載后，串勵繞組的磁場將隨負(fù)載的增加而加強(qiáng)，運行情況接近串勵電動機(jī)。因此它的機(jī)械特性比并勵式軟，較串勵式硬。復(fù)勵式直流電動機(jī)被一些大功率起動機(jī)所采用。

3、起動機(jī)功率特性曲線

（1）發(fā)動機(jī)即將起動時，即起動機(jī)剛接入瞬間，此時n=0，電流最大（稱為制動電流），轉(zhuǎn)矩也達(dá)最大值（稱為制動轉(zhuǎn)矩）。

（2）在起動機(jī)空轉(zhuǎn)時，電流Ⅰ?最小（稱為空轉(zhuǎn)電流），轉(zhuǎn)速n達(dá)最大值（稱為空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速）。

（3）在起動電流接近制動電流的一半時，起動機(jī)的功率最大。

      由于起動機(jī)運轉(zhuǎn)時間很短，允許它以最大功率運轉(zhuǎn)，所以把起動機(jī)的最大輸出功率稱為起動機(jī)的額定功率，其功率特性曲線如圖8所示。

4、起動機(jī)的基本參數(shù)與計算公式

      起動機(jī)的功率P（kW）應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)起動所需功率選取，它取決于發(fā)動機(jī)的起動阻力矩M_Q（N·m）和最低起動轉(zhuǎn)速n_Q（r/min），并可由下式計算：

P≥M_Qn_Q/9550

      起動機(jī)工作時間短暫（僅幾秒鐘），允許在最大的功率狀態(tài)下工作。因此，起動機(jī)的額定功率一般也就是電動機(jī)的最大功率或接近于最大功率。

      起動機(jī)的電壓通常為12V或24V，不同康明斯機(jī)型和型號的起動機(jī)電壓也有所不同。一般來說，電壓越高，起動機(jī)的輸出功率也就越大，但安裝起來需要更強(qiáng)的電池支撐。

 

圖5  柴油機(jī)起動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線	圖6  柴油機(jī)起動機(jī)機(jī)械特性曲線圖
圖7  起動機(jī)電動機(jī)機(jī)械特性對比曲線	圖8  柴油機(jī)起動機(jī)功率特性曲線圖

 

三、起動機(jī)的裝配和實驗

 

1、起動機(jī)的拆裝步驟

      起動機(jī)的裝配步驟要按拆卸時相反的順序進(jìn)行，注意事項如下。

① 各襯套、電樞軸頸、踺槽等摩擦部位要涂少量潤滑脂。各種墊片不要遺漏，并按順序裝配好。

② 外殼與前、后端蓋結(jié)合時，要找準(zhǔn)定位孔后再裝配兩根長螺栓并擰緊。

③ 在裝配電磁開關(guān)時，一定要按技術(shù)要求裝配銜鐵。裝配銜鐵后，要用手拉動，以確定是否裝牢。銜鐵拉桿與撥叉安裝正確無誤后，再安裝電磁開關(guān)并擰緊兩個固定螺釘。

④ 帶有絕緣套的電刷，要按技術(shù)要求安裝在絕緣電刷架內(nèi)。起動機(jī)裝復(fù)后，用旋具撥動驅(qū)動齒輪時，應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，無卡滯現(xiàn)象。若電樞的軸向間隙過小或過大，可用改變軸的前、后端蓋墊片厚度的方法進(jìn)行調(diào)整。

⑤ 起動機(jī)裝配完畢后，還應(yīng)檢查和調(diào)整起動機(jī)齒輪與鎖緊螺母的間隙。檢查時，將銜鐵推到底，這時驅(qū)動齒輪與鎖緊螺母之間的間隙應(yīng)該在1.5~2.5mm的范圍內(nèi)，當(dāng)其間隙值過大時，會導(dǎo)致驅(qū)動齒輪不能完全與飛輪齒圈結(jié)合；當(dāng)其間隙值過小時，會損壞起動機(jī)端蓋。若間隙值不符合技術(shù)要求，可通過調(diào)整起動機(jī)上的調(diào)整螺釘來達(dá)到要求，調(diào)整后要擰緊鎖緊螺母。

2、起動機(jī)的試驗條件

      起動機(jī)裝配完畢后，一般應(yīng)在柴油發(fā)電機(jī)上進(jìn)行試驗。試驗時，要用電量充足的蓄電池，試驗合格的起動機(jī)應(yīng)滿足下列條件：

① 柴油發(fā)電機(jī)啟動時，起動機(jī)的動力應(yīng)很足，而且無異常雜聲；

② 電刷與整流子處應(yīng)無強(qiáng)烈的火花；

③ 啟動時，不允許驅(qū)動齒輪出現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)和齒輪撞擊飛輪齒圈的金屬響聲。

3、空載試驗

      如圖9所示，測量起動機(jī)的空載電流和空載轉(zhuǎn)速并與標(biāo)準(zhǔn)值比較：

（1）電流值>標(biāo)準(zhǔn)值，n<標(biāo)準(zhǔn)值，表明裝配過緊或電樞繞組和勵磁繞組內(nèi)有短路或搭鐵現(xiàn)象。

（2）電流值<標(biāo)準(zhǔn)值，n<標(biāo)準(zhǔn)值，表明內(nèi)部電路有接觸不良的地方。

注意：每次空載試驗不要超過1分鐘，以免起動機(jī)過熱。

4、起動系統(tǒng)的電壓降測試

      如圖10所示。電壓降的測試主要檢查起動機(jī)主電路的導(dǎo)線連接情況，用數(shù)字萬用表的直流電壓檔，按圖6所示進(jìn)行測量，每個地方測量得到的電壓值應(yīng)≤0.2V。如果測得某處電壓>0.2V，說明該處的連線有問題。

 

圖9  柴油機(jī)起動機(jī)空載試驗

圖10  柴油機(jī)起動系統(tǒng)電壓降測試

 

總結(jié)：

      綜上所述，起動機(jī)的工作原理是利用電動機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動齒輪傳動機(jī)構(gòu)，從而帶動柴油機(jī)開始轉(zhuǎn)動。起動機(jī)中的齒輪傳動機(jī)構(gòu)和離合器也起著非常重要的作用。這些部件的優(yōu)質(zhì)材料和精細(xì)的制造工藝都是保證起動機(jī)正常工作的重要保證。

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