СИСТЕМИ ПУСКУ ДВИГУНІВ

4 Стартери

Система пуску двигуна складається із стартерної акумуляторної батареї, стартера, комутаційної апаратури і засобів полегшення пуску.

Умови надійного запуску ДВЗ

Для запуску ДВЗ обертання колінчастого вала повинно здійснюватися з певною (пусковою) частотою, за якої забезпечуються умови для запалювання й згоряння пального в циліндрах. У бензинових двигунах ця частота становить 40-50 хв1, а в дизельних – 1100-250 хв1. Найбільші труднощі має запуск двигуна при низьких температурах внаслідок підвищення в'язкості масла та пального, зниження його випаровування. Погіршення умов для запалювання та горіння паливно-повітряної суміші, а також характеристик системи запалювання зумовлено спадом напруги акумуляторної батареї під час її роботи в стартерному режимі. Потужність двигуна стартера визначається необхідним обертовим моментом (залежить від літражу й конструкції двигуна, кількості циліндрів, ступеня стискання, в'язкості масла та частоти обертання) і мінімальною частотою обертання. Щоб збільшити крутний момент на колінчастому валу, слід застосовувати знижувальну передачу (редуктор). Основним параметром цієї передачі є передаточне число:

 

І= ZM/ ZС

 

де ZM – число зубців вінця маховика; ZС – число зубців шестірні стартера.

Призначення, принцип дії стартерів

Стартер призначений для обертання колінчастого вала з певною (пусковою) частотою, за якої забезпечуються умови для запалювання й згоряння пального в циліндрах. Принцип дії електродвигуна постійного струму грунтується на законах електромагнітної індукції й законі Ампера.

Магнітне поле електродвигуна створюється постійним струмом (струмом збудження) в обмотках полюсів або постійними магнітами в електродвигунах малої потужності. Його силові лінії замикаються через сталевий статор, осердя полюсів і осердя якоря, два рази перетинаючи на своєму шляху повітряний зазор між ними. Коли одночасно до обмотки збудження, що міститься в статорі, і до обмотки якоря підводиться постійний струм, відбувається взаємодія магнітного поля полюсів статора зі струмом обмотки якоря. Виникає крутний електромагнітний момент, який і надає руху якорю електродвигуна.

 

Рисунок 4.1 – Схема керування електростартером:

1 силові контакти; 2 рухомий контактний диск; 3, 4 втягувальна та утримувальна обмотки тягового реле відповідно; 5 якір тягового реле; 6 шток; 7 важіль приводу; 8 повідкова муфта; 9 муфта вільного ходу; 10 шестірня приводу; 11 зубчастий вінець маховика; 12 електродвигун

 

Найчастіше застосовують електродвигуни послідовного та мішаного збудження. Вада цих двигунів – значна частота обертання якоря в режимі холостого ходу, під час якого зростають відцентрові сили, що діють на якір, і він може зруйнуватися (рознестись). Щоб зменшити цю частоту, застосовують електродвигуни мішаного збудження, в яких одну обмотку збудження увімкнено послідовно, а другу – паралельно.

Схема електростартера з дистанційним керуванням наведена на рис. 4.1. При замкненні контактів S, які розташовані на замку запалювання (у додатковому реле чи в реле блокування), втягувальна й утримувальна обмотки 3 та 4 тягового реле вмикаються до акумуляторної батареї. Під дією МРС обох обмоток якір 5 тягового реле переміщується до осердя електромагніту і з допомогою штоку 6 та важеля приводу 7 вводить шестірню 10 у зачеплення з вінцем маховика 11. Укінці ходу якоря 5 тягового реле контактний диск 2 замикає силові контакти 1, і акумуляторна батарея з'єднується зі стартерним електродвигуном.

Щоб запобігти рознесення якоря при обертанню його від запущеного ДВЗ, в більшості стартерів є муфта вільного ходу 9, яка передає обертовий момент тільки в одному напрямі – від вала якоря до маховика.

Після розімкнення контактів S втягувальна та утримувальна обмотки тягового реле через силові контакти залишаються включені послідовно. Кількість витків обох обмоток однакова і по них протікає струм однієї і тієї самої сили. Оскільки напрям струму втягувальної обмотки змінюється на протилежний, то в обмотках діють два рівні, проте протилежно спрямовані магнітні потоки. Осердя електромагніта розмагнічується і пружина переміщує якір реле у вихідне положення, розмикає силові контакти і виводить шестірню 10 із зачеплення з вінцем маховика 11.

Будова стартера

Стартер складається з електродвигуна постійного струму, механізмів приводу та керування (рис. 4.2).

Стартер 57.3708 в сборе

 

Рисунок 4.2 – Стартер в зборі (57.3708) : 1 – вал якоря; 2 – «позитивна» щітка; 3 – щіткотримач; 4 – скоба; 5 – контактні болти; 6 – тягове реле; 7 – контактна пластина; 8 – осердя тягового реле; 9 – шток тягового реле; 10 – утримуюча обмотка; 11 – втягуюча обмотка; 12 – якір реле; 13 – передня кришка; 14 – важіль приводу; 15 – кронштейн важеля; 16 – прокладка; 17 – вісь планетарної шестерні; 18 – опора валу приводу з вкладишем; 19 – обгінна муфта; 20 – обмежувальне кільце; 21 – втулка передньої кришки; 22 – вал приводу; 23 – кільце відвідне; 24 – шестерня з внутрішніми зубами; 25 – водило; 26 – центральна (ведуча) шестерня; 27 – сателіт; 28 – опора валу якоря з вкладишем; 29 – осердя якоря; 30 – постійний магніт; 31 – колектор; 32 – задня кришка з втулкою.

 

Конструкція електродвигунів майже однакова в усіх стартерах. Як автомобільний генератор стартер складається з нерухомого статора (індуктора) з полюсами і ротора (якоря). На кінці якоря закріплений колектор 31 – характерна деталь двигунів постійного струму, який відрізняється від генераторів змінного струму. До мідних пластин колектора притискуються вугільно-графітні щітки 2, які підводять струм від акумуляторної батареї до обмоток якоря.

Механізм приводу з муфтою вільного ходу забезпечує введення й утримування шестірні в зачепленні з вінцем маховика під час пуску двигуна, передавання потрібного крутного моменту колінчастому валу та запобігає руйнуванню якоря стартерного електродвигуна, від'єднуючи його від маховика працюючого двигуна.

Рисунок 4.3 – Роликова обгінна муфта вільного ходу:

1 ролик; 2 плунжер; 3 притискна пружина; 4 упори пружини;

5 зовнішня ведуча обойма; 6, 10 замкові кільця, 7чашка; 8 пружина;

9 втулка відведення; 11 буфер­на пружина; 12 прорізна напрямна втулка; 13 центрувальне кільце; 14 ведена обойма; 15 металева пластина; 16 кожух муфти; 17 шестірня приводу; 18 – втулка-вкладка

 

Найбільшого поширення в електростартерах набули безшумні й технологічні роликові муфти вільного ходу, здатні за невеликих розмірів передавати значні крутні моменти. Роликові муфти малочутливі до забруднення, не потребують догляду та регулювання під час експлуатації. Від зубчастого вінця маховика працюючого двигуна, у момент пуску, ролики розклиняться і муфта пробуксовуватиме.

У стартерах, здебільшого, використовуються електродвигуни постійного струму з послідовним збудженням. В окремих випадках використовуються двигуни зі змішаним збудженням, також на стартерах стали застосовувати електродвигуни зі збудженням від постійних магнітів, які мають знижені енерговитрати внаслідок відсутності струму збудження. Найбільшого поширення постійні магніти набули у малопотужних двигунах стартерів.

Значний крутний момент в стартері отримують використанням редукторів (з планетарним, циліндричним та ін. механізмом)

Електромеханічні характеристики стартера

Якості стартерних електродвигунів постійного струму залежать від способу збудження й оцінюються за робочими (швидкісними, моментними, потужними) та механічними характеристиками.

В електродвигунах із паралельним збудженням обмотка збудження підімкнута паралельно з обмоткою якоря до джерела живлення U (рис. 4.4, а). Особливістю цього електродвигуна є те, що струм збудження ІЗ не залежить від струму якоря ІЯ, тобто від навантаження на валу.

 

Рисунок 4.4 – Схема електродвигуна з паралельним збудженням: (а) і його електромеханічна (б) та механічна (в) характеристики

 

 

Електромеханічна характеристика електродвигунів із паралельним збудженням наведена на рис. 4.4, б, а механічна характеристика – на рис. 4.4, в., вони мають лінійний характер. Величина п0 називається частотою обертання ідеального холостого ходу, при М=0.

Якщо обмотка якоря електродвигуна і обмотка збудження підімкнені до різних джерел живлення, то його називають двигуном із незалежнім збудженням. Його електричні та механічні характеристики аналогічні характеристикам двигуна з паралельним збудженням, оскільки у нього струм збудження ІЗ не залежить від струму якоря ІЯ. ,

В електродвигунах із послідовним збудженням обмотка збудження вмикається послідовно з обмоткою якоря, а тому ІЯ = ІЗ (рис. 4.5, а).

 

 

Рисунок 4.5 – Схема електродвигуна з послідовним збудженням (а) і його електромеханічні (б) та механічна (в) характеристики

 

 

Залежність п=f(IЯ) має форму гіперболи, а залежність М=f(IЯ) – параболи (рис. 4.5, б). Механічна характеристика п =f(M) побудована (рис. 4.5, в).

Із рис. 4.5, в видно, що механічна характеристика двигуна з послідовним збудженням є «м'якою». За малих навантажень частота п різко збільшуватиметься і може перевищити максимально допустиме значення, тобто електродвигун піде в «рознос». Попри цей недолік, такі електродвигуни широко застосовують у різних електростартерах, оскільки «м'яка» характеристика більш сприятлива для названих умов роботи, ніж «жорстка» характеристика електродвигуна з паралельним збудженням.

Із зміною навантажувального моменту в широких межах, що характерно для пуску ДВЗ, потужність Рел= ІЯUЯ та струм ІЯ в електродвигунах із послідовним збудженням змінюються в менших межах, ніж у двигунах із паралельним збудженням. Крім цього, вони краще переносять перевантаження. Двигуни з послідовним збудженням розвивають більший пусковий момент.

В електродвигунах із змішаним збудженням магнітний потік Ф створюється внаслідок спільної дії двох обмоток збудження (рис. 4.6а) – паралельної ОЗ та послідовної ОЗ2. Тому його механічна характеристика (рис. 4.6, в, криві 3, 4) розташована між характеристиками електродвигунів з паралельним (пряма 1) та послідовним (крива 2) збудженням. Залежно від співвідношення магніторушійної сили (МРС) F = ω ІЗ (ω – кількість витків обмотки) паралельної ω1І31 і послідовної ω2І32 обмоток можна приблизити характеристику двигуна зі змішаним збудженням до характеристик 1 або 2. Однією із переваг двигунів зі змішаним збудженням, які використовуються в деяких конструкціях стартерів, є те, що вони, володіючи «м'якою» механічною характеристикою, можуть працювати на холостому ходу, оскільки частота обертання холостого ходу п0 має кінцеве значення.

Рисунок 4.6 – Схема електродвигуна: із змішаним збудженням (а) і його електромеханічні (б) та механічні (в) характеристики

 

 Експлуатація стартерів, несправності, технічне обслуговування

Розрізняють несправності стартерів двох видів: електричної частини та механічної частини. До несправностей електричної частини відносять втрату номінальної провідності (обрив, втрату якості контакту через окислення, забруднення, механічне та електромеханічне (обгоряння) пошкодження  окремих елементів); коротке замикання (міжвиткове в обмотках, замикання на масу, замикання через пил зі щіток і колектора). До несправностей механічної частини відносять спрацювання тертьових поверхонь щіток, колектора, важеля увімкнення приводу; спрацювання та пошкодження зубів шестерень та шліців; спрацювання втулок якоря і муфти вільного ходу; втрата пружності чи пошкодження пружних елементів; корозія металевих елементів.

Перевірка технічного стану, ремонт стартерів

Перевірка муфти вільного ходу у режимі повного гальмування стартера на пробуксовування чи динамометричною приспособою з завищеним у 2,5 рази крутним моментом. У протилежний бік шестірня має обертатися вільно без затинань та переміщуватися шліцами вала якоря. У зібраній, змащеній храповій муфті під час обертання шестірні від руки має прослуховуватися чітке тріщання храповика.

Перевірка щіткового вузла Замаслювання щіток, запилення елементів колекторно-щіткового вузла призводить до відмови стартера. Спрацьований колектор проточують, а потім шліфують. Перевіряють рухомість щіток у щіткотримачах. Замикання щіткотримачів із корпусом перевіряють лампою під напругою 220 В чи спеціальному стенді.

Перевірка тягове реле Обривання обмоток визначають омметром чи контрольною лампою з підімкненням обстежуваної обмотки до акумуляторної батареї з від'єднанням затискача проводу від електродвигуна.

Перевірка реле ввімкнення Реле ввімкнення перевіряють і регулюють, знімаючи кришку та оглядаючи стан контактів та зазори. Окислені контакти зачищають.

Перевірка стану обмоток статора і якоря на замикання та обрив. Обмотки статора і якоря стартера (генератора) перевіряють спеціальним інструментом чи приладами. Необхідно пам’ятати що перевірка стану ізоляції перевіряється напругою 220–550В небезпечною для здоров’я та життя!

Деталі які не підлягають ремонту замінюють.

 

Особливості конструкції стартерів, перспективи їх розвитку та удосконалення.

Шестірня стартера з інерційним приводом в момент увімкнення за інерцією ніби нагвинчується на гвинт якоря і входить в зачеплення з вінцем маховика. Після запуску ДВЗ вінець маховика різко прокручуючи приводну шестірню «зганяє» її у початкове положення. Для пом’якшення удару передбачено пружини (рис 4.7)

      

Рисунок 4.7 – Стартер з інерційним приводом

 

У стартерах великої потужності муфти вільного ходу не застосовують, оскільки за цих умов вони працюють ненадійно. У таких стартерах застосовують храповий механізм приводу, чи запобіжні дискові муфти (рис.4.8-4.9).

 

 

Рисунок 4.8 – Багатодискова обгінна муфта: 1 - провідний вал (сполучений з шестернею стартера); 2 - натискна пружина; 3 - провідний елемент із зовнішніми дисками; 4 - внутрішня муфта з внутрішніми дисками; 5 - спіральні шліци; 6 - провідний фланець (пов'язаний з якорем електродвигуна стартера)

 

 

 

Рисунок 4.9 – Обгінна муфта з храповим механізмом: 1 – шестерня стартера;

2 – сухар; 3 – радіальні зуби; 4 – роз'єднуюче кільце: 5 – гайка напівмуфти; 6 – пружина; 7 – спіральні шліци: 8 – гумовий буфер;

9 – втулка; 10 – шліци