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柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的工作原理和結(jié)構(gòu)圖解
發(fā)布時(shí)間:2024-03-17 07:49:17  ▏閱讀:

 

設(shè)備裝配與結(jié)構(gòu)組成

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的工作原理和結(jié)構(gòu)圖解

 

摘要:啟動(dòng)馬達(dá)是柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)最為核心的組成部分之一,也是柴油發(fā)電機(jī)組必備的一種系統(tǒng), 其工作原理是基于電機(jī)理論和磁力學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)原理,主要作用是能夠幫助發(fā)動(dòng)機(jī)具備有效的啟動(dòng)工作??得魉构驹诒疚闹袕钠饎?dòng)柴油機(jī)的原理、條件、過(guò)程,以及啟動(dòng)馬達(dá)的作用和結(jié)構(gòu)幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述,通過(guò)本文對(duì)起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、機(jī)制和操作原理的正確理解,對(duì)于啟動(dòng)馬達(dá)的正常性能和長(zhǎng)期使用具有重要意義。此外,對(duì)于啟動(dòng)馬達(dá)本身的保養(yǎng)和升級(jí),康明斯公司提醒應(yīng)交給具備專業(yè)的技術(shù)知識(shí)和持有專用維修工具的售后工程師來(lái)服務(wù)。

 

一、啟動(dòng)系統(tǒng)的作用、條件及原理

 

1、啟動(dòng)系統(tǒng)的作用

      要使柴油機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài),必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)柴油機(jī)的曲軸,使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng),氣缸內(nèi)的可燃混和氣燃燒膨脹做功,推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲軸旋轉(zhuǎn),柴油機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn),工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此,曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)到柴油機(jī)開始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程,稱為柴油機(jī)的啟動(dòng)。完成啟動(dòng)過(guò)程所需的裝置,稱為柴油機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)。

2、啟動(dòng)條件

① 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩:能夠使曲轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須克服壓縮阻力和內(nèi)磨擦阻力矩。啟動(dòng)阻力矩與柴油機(jī)壓縮比、溫度、機(jī)油粘度等有關(guān)。

② 啟動(dòng)轉(zhuǎn)速:能使柴油機(jī)啟動(dòng)的曲軸最低轉(zhuǎn)速稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。在0~20℃時(shí),柴油機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速為150~300r/min。

3、啟動(dòng)方式

① 人力啟動(dòng):

      啟動(dòng)最為簡(jiǎn)單,只須將啟動(dòng)手搖柄端頭的橫銷嵌入柴油機(jī)曲軸前端的啟動(dòng)爪內(nèi),以人力轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸。

② 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng):

      電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是用電動(dòng)機(jī)作為機(jī)械動(dòng)力,當(dāng)將電動(dòng)機(jī)軸上的齒輪與柴油機(jī)飛輪周緣的齒圈嚙合時(shí),動(dòng)力就傳到飛輪和曲軸,使之旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)本身又用蓄電池作為電源。目前絕大多數(shù)柴油發(fā)電機(jī)都采用電啟動(dòng)方式。

4、啟動(dòng)原理

      基本的工作原理如圖1所示。當(dāng)柴油機(jī)需要啟動(dòng)時(shí),接通啟動(dòng)開關(guān),啟動(dòng)機(jī)電路通電,繼電器的吸引線圈和保持線圈通電,產(chǎn)生很強(qiáng)的磁力,吸引鐵芯左移,并帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)杠桿繞其銷軸轉(zhuǎn)動(dòng),使齒輪移出與飛輪齒圈嚙合。與此同時(shí),由于吸引線圈的電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)的繞組,電樞開始轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪在旋轉(zhuǎn)中移出,減小沖擊。

      當(dāng)鐵芯移動(dòng)到使短路開關(guān)閉合的位置時(shí),短路線路接通,吸引線圈被短路,失去作用,保持線圈所產(chǎn)生的磁力足以維持鐵芯處于開關(guān)吸合的位置。

      如圖2所示是其和柴油發(fā)電機(jī)飛輪的嚙合關(guān)系。由圖2可以看出,當(dāng)按下控制器啟動(dòng)鍵后,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩開始轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電磁開關(guān)把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的小齒輪推出,使其與柴油發(fā)電機(jī)的飛輪齒圈嚙合,這樣就把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給飛輪,使柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)。

 

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的工作原理.png

圖1  柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的工作原理

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的控制原理圖.png

圖2  柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的控制原理圖

 

二、啟動(dòng)馬達(dá)結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

 

1、結(jié)構(gòu)組成

      啟動(dòng)馬達(dá)一般由直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置(也稱電磁開關(guān))三部分組成。

(1)直流電動(dòng)機(jī)

      啟動(dòng)馬達(dá)其實(shí)就是相當(dāng)于一個(gè)直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括磁場(chǎng)線圈和電樞線圈,而且它們之間是串聯(lián)的。當(dāng)啟動(dòng)馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它產(chǎn)生最大力矩。

① 電樞:電樞在磁力作用下旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)起動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)。

② 磁極:磁極由鐵心和激磁繞組構(gòu)成,其作用是在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng),。磁極一般是4個(gè),由4個(gè)激磁繞組形成兩對(duì)磁極,并兩兩相對(duì),常見的激磁繞組一般與電樞繞組串聯(lián)在電路中,故被稱為串激式直流電動(dòng)機(jī)。

③ 電刷和電刷架:電刷與電刷架的作用是將電流引入電樞,使電樞產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)??得魉共裼桶l(fā)電機(jī)組自90年代就使用的無(wú)刷電動(dòng)機(jī),因此,現(xiàn)代柴油機(jī)幾乎不再使用有刷裝置。

④ 外殼:外殼由低碳鋼卷制而成,或由鑄鐵鑄造而成。

(2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu):

      在啟動(dòng)時(shí)保證啟動(dòng)馬達(dá)的動(dòng)力能通過(guò)飛輪傳遞給曲軸;啟動(dòng)完畢,柴油發(fā)電機(jī)開始工作時(shí),立即切斷動(dòng)力傳遞路線,使柴油發(fā)電機(jī)不可能反過(guò)來(lái)通過(guò)飛輪驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)。

(3)控制機(jī)構(gòu):

      控制機(jī)構(gòu)是啟動(dòng)馬達(dá)的電磁開關(guān),控制電路的通、斷和驅(qū)動(dòng)齒輪的移出及退回。

2、啟動(dòng)馬達(dá)工作過(guò)程

(1)吸拉過(guò)程

      當(dāng)起動(dòng)開關(guān)旋到START(啟動(dòng))位置時(shí),蓄電池電流流到吸拉線圈和保持線圈。然后電流從吸拉線圈經(jīng)磁場(chǎng)線圈到電樞線圈,以低速旋轉(zhuǎn)線圈。在保持線圈和吸拉線圈內(nèi)的磁動(dòng)勢(shì)使磁鐵芯磁化,這樣,磁性開關(guān)的動(dòng)鐵芯被吸入極芯。通過(guò)這種吸入操作,小齒輪被推出,并與齒圈嚙合,接觸板將主接觸點(diǎn)開到ON。

      為了保持操作電磁開關(guān)的電壓,康明斯柴油發(fā)電機(jī)組在起動(dòng)開關(guān)與電磁開關(guān)之間通常會(huì)有一個(gè)啟動(dòng)馬達(dá)繼電器。

 

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的吸拉過(guò)程示意圖.png

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的吸拉過(guò)程示意圖

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的吸拉動(dòng)作電流路徑.png

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的吸拉動(dòng)作電流路徑

 

 

(2)保持過(guò)程

      當(dāng)主接觸點(diǎn)開到ON時(shí),無(wú)電流流經(jīng)吸拉線圈,磁場(chǎng)線圈和電樞線圈直接從蓄電池得到電流。電樞線圈隨后便開始高速旋轉(zhuǎn),柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。此時(shí)動(dòng)鐵芯只是由保持線圈所施加的磁力固定到位,因?yàn)闊o(wú)電流流過(guò)吸拉線圈。

 

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的保持過(guò)程示意圖.png

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的保持過(guò)程示意圖

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的保持動(dòng)作電流路徑.png

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的保持動(dòng)作電流路徑

 

(3)復(fù)位過(guò)程

      當(dāng)起動(dòng)開關(guān)從START開到ON時(shí),電流從主接觸側(cè)經(jīng)吸拉線圈流到保持線圈。此時(shí),由于吸拉線圈與保持線圈形成的磁力相互抵消,它們失去了保持住動(dòng)鐵芯的力。因此,動(dòng)鐵芯由復(fù)位彈簧的力拉回,并且接觸點(diǎn)關(guān)到OFF,停止啟動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)。

 

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的復(fù)位過(guò)程示意圖.png

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的復(fù)位過(guò)程示意圖

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的復(fù)位動(dòng)作電流路徑.png

柴油機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的復(fù)位動(dòng)作電流路徑

 

三、啟動(dòng)馬達(dá)的使用注意事項(xiàng)

 

      啟動(dòng)馬達(dá)的主要作用是在柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí),為柴油機(jī)提供足夠的扭矩,使柴油機(jī)能夠順利啟動(dòng)。然而,啟動(dòng)馬達(dá)在使用過(guò)程中,如果操作不當(dāng),可能會(huì)導(dǎo)致其損壞,甚至影響柴油機(jī)的正常工作。因此,使用啟動(dòng)馬達(dá)時(shí),必須注意以下幾點(diǎn):

1、檢查電源

      在使用啟動(dòng)馬達(dá)之前,首先要檢查電源是否正常。如果電源電壓過(guò)低或過(guò)高,都可能導(dǎo)致啟動(dòng)馬達(dá)無(wú)法正常工作,甚至損壞。

2、避免長(zhǎng)時(shí)間使用

      啟動(dòng)馬達(dá)在工作時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。如果長(zhǎng)時(shí)間使用,可能會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)馬達(dá)過(guò)熱,影響其性能和壽命。

3、避免頻繁啟動(dòng)

      頻繁啟動(dòng)柴油機(jī)會(huì)大大增加啟動(dòng)馬達(dá)的工作負(fù)荷,導(dǎo)致其過(guò)早損壞。因此,除非必要,否則應(yīng)盡量避免頻繁啟動(dòng)柴油機(jī)。啟動(dòng)馬達(dá)每次啟動(dòng)不得超過(guò)10秒,若在10秒內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)未能啟動(dòng),應(yīng)暫停間隔2分鐘后再啟動(dòng),不得長(zhǎng)時(shí)間或連續(xù)多次使用啟動(dòng)馬達(dá)。

4、定期維護(hù)

      為了確保啟動(dòng)馬達(dá)的正常工作,應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。包括清潔、潤(rùn)滑、調(diào)整等。

5、安全要求

      啟動(dòng)馬達(dá)必須與控制器配合使用,啟動(dòng)馬達(dá)與控制器之間必須采用礦用電纜正確可靠連接,正負(fù)極兩端不得反接、短路和接地。此外,在使用啟動(dòng)馬達(dá)時(shí),應(yīng)注意安全。首先,要避免在啟動(dòng)馬達(dá)工作時(shí)接觸其電刷,以防觸電。其次,要避免在啟動(dòng)馬達(dá)工作時(shí)接觸其旋轉(zhuǎn)部件,以防被夾傷。最后,要避免在啟動(dòng)馬達(dá)工作時(shí)將其浸入水中,以防短路。

6、避免在惡劣環(huán)境下使用

      啟動(dòng)馬達(dá)在高溫、濕度大、灰塵多等惡劣環(huán)境下使用時(shí),可能會(huì)影響其性能和壽命。因此,應(yīng)盡量避免在這些環(huán)境下使用啟動(dòng)馬達(dá)。

7、避免使用損壞的啟動(dòng)馬達(dá)

      如果啟動(dòng)馬達(dá)出現(xiàn)損壞,如電刷磨損、線圈短路等,應(yīng)及時(shí)更換新的啟動(dòng)馬達(dá),以免影響柴油機(jī)的正常工作。

8、 避免匹配質(zhì)量差的蓄電池

      如果使用的蓄電池電壓過(guò)低或過(guò)高,可能會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)馬達(dá)無(wú)法正常工作。因此,應(yīng)按照柴油發(fā)電機(jī)制造商的建議,使用知名品牌或合適的蓄電池。

      總的來(lái)說(shuō),使用啟動(dòng)馬達(dá)時(shí),應(yīng)注意以上幾點(diǎn),以確保其正常工作,延長(zhǎng)其使用壽命,保證柴油發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。


總結(jié):

      綜上所述,因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)自己不能啟動(dòng),需要有外部動(dòng)力使之產(chǎn)生第一次燃燒進(jìn)行啟動(dòng)。要啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī),啟動(dòng)馬達(dá)需通過(guò)環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)曲軸。啟動(dòng)馬達(dá)要用來(lái)自蓄電池的有限動(dòng)力產(chǎn)生極大的力矩,它應(yīng)該十分緊湊而且很輕。由于這個(gè)原因,一種直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)用作啟動(dòng)馬達(dá)??傊?/span>啟動(dòng)馬達(dá)作為現(xiàn)代柴油機(jī)的重要部件之一,其在柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行的過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色。只有理解啟動(dòng)馬達(dá)原理構(gòu)成,及時(shí)檢查和維修啟動(dòng)馬達(dá),才能保證柴油發(fā)電機(jī)組的正常啟動(dòng)和運(yùn)行,從而保障工廠企業(yè)的用電安全和穩(wěn)定性。


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