книги из ГПНТБ / Можаев В.Н. Электрооборудование колесных и гусеничных машин учебное пособие

Номинальная емкость QH аккумуляторной батареи должна соответствовать номинальной мощности iVCT стартера и его но-

Рис. 77. Электромеханические характеристики

на машине (например, ЗИЛ-135ЛМ), большая, для преду­ преждения возможности перегрузки стартера последовательно в цепь его питания включают балластное сопротивление величиной несколько тысячных долей ома.

ясняется это тем, что электрическая мощность представляет произ­ ведение тока на напряжение, и если стартер достаточно большой мощности, то при низком номинальном напряжении требуется большой ток, а значит, и увеличение сечения токопроводящих де­ талей системы пуска. Необходимо увеличить сечения проводов, со­ единяющих стартер с аккумуляторной батареей, делать коллектор более массивным, увеличить количество щеток и их размеры, уве­ личить сечение обмоточного провода якоря и индуктора. Все это вызовет увеличение расхода меди и габаритов стартера.

Величина тока стартера при трогании с места коленчатого вала

взависимости от типа стартера достигает 200 -ы 2000 а. При кон­ струировании стартера стремятся уменьшить падение напряжения

вщеточном контакте и обмотках.

Для уменьшения сопротивления щеток в состав материала ще­ ток для стартеров вводят медь (80% и более). Однако значитель­ ное снижение сопротивления щеток ухудшает условия коммутации тока щетками и повышает износ коллектора.

Материал щеток, кроме меди, содержит графит (марка МГ)„ окись свинца (марка МГС) и олово (марка МГСО). Например,.

Си — 82 %; Sn — 3%; С — 9% и РЬО — 6%.

Выбор передаточного числа зубчатого привода стартера

Пусковой момент на коленчатом валу двигателя измеряется десятками килограммометров, а момент на валу якоря стартера — единицами. Чтобы получитьнеобходимый момент на валу двига­ теля, применяют понижающий зубчатый редуктор с большим пе­ редаточным числом, т. е.

где ZM— число зубцов венца маховика;

ZCT— число зубцов шестерни якоря стартера.

Передаточное число механизма привода должно соответство­ вать электромеханической характеристике стартера и характери­ стике момента сопротивления вращению коленчатого вала при низ­ кой температуре, при которой предполагается пуск двигателя стартером.

Рассмотрим влияние передаточного числа механизма привода на режим пуска двигателя. Для этого в координатах Л1 = ср(я.) поместим две характеристики приведенного момента стартера: кри­

130

вая 1 при большем передаточном числе и кривая 2 при меньшем

(рис. 79).

Из пересечения характеристик приведенного момента с харак­ теристикой момента сопротивления видим, что при большем пере­ даточном числе и низкой температуре —10°С двигателя (точка 3)

Передаточное число редуктора должно быть таким, чтобы при пуске холодного двигателя стартер сообщал пусковое число обо-

случае мощность стартера на 10—12% меньше максимальной, но момент на валу якоря значительно больше, чем при максимальной мощности. Однако это имеет и отрицательные качества, так как аккумуляторная батарея работает в более тяжелых условиях и, кроме того, при большем разрядном токе падение напряжения больше, а емкость меньше.

В карбюраторных двигателях передаточное число зубчатого при­ вода достигает 14—17, а в дизелях — 9—10. Зубчатая передача обычно состоит из двух шестерен: одной малой с числом зубцов 9—13, расположенной на валу якоря, и большой (зубчатого вен­ ца), закрепленной на маховике, плавном фрикционе или самостоя­ тельно. Зубчатый венец имеет 100—150 зубцов. Коэффициент по­ лезного действия такого редуктора 0,8. Меньшее передаточное чис­ ло у дизелей вызвано необходимостью увеличить темп сжатия воз­

духа с целью обеспечить его нагрев до 500—600°С. Однако при этом возникает необходимость в увеличении мощности стартера.

Общие положения по конструкции стартеров

Индуктор стартера изготовляют из стали СтЮ сварным или из цельнотянутой трубы. Полюсные наконечники также из стали СтЮ горячей штамповки или сборные из листовой электротехни­ ческой стали.

Крышки стартера литые: передняя (со стороны привода) из чугуна, стали или алюминиевого сплава, а задняя из цинкового или алюминиевого сплава. На некоторых автомобильных стартерах применяют задние крышки, штампованные из листовой стали.

Н а , задней крышке укреплены щеткодержатели коробчатого типа. На стартерах большой мощности (7—11 —15 л. с.) применяют сдвоенные щеткодержатели, в которых устанавливают по 2 щет­ ки в один ряд.

Подшипники в стартерах применяют скользящего типа или ка­ чения. Втулки их выполняют из пористой графитовой бронзы или металлокерамические. При сборке втулки пропитывают маслом.

•Кроме того, в стартерах средней мощности устанавливают маслен­ ки для жидкого масла, из которых масло поступает в полость с вой­ лочным наполнителем, а затем в тело втулки и на шейку вала якоря.

В стартерах на арттягачах и танках применяют шарикоподшип­ ники, при этом со стороны шестерни устанавливают два двухраз­ рядных подшипника, так как при пуске двигателя возникает боль­ шая радиальная нагрузка. При небольшом диаметре вала якоря и большой длине в стартерах средней мощности применяют три опоры.

В целях уменьшения веса и габаритов стартера допускают плот­ ность тока в обмотках 15—25 а/мм2 и под щетками до 60—100 а/см2, ■магнитную индукцию в воздушном зазоре — до 5000—8500 гс. Для обеспечения хорошего электрического контакта под щетками уси­ лие пружин повышенное — от 0,7 до 1,3 кг.

В связи с тем, что в режиме холостого хода число оборотов яко­ ря стартера достигает 4500—10000 об/мин, особое внимание уде­ ляется креплению обмотки якоря в пазах. В стартерах малой и средней мощности применяют открытые пазы, так как при них обмотку выполнить легче, чем при закрытых или полузакрытых лазах. Однако в этом случае необходима чеканка зубцов или при­ менение бандажей. Последнее более надежно. В танковых стар­ терах применяют полузакрытые пазы, позволяющие с помощью клиньев, закрепить обмотку в пазах.

Стартеры колесных и гусеничных машин выполняют с четырехПолюеным индуктором. Это позволяет полнее использовать объем стартера и, кроме того, иметь выигрыш в величине момента, так как при волновой обмотке якоря число параллельных ветвей ее

132

равно двум, т. е. не зависит от числа полюсов. Например: в четы­ рехполюсном стартере при волновой обмотке коэффициент С' в два раза больше, чем при петлевой, так как в последнем случае число ветвей обмотки и число полюсов равны между собою.

Катушки индуктора в стартерах небольшой мощности при но­ минальном напряжении 12 в включают последовательно, а в стар­ терах, мощность которых более 3 л. с., катушки соединяют парал­ лельно-последовательно. Это объясняется тем, что при включе­ нии четырех катушек параллельно-последовательно сопротивле­ ние всей обмотки возбуждения равно сопротивлению одной катуш­ ки. Кроме того, наличие двух параллельных ветвей позволяет в два раза уменьшить ток в каждой ветви. Следовательно, на обмотку можно применить провод меньшего сечения, что удобнее в произ­ водстве.

Число витков в каждой катушке 5—10 и зависит от типа стар­ тера. Обмотку выполняют медной шиной как на якоре, так и на индукторе. Каждая секция обмотки якоря состоит из одного вит­ ка. Исключением является стартер СТ4, обмотку якоря которого выполняют проводом круглого сечения по два витка в секции. Чис­ ло-секций на якоре, которые размещают в пазах сердечника, 23—31.

Конструкция механизма привода должна обеспечивать:

— 100-процентное попадание зубьев шестерни якоря во впа­ дины между зубьями зубчатого венца маховика;

—передачу момента при полном зацеплении зубьев;

—невозможность перехода якоря из ведущего в ведомое со­ стояние;

—автоматизация выхода шестерен из зацепления.

Кроме того, желательно иметь устройства, уменьшающие удар­ ные нагрузки на механизм привода в начале работы стартера, за­ щиту его от перегрузки, а также возникающие при выключении осевые нагрузки.

Ввод шестерни якоря в зацепление осуществляют ногой води­ теля или электромагнитом. Зацепление шестерен необходимо толь­ ко на период пуска. Как только двигатель начнет самостоятельно работать, необходимо немедленное расцепление, иначе число обо­ ротов якоря стартера настолько повысится, что обмотки и коллек­ тор пострадает от действия центробежных сил.

Для уменьшения динамических нагрузок в стартерах с большим вращающим моментом -применяют амортизирующие устройства

сдисками трения или пружиною.

Взубчатых передачах механизма привода применяют корри­ гированное эвольв-ентное зацепление. Для обеспечения свободного ввода зубьев шестерни якоря во впадины между зубьями -венца маховика и вывода из зацепления увеличиают расстояние между центрами шестерен на 0,5—1 мм против нормального. Кроме того, для обеспечения попадания зубьев делается скос с одной стороны

то-рца зуба.

133

Для обеспечения правильной установки стартера на двигатель применяют фланцевое крепление или крепление на подушке с по­ мощью натяжной ленты. Фланцевое крепление чаще применяют на автомобильных двигателях, так как при нем не требуется иметь обработанной внешней поверхности стартера, и правильность уста­ новки стартера обеспечивается центрирующим бортом крепежного фланца. Однако при этом креплении фланец несет большую на­ грузку не только от усилий, возникающих при передаче вращающе­ го момента, но и от веса стартера. На двигателях ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 и В2 стартер крепится на подушке натяжной лентой. Для более точного фиксирования положения стартера (дви­ гатель ЯМЗ) предусмотрен буртик на крышке стартера, а для предотвращения провертывания— шпонка, канавка для которой расположена по образующей цилиндра (индуктора), и подушки.

Автотракторные стартеры по способу управления подразделяют на два типа: с непосредственным управлением и с дистанционным. В .первом типе ногою водителя вводятся шестерни привода в за­ цепление и включается ток в стартер.

Во втором типе эту работу выполняет электромагнит, приводи­ мый в действие кнопкой или ключом замка зажигания. На совре­ менных автомобилях, арттягачах и танках применяют дистанцион­ ное управление стартером, так -как о-но имеет ряд преимуществ пе­ ред непосредственным, например: позволяет автоматизировать выключение стартера (автоблокировка), как только двигатель нач­ нет работать, и исключает возможность случайного включения стартера при работающем двигателе; позволяет включить стартер на дистанции, исключая необходимость устанавливать пусковую кнопку-близко к стартеру и аккумуляторной батарее.

На рис. 80 изображена принципиальная схема дистанционного управления стартером. Схема действует следующим образом. При повороте вправо ключа в замке зажигания 3 или нажатии пуско­ вой кнопки, если она имеется, появляется ток -в обмотке реле вклю­ чения 4 и замыкаются контакты 5. При этом появляется ток в об­ мотках 11 и 12 реле привода, а также в обмотках возбуждения 16 стартера и в якоре 15. В этом случае ампер-витки втягивающей обметки 11 и удерживающей обмотки 12 действуют согласованно, сердечник 13 реле привода перемещается влево, двуплечий рычаг вводит шестерню 14 якоря в зацепление с зубчатым венцом махо­ вика двигателя. Когда шестерня войдет в зацепление, сердечник 13 переместит диск 8 и замкнет контакты 7, 9 и 10, в результате чего втягивающая обмотка 11 окажется замкнутой накоротко и ток по­ ступает от аккумуляторной батареи, минуя обмотку И. В связи с тем, что сопротивление в цепи стартера значительно уменьшилось, ток в стартере достигает наибольшей величины и якорь вращает коленчатый вал двигателя. Как только двигатель начнет работать, генератор 1 возбудится, ток в обмотке реле включения 4 пони­ зится, так как обмотка окажется под разностью э.д.с. якоря и ак­ кумуляторной батареи и контакты 5 реле включения разомкнутся.

134

В обмотке II реле привода появляется ток обратного направ­ ления. В этом случае обе обмотки включены последовательно и, так как число витков и величина тока в каждой обмотке одинаковые,

катушки 6 в период пуска двигателя, что позволяет повысить ин­ тенсивность искрового разряда на свечах зажигания.

Ошибочное включение стартера при работающем двигателе не­ возможно, так как при возбужденном генераторе контакты реле 4 не замкнутся. Объясняется это малой величиной тока в обмотке под действием встречно направленных э.д.с. При замкнутых кон­ тактах реле обратного тока, если число оборотов якоря достаточ­ но, включение стартера также невозможно.

При установке на двигателе генератора переменного тока для

•автоблокировки стартера применяют блокировочное реле с нор­ мально замкнутыми контактами К2 (рис. 81), которые соединяют намагничивающую обмотку реле включения 3 стартера с «массой». 'Обмотка блокировочного реле 4 подключена к статорной обмотке генератора через диоды Д 2 и Д 3. Как только двигатель начнет ра­ ботать, э.д.с. в обмотке генератора повысится, блокировочное ре­ ле 4 прервет ток в обмотке реле включения 3, разомкнутся кон­ такты Ki, выключатся реле привода 2 и стартер. При работе дви­

135

гателя контакты К2 остаются разомкнутыми, что исключает слу­ чайное включение стартера.

Для намагничивания сердечника блокировочного реле иногда применяют отдельный выпрямитель, рассчитанный только на ток обмотки, размыкающей контакты /С2-

Замок

вамие.

Рис. 81. Схема автоблокировки стартера при наличии генератора переменного тока.

Ранее указывалось, что реле привода имеет две обмотки: втя­ гивающую и удерживающую. Необходимость в двух обмотках вызвана следующим: путь, проходимый шестерней при вводе ее в зацепление, несколько десятков миллиметров и, чтобы сердечник реле привода перемещался, необходима достаточно большая сила электромагнита, способная преодолеть силу возвратной пружины и силы трения. По мере перемещения сердечника 13 (рис. 80) сила возвратной пружины увеличивается в первой степени, а> втя­ гивающая сила электромагнита — в квадратичной. Следовательно, для втягивания сердечника необходим больший магнитный поток, чем для удержания сердечника во втянутом положении. При на­ личии только одной обмотки потребовалось бы больше ампер-вит­ ков, а это увеличило бы расход электроэнергии при пуске. Второй обмоткой, включенной последовательно обмоткам стартера, мож­

а также уменьшения расходуемой электрической мощности на стартерах, применяют вал якоря со спиральными шлицами. Это позволяет значительно уменьшить габариты реле привода, так как для перемещения сердечника, необходимого только для неполного ввода шестерни в зацепление, достаточно иметь небольшой магнит­ ный поток. Шестерня досылается на полное зацепление за счет осевого усилия, возникающего на спиральных шлицах при враще­

136

нии якоря. Кроме того, спиральные шлицы позволяют уменьшить силу возвратной .пружины, так как для расцепления шестерен тре­ буется меньше усилий, а это в свою очередь позволяет уменьшить силу электромагнита.

Конструкция рычажной передачи усилия сердечника на даулле1чий рычаг должна быть такой, чтобы в случае неудачного пуска сердечник мог перемещаться в обратном направлении при размы­ кании контактов реле включения 4. Это необходимо для размыка­ ния контактов реле привода и прерывания тока в обмотках стар­ тера. Иначе создава’емый током вращающий момент вызвал бы такую силу трения между зубьями шестерен, что возвратная пру­ жина не смогла бы вывести шестерни из зацепления. В результате стартер остался бы под напряжением в неподвижном состоянии, его обмотки перегрелись, а аккумуляторная батарея разрядилась бы полностью.

Электрические схемы и конструкции стартеров колесных и гусеничных машин

Стартеры карбюраторных двигателей. На автомобилях ГАЗ,

ЗИЛ и МЗМА применяют стартеры СТ21, СТ14, СТ101, СТ130, СТ4 и СТ2 с дистанционным управлением. Конструкции перечис­ ленных стартеров, реле привода и муфты свободного хода иден­ тичны. Стартеры СТ113 и СТ4А — смешанного возбуждения.

Конструкция стартера СТ21 отличается тем, что на валу якоря со стороны коллектора установлены фрикционные колодки, раз­ жимаемые пружинами (тормоз), назначение которых — предот­ вратить чрезмерное повышение числа оборотов якоря при переходе стартера в режим холостого хода. Кроме того, они обеспечивают более быстрый выход шестерни из зацепления с зубчатым венцом

маховика.

В стартерах СТ14, СТ101, СТ130 и СТ2 применены три подшип­ ника скольжения; в стартерах СТ21 и СТ4 — два.

Стартер СТ-2 герметизирован и водонепроницаем .при герме­ тичном картере маховика. Предназначен он для машин, преодоле­ вающих брод глубиной до 2 м.

На рис. 82 изображена роликовая муфта свободного хода, уста­ навливаемая на передний конец вала якоря. При пуске двигателя ролики 8 заклинивают муфту свободного хода, т.е. жестко соеди­ няют ведущую втулку 7 с ведомой втулкой 9 и передают момент отвала якоря к зубчатому венцу1маховика.

Как только двигатель станет самостоятельно вращаться, ше­ стерня 10 .переходит в ведомое состояние и сила трения, возника­ ющая между втулкой 7 и роликами, увлекает их в сторону вра­ щения, преодолевая упругость пружин толкателей. Ролики попада­ ют в широкую часть фигурных углублений, т. е. происходит рас­ клинивание, и якорь стартера, не будучи ведомым, свободно вра­ щается в режиме холостого хода. Таким образом, муфта свобод­

137

ного хода не допускает перехода якоря в ведомое состояние, что предупреждает возможность чрезмерного повышения числа оборо­ тов якоря. Муфта не рассчитана на длительное пробуксование, так как силы трения вызывают ее нагревание, потерю смазки и иногда заклинивание роликов.

Пружина 6 обеспечивает ввод шестерни в зацепление, когда происходит «утыкание в зуб». В этом случае сердечник 13 реле при-

Рис. 82. Роликовая муфта свободного хода с шестерней.

вода продолжает движение, контакты 9 я 10 замыкаются, появ­ ляется ток в обмотках стартера, способный провернуть якорь; зубья шестерни якоря попадают во впадины, и пружина 6 (рис. 82) досылает шестерню.

Пружина 2 вступает в действие при неудавшемся пуске. Если двигатель не завелся в течение 5 сек, кнопку отпускают, реле включения 4 (рис. 80) прерывает ток в обмотках реле привода, сердечник 13 под действием возвратной пружины отходит, так как пружина 2 (рис. 82), сжимаясь, позволяет переместиться полуколь­ цу 3. При этом размыкаются контакты 9 и 10, прерывается ток в обмотках стартера, исчезает усилие на зубцах шестерен и ше­ стерня 14 якоря легко выходит из зацепления.

Стартеры дизельных двигателей. Для пуска дизелей применяют стартеры мощностью более 3,5 л. с. Рассмотренную роликовую муфту свободного хода ,не используют, так как она работает на­ дежно в случае, если момент на валу якоря не более 4 кГ.ч. На двигателях ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 и ЯМЗ-240 применяют стартер типа СТ103, а на двигателях ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 — типа СТ26. Конструктивно они идентичны и различаются обмоточными данны­ ми, габаритами, способом крепления на двигателе и электриче­ скими характеристиками.

На рис. 83 изображен механизм привода стартеров СТ-103 а СТ-26. На спиральных шлицах 9 вала якоря расположены гай­ ка 6 и шестерня 8. Гайка двумя внешними зубцами входит в про­

‘ 138