Автомобили и тракторы
.pdf
Рис. 3.8. Схема тиристорного регулятора напряжения с естественной коммутацией
Измерительное устройство состоит из усилителя постоянного напряжения на транзисторе VT1 и измерительной цепи с делителем напряжения R1, R2 , R4 и стабилитронами VD1, VD2. Катушка индуктивности выполняет роль фильтра. Напряжение к измерительному устройству подается при включении выключателя S1 зажигания. Если это напряжение ниже напряжения срабатывания электронного реле регулятора, в цепи L1–R5–VD4–R6 возникает ток, создающий падение напряжения на резисторе R6, достаточное для переключения тиристора в состояние насыщения. В этом случае обеспечивается возбуждение генератора. Затем по мере возрастания напряжения генератора, обмотка возбуждения переключается на электроснабжение от однофазного мостового выпрямителя. Когда напряжение генератора достигает напряжения срабатывания, транзистор VT1 переключается в состояние насыщения. Напряжение на управляющем электроде тиристора резко падает и при напряжении на выходе однофазного выпрямителя, близком к нулю, тиристор переходит в состояние отсечки. Обмотка возбуждения отключается от источника электроснабжения. Сила тока в обмотке возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. При выходном напряжении генератора, равном напряжению срабатывания, транзистор VT1 переключается в состояние отсечки, а тиристор – в состояние насыщения. Далее процессы повторяются.
Конструкция регуляторов напряжения, располагаемых вне генератора и соединенных с ним через провода бортовой сети, в основ-
151
ном идентична. Такие регуляторы можно разделить на две группы:
регуляторы с металлическим корпусом-крышкой и регуляторы в пластмассовом корпусе.
Система электрического пуска включает в себя одну или две аккумуляторные батареи, электрифицированные средства подготовки к пуску, стартер, коммутационную аппаратуру и электрическую сеть. Поскольку основным пусковым устройством является электростартер, систему пуска называют системой электростартерного пуска. Электростартер надежен в работе, обеспечивает дистанционное управление и позволяет автоматизировать процесс пуска двигателей с помощью электротехнических устройств.
Основным требованием, предъявляемым к системе электростартерного пуска, является преодоление пускового момента сопротивления Мп и обеспечение вращения коленчатого вала двигателя с угловой скоростью ωn, достаточной для образования и воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Для этой цели хорошо подходит электродвигатель стартера, который преобразует постоянный ток мощностью IU во вращательное движение Мяωя > Mпωп.
Полная подготовка двигателя к пуску заключается в прогреве всех его механизмов, систем и подаче масла под давлением в неподвижные сопряжения деталей. Однако при этом необходимо применять аккумуляторные батареи с чрезмерно большим зарядом (емкостью). Поэтому на большинстве тракторов и автомобилей двигатель пускают без подготовки или после частичной подготовки за счет других источников энергии.
При хранении машин в закрытом помещении (гараже) применяют коллекторные средства подготовки двигателей к пуску (циркуляционные и электрические подогреватели охлаждающей жидкости и масла).
Источником энергии в системах электрического пуска является стартерная свинцовая АКБ – химический источник тока; поэтому в электростартерах используют электродвигатели постоянного тока. Характеристики стартерного электропривода с электродвигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения хорошо согласуются со сложным характером нагрузки, создаваемой при пуске поршневым двигателем. Схемы систем электростартерного пуска имеют незначительные отличия. В системах управления стартером предусмотрены: электромагнитные тяговые реле, дополнительные реле блокировки, обеспечивающие дистанци-
152
онное включение, автоматическое отключение стартера от АКБ после пуска двигателя и предотвращения повторного включения стартера при работающем двигателе.
Стартерный электродвигатель 12 (рис. 3.9) получает питание от аккумуляторной батареи GВ через замкнутые контакты 2 тягового реле электромагнитного типа при включенном выключателе «S» приборов и стартера. При замыкании контактов дополнительного реле и реле блокировки (на схеме не показаны) втягивающая 3 и удерживающая 4 обмотки тягового реле подключаются к АКБ (GВ). Якорь 5 тягового реле притягивается к сердечнику электромагнита и с помощью штока 6 и рычага 7 механизма привода вводит шестерню 10 в зацепление с зубчатым венцом 11 маховика двигателя. В конце хода якоря 5 контактная пластина 2 замыкает силовые контактные болты 1 и стартерный электродвигатель 12, получая питание от АКБ, приводит во вращение коленчатый вал двигателя.
Рис. 3.9. Схема включения стартера:
1 – контактный болт; 2 – подвижный контактный диск; 3, 4 – соответственно втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле;
5 – якорь тягового реле; 6 – шток; 7 –рычаг привода; 8 – поводковая муфта; 9 – муфта свободного хода; 10 – шестерня привода;
11 – зубчатый венец маховика; 12 –стартерный электродвигатель; S – выключатель; GB – аккумуляторная батарея
После пуска двигателя муфта свободного хода 9 предотвращает передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электро-
153
двигателя. Шестерня привода остается в зацеплении с венцом маховика до тех пор, пока замкнуты контактные болты 1. При размыкании выключателя S втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подсоединяются к АКБ последовательно через контактные болты.
Так как число витков у обоих обмоток одинаково и по ним при последовательном соединении проходит один и тот же ток, обмотки при разомкнутом выключателе S создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается, возвратная пружина перемещает якорь 5 реле в исходное нерабочее положение и выводит шестерню из зацепления с зубчатым венцом маховика. При этом размыкаются и силовые контактные болты 1.
Недостатком систем электростартерного пуска с дистанционным управлением является большое количество элементов и необходимость применения сложных конструкций стартеров. Однако их использование позволяет уменьшить длину силовых электроцепей стартерного электродвигателя и тягового реле, уменьшить продолжительность пуска, расход энергии на пуск и тем самым увеличить срок службы аккумуляторной батареи и стартера.
По способу управления различаются стартеры с непосредствен-
ным и дистанционным управлением, механическим и электромагнитным включением.
Всовременных системах электростартерного пуска с дистанционным управлением и электромагнитным включением применяют следующую номенклатуру электромагнитных реле: тяговое, дополнительное, стартера, блокировки, переключения АКБ и соединения их с «массой».
Всистемах электростартерного пуска энергия АКБ расходуется на питание на следующих потребителей:
– управление предпусковым подогревателем охлаждающей жидкости (двигатели ЗМЗ-53-11, ЗИЛ-508.10, ЯМЗ-240БМ, КамАЗ-740);
– управление стартером;
– питание электроспирального подогревателя всасываемого воздуха и стартера при пуске (двигатель Д-21-А1);
– питание электофакельного подогревателя всасываемого воздуха и стартера (двигатели Д-243/Д-245 и их модификации, ЯМЗ238БЕ2, ЯМЗ-238ДЕ, КамАЗ-740);
154
–питание штифтовых свечей накаливания предпускового подогрева всасываемого воздуха и стартера при пуске (дизели Д-245S2 / S3А, Д-260.1S2 / S3А и их модификации;
–дизели DEUTZ тракторов «Беларус-2822.ДЦ», «Беларус3022.ДЦ»);
–питание электропривода насоса предпусковой прокачки масла (двигатель ЯМЗ-240БМ).
Электростартерный пуск по схеме «стартер – пусковой двигатель
–двигатель силового агрегата» находит применение на многих колесных и гусеничных тракторах («Беларус» 80.1Л, ДТ-75МВ, Т-150, ДТ-175С). В этих системах предпусковую подготовку и пуск дизеля силового агрегата обеспечивает пусковой двигатель, запуск которого осуществляется без подготовки электростартерной системой пуска малой мощности.
Схема системы электростартерного запуска пускового двигателя П-10УД включает в себя аккумуляторную батарею GВ (рис. 3.10, а) емкостью 55–66 А·ч, выключатель «массы» S1, стартер М (СТ362) и выключатель S2, расположенный на щитке приборов.
Электродвигатель М стартера состоит из неподвижного статора 16 (рис. 3.10, б) с четырьмя катушками 15 обмотки возбуждения, вращающегося якоря 17 с обмоткой и коллектором 11, неподвижного щеткодержателя с четырьмя торцовыми щетками 12 и 14. Вал 22 якоря вращается в двух бронзографитовых втулках, запрессованных в крышках 13 и 21.
Силовую электрическую цепь стартера образуют контактные болты 9 и 10, замыкаемые диском 8, обмотка возбуждения, разделенная на две ветви по две последовательно соединенные катушки 15, две изолированные щетки 12, обмотки якоря 17 и щетки 14, соединенные с «массой».
Все элементы цепи изготовлены из меди, кроме щеток 12 и 14 (они меднографитовые). Эта цепь обеспечивает преобразование постоянного тока мощностью IU во вращательное движение якоря
мощностью Мяωя ≤ 0,5 кВт.
Механизм привода, предназначенный для односторонней передачи вращательного движения от якоря к коленчатому валу дизеля, состоит из ведущего зубчатого колеса 1, соединенного с валом 22 якоря через роликовую муфту 20 свободного хода, двуплечего ры- чага-вилки 2 и муфты 18 с буферной пружиной 19.
155
Рис. 3.10. Схема электрическая принципиальная электростартерного пуска (а) и стартер СТ362 (б):
1 – ведущее зубчатое колесо; 2 – двуплечий рычаг; 3 – серьга; 4, 19 – пружины; 5 – сердечник; 6 – катушка тягового реле; 7, 9, 10 – болты;
8 – контактный диск; 11 – коллектор; 12, 14 – щетки; 13, 21 – крышки; 15 – катушка обмотки возбуждения; 16 – статор; 17 – якорь; 18, 20 – муфты; 22 – вал якоря; 23 – упорное кольцо
Тяговое реле предназначено для включения механизма привода и силовой цепи. Он представляет собой электромагнит с одной катушкой 6, сердечником 5, центральным магнитным упором и периферийным магнитопроводом. Выключатель S2 управляет тяговым реле, замыкая цепь его катушки К: «+» аккумуляторной батареи GB – ШР19 – выключатель S2 – ШР20 – изолированный болт 7 – катушка 6 (К) – зажим (контактный болт) 10 – катушка 15 обмотки возбуждения – щетки 12 – коллектор 11 – обмотка якоря 17 – коллектор 11 – щетки 14 – клемма «масса» – выключатель S1 – «–» батареи GB.
156
Под действием магнитного поля катушки 6, замыкаемого через сердечник 5, магнитопровод, магнитный упор и зазор, сердечник 5 втягивается, сжимает возвратную пружину 4, через серьгу 3 поворачивает рычаг 2, включая механизм привода, а затем через шток перемещает контактный диск 8, замыкая силовую цепь.
Стартеры с электромеханическим перемещением ведущего зуб-
чатого колеса 1 с помощью тягового реле, рычага 2 и муфты 18 получили наибольшее распространение. Это же справедливо и для роликовой муфты 20 свободного хода, предотвращающей разнос якоря стартера после пуска двигателя. Роликовые муфты бесшумны в работе, технологичны и способны передавать большие крутящие моменты. Они малочувствительны к загрязнениям и не требуют регулировок при эксплуатации.
Храповая муфта свободного хода находит применение в при-
водных механизмах, передающих большой вращательный момент при сравнительно небольших габаритных размерах.
При включении стартерного электродвигателя наружная ведущая обойма 2 (рис. 3.11) муфты свободного хода вместе с якорем поворачивается относительно еще неподвижной обоймы 1, выполненной заодно целое с приводной шестерней. Ролики 11 под действием прижимных пружин 9 с толкателями 10 и сил трения между обоймами
ироликами перемещаются в узкую часть клиноводного пространства
имуфта заклинивает. Вращение от вала якоря передается ведущей обойме 2 через шлицевое соединение. После запуска двигателя частота вращения ведомой обоймы 1 с шестерней превышает частоту вращения ведущей обоймы 2, ролики 11 переходят в широкую часть клиноводного пространства между обоймами. Муфта расклинивается
ивращение от венца маховика не передается якорю стартера.
Стартеры с дополнительными встроенными редукторами и постоянными магнитами.
Редукторы, встраиваемые в стартеры, разделяются на три основных типа: с внешним зацеплением; цилиндрический с внутренним зацеплением; планетарный.
Редукторы выполняются одноступенчатыми с прямозубыми шестернями. Преимущество данного редуктора – технологичность изготовления его шестеренок. К недостаткам относится увеличение высоты стартера по сравнению со стартерами без редуктора из-за смещения осей стартерного двигателя и привода на 30–50 мм.
157
Рис. 3.11. Приводной механизм с роликовой муфтой свободного хода: 1 – ведомая обойма с шестерней привода; 2 – наружная ведущая обойма; 3 – держатель пружин; 4 – кожух муфты; 5 – буферная пружина;
6 – поводковая муфта; 7 – стопорное кольцо; 8 – держатель пружины; 9 – пружина; 10 – толкатель; 11 – ролик
Планетарный редуктор между приводом и валом электродвигателя состоит из внешней шестерни, закрепленной в корпусе редуктора. Технология изготовления данных редукторов сложнее, но сборка проще благодаря соосности основных узлов стартера.
Внешняя шестерня изготавливается из пластмассы (полиамид 66, иногда с добавками графита) или методом порошковой металлургии. Сателлиты, прессованные из порошка, вращаются на осях в подшипниках скольжения или в игольчатых подшипниках. Ось сателлита одновременно является внутренней обоймой игольчатого подшипника. Центральная зубчатая шестерня выполняется как одно целое с валом якоря или может быть съемной.
Для получения минимальных механических потерь и обеспечения высокого срока службы предъявляются повышенные требования к точности изготовления шестерен и других деталей редукторов. С этой же целью применяют высококачественные смазочные материалы. Передаточное отношение редуктора обычно составляет 3–5.
Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенности. Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим вероят-
158
ность его разноса. В связи с повышенной частотой вращения якорь обязательно подвергается динамической балансировке.
Для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи пакет якоря собирают из пластин тонколистовой (толщина 0,5 мм) электротехнической стали.
Стартер с планетарным редуктором имеет электромагнитное возбуждение, а отдельные современные стартеры мощностью 1,0– 2,0 кВт – возбуждение от постоянных магнитов. Используются постоянные магниты из феррита стронция, которые имеют повышенную коэрцитивную силу по сравнению с магнитами из феррита бария. Повышенная коэрцитивная сила увеличивает стойкость магнитов против размагничивания реакцией якоря в момент включения стартера, когда действует сила тока короткого замыкания. Для повышения стойкости к размагничиванию применяют специальную обработку сбегающего участка магнита, приводящую к дополнительному местному повышению коэрцитивной силы, увеличивают число полюсов до шести или применяют экранирование сбегающей части полюса магнитным шунтом, замыкающим часть магнитного потока якоря и др.
Масса стартера на 30–50 % меньше массы стартеров обычной конструкции, что достигнуто за счет роста частоты вращения вала электродвигателя в 3–5 раз. Однако встраиваемый редуктор несколько увеличивает длину по оси стартера. Для ограничения длины применяют укороченный привод, в котором функцию буферной пружины выполняет пружинный рычаг или располагают буферную пружину в тяговом реле стартера.
При мощности до 1,0 кВт редуктор в стартер встраивают редко, так как усложнение конструкции не компенсируется малым снижением металлоемкости. Стартеры такой мощности выполняются
свозбуждением от постоянных ферростронциевых магнитов.
Внастоящее время появились стартеры с возбуждением от постоянных магнитов высоких энергий, изготовленных на базе сплава железо-неодим-бор. Данные магниты имеют название «Магнаквенч». Стартер без редуктора с магнитами из сплава железо-
неодим-бор существенно меньше по массе и объему стартера с электромагнитным возбуждением. Энергия магнитов «Магнаквенч» находится в пределах 100–290 кДж/м3, тогда как у магнитов из феррита стронция – 22–30 кДж/м3. Сплав железонеодим-бор дорогостоящий, оксидируется на воздухе, восприимчив к воздействию
159
температуры. Для предотвращения оксидирования изготавливают эпоксидно-клеенные магниты, в которых зерна сплава обволакиваются компаундом, герметически изолирующим их от воздействия окружающей среды.
Основной потребитель тока, определяющий тип аккумуляторной батареи на тракторах и автомобилях, стартер.
Система освещения и световой сигнализации предназначена для освещения дороги и рабочей зоны агрегатируемого средства, передачи информации о габаритных размерах трактора и автомобиля, предполагаемом или совершаемом маневре, для освещения номерного знака, кабины, салона, контрольно-измерительных приборов (КИП), багажника, подкапотного пространства. Состояние и характеристики световых приборов оказывают влияние на безопасность дорожного движения и качество выполняемых операций, особенно в темное время суток.
Безопасность движения транспортного средства обеспечивается в том случае, если дальность видимости дороги превышает тормозной путь.
Работа системы освещения основана на принципах генерирования, распределения и перераспределения в пространстве электромагнитного излучения оптической области спектра, видимого органами зрения с длиной волны λ = 380–760 Нм, соответствующей цветовому спектру от фиолетового до красного цвета. Совокупность воздействия всей цветовой гаммы воспринимается органом зрения как белый цвет. Наибольшую спектральную чувствительность глаз человека проявляет к излучению с λ = 555 Нм (желто-зеленый цвет).
Тракторы и автомобили комплектуются световыми приборами разного назначения, отличающимися по конструкции и назначению и параметрам. В комплект световых приборов для тракторов и автомобилей входят не менее двух фар дальнего и ближнего света, по два передних и задних габаритных огней и указателей поворота, два световозвращателя и один фонарь освещения номерного знака, расположенных сзади.
В качестве дополнительных световых и светосигнальных прибо-
ров могут быть установлены: по две или по четыре рабочие фары спереди и сзади, размещаемые на крыше кабины тракторов различного назначения (т. н. фары рабочего освещения); контурные огни; боковые повторители указателей поворота; опознавательные знаки
160