Суммарные механические потери

P_МЕХ = P_ПОД + P_Щ = 75,6 + 108,4 = 184 Вт. (7.13)

Частота перемагничивания стали

(7.14)

Диаметр якоря на 1/3 высоты трапецеидального участка зубца от основания

(7.15)

Зубцовый шаг по этому диаметру

(7.16)

Ширина зубца

(7.17)

Магнитная индукция в сечении зубца

(7.18)

Магнитная индукция в сердечнике якоря

(7.19)

Масса зубцового слоя

(7.20)

где _СТЛ = 7850 кг/м².

Масса сердечника якоря

(7.21)

Соответствующие магнитные потери в зубцовом слое

(7.22)

где  = 1,210^-3 м - толщина пластин пакета якоря.

Магнитные потери в сердечнике якоря

(7.23)

Суммарные магнитные потери

P_МАГ = P_Z + P_Я = 85,7 + 39,3 = 125 Вт. (7.24)

Сумма механических и магнитных потерь

P_М = P_МЕХ + P_МАГ = 184 + 125 = 309 Вт. (7.24)

Полезная мощность

P₂ = P - P_М = 2519 -309 = 2210 Вт (7.25)

Мощность, подводимая к стартеру

P₁ = U_СТI_Я = 10,6458 = 4855 Вт. (7.26)

Кпд стартерного электродвигателя

(7.27)

Электромагнитный момент

(7.28)

Полезный момент на валу

(7.28)

Для построения рабочих характеристик повторяем расчет по формулам (7.4) - (7.14), (7,18), (7.19), (7.22) - (7.28) для нескольких значений тока якоря I_Я. Полученные результаты сводим в таблицу 2 и строим рабочие характеристики стартерного электродвигателя.

Таблица 2 - Результаты расчета рабочих характеристик

	IЯ, А
	102	200	300	400	500	600	700	800	909
UСТ, В	11,686	11,384	11,076	10,769	10,461	10,153	9,845	9,537	9,2
B, Тл	0,24	0,47	0,62	0,69	0,745	0,8	0,835	0,86	0,885
Ф, Вб10-3	0,72	1,17	1,507	1,68	1,812	1,941	2,036	2,123	2,192
EЯ, В	9,766	8,581	7,371	6,162	4,952	3,742	2,533	1,323	0
nЯ, об/мин	8858	4780	3190	2392	1782	1257	811	406,5	0
P, Вт	996	1716	2211	2465	2476	2245	1773	1058	0
Pm, Вт	996	680	506	384	276	181	103	42	0
P1, Вт	1192	2277	3323	4307	5230	6092	6891	7630	8364
P2, Вт	0	1036	1705	2081	2200	2064	1670	1016	0
	0	0,455	0,513	0,483	0,421	0,339	0,242	0,133	0
МЭМ, Нм	1,074	3,428	6,621	9,84	13,267	17,06	20,87	24,87	29,17
М2, Нм	0	2,07	5,1	8,3	11,786	15,682	19,663	23,87

8 Характеристики работы стартерного электродвигателя на двс

Пригодность системы электростартерного пуска для двигателя внутреннего сгорания оценивается по условию n_nn_min,, где n_n - пусковая частота вращения коленчатого вала стартером при расчетной минимальной температуре t_min.

Минимальная пусковая частота вращения n_min является наименьшей для заданной температуры частотой вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя обеспечивается за две попытки старта продолжительностью 15 с для дизельных двигателей с интервалами между попытками в 1 мин. Она определяется по пусковым характеристикам, представляющим собой зависимость времени пуска двигателя от средней частоты вращения коленчатого вала.

Частоту вращения коленчатого вала n_n для различных условий пуска определяют путем совмещения характеристик, определяющих зависимость момента сопротивления двигателя внутреннего сгорания от частоты вращения коленчатого вала M_C.CP = f(n_CP) и приведенных к коленчатому валу механических характеристик стартерного электродвигателя M_2ПР = f(n_CP). Приведение осуществляется по формулам и, гдеi_P и _P - передаточное число и КПД механической связи.

Величина среднего момента сопротивления определяется для режима установившегося прокручивания коленчатого вала. За время раскручивания вала вся работа сил трения переходит в тепловую энергию, которая идет на нагрев тонких слоев масла между трущимися поверхностями. Вязкость масла уменьшается. С возрастанием частоты вращения вала сила трения, а, следовательно, и тепловыделение увеличиваются. Время на охлаждение масла уменьшается, поэтому рост момента сопротивления замедляется при увеличении частоты вращения вала - момент сопротивления стремится к постоянной величине. Характер изменения момента сопротивления не зависит от начальной вязкости масла.

С понижением температуры момент сопротивления увеличивается, а механическая характеристика электростартера смещается вниз, поэтому частота вращения коленчатого вала n_n уменьшается. Минимальная пусковая частота вращения, обеспечивающая запуск ДВС, с понижением температуры увеличивается. Произведя расчет характеристик M_C.CP = f(n_CP) и M_2ПР = f(n_CP) для различных температур, можно построить зависимости n_n = f(t C) и n_min = f(t C), точка пересечения которых определяет значение минимальной температуры пуска ДВС для рассчитанной электростартерной системы.

Минимальная температура пуска - это наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой пуск двигателя на основном топливе и при 75% заряженности аккумуляторной батареи осуществляется не более чем за три попытки.

В качестве двигателя внутреннего сгорания выбираем четырехтактный четырехцилиндровый двигатель Mersedes-Benz ОМ 601.911.

Рабочий объем двигателя: V_h = 1997 cм³.

Степень сжатия: 22.

Передаточное число передачи «шестерня стартера - зубчатый венец маховика»:

(8.1)

где m_МАХ = 128 - число зубьев маховика;

m_СТ = 9 - число зубъев шестерни стартера.

КПД передачи «шестерня стартера - зубчатый венец маховика» ([2], стр. 23): _Р = 0,85.

Принимаем, что используется моторное масло М-6В₃. Вязкостно-температурные характеристики приведены на рисунке 13.

Рисунок 13 - Вязкостно-температурные характеристики моторных масел:

1 - М-8В₂; 2 - М-10Г₃; 3 - М-6В₃

С уменьшением температуры аккумуляторной батареи увеличивается ее внутреннее сопротивление. Единые расчетные вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей приведены на рисунке 14.

Рисунок 14 - Единые расчетные вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей

Таким образом, получаем таблицу исходных данных для расчета характеристик работы стартерного электродвигателя на ДВС.

Таблица 3-Исходные данные для расчета характеристик работы стартерного электродвигателя на ДВС

t, C	, мм2/с	IКЗ, А
0	400	1100
-10	800	960
-20	1800	800
-30	6000	630

Для расчета сопротивления аккумуляторной батареи из рисунка 14 находим, что для t = 25 C I_КЗ = 1500 А.

Сопротивление аккумуляторной батареи при t = -10 C

(8.2)

Полное сопротивление стартерной цепи

R_Я = R_CT + R_-10 + R_ПР = 0,00301 + 0,011 + 0,002 = 0,016 Ом. (8.3)

Произведя расчет для температур 0, -20 и -30 С, получим таблицу сопротивлений:

Таблица 4-Зависимость сопротивления от температуры

t, C	RБ, Ом	RЯ, Ом
0	0,0097	0,0146
-10	0,011	0,016
-20	0,013	0,0182
-30	0,017	0,0218

По результатам расчета сопротивлений строим скоростные характеристики стартерного электродвигателя, при этом принимаем, что скорость электродвигателя

(8.4)

где n_Я и I_Я берутся из таблицы 2.

Для построения совмещенных механических характеристик стартера и двигателя рассчитаем приведенные характеристики по формулам

(8.5)

. (8.6)

Средний момент сопротивления двигателей внутреннего сгорания для дизельных двигателей с количеством цилиндров 4 можно рассчитать по эмпирической формуле

M_CP = (1870 + 2,57n)^0,37V_h. (8.7)

Таким образом, произведя расчет по формулам (8.4) - (8.7) для нескольких значений сопротивлений и скорости, получим совмещенные механические характеристики.

Из рисунка 15 получим следующие точки пересечения кривых:

Для t = 0 C n_ПЕР = 240 об/мин.

Для t = -10 C n_ПЕР = 200 об/мин.

Для t = -20 C n_ПЕР = 150 об/мин.

Для t = -30 C n_ПЕР = 60 об/мин.

Предельная температура надежного пуска находится совмещением полученной зависимости и зависимости минимальной пусковой частоты вращения от температуры. Минимальной пусковой частотой вращения n_min коленчатого вала двигателя называется частота, при которой обеспечивается пуск двигателя за 15 с (для дизелей). Так, для 4-цилиндровых дизелей при t = -17 C n_min = 200 об/мин ([5], стр. 103). Зависимость минимальной пусковой частоты вращения карбюраторных двигателей при использовании масла М-6В₃ от температуры приведена на рисунке 16-2.

Рисунок 16- Минимальные пусковые частоты вращения карбюраторных двигателей:

1 и 2 - 4-цилиндровых при применении масла М-8В₂ и М-6В₃; 3 - 8-цилиндрового.

Так как дизельные двигатели имеют более высокую минимальную пусковую частоту вращения, то значения характеристики необходимо увеличить в 3 раза, в результате чего получим минимальные пусковые частоты вращения дизельного двигателя при использовании масла М-6В₃.

Для t = -10 C n_min = 90 об/мин.

Для t = -15 C n_min = 135 об/мин.

Для t = -20 C n_min = 180 об/мин.

Для t = -25 C n_min = 240 об/мин.

Построив найденные зависимости на одном графике, найдем минимальную температуру пуска двигателя, она равна t = -18 C.

Рисунок 17- Определение минимальной температуры пуска двигателя

9 Схема управления стартером.

В качестве схемы управления применяем схему с однообмоточным тяговым реле, питание на обмотку которого поступает непосредственно через контакты S выключателя зажигания при повороте ключа в положение «Стартер». Якорь реле втягивается в электромагнит, через рычажный механизм вводит шестерню в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты К в цепи питания электродвигателя М. Электродвигатель начинает вращаться и проворачивать коленчатый вал ДВС.

После пуска ДВС шестерня от вала стартера отсоединяется обгонной муфтой, а при переводе ключа в положение «Зажигание» якорь отключенного от источника питания тягового реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в исходной положение.

Электрическая схема управления электростартером приведена на рисунке 18.

Рисунок 18- Электрическая схема управления электростартером.