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設備裝配與結構組成 |
柴油機啟動(dòng)馬達的工作原理和結構圖解 |
摘要：啟動(dòng)馬達是柴油機啟動(dòng)系統內最為核心的組成部分之一，也是柴油發(fā)電機組必備的一種系統， 其工作原理是基于電機理論和磁力學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)原理，主要作用是能夠幫助發(fā)動(dòng)機具備有效的啟動(dòng)工作?？得魉构驹诒疚闹袕钠饎?dòng)柴油機的原理、條件、過(guò)程，以及啟動(dòng)馬達的作用和結構幾個(gè)方面進(jìn)行詳細闡述，通過(guò)本文對起動(dòng)機的結構、機制和操作原理的正確理解，對于啟動(dòng)馬達的正常性能和長(cháng)期使用具有重要意義。此外，對于啟動(dòng)馬達本身的保養和升級，康明斯公司提醒應交給具備專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識和持有專(zhuān)用維修工具的售后工程師來(lái)服務(wù)。
一、啟動(dòng)系統的作用、條件及原理
1、啟動(dòng)系統的作用
要使柴油機由靜止狀態(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉動(dòng)柴油機的曲軸，使活塞作往復運動(dòng)，氣缸內的可燃混和氣燃燒膨脹做功，推動(dòng)活塞向下運動(dòng)使曲軸旋轉，柴油機才能自行運轉，工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開(kāi)始轉動(dòng)到柴油機開(kāi)始自動(dòng)地怠速運轉的全過(guò)程，稱(chēng)為柴油機的啟動(dòng)。完成啟動(dòng)過(guò)程所需的裝置，稱(chēng)為柴油機的啟動(dòng)系統。
2、啟動(dòng)條件
① 啟動(dòng)轉矩：能夠使曲轉旋轉的最低轉矩稱(chēng)為啟動(dòng)轉矩，啟動(dòng)轉矩必須克服壓縮阻力和內磨擦阻力矩。啟動(dòng)阻力矩與柴油機壓縮比、溫度、機油粘度等有關(guān)。
② 啟動(dòng)轉速：能使柴油機啟動(dòng)的曲軸最低轉速稱(chēng)為啟動(dòng)轉速。在0～20℃時(shí)，柴油機的啟動(dòng)轉速為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(xiāo)嵌入柴油機曲軸前端的啟動(dòng)爪內，以人力轉動(dòng)曲軸。
② 電動(dòng)機啟動(dòng)：
電動(dòng)機啟動(dòng)是用電動(dòng)機作為機械動(dòng)力，當將電動(dòng)機軸上的齒輪與柴油機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。電動(dòng)機本身又用蓄電池作為電源。目前絕大多數柴油發(fā)電機都采用電啟動(dòng)方式。
4、啟動(dòng)原理
基本的工作原理如圖1所示。當柴油機需要啟動(dòng)時(shí)，接通啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)機電路通電，繼電器的吸引線(xiàn)圈和保持線(xiàn)圈通電，產(chǎn)生很強的磁力，吸引鐵芯左移，并帶動(dòng)驅動(dòng)杠桿繞其銷(xiāo)軸轉動(dòng)，使齒輪移出與飛輪齒圈嚙合。與此同時(shí)，由于吸引線(xiàn)圈的電流通過(guò)電動(dòng)機的繞組，電樞開(kāi)始轉動(dòng)，齒輪在旋轉中移出，減小沖擊。
當鐵芯移動(dòng)到使短路開(kāi)關(guān)閉合的位置時(shí)，短路線(xiàn)路接通，吸引線(xiàn)圈被短路，失去作用，保持線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁力足以維持鐵芯處于開(kāi)關(guān)吸合的位置。
如圖2所示是其和柴油發(fā)電機飛輪的嚙合關(guān)系。由圖2可以看出，當按下控制器啟動(dòng)鍵后，電動(dòng)機產(chǎn)生轉矩開(kāi)始轉動(dòng)，同時(shí)電磁開(kāi)關(guān)把傳動(dòng)機構中的小齒輪推出，使其與柴油發(fā)電機的飛輪齒圈嚙合，這樣就把電動(dòng)機的轉矩通過(guò)傳動(dòng)機構傳遞給飛輪，使柴油發(fā)電機起動(dòng)。
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圖1 柴油機啟動(dòng)馬達的工作原理 |
圖2 柴油機啟動(dòng)馬達的控制原理圖 |
二、啟動(dòng)馬達結構和工作過(guò)程
1、結構組成
啟動(dòng)馬達一般由直流串勵式電動(dòng)機、傳動(dòng)機構和控制裝置（也稱(chēng)電磁開(kāi)關(guān)）三部分組成。
（1）直流電動(dòng)機
啟動(dòng)馬達其實(shí)就是相當于一個(gè)直流電動(dòng)機，內部結構包括磁場(chǎng)線(xiàn)圈和電樞線(xiàn)圈，而且它們之間是串聯(lián)的。當啟動(dòng)馬達開(kāi)始轉動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生最大力矩。
① 電樞：電樞在磁力作用下旋轉，帶動(dòng)起動(dòng)小齒輪旋轉。
② 磁極：磁極由鐵心和激磁繞組構成，其作用是在電動(dòng)機中產(chǎn)生磁場(chǎng)，。磁極一般是4個(gè)，由4個(gè)激磁繞組形成兩對磁極，并兩兩相對，常見(jiàn)的激磁繞組一般與電樞繞組串聯(lián)在電路中，故被稱(chēng)為串激式直流電動(dòng)機。
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)生連續轉動(dòng)?？得魉共裼桶l(fā)電機組自90年代就使用的無(wú)刷電動(dòng)機，因此，現代柴油機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)機構：
在啟動(dòng)時(shí)保證啟動(dòng)馬達的動(dòng)力能通過(guò)飛輪傳遞給曲軸；啟動(dòng)完畢，柴油發(fā)電機開(kāi)始工作時(shí)，立即切斷動(dòng)力傳遞路線(xiàn)，使柴油發(fā)電機不可能反過(guò)來(lái)通過(guò)飛輪驅動(dòng)啟動(dòng)馬達高速旋轉。
（3）控制機構：
控制機構是啟動(dòng)馬達的電磁開(kāi)關(guān)，控制電路的通、斷和驅動(dòng)齒輪的移出及退回。
2、啟動(dòng)馬達工作過(guò)程
（1）吸拉過(guò)程
當起動(dòng)開(kāi)關(guān)旋到START（啟動(dòng)）位置時(shí)，蓄電池電流流到吸拉線(xiàn)圈和保持線(xiàn)圈。然后電流從吸拉線(xiàn)圈經(jīng)磁場(chǎng)線(xiàn)圈到電樞線(xiàn)圈，以低速旋轉線(xiàn)圈。在保持線(xiàn)圈和吸拉線(xiàn)圈內的磁動(dòng)勢使磁鐵芯磁化，這樣，磁性開(kāi)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(kāi)到ON。
為了保持操作電磁開(kāi)關(guān)的電壓，康明斯柴油發(fā)電機組在起動(dòng)開(kāi)關(guān)與電磁開(kāi)關(guān)之間通常會(huì )有一個(gè)啟動(dòng)馬達繼電器。
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柴油機啟動(dòng)馬達的吸拉過(guò)程示意圖 |
柴油機啟動(dòng)馬達的吸拉動(dòng)作電流路徑 |
（2）保持過(guò)程
當主接觸點(diǎn)開(kāi)到ON時(shí)，無(wú)電流流經(jīng)吸拉線(xiàn)圈，磁場(chǎng)線(xiàn)圈和電樞線(xiàn)圈直接從蓄電池得到電流。電樞線(xiàn)圈隨后便開(kāi)始高速旋轉，柴油發(fā)電機進(jìn)行啟動(dòng)。此時(shí)動(dòng)鐵芯只是由保持線(xiàn)圈所施加的磁力固定到位，因為無(wú)電流流過(guò)吸拉線(xiàn)圈。
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柴油機啟動(dòng)馬達的保持過(guò)程示意圖 |
柴油機啟動(dòng)馬達的保持動(dòng)作電流路徑 |
（3）復位過(guò)程
當起動(dòng)開(kāi)關(guān)從START開(kāi)到ON時(shí)，電流從主接觸側經(jīng)吸拉線(xiàn)圈流到保持線(xiàn)圈。此時(shí)，由于吸拉線(xiàn)圈與保持線(xiàn)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)鐵芯由復位彈簧的力拉回，并且接觸點(diǎn)關(guān)到OFF，停止啟動(dòng)馬達的旋轉。
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柴油機啟動(dòng)馬達的復位過(guò)程示意圖 |
柴油機啟動(dòng)馬達的復位動(dòng)作電流路徑 |
三、啟動(dòng)馬達的使用注意事項
啟動(dòng)馬達的主要作用是在柴油機啟動(dòng)時(shí)，為柴油機提供足夠的扭矩，使柴油機能夠順利啟動(dòng)。然而，啟動(dòng)馬達在使用過(guò)程中，如果操作不當，可能會(huì )導致其損壞，甚至影響柴油機的正常工作。因此，使用啟動(dòng)馬達時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：
1、檢查電源
在使用啟動(dòng)馬達之前，首先要檢查電源是否正常。如果電源電壓過(guò)低或過(guò)高，都可能導致啟動(dòng)馬達無(wú)法正常工作，甚至損壞。
2、避免長(cháng)時(shí)間使用
啟動(dòng)馬達在工作時(shí)，會(huì )產(chǎn)生大量的熱量。如果長(cháng)時(shí)間使用，可能會(huì )導致啟動(dòng)馬達過(guò)熱，影響其性能和壽命。
3、避免頻繁啟動(dòng)
頻繁啟動(dòng)柴油機會(huì )大大增加啟動(dòng)馬達的工作負荷，導致其過(guò)早損壞。因此，除非必要，否則應盡量避免頻繁啟動(dòng)柴油機。啟動(dòng)馬達每次啟動(dòng)不得超過(guò)10秒，若在10秒內柴油發(fā)電機未能啟動(dòng)，應暫停間隔2分鐘后再啟動(dòng)，不得長(cháng)時(shí)間或連續多次使用啟動(dòng)馬達。
4、定期維護
為了確保啟動(dòng)馬達的正常工作，應定期對其進(jìn)行維護。包括清潔、潤滑、調整等。
5、安全要求
啟動(dòng)馬達必須與控制器配合使用，啟動(dòng)馬達與控制器之間必須采用礦用電纜正確可靠連接，正負極兩端不得反接、短路和接地。此外，在使用啟動(dòng)馬達時(shí)，應注意安全。首先，要避免在啟動(dòng)馬達工作時(shí)接觸其電刷，以防觸電。其次，要避免在啟動(dòng)馬達工作時(shí)接觸其旋轉部件，以防被夾傷。最后，要避免在啟動(dòng)馬達工作時(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，應盡量避免在這些環(huán)境下使用啟動(dòng)馬達。
7、避免使用損壞的啟動(dòng)馬達
如果啟動(dòng)馬達出現損壞，如電刷磨損、線(xiàn)圈短路等，應及時(shí)更換新的啟動(dòng)馬達，以免影響柴油機的正常工作。
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 )導致啟動(dòng)馬達無(wú)法正常工作。因此，應按照柴油發(fā)電機制造商的建議，使用知名品牌或合適的蓄電池。
總的來(lái)說(shuō)，使用啟動(dòng)馬達時(shí)，應注意以上幾點(diǎn)，以確保其正常工作，延長(cháng)其使用壽命，保證柴油發(fā)電機組的正常運行。
總結：
綜上所述，因為柴油發(fā)電機自己不能啟動(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，啟動(dòng)馬達需通過(guò)環(huán)形齒輪旋轉曲軸。啟動(dòng)馬達要用來(lái)自蓄電池的有限動(dòng)力產(chǎn)生極大的力矩，它應該十分緊湊而且很輕。由于這個(gè)原因，一種直流串勵電動(dòng)機用作啟動(dòng)馬達?？傊?，啟動(dòng)馬達作為現代柴油機的重要部件之一，其在柴油發(fā)電機組啟動(dòng)和運行的過(guò)程中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色。只有理解啟動(dòng)馬達原理和構成，及時(shí)檢查和維修啟動(dòng)馬達，才能保證柴油發(fā)電機組的正常啟動(dòng)和運行，從而保障工廠(chǎng)企業(yè)的用電安全和穩定性。
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