柴油機啟動馬達的結(jié)構(gòu)組成和工作原理

摘要：啟動馬達是柴油機啟動系統(tǒng)內(nèi)較為核心的組成部分之一，也是柴油發(fā)電機組*的一種系統(tǒng)， 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)動機具備有效的啟動工作?？得魉构驹诒疚闹袕钠饎硬裼蜋C的原理、條件、過程，以及啟動馬達的作用和結(jié)構(gòu)幾個方面進行詳細闡述，通過本文對起動機的結(jié)構(gòu)、機制和操作原理的正確理解，對于啟動馬達的正常性能和長期使用具有重要意義。此外，對于啟動馬達本身的保養(yǎng)和升級，康明斯公司提醒應(yīng)交給具備專業(yè)的技術(shù)知識和持有專用維修工具的售后工程師來服務(wù)。

一、啟動系統(tǒng)的作用、條件及原理

1、啟動系統(tǒng)的作用

      要使柴油機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動柴油機的曲軸，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混和氣燃燒膨脹做功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)，柴油機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到柴油機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為柴油機的啟動。完成啟動過程所需的裝置，稱為柴油機的啟動系統(tǒng)。

2、啟動條件

① 啟動轉(zhuǎn)矩：能夠使曲轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的較低轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩，啟動轉(zhuǎn)矩必須克服壓縮阻力和內(nèi)磨擦阻力矩。啟動阻力矩與柴油機壓縮比、溫度、機油粘度等有關(guān)。

② 啟動轉(zhuǎn)速：能使柴油機啟動的曲軸較低轉(zhuǎn)速稱為啟動轉(zhuǎn)速。在0～20℃時，柴油機的啟動轉(zhuǎn)速為150～300r/min。

3、啟動方式

① 人力啟動：

      啟動較為簡單，只須將啟動手搖柄端頭的橫銷嵌入柴油機曲軸前端的啟動爪內(nèi)，以人力轉(zhuǎn)動曲軸。

② 電動機啟動：

      電動機啟動是用電動機作為機械動力，當(dāng)將電動機軸上的齒輪與柴油機飛輪周緣的齒圈嚙合時，動力就傳到飛輪和曲軸，使之旋轉(zhuǎn)。電動機本身又用蓄電池作為電源。目前絕大多數(shù)柴油發(fā)電機都采用電啟動方式。

4、啟動原理

      基本的工作原理是當(dāng)柴油機需要啟動時，接通啟動開關(guān)，啟動機電路通電，繼電器的吸引線圈和保持線圈通電，產(chǎn)生很強的磁力，吸引鐵芯左移，并帶動驅(qū)動杠桿繞其銷軸轉(zhuǎn)動，使齒輪移出與飛輪齒圈嚙合。與此同時，由于吸引線圈的電流通過電動機的繞組，電樞開始轉(zhuǎn)動，齒輪在旋轉(zhuǎn)中移出，減小沖擊。

      當(dāng)鐵芯移動到使短路開關(guān)閉合的位置時，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。

      當(dāng)按下控制器啟動鍵后，電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩開始轉(zhuǎn)動，同時電磁開關(guān)把傳動機構(gòu)中的小齒輪推出，使其與柴油發(fā)電機的飛輪齒圈嚙合，這樣就把電動機的轉(zhuǎn)矩通過傳動機構(gòu)傳遞給飛輪，使柴油發(fā)電機起動。

二、啟動馬達結(jié)構(gòu)和工作過程

1、結(jié)構(gòu)組成

      啟動馬達一般由直流串勵式電動機、傳動機構(gòu)和控制裝置（也稱電磁開關(guān)）三部分組成，如圖1所示。

（1）直流電動機

      啟動馬達其實就是相當(dāng)于一個直流電動機，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括磁場線圈和電樞線圈，而且它們之間是串聯(lián)的。當(dāng)啟動馬達開始轉(zhuǎn)動時，它產(chǎn)生較大力矩。

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

② 磁極：磁極由鐵心和激磁繞組構(gòu)成，其作用是在電動機中產(chǎn)生磁場，。磁極一般是4個，由4個激磁繞組形成兩對磁極，并兩兩相對，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(xù)轉(zhuǎn)動。康明斯柴油發(fā)電機組自90年代就使用的無刷電動機，因此，現(xiàn)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）傳動機構(gòu)：

      在啟動時保證啟動馬達的動力能通過飛輪傳遞給曲軸；啟動完畢，柴油發(fā)電機開始工作時，立即切斷動力傳遞路線，使柴油發(fā)電機不可能反過來通過飛輪驅(qū)動啟動馬達高速旋轉(zhuǎn)。

（3）控制機構(gòu)：

      控制機構(gòu)是啟動馬達的電磁開關(guān)，控制電路的通、斷和驅(qū)動齒輪的移出及退回。

2、啟動馬達工作過程

      柴油機起動馬達電磁控制電路如圖2所示。

（1）吸拉過程

      當(dāng)起動開關(guān)旋到START（啟動）位置時，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)的磁動勢使磁鐵芯磁化，這樣，磁性開關(guān)的動鐵芯被吸入極芯。通過這種吸入操作，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)電機組在起動開關(guān)與電磁開關(guān)之間通常會有一個啟動馬達繼電器。 

（2）保持過程

      當(dāng)主接觸點開到ON時，無電流流經(jīng)吸拉線圈，磁場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)電機進行啟動。此時動鐵芯只是由保持線圈所施加的磁力固定到位，因為無電流流過吸拉線圈。 

（3）復(fù)位過程

      當(dāng)起動開關(guān)從START開到ON時，電流從主接觸側(cè)經(jīng)吸拉線圈流到保持線圈。此時，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鐵芯的力。因此，動鐵芯由復(fù)位彈簧的力拉回，并且接觸點關(guān)到OFF，停止啟動馬達的旋轉(zhuǎn)。

三、啟動馬達的使用注意事項

      啟動馬達的主要作用是在柴油機啟動時，為柴油機提供足夠的扭矩，使柴油機能夠順利啟動。然而，啟動馬達在使用過程中，如果操作不當(dāng)，可能會導(dǎo)致其損壞，甚至影響柴油機的正常工作。因此，使用啟動馬達時，必須注意以下幾點：

1、檢查電源

      在使用啟動馬達之前，首先要檢查電源是否正常。如果電源電壓過低或過高，都可能導(dǎo)致啟動馬達無法正常工作，甚至損壞。

2、避免長時間使用

      啟動馬達在工作時，會產(chǎn)生大量的熱量。如果長時間使用，可能會導(dǎo)致啟動馬達過熱，影響其性能和壽命。

3、避免頻繁啟動

      頻繁啟動柴油機會大大增加啟動馬達的工作負荷，導(dǎo)致其過早損壞。因此，除非必要，否則應(yīng)盡量避免頻繁啟動柴油機。啟動馬達每次啟動不得超過10秒，若在10秒內(nèi)柴油發(fā)電機未能啟動，應(yīng)暫停間隔2分鐘后再啟動，不得長時間或連續(xù)多次使用啟動馬達。

4、定期維護

      為了確保啟動馬達的正常工作，應(yīng)定期對其進行維護。包括清潔、潤滑、調(diào)整等。

5、安全要求

      啟動馬達必須與控制器配合使用，啟動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，在使用啟動馬達時，應(yīng)注意安全。首先，要避免在啟動馬達工作時接觸其電刷，以防觸電。其次，要避免在啟動馬達工作時接觸其旋轉(zhuǎn)部件，以防被夾傷。最后，要避免在啟動馬達工作時將其浸入水中，以防短路。

6、避免在惡劣環(huán)境下使用

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

7、避免使用損壞的啟動馬達

      如果啟動馬達出現(xiàn)損壞，如電刷磨損、線圈短路等，應(yīng)及時更換新的啟動馬達，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低或過高，可能會導(dǎo)致啟動馬達無法正常工作。因此，應(yīng)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。

      總的來說，使用啟動馬達時，應(yīng)注意以上幾點，以確保其正常工作，延長其使用壽命，保證柴油發(fā)電機組的正常運行。

總結(jié)：

      綜上所述，因為柴油發(fā)電機自己不能啟動，需要有外部動力使之產(chǎn)生第一次燃燒進行啟動。要啟動柴油發(fā)電機，啟動馬達需通過環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)曲軸。啟動馬達要用來自蓄電池的有限動力產(chǎn)生極大的力矩，它應(yīng)該十分緊湊而且很輕。由于這個原因，一種直流串勵電動機用作啟動馬達?？傊?，啟動馬達作為現(xiàn)代柴油機的重要部件之一，其在柴油發(fā)電機組啟動和運行的過程中扮演著至關(guān)重要的角色。只有理解啟動馬達原理和構(gòu)成，及時檢查和維修啟動馬達，才能保證柴油發(fā)電機組的正常啟動和運行，從而**工廠企業(yè)的用電安全和穩(wěn)定性。