Электростартеры

 Режим работы электростартеров - кратковременный с длительностью включения до 10 с при температуре 20°С. При отрицательных температурах допускается длительность работы до 15 с для стартеров бензиновых двигателей и до 20 с для стартеров дизелей.

 Длительное время по отношению к периоду прокручивания коленчатого вала двигателя стартер может работать в режимах полного торможения и холостого хода. Якорь стартера должен без повреждений в течение 20 с выдерживать нагрузки, возникающие при частоте вращения коленчатого вала, на 20% превышающей частоту его вращения в режиме холостого хода.

   Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически отключаться от него после осуществления пуска. Конструкция стартера и зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и передачу коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждений.

  Тяговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в зацепление и включение стартера при снижении напряжения до 9 В для U_H=12 В и до 18 В для U_H=24 В при температуре окружающей среды (20+5)°С. Контакты тягового реле должны оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера до 5,4 и 10,8 В при номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В.

 Автомобильные электростартеры имеют степень защиты не ниже 1RX4 (по ГОСТ 14254-80), кроме полости механизма привода.

 Пусковой цикл (попытка пуска) на двигателе (на стенде) не должен превышать 15 с при температуре окружающей среды (20±5)°С. Допускается не более трех пусковых циклов подряд с перерывам между ними не менее 30 с. После охлаждения стартера до температуры окружающей среды допускается еще один пусковой цикл.

  Не допускается нагружать стартер более чем на номинальную мощность. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность.

 Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей в системе пуска относительно большую массу и в наибольшей степени подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствуют правильное согласование характеристик элементов системы пуска и обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется минимальное количество энергии источника тока.

 Для уменьшения длины стартерных проводов, габаритных размеров и массы стартера и батареи, а также для удобства их установки и технического обслуживания важно предусмотреть рациональное размещение элементов системы пуска двигателя на автомобиле.

 Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики пускового устройства с пусковыми характеристиками двигателя, является передаточное число привода. При изменении передаточного числа привода меняется наклон механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу двигателя. С повышением передаточного числа приведенный вращающий момент увеличивается, а приведенная частота вращения вала уменьшается. Максимальное значение мощности электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики стартерного электродвигателя.

 Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные параметры при нормальных климатических условиях: температура окружающего воздуха (25±10)°С; относительная влажность (45-80)%; атмосферное давление (84-106) кПа. 

Устройство электростартеров 

 Автомобильные электростартеры отличаются по способу управления и возбуждения, типу механизма привода, способу крепления на двигателе и степени защиты от проникновения пыли и воды.

 По типу и принципу работы приводных механизмов выделяют стартеры с электромеханическим перемещением шестерни привода, которые получили наибольшее распространение, и стартеры с инерционным или комбинированным приводом. Для предотвращения разноса якоря после пуска двигателя в автомобильные электростартеры устанавливают роликовые, храповые и фрикционно-храповые муфты свободного хода.

 Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, электромагнитного тягового реле и механизма привода. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор.

Рис. 4.5. Электростартер СТ221.

 а - общий вид; б - детали стартера; 1 - шестерня привода; 2 -муфта свободного хода; 3 -ведущая обойма муфты свободного хода; 4 - буферная пружина; 5 - рычаг включения привода; 6 - крышка со стороны привода; 7 - возвратная пружина; 8 - корпус тягового реле; 9 - обмотка тягового реле; 10 - сердечник тягового реле; 11 - подвижная контактная пластина; 12 - неподвижный контакт; 13 - контактные болты; 14 - щеточная пружина; 15 -щеткодержатель; 16 - коллектор; 17 - крышка со стороны коллектора; 18 - вал якоря с винтовыми шлицами; 19 - щетка; 20 - катушка обмотки возбуждения; 21 - полюс; 22 - корпус стартера; 23 - полюсный винт; 24 - якорь электродвигателя; 25 — упорное кольцо; 26 — регулировочная шайба; 27 – резиновые заглушки; 28 - тяговое реле; 29 -последовательная обмотка возбуждения; 30 - параллельная обмотка возбуждения; 31 -защитная лента; 32 - тормозной диск; 33 - стяжная шпилька; 34 - ограничитель хода шестерни

Корпус. Полюсы. Обмотка возбуждения 

 Корпусы (рис. 4.6) электростартеров изготавливают  из трубы или стальной полосы с  последующей сваркой стыка.

 Рис. 4.6. 1 - катушка; 2 – корпус; 3 – винт полюса; 4 – изоляционная втулка; 5, 6 – соответственно уплотнительная и изоляционная шайбы; 7 – шайба; 8 – выводной болт; 9 – гайка; 10 – пружинная шайба; 11 – изоляционный материал; 12 – полюс.

 С целью  улучшения герметизации корпус не имеет окон для доступа к щеткам. Длина корпуса в 1,6-2 раза больше длины пакета якоря. Толщина корпуса зависит от диаметра D корпуса и составляет (0,05-0,08) D. В корпусе предусмотрено отверстие для выводного болта обмотки возбуждения. Корпус может иметь установочные прорези на торцах и конусообразные проточки для установки уплотнительных колец.

 К корпусу  винтами крепят полюсы с катушками обмотки возбуждения. Все автомобильные стартеры выполняют четырехполюсными. Катушки последовательных и параллельных обмоток возбуждения устанавливают на отдельных полюсах, поэтому число катушек равно числу полюсов.

 Горячекатаные или штампованные полюсы стартера состоят из магнитопровода, полюсных наконечников и изготавливаются из профильной стали.

 Катушки последовательной обмотки имеют  небольшое число витков неизолированного медного провода прямоугольного сечения. Между витками катушки прокладывают электроизоляционный картон толщиной 0,2-0,4 мм. Катушки параллельной обмотки возбуждения наматывают изолированным круглым проводом. Снаружи катушки изолируют лентой из изоляционного материала (хлопчатобумажная тафтяная лента, батистовая лента). Внешняя изоляция после пропитывания лаком и просушивания имеет толщину 1-1,5 мм. Перспективно применение полимерных материалов при изолировании катушек, с помощью которых можно получить покрытия, равномерные по толщине, стойкие к воздействию агрессивной среды и повышенной температуры.

Якорь

 Якорь стартера представляет собой шихтованный  сердечник, в пазы которого укладываются секции обмотки. В шихтованном сердечнике меньше потери на вихревые токи. Пакет якоря напрессован на вал, вращающийся в двух или трех опорах с бронзографитовыми подшипниками, подшипниками из других порошковых материалов, либо с подшипниками качения.

  Пакет якоря набран из стальных пластин толщиной 1-1,2 мм. Крайние пластины пакета из электроизоляционного картона толщиной 2,5 мм предохраняют от повреждения изоляционный материал лобовых частей обмотки якоря.

  В стартерных электродвигателях применяют простые волновые обмотки с одно - и двухвитковыми секциями. Одновитковые секции выполняют из неизолированного прямоугольного провода. Обмотки с двухвитковыми секциями наматывают круглыми изолированными проводами.

  Полузакрытые или закрытые пазы якорей могут иметь прямоугольную или грушевидную форму. При прямоугольной форме пазов обеспечивается лучшее их заполнение прямоугольным проводом. В этом случае проводники в пазы укладывают в два слоя и изолируют друг от друга и от пакета якоря гильзами S-образной формы из электрокартона толщиной 0,2-0,4 мм или полимерной пленки. Пазы грушевидной формы с постоянным или переменным сечением зубца применяют в стартерах малой мощности с двухвитковыми секциями.

 Концы секций обмотки якоря укладывают в прорези «петушков» коллекторных пластин. Конец одной секции и начало следующей по ходу обмотки присоединяют к одной коллекторной пластине.

 На лобовые части обмотки якоря накладывают бандажи, состоящие из нескольких витков проволоки, хлопчатобумажного шнура или стекловолокнистого материала, намотанных на прокладку из электроизоляционного картона.

 Бандаж из стекловолокна менее дорогостоящий, для него можно не применять крепежные скобы. Бандаж может быть изготовлен в виде алюминиевого кольца с изоляционной кольцевой прокладкой из гетинакса или текстолита. Лобовые части секций изолируют друг от друга электроизоляционным картоном.

Коллекторы. Щетки. Щеткодержатели

 В электростартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы на металлической втулке, а также цилиндрические и торцовые коллекторы с пластмассовым корпусом.

 Сборные цилиндрические коллекторы, применяемые на стартерах большой мощности, составляют из медных пластин и изолирующих прокладок из миканита, слюдинита или слюдопласта. Пластины в коллекторе закрепляются с помощью металлических нажимных колец и изоляционных корпусов по боковым опорным поверхностям. От металлической втулки, которую напрессовывают на вал якоря, медные пластины изолируют цилиндрической втулкой из миканита.

 Рабочая поверхность коллектора должна иметь строго цилиндрическую форму. Монолитность конструкции и биение рабочей поверхности сборных цилиндрических коллекторов зависят от точности изготовления сопрягаемых деталей. Вследствие податливости изоляционных прокладок между пластинами первоначальная форма сборного цилиндрического коллектора в процессе эксплуатации может измениться, что приводит к усилению искрения под щетками.

 В цилиндрических коллекторах с пластмассовым корпусом пластмасса является формирующим элементом коллектора. Она плотно охватывает сопрягаемые поверхности независимо от конфигурации и точности изготовления коллекторных пластин, изолирует коллекторные пластины от вала и воспринимает нагрузки. В качестве пресс - материала чаще всего используется пластмасса. Для повышения прочности коллектора применяют армировочные кольца из металла и пресс - материала. При небольших размерах коллектор может быть изготовлен из цельной цилиндрической заготовки, разрезаемой после опрессовки пластмассой на отдельные ламели.

 Торцовые коллекторы по сравнению с цилиндрическими имеют меньшие размеры и металлоемкость. Рабочая поверхность торцового коллектора находится в плоскости, перпендикулярной к оси вращения якоря. При изготовлении торцового коллектора из медной втулки формируется пластина в виде диска с отверстием, прямоугольными пазами по числу требуемых коллекторных пластин и кольцевыми выступами. Диск со стороны выступов опрессовывается пластмассой. В пластмассовом корпусе прошивают внутреннее отверстие для напрессовки коллектора на вал. Для разделения пластин производится обсечка коллектора по наружному диаметру.

 В стартерах с цилиндрическими коллекторами щетки устанавливают в четырех коробчатых щеткодержателях радиального типа, закрепленных на крышке со стороны коллектора. Необходимое удельное давление (30-120 кПа) щетки на коллектор обеспечивают спиральные пружины. Щеткодержатели изолированных щеток отделены от крышки прокладками из текстолита или другого изоляционного материала. В стартерах большой мощности в каждом из радиальных щеткодержателей устанавливают по две щетки.

 В электростартерах с торцовыми коллекторами щетки размещают в пластмассовой или металлической траверсе и прижимают к рабочей поверхности коллектора витыми цилиндрическими пружинами.

 Щетки имеют канатики  и присоединяются к щеткодержателям с помощью винтов. Обычно щетки устанавливают на геометрической нейтрали. На некоторых стартерах для улучшения коммутации щетки смещают с геометрической нейтрали на небольшой угол против направления вращения. Щетки в щеткодержателях должны перемещаться свободно, но без сильного бокового люфта.