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汽车电工新手入门教程(上)
来源:本站整理  作者:佚名  2014-03-22 10:43:12



   第四节 起动机工作特性及其影响因素
    一、起动机工作特性

    起动机的转矩、转速、功率与电流之间的关系称为起动机的工作特性。东风EQ 1090型载货汽车用QD 124型起动机的特性曲线如图6-9所示。

   (1)当起动机空载运行时,电流为I。(I。称为空载电流,一般I。≤ 90A),转速达到最大值n0(n0称为空载转速,一般no ≥5000r/min)。此时起动机对外尚无转矩输出,空载电流产生的转矩用于克服起动机自身的摩擦力和惯性力形成的阻力矩。
   (2)当起动机完全制动(相当于刚刚接通起动机)时,电枢电流最大(即Ia=lmax,Imax称为制动电流,一般大于600A)、转速n=0,转矩达到最大值(即M=Mmax, Mmax称为制动转矩)。
   (3)当电枢电流略大于制动电流的一半(Ia = 0.5lmax)时,起动机功率最大。由于起动机运转时间很短,允许以最大功率运转,因此通常将起动机的最大功率定为起动机的额定功率在生产与使用中,通常通过空载与制动两项试验来检验起动机工作是否正常。

    二、功率及其影响因素
    起动机的功率P可由测量电枢轴上的转矩M和电枢转速n求得,其数学表达式为
                                  P=Mn/9549(kW)
式中M----转矩,N·m;
      n----转速,r/min。
    起动机工作时流过的电流很大,因此其工作特性受导线电阻、电刷接触电阻和蓄电池内阻影响很大。影响起动机功率的主要因素有
    1.接触电阻和导线电阻影响
    电刷与换向器接触不良、电刷弹簧弹力减弱、导线端子与蓄电池极柱连接不牢等,都会使接触电阻增大;蓄电池的搭铁电缆和蓄电池至起动机30端子之间的相线电缆过长或截面积过小,会使线路压降增大。所有这些都会使起动机输出功率减小。因此电刷与换向器接触必须良好,蓄电池极柱上的电缆端子必须接牢;更换搭铁线或相线电缆时,电缆长度和截面积必须符合规定标准。
    2.蓄电池容量影响
    蓄电池容量越小,其内阻越大,内压降也就越大,因此供给起动机的电压降低,会使起动机功率减小。当蓄电池使用时间增长,使极板硫化程度增大时,内阻相应增大,所以起动性能相应降低,不易起动发动机。
    3.环境温度影响
    当蓄电池使用环境温度降低时,电解液勃度增大,电池内阻增大,蓄电池容量和端电压都将急剧下降,使起动机功率显著降低。因此冬季寒冷时,应对蓄电池采取有效的保温措施。

    第五节 起动系统工作过程
    现代汽车均采用电磁控制式起动系统,主要由起动机、控制装置和控制开关等组成。虽然各种类型汽车起动系统的具体结构有所不同,但是其工作情况都基本相同。
    一、东风EQ1090型载货汽车起动系统
    东风EQ 1090型载货汽车用起动系统由QD 124型起动机、起动继电器和点火起动开关等组成(见图6-8)。
   (一)结构特点与技术参数
    1.起动机
    起动机采用串激式直流电动机。磁场线圈4个,每两个先串联,然后分两路并联,最后再与电枢绕组串联。起动机额定电压为12V,输出功率为1.47kW,离合器为滚柱式单向离合器,驱动齿轮齿数为11个,模数为3,压力角为20°。
    电磁开关吸引线圈的电阻为0.55~0.65Ω(20℃)、保持线圈的电阻为0.87~1.07Ω(20℃)。
    空载性能试验:当电源电压为12V时,消耗电流不大于90A,空载转速不低于5000r/min。
    制动性能:当电源电压为8V时,制动电流不大于650A,制动力矩不小于29AN· m。
    2.起动继电器
    起动继电器的作用是接通与断开电磁开关线圈电路,以保护点火开关。这是因为如果直接用点火开关来控制电磁开关线圈电路,则在起动时流过点火开关的电流很大(一般为35~45A),会使点火开关很快烧坏。
    起动继电器的触点为动合触点,磁化线圈电阻为13Ω(20℃),闭合电压为6.0~7.6V,断开电压为3.0~3.5V。
   (二)起动系统工作情况
    1.起动发动机时,起动系统工作情况
   (1)接通起动开关,起动继电器工作,电磁开关线圈电路接通。
    起动发动机时,将点火开关转到起动位置,起动继电器线圈电路接通。蓄电池正极→起动机30端子→电流表→点火起动开关→起动继电器“点火开关”端子→起动继电器磁化线圈→起动继电器“搭铁”端子→蓄电池负极。电流流过起动继电器线圈使铁芯磁化,电磁吸力吸下触点臂,触点①闭合接通电磁开关中吸引线圈和保持线圈电路。吸引线圈电路为:蓄电池正极→起动机30端子→起动继电器电池端子→继电器支架、触点臂→继电器触点①→继电器“起动机”端子→起动机50端子→吸引线圈12→起动机C端子(图中代号为⑤)→起动机磁场线圈、电枢绕组一搭铁→蓄电池负极。

    保持线圈电路为:蓄电池正极→起动机30端子→起动继电器电池端子、支架、触点①→继电器“起动机”端子→起动机50端子→保持线圈13→搭铁→蓄电池负极。
   (2)电磁开关与传动机构工作,起动机主电路接通,起动发动机。
    当吸引线圈和保持线圈刚刚接通电流时,两线圈产生的磁通方向相同,使固定铁芯和活动铁芯被磁化,在其磁力的共同作用下,活动铁芯14向前移动(图6-8中为向左移动),并带动拨叉绕支点(支撑螺钉)转动,拨叉下端便拨动滚柱式单向离合器19向右移动,离合器的驱动齿轮20便与飞轮齿圈进入啮合。
    当驱动齿轮后移与飞轮齿圈发生抵住现象时,拨叉下端则先推动右半集电环压缩锥形弹簧继续向后移动,待电动机主电路接通使电枢轴稍微转动、驱动齿轮的轮齿与飞轮齿圈的齿槽对正时,即可进入啮合。
    当驱动齿轮与飞轮齿圈接近完全啮合(啮合尺寸约为驱动齿轮齿宽的2/3)时,活动铁芯带动推杆前移使触盘将起动机主电路(即电枢和磁场线圈电路)接通,其电路为:蓄电池正极→起动机30端子→电动机开关触盘⑨→起动机C端子→磁场线圈→正电刷→电枢绕组→负电刷→搭铁→蓄电池负极。起动机主电路接通时,电枢绕组和磁场线圈通过电流很大(600A左右),产生电磁转矩驱动飞轮旋转,当转速达到一定值时,发动机便被起动。当驱动齿轮沿电枢轴的螺旋键槽向后移动(实为又转又移)时具有惯性力作用,后移直到抵住安装在电枢轴上的止推垫圈21为止。止推垫圈内装有卡环,卡环装在电枢轴上,因此限位螺母的作用是:将驱动齿轮向后移动的惯性冲击力加到电枢轴上,防止冲击力作用到后端盖上而打坏端盖。
   (3)当主电路接通时,吸引线圈12被开关触盘⑨短路,保持线圈继续工作。
    在开关触盘⑨将电动机开关触点接通(即将起动机端子30与C接通)之前,吸引线圈的电流是从起动机30端子经起动继电器触点①、起动机50端子、吸引线圈12流到起动机C端子。当开关触盘⑨将电动机端子30与C直接连通时,吸引线圈12便被触盘短路,吸引线圈因无电流流过而磁力消失。此时保持线圈继续通电,因为此时活动铁芯14与固定铁芯11之间的气隙很小,所以活动铁芯由保持线圈13的磁力保持在吸合位置。故将线圈13称为保持线圈。
    2.发动机起动后,起动系统工作情况
   (1)断开起动开关,起动继电器触点断开。当发动机起动后,放松点火钥匙,点火开关将自动转回一个角度,切断起动继电器线圈电路。继电器线圈②断电后,磁力消失,在支架的弹力作用下,触点①迅速张开。
   (2)吸引线圈电流改道,电动机开关断开,齿轮分离。当起动继电器触点刚刚断开时,吸引线圈12中的电流电路改道,其电路为:蓄电池正极→起动机30端子→开关触盘⑨→起动机C端子→吸引线圈12→起动机50端子→保持线圈13→搭铁→蓄电池负极。
    可见,此时吸引线圈12重又通电,但其电流和磁通方向与起动时相反。由于保持线圈13的电流和磁通方向未变,因此两个线圈产生的磁力相互抵消。在复位弹簧15的作用下,活动铁芯14立即右移复位,并带动推杆和触盘向右移动,使起动机主电路切断而停转。与此同时,拨叉带动滚柱式单向离合器19向左移动,使驱动齿轮与飞轮齿圈分离,起动工作结束。
    二、解放CA1091型载货汽车起动系统
    解放CA1091型载货汽车的起动系统由QD1215型或QD 124A型电磁控制式起动机、JD171型组合式继电器和JK404型点火开关等组成。
   (一)结构特点与技术参数
    1.起动机
    起动机的额定电压为12V,最大输出功率为1.5kW,离合器为滚柱式单向离合器,驱动齿轮齿数为9、模数为3。
    空载性能:当电源电压为12V时,消耗电流不大于90A、空载转速不低于5500r/min。
    制动性能:当电源电压为6V时,制动电流不大于600A,制动力矩不小于22N·m。
    电磁开关的吸合电压不大于9V,断开电压不大于4V。
    2.组合继电器
    组合继电器是由起动继电器和充电指示灯控制继电器(简称充电指示灯继电器)组合而成。起动继电器用来接通与断开电磁开关线圈电路,受点火开关控制;充电指示灯继电器有两个功能:①控制充电指示灯电路的通断;②实现起动保护。
    起动继电器触点为动合触点,触点的容量为75A,吸合电压为4.5~5.5V。
    充电指示灯继电器的触点为动断触点,触点的动作电压为5.5~6.5V,释放电压不小于2V。
   (二)起动系统工作情况
    解放CA1091型载货汽车起动系统的控制电路如图6-10所示。其工作情况与东风EQ 1090型载货汽车起动系统基本相同,所不同的是用组合继电器取代了起动继电器,从而实现起动保护。

    1.起动机工作情况
    当点火开关转到起动位置时,起动继电器线圈电路接通,其电路为:蓄电池正极→起动机30端子→电流表A→点火开关→组合继电器SW端子→起动继电器线圈→组合继电器L端子→充电指示灯继电器触点→组合继电器E端子→搭铁→蓄电池负极。起动继电器线圈通电产生电磁吸力将其动合触点吸闭,从而接通电磁开关的吸引线圈和保持线圈电路,使起动机投入工作。其中,吸引线圈电路为:蓄电池正极→起动机30端子→组合继电器B端子→组合继电器起动继电器触点→组合继电器S端子→起动机50端子(即吸、保线圈端子)→吸引线圈→起动机C端子→磁场线圈、电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。保持线圈电路为:蓄电池正极→起动机30端子→组合继电器B端子→起动继电器触点→组合继电器S端子→起动机50端子→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。吸引线圈和保持线圈通电后,起动机的工作情况与前述QD 124型起动机完全相同,故不再赘述。

    2.起动保护原理
    发动机一旦起动,曲轴皮带轮就驱动交流发电机旋转而发电。交流发电机中性点N端就会向充电指示控制继电器线圈供电,线圈电流电路为交流发电机定子绕组→中性点N→组合继电器N端子→充电指示灯→组合继电器E端子→搭铁→交流发电机负极管→定子绕组。
    因为交流发电机中性点输出电压随转速升高而升高,所以当中性点电压升高到充电指示控制继电器的动作电压时,线圈电流产生的电磁吸力便将动断触点吸开。充电指示灯继电器触点一旦断开,起动继电器线圈电流就被切断,其触点自动断开,吸引线圈电流改道,使起动机立即停止工作。
    在发动机正常工作时,如接通起动开关,起动机也不会工作。因为发动机正常工作时,交流发电机已正常发电,其中性点输出电压始终高于充电指示灯继电器动作电压,充电指示灯继电器的动断触点始终处于断开状态,起动继电器线圈中没有电流流过,其动合触点不可能闭合,所以起动机不会工作,从而实现起动保护,防止齿轮打坏。
    三、北京BJ2020型吉普车起动系统
    北京BJ2020型吉普车起动系统由QD321型起动机(321为老型号,按QC/T 73-93规定应改为QD121型。但因QD321这个型号已使用多年,故沿用至今)、JQ-1型起动继电器和点火开关等组成。其起动系统电路如图6-11所示。

   (一)结构特点与技术参数
    1.起动机
    QD321型起动机采用串激式直流电动机。起动机4个磁场线圈每两个串联后并联成两路,再与电枢绕组串联。离合器为滚柱式单向离合器,驱动齿轮的齿数为9个,模数为2.5,压力角为15°。电磁开关吸引线圈的电阻为0.55~0.65Ω(20℃)、保持线圈的电阻为0.87~1.07Ω(20℃) 。
    起动机的额定电压为12V,最大输出功率为1.1kW。
    空载性能:当电源电压为12V时,消耗电流不大于75A,空载转速不低于5000r/min。
    制动性能:当电源电压为8V时,制动电流不大于525A,制动力矩不小于15.7N·m。
    2.起动继电器
    起动继电器的磁化线圈电阻为12.4.13.652(20℃),触点为动合触点,闭合电压为6.0~7.6V,断开电压为3.0~3.5V。
   (二)起动系统工作情况
    1.起动发动机时,起动系统工作情况
(1)接通起动开关,起动继电器工作,电磁开关线圈电路接通。当点火开关转到起动位置时,起动继电器线圈电路接通,其电路为:蓄电池正极→起动机30端子(图6-11中代号为②)→电流表→点火开关→起动继电器“点火锁”端子→起动继电器线圈→起动继电器“搭铁”端子→搭铁→蓄电池负极。
    起动继电器线圈通电后,铁芯被磁化,产生的电磁吸力将动合触点吸闭,起动机电磁开关吸引线圈11和保持线圈12的电路便被接通。吸引线圈电流电路为:蓄电池正极→起动机30端子→起动继电器电池端子→支架、触点臂、触点→起动继电器“起动机”端子→起动机50端子(图6-11中代号为⑥)→吸引线圈11→吸引线圈接线端子⑤→导电片④→起动机C端子(图6-11中代号为①)→电动机磁场线圈→正电刷→电枢绕组→负电刷→搭铁→蓄电池负极。保持线圈电流电路为:蓄电池正极→起动机30端子→起动继电器电池端子→支架、触点臂、触点→起动继电器“起动机”端子→起动机50端子→保持线圈12→搭铁→蓄电池负极。
   (2)电磁开关与传动机构工作,起动机主电路接通,起动发动机吸拉线圈11和保持线圈12通电后,其磁通使固定铁芯⑩与活动铁芯13磁化。由于此时两线圈产生的磁通方向相同,因此磁场叠加,固定铁芯⑩与活动铁芯13的磁力增强。在其磁力的共同作用下,活动铁芯13向左移动,并带动拨叉18绕支点转动,于是拨叉下端便拨动单向离合器向后移动,使驱动齿轮与发动机飞轮齿圈进入啮合。
    当驱动齿轮后移与飞轮齿圈发生抵住现象时,拨叉下端则先推动右半集电环压缩锥形弹簧22继续向后移动,待电动机主电路接通使电枢轴稍微转动、驱动齿轮的轮齿与飞轮齿圈的齿槽对正时,即可进入啮合。
    在拨叉下端拨动单向离合器向后移动的同时,活动铁芯前端推动推杆⑨和触盘⑦向前移动。当驱动齿轮与飞轮齿圈接近完全啮合时,触盘⑦将起动机30端子与C端子接通,使电动机主电路接通,其电路为蓄电池正极→起动机30端子→电动机开关触盘⑦→起动机C端子→磁场线圈→正电刷→电枢绕组→负电刷→搭铁→蓄电池负极。
    电动机主电路接通时,磁场线圈和电枢绕组通过电流很大(400~600A),电动机产生电磁转矩,经离合器传给发动机飞轮齿圈。当驱动转矩超过发动机阻力矩时,便驱动飞轮旋转,使发动机起动。
    当驱动齿轮沿电枢轴的螺旋键槽向后移动(实为又转又移)时具有惯性力作用,后移直到抵住安装在电枢轴上的止推垫圈20为止。止推垫圈内装有卡环,卡环装在电框轴上,因此限位螺母的作用是:将驱动齿轮向后移动的惯性冲击力加到电枢轴上,防止冲击力作用到后端盖上而打坏端盖。
   (3)当主电路接通时,吸引线圈11被触盘⑦短路,保持线圈继续工作。在触盘将电动机开关触点接通(即将起动机端子30与C接通)之前,吸引线圈的电流是从起动机30端子经起动继电器“蓄电池”端子、支架、触点、“起动机”端子、起动机50端子、吸引线圈11和导电片④流至起动机C端子。当触盘⑦将电动机端子30与C直接连通时,吸引线圈11便被触盘⑦短路,吸引线圈因无电流流过而磁力消失。此时保持线圈继续通电,因为此时活动铁芯13与固定铁芯⑩之间的气隙很小,所以活动铁芯由保持线圈的磁力保持在吸合位置。

    2.发动机起动后,起动系统工作情况
   (1)断开起动开关,起动继电器触点断开。当发动机起动后,放松点火钥匙,点火开关将自动转回一个角度,切断起动继电器线圈电路。继电器线圈断电后,磁力消失,在支架的弹力作用下,触点迅速断开。
   (2)吸引线圈电流改道,电动机开关断开,齿轮分离。当起动继电器触点刚刚断开时吸引线圈12中的电流电路改道,其电路为:蓄电池正极→起动机30端子→触盘⑦→起动机C端子→导电片④→接线端子⑤→吸引线圈11→起动机50端子→保持线圈12→搭铁→蓄电池负极。
    可见,此时吸引线圈又通电,但其电流和磁场方向与起动时相反。由于保持线圈的电流和电磁方向未变,因此两个线圈产生的磁力相互抵消。在复位弹簧14的作用下,活动铁芯13立即右移复位,并带动推杆⑨和触盘⑦向有移动,使起动机主电路切断而停转。与此同时,带动拨叉绕支点转动,拨叉下端带动离合器向左移动,使驱动齿轮与飞轮齿圈分离,起动工作结束。

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