付 波

（神华准能设备维修中心 内蒙古鄂尔多斯）

一、前言

启动马达和蓄电池是630E卡车的重要部件，对启动发动机并使其运转有着重要的作用。由于630E卡车启动马达和蓄电池使用效率高，启动频繁还有冬季的低温启动加之发动机的油路故障和操作人员的误操作从而使马达损坏频繁。为降低成本和维修人员的工作量，设计加装一套启动马达保护装置。启动系统主要由启动马达、启动继电器、油压开关、保险、蓄电池和连接线路组成。为此，论述启动马达的启动条件、启动方式、启动机组成、启动特性、工作原理、蓄电池的作用和组成以及加装的保护装置，通过在车上的安装测试，验证了装置的可行性及可靠性。

二、启动条件

启动转矩：能够维持曲轴旋转的最低转矩称为启动转矩，启动转矩一定要克服发动机压缩阻力和内磨擦阻力矩。启动阻力矩与发动机压缩比、温度、等有关。其中启动阻力矩包括摩擦阻力矩、压缩阻力矩、惯性阻力矩。

启动转速：能保证发动机启动的曲轴最低转速称为启动转速。启动机传给发动机的转速要大于发动机的最低转速，在0～25℃时，汽油机的启动转速为25～35 r/min，柴油机的启动转速为 145～300 r/min。

三、启动方式

1.人力启动

最简单的启动，只须将手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的启动爪内，以人力转动曲轴，劳动强度大，且不安全。

2.电机启动

电机启动是用电机作为机械动力源，将电机轴上的齿轮与发动机飞轮周边上的齿圈啮合时，动力就会传到飞轮和曲轴，使之旋转。电机的电源来自蓄电池。电机启动具有启动迅速可靠、易操作、重复启动性能好等优点。目前绝大多数汽车发动机都采用电机启动。

3.组成

一般由直流串励式电机、操纵机构和离合机构组成。

（1）直流串励式电机。直流电机是启动的动力源，直流电机就是将电能转换为机械能，产生电磁转矩驱动发动机转动。直流串励式电机的特点是转速低时转矩很大，P=NT，随转速升高，转矩降低，功率等于转速和转矩的乘积，功率一定时转速升高则转矩就会降低，这一特征非常适合发动机启动的要求。

（2）操纵机构。直接操纵，由驾驶员利用脚踏或手拉通过联动机构直接操纵启动开关，导通或断开启动电流，并使传动齿轮副进入啮合。结构简单、使用可靠、但操作不便，且当驾驶员座位距启动机较远时难以布控，目前很少使用。

电磁操纵，由驾驶员通过钥匙开关操纵启动继电器，并由继电器操纵启动机电磁开关和齿轮副啮合或通过钥匙开关直接操纵启动机电磁开关和齿轮副啮合。布置灵活、使用方便、省力、适宜于远距离操纵，被广泛采用。目前大多数汽柴油机均采用电磁操纵式启动机。随着材料和技术的发展，出现了永磁启动机和减速启动机等新型启动机。

（3）离合机构。启动机驱动齿轮应该只在启动时才与发动机飞轮齿圈相联，当发动机开始工作之后，启动机驱动齿轮应立即与飞轮齿圈分离。否则，随着发动机转速的升高，将使启动机严重超速，产生很大的离心力，而使启动机损坏（启动机电枢绕组松弛，甚至飞散）。因此，启动机中装有离合机构。在启动时，它保证启动机的动力能够顺利通过飞轮传递给曲轴；启动完毕后，发动机开始工作时，随即切断动力传递路线，使发动机不能通过飞轮驱动启动机以高速旋转，从而保证启动机不会被发动机的高速运转而损坏。

4.启动过程

电枢移动式启动机，广泛用在大功率柴油车上。启动时，按下启动开关，启动机电路通电，继电器的吸引线圈和保持线圈通电且磁场方向相同，活动铁芯克服弹簧阻力产生很强的磁力，吸引电枢向后移动，使启动机齿轮移出与飞轮齿圈啮合。与此同时，由于吸引线圈的电流通过电动机的绕组，电枢开始转动，齿轮在旋转中移出，减小冲击。

如果齿轮与飞轮齿端相对，不能马上啮合，此时弹簧压缩，当齿轮转过一个角度后，齿轮与飞轮迅速啮合。此时摩擦片离合器压缩并传递扭矩。发动机启动后，驱动齿轮转速增大摩擦片离合器被旋松，曲轴转矩便不传到电枢上，启动机处于空载状态。直到松开启动开关，电枢又移回原位，驱动齿轮与飞轮脱开，启动机停止运转。

四、启动机的工作特性

1.转矩特性（启动转矩大）

直流串励电机的电磁转矩M，M取决于磁通Φ、电枢电流Ia的乘积M=CmΦIa，重载转速低转矩大的特性可保证启动安全可靠。

2.转速特性（轻载转速高重载转速低）

轻载和空载时的转速很高，易造成“飞车”事故，功率大时采用复励，串励式直流电动机不可在轻载或空载下长时间运行。

3.功率特性

P=M×n/9550，启动机的转矩、转速、功率与电流的关系称为启动机的特性曲线：启动特性有3种状态分别为：制动、空转、1/2电流时，特性曲线见图1。

图1 特性曲线图

4.影响启动机工作特性的使用因素

影响启动机工作特性的使用因素有很多，主要有启动电路的电阻、蓄电池的容量和充电情况、环境温度等因素。

（1）电阻。启动电路的电阻影响启动机内部电阻、启动线路电阻。

（2）蓄电池的容量和充电情况。容量大，充电充足；内阻小，供给启动机电流大，启动机的功率、转速、制动力矩都大。

（3）环境温度。环境温度低时，机油黏度高启动性能不好。

五、蓄电池的作用、组成和工作原理

1.蓄电池的作用

蓄电池也是启动系统重要的组成部件，蓄电池和发电机共同为用电设备供电，给启动机提供强大的启动电流，发动机转速低时辅助发电机向用电设备和励磁绕组供电，发动机停机或发电机不发电时向电气系统和用电设备供电，发电机过载时向用电设备供电，蓄电池相当于是一个大电容，不仅能够保持电气系统的电压稳定，还能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。

2.组成

主要有极板、隔板、电解液、外壳、联条、极桩等。

3.工作原理

蓄电池内的阳极为二氧化铅阴极为海绵状纯铅浸到电解液中会产生2 V的电动势，充放电过程为：放电时，稀硫酸会与极板上的活性物质海绵状纯铅和二氧化铅产生反应形成硫酸铅和氢二氧，放电越久硫酸浓度越稀。充电时，极板上的硫酸铅会在充电时还原成硫酸，铅及氧化铅，电解液浓度会逐渐增加，电解液比重升高，并恢复到放电前的浓度，当两极的硫酸铅还原为活性物质时，即充电结束。

六、保护装置的改造方案及作用

在启动继电器之前加装保护继电器（图2），此保护继电器的作用是柴油机连续启动时为了保护启动马达和蓄电池使用寿命，连续启动间隔时间应为30 s，单次启动持续时间最长20 s。

图2 安装保护继电器

继电保护器电源输入为24 V分别为9、10号端口，1、5端口闭合时间设置为20 s，4号端口接控制线，1、3端口闭合时间设置为30 s，2号端口接控制线，6、8为信号端口。单次启动时间为20 s，连续启动时间间隔为30 s，分别给6、8端口信号就可实现。电子定时器具有定时准确、定时范围宽、轻触键盘操作、多种定时工作模式、停电预置数据保存永久、数字显示、抗干扰性能强、外形美观等特点。

当操作人员连续启动柴油机时，保护继电器作用将间隔30 s后使电源线和控制线导通启动马达工作，进而保护马达线圈长时间通电发热而烧损和主触点长时间通电后产生碳化而接触不良同时也保护了继电器触点，也使蓄电池在大电流放电后能有时间还原储存电能准备下次启动进而也保护了蓄电池。当驾驶员启动发动机时，如果遇到发动机油路或其他故障导致发动机启动困难时且需要马达长时间工作时保护继电器将会使启动马达在规定的时间20 s内动作，超出这一时间将会立即停止启动。当启动困难时也有一些检修工或驾驶员为了启动发动机，误操作现象时有发生，一次接着一次不停的启动，根本不顾及启动机大电流长时间工作对蓄电池的使用寿命影响。因此在加装保护继电器的作用下启动间隔时间定为30 s这样也能为蓄电池准备充足的电能为实现下一次启动做准备。加装保护继电器同时也是为了延长启动机和蓄电池的使用寿命。

七、结论

通过以上对启动机的全面阐述和加装保护装置的改进分析以及蓄电池的介绍，2014年1～7月，分别在10#、25#630E卡车执行了上述课题的论证与实际操作，在黑岱沟露天煤矿进行了试运行，截止到2014年7月，分别运行3000 h和5000 h，在此期间巨轮公司的维修工跟踪并观察卡车启动机和蓄电池的工作情况并做了详细记录，结果表明启动机运行良好、无意外损坏情况。如果将技术对策和改进建议合理应用，将会大大提高卡车的出动率，降低维修工作量，显著延长启动机和蓄电池的使用寿命。