柴油机启动马达的结构组成和工作原理

摘要：启动马达是柴油机启动系统内较为核心的组成部分之一，也是柴油发电机组*的一种系统， 其工作原理是基于电机理论和磁力学等领域相关原理，主要作用是能够帮助发动机具备有效的启动工作。康明斯公司在本文中从起动柴油机的原理、条件、过程，以及启动马达的作用和结构几个方面进行详细阐述，通过本文对起动机的结构、机制和操作原理的正确理解，对于启动马达的正常性能和长期使用具有重要意义。此外，对于启动马达本身的保养和升级，康明斯公司提醒应交给具备专业的技术知识和持有专用维修工具的售后工程师来服务。

一、启动系统的作用、条件及原理

1、启动系统的作用

      要使柴油机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动柴油机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混和气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，柴油机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到柴油机开始自动地怠速运转的全过程，称为柴油机的启动。完成启动过程所需的装置，称为柴油机的启动系统。

2、启动条件

① 启动转矩：能够使曲转旋转的较低转矩称为启动转矩，启动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。启动阻力矩与柴油机压缩比、温度、机油粘度等有关。

② 启动转速：能使柴油机启动的曲轴较低转速称为启动转速。在0～20℃时，柴油机的启动转速为150～300r/min。

3、启动方式

① 人力启动：

      启动较为简单，只须将启动手摇柄端头的横销嵌入柴油机曲轴前端的启动爪内，以人力转动曲轴。

② 电动机启动：

      电动机启动是用电动机作为机械动力，当将电动机轴上的齿轮与柴油机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转。电动机本身又用蓄电池作为电源。目前绝大多数柴油发电机都采用电启动方式。

4、启动原理

      基本的工作原理是当柴油机需要启动时，接通启动开关，启动机电路通电，继电器的吸引线圈和保持线圈通电，产生很强的磁力，吸引铁芯左移，并带动驱动杠杆绕其销轴转动，使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。

      当铁芯移动到使短路开关闭合的位置时，短路线路接通，吸引线圈被短路，失去作用，保持线圈所产生的磁力足以维持铁芯处于开关吸合的位置。

      当按下控制器启动键后，电动机产生转矩开始转动，同时电磁开关把传动机构中的小齿轮推出，使其与柴油发电机的飞轮齿圈啮合，这样就把电动机的转矩通过传动机构传递给飞轮，使柴油发电机起动。

二、启动马达结构和工作过程

1、结构组成

      启动马达一般由直流串励式电动机、传动机构和控制装置（也称电磁开关）三部分组成，如图1所示。

（1）直流电动机

      启动马达其实就是相当于一个直流电动机，内部结构包括磁场线圈和电枢线圈，而且它们之间是串联的。当启动马达开始转动时，它产生较大力矩。

① 电枢：电枢在磁力作用下旋转，带动起动小齿轮旋转。

② 磁极：磁极由铁心和激磁绕组构成，其作用是在电动机中产生磁场，。磁极一般是4个，由4个激磁绕组形成两对磁极，并两两相对，常见的激磁绕组一般与电枢绕组串联在电路中，故被称为串激式直流电动机。

③ 电刷和电刷架：电刷与电刷架的作用是将电流引入电枢，使电枢产生连续转动。康明斯柴油发电机组自90年代就使用的无刷电动机，因此，现代柴油机几乎不再使用有刷装置。

④ 外壳：外壳由低碳钢卷制而成，或由铸铁铸造而成。

（2）传动机构：

      在启动时保证启动马达的动力能通过飞轮传递给曲轴；启动完毕，柴油发电机开始工作时，立即切断动力传递路线，使柴油发电机不可能反过来通过飞轮驱动启动马达高速旋转。

（3）控制机构：

      控制机构是启动马达的电磁开关，控制电路的通、断和驱动齿轮的移出及退回。

2、启动马达工作过程

      柴油机起动马达电磁控制电路如图2所示。

（1）吸拉过程

      当起动开关旋到START（启动）位置时，蓄电池电流流到吸拉线圈和保持线圈。然后电流从吸拉线圈经磁场线圈到电枢线圈，以低速旋转线圈。在保持线圈和吸拉线圈内的磁动势使磁铁芯磁化，这样，磁性开关的动铁芯被吸入极芯。通过这种吸入操作，小齿轮被推出，并与齿圈啮合，接触板将主接触点开到ON。

      为了保持操作电磁开关的电压，康明斯柴油发电机组在起动开关与电磁开关之间通常会有一个启动马达继电器。 

（2）保持过程

      当主接触点开到ON时，无电流流经吸拉线圈，磁场线圈和电枢线圈直接从蓄电池得到电流。电枢线圈随后便开始高速旋转，柴油发电机进行启动。此时动铁芯只是由保持线圈所施加的磁力固定到位，因为无电流流过吸拉线圈。 

（3）复位过程

      当起动开关从START开到ON时，电流从主接触侧经吸拉线圈流到保持线圈。此时，由于吸拉线圈与保持线圈形成的磁力相互抵消，它们失去了保持住动铁芯的力。因此，动铁芯由复位弹簧的力拉回，并且接触点关到OFF，停止启动马达的旋转。

三、启动马达的使用注意事项

      启动马达的主要作用是在柴油机启动时，为柴油机提供足够的扭矩，使柴油机能够顺利启动。然而，启动马达在使用过程中，如果操作不当，可能会导致其损坏，甚至影响柴油机的正常工作。因此，使用启动马达时，必须注意以下几点：

1、检查电源

      在使用启动马达之前，首先要检查电源是否正常。如果电源电压过低或过高，都可能导致启动马达无法正常工作，甚至损坏。

2、避免长时间使用

      启动马达在工作时，会产生大量的热量。如果长时间使用，可能会导致启动马达过热，影响其性能和寿命。

3、避免频繁启动

      频繁启动柴油机会大大增加启动马达的工作负荷，导致其过早损坏。因此，除非必要，否则应尽量避免频繁启动柴油机。启动马达每次启动不得超过10秒，若在10秒内柴油发电机未能启动，应暂停间隔2分钟后再启动，不得长时间或连续多次使用启动马达。

4、定期维护

      为了确保启动马达的正常工作，应定期对其进行维护。包括清洁、润滑、调整等。

5、安全要求

      启动马达必须与控制器配合使用，启动马达与控制器之间必须采用矿用电缆正确可靠连接，正负极两端不得反接、短路和接地。此外，在使用启动马达时，应注意安全。首先，要避免在启动马达工作时接触其电刷，以防触电。其次，要避免在启动马达工作时接触其旋转部件，以防被夹伤。最后，要避免在启动马达工作时将其浸入水中，以防短路。

6、避免在恶劣环境下使用

      启动马达在高温、湿度大、灰尘多等恶劣环境下使用时，可能会影响其性能和寿命。因此，应尽量避免在这些环境下使用启动马达。

7、避免使用损坏的启动马达

      如果启动马达出现损坏，如电刷磨损、线圈短路等，应及时更换新的启动马达，以免影响柴油机的正常工作。

8、 避免匹配质量差的蓄电池

      如果使用的蓄电池电压过低或过高，可能会导致启动马达无法正常工作。因此，应按照柴油发电机制造商的建议，使用知名品牌或合适的蓄电池。

      总的来说，使用启动马达时，应注意以上几点，以确保其正常工作，延长其使用寿命，保证柴油发电机组的正常运行。

总结：

      综上所述，因为柴油发电机自己不能启动，需要有外部动力使之产生第一次燃烧进行启动。要启动柴油发电机，启动马达需通过环形齿轮旋转曲轴。启动马达要用来自蓄电池的有限动力产生极大的力矩，它应该十分紧凑而且很轻。由于这个原因，一种直流串励电动机用作启动马达。总之，启动马达作为现代柴油机的重要部件之一，其在柴油发电机组启动和运行的过程中扮演着至关重要的角色。只有理解启动马达原理和构成，及时检查和维修启动马达，才能保证柴油发电机组的正常启动和运行，从而**工厂企业的用电安全和稳定性。