3.4. Стартер

Система пуска двигателя состоит из приборов и агрегатов, обеспечивающих принудительное вращение коленчатого вала двигателя, которое обеспечивается зубчатой передачей между зубчатым венцом маховика и шестерней, установленной на валу стартера. Корпус стартера жестко крепится к блоку цилиндров двигателя.

Для надежного пуска двигателя коленчатый вал должен вращаться с частотой не менее 40…80 мин-1 для бензиновых и 150…300 мин-1 для дизельных двигателей. Мощность электродвигателя должна обеспечить возможность проворачивания коленчатого вала при тех сопротивлениях, которые могут иметь место при самой низкой температуре окружающей среды (до —30 °С).

Общая схема стартера, системы его питания и привода коленчатого вала представлена на рис. 3.6.

Общая схема стартера, системы его питания и привода коленчатого вала

Рис. 3.6 Общая схема стартера, системы его питания и привода коленчатого вала: 1 — аккумуляторная батарея; 2 — контакты выключателя; 3 — контактный диск; 4 — обмотка электромагнита и тягового реле; 5 — сердечник реле; 6 — пружина; 7 — рычаг; 8 — шестерня; 9 — вал; 10 — венец маховика; 11 — муфта свободного хода; 12 — электродвигатель; 13 — контакты

Аккумуляторная батарея 1 через контакты выключателя 2 питает обмотку тягового реле 4, При включении контакта 2 тяговое реле 4, преодолевая усилие пружины 6, перемещает сердечник реле 5 до замыкания контактным диском 3 контактов питания обмотки статора и обмотки якоря электродвигателя 12. Вместе с сердечником реле 5 перемещается шарнир верхнего крепления рычага 7. Рычаг на своем нижнем конце имеет вилку, входящую в кольцевой паз обоймы механизма включения шестерни 8. Шестерня перемещается по шлицевому валу якоря электродвигателя 9 до зацепления с зубчатым венцом маховика двигателя 10. Якорь, обмотки которого питаются от аккумуляторной батареи через контакты 13, замкнутые контактным диском 3, вращает через вал 9, шестерню 8, зубчатый венец 10 маховика двигателя. Усилие, необходимое для перемещения шестерни 8 по валу 9 больше усилия, необходимого для удержания шестерни в состоянии зацепления с зубчатым венцом маховика. Для снижения тока, забираемого тяговым реле от аккумуляторной батареи, предусмотрены две обмотки — втягивающая и удерживающая. После замыкания контактного диска 3 с контактами 13 втягивающее реле шунтируется, и сердечник реле 5 удерживается в положении зацепления шестерни 8 с зубчатым венцом 10 маховика только удерживающей обмоткой, потребляющей значительно меньший ток. После пуска двигателя его вал начинает вращаться с частотой, соответствующей частоте холостого хода (800… 1200 мин-1). Такая частота, приведенная к частоте вращения вала якоря электродвигателя через передаточное число зацепления шестерни 8 с зубчатым венцом маховика двигателя 10 (10… 15), обеспечит чрезмерную частоту вращения якоря (12 000… 18 000 мин-1), не допустимую по устойчивости обмоток якоря к действию центробежных сил. Поэтому после пуска двигателя необходимо разъединить якорь от маховика. Это можно обеспечить двумя путями: либо принудительно вывести из зацепления шестерню 8 с зубчатым венцом маховика 10, либо разъединить вал якоря 9 с шестерней 8. Шестерню устанавливают на валу 9 на муфте свободного хода 11, допускающей передачу момента только от вала к шестерне, а шлицы вала 9 выполняют винтовыми. Тогда после пуска двигателя вращение шестерни 8 не передается на вал 9 при расклиненной муфте свободного хода. Если все-таки происходит вращение вала 9 через зацепление шестерни 8 с зубчатым венцом маховика 10, инерционный момент шестерни вызовет ее смещение по винтовым шлицам, выводя из зацепления с зубчатым венцом маховика.

Типичная конструкция стартера представлена на рис. 3.7.

Стартер автобуса «соболь»

Рис. 3.7. Стартер автобуса «соболь»: 1 — защитный колпак; 2 — стопорная шайба; 3 — щетка; 4, 5 — выводы; 6 — крышка тягового реле; 7 — контактная пластина; 8 — тяговое реле; 9 — обмотка реле; 10 — шток; 11 — возвратная пружина; 12 — сердечник; 13 — рычаг; 14 — передняя крышка; 15 —ось рычага; 16 — удлинитель крышки; 17 — ролик; 18 — ведущая (приводная) шестерня; 19 — втулка; 20 — пружинное кольцо; 21 — упорная втулка; 22 — вал; 23 — обгонная муфта; 24 — пружина; 25 — муфта включения; 26 — промежуточная опора; 27 — статор; 28 — обмотка статора; 29 — ротор (якорь); 30 — коллектор; 31 — задняя крышка;32 — щеткодержатель

В качестве примера выбран стартер 42.3708 автобуса «соболь». Как видно из иллюстрации, стартер представляет собой электрический двигатель постоянного тока. В корпусе установлены обмотки возбуждения. К корпусу крепится крышка 14. На подшипниках скольжения в корпусе и крышке установлен якорь (ротор) 29. Обмотки якоря питаются от коллектора 30. К коллектору ток подводится от аккумуляторной батареи через неподвижные контакты, замыкаемые подвижными контактами. Обмотка статора запитывается последовательно с обмотками якоря, это обеспечивает возможность получения максимального момента стартера при малой частоте вращения якоря, что облегчает пуск двигателя. Якорь 29 представляет собой собранный из пластин цилиндр. Пластины выполнены из электротехнической стали. В цилиндре выполнены продольные пазы, в которые уложена обмотка якоря. Обмотка якоря выполнена из медного провода прямоугольного сечения. В двух противоположных пазах якоря уложена одна секция обмотки, концы которой припаяны к пластине (ламели) коллектора. Коллектор 30 представляет собой набор изолированных друг от друга ламелей, обработанных под единый диаметр. Ток от аккумуляторной батареи к дамедям подводится через две подпружиненные щетки 3, выполненные из медно-графитной композиции. Такие же две щетки соединяют ламели с «массой». Токоподводящие щетки изолированы от корпуса. Они установлены в щеткодержателе 32 и поджаты к коллектору пружинами. На валу якоря (валу привода 22) нарезаны винтовые шлицы. На шлицы надета муфта включения. Муфта имеет наружную проточку, в которую входят пальцы вилки рычага 13. К муфте включения жестко крепится ведущая обойма роликовой муфты свободного хода. Конструкция такой муфты показана на рис. 3.8. Муфта свободного хода состоит из ведущей обоймы 1, жестко прикрепленной к втулке.

Конструкция роликовой муфты свободного хода

Рис. 3.8 Конструкция роликовой муфты свободного хода: 1 — ведущая обойма (муфта); 2 — кожух; 4 — толкатель: 3 — ролик; 5 — пружина; 6 — ведущая шестерня стартера

Втулка выполняет функции муфты включения. Ведущая обойма представляет собой цилиндр, на внутренней поверхности которого выполнены фигурные пазы клиновидной формы. Внутри ведущей обоймы установлена ведомая обойма, представляющая собой полый цилиндр, заодно, с которым выполнена шестерня привода 18 (рис. 3.7). В фигурные пазы между ведущей и ведомой обоймами вставлены ролики. На ролики воздействуют направляющие полые толкатели, поджимаемые к роликам пружинами. Пружины установлены внутри толкателей и поджимаются кожухом. Толкатели заклинивают ролики между ведущей и ведомой обоймами, обеспечивая жесткую связь вала ротора и шестерни. При вращении вала двигателя после его пуска с частотой, равной или превышающей частоту вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, ведомая обойма начинает вращаться быстрее ведущей. Ролики, преодолевая усилие пружин, выкатываются в расширенную часть пазов, муфта свободного хода размыкается. Жесткая связь вала ротора и шестерни прекращается, что исключает возможность раскрутки якоря стартера с недопустимой частотой. К верхнему торцу крышки 14 крепится корпус тягового реле. В корпусе установлена катушка тягового реле, внутри которой находится якорь. В корпусе реле установлена опора оси подвижного контакта. Ось контакта проходит внутри опоры. Контакт закреплен на оси и под действием пружины отжат от неподвижного контакта. На одном торце якоря выполнено коническое гнездо, между дном этого гнезда и концом оси подвижного контакта имеется достаточный зазор. С другой стороны якоря имеется выступ, в котором профрезерован продольный паз. В этот паз входит хвостовик рычага 13, удерживаемый заклепкой. Рычаг установлен в крышке стартера на оси. При подаче тока на контакт тягового реле якорь перемещается внутри корпуса реле. Вместе с якорем перемещается верхний конец рычага, и подводящая муфта привода вводит шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика. Величина зазора между дном конического гнезда в якоре и осью подвижного контакта такова, что шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом маховика до замыкания подвижного контакта с неподвижным. Это обеспечивает введение в зацепление не вращающейся шестерни. Лишь после того как шестерня войдет в зацепление с зубчатым венцом маховика, подвижный контакт замкнет неподвижный, и ток от аккумуляторной батареи будет подан на щетки коллектора, протекание тока по обмоткам якоря и статора обеспечит вращение якоря вместе с шестерней.

Стартеры других автобусов не имеют принципиальных отличий ни по конструкции электродвигателя, ни по конструкции системы включения стартера. Единственное принципиальное отличие имеет стартер большого городского автобуса ЛиАЗ-5256. Дело в том, что у стартеров, предназначенных для пуска крупных дизельных двигателей, конструкция роликовой муфты свободного хода не обеспечивает необходимой надежности. Поэтому в таких стартерах чаще применяют храповую муфту свободного хода (рис. 3.9).

Конструкция храповой муфты свободного хода

Рис. 3.9 Конструкция храповой муфты свободного хода: 1 — вкладыш; 2 — шестерня; 3 — сегмент (сухарь); 4 — направляющий штифт; 5,15 — замковые кольца; 6 — ведомый храповик; 7 — коническая втулка; 8 — ведущий храповик; 9,13 — шайбы; 10 — пружина; 11 — корпус муфты; 12 — шлицевая направляющая втулка; 14 — буферное резиновое кольцо

На шлицы вала якоря посажена шлицевая направляющая втулка 12, одна часть которой представляет собой по наружному диаметру гладкий цилиндр, а на второй части ее наружного диаметра имеется многозаходная винтовая нарезка. На гладкую цилиндрическую поверхность направляющей втулки посажен корпус 11 муфты, удерживаемый от перемещения по втулке стопорным замковым кольцом 15. Корпус 11 на наружном диаметре имеет кольцевую канавку, в которую входят пальцы вилки включения стартера. На винтовую нарезку направляющей втулки 12 посажен ведущий храповик (ведущая полумуфта) 8, имеющий на своей торцевой плоско-сти храповые зубья. Во внутренний диаметр ведущего храповика под храповыми зубьями вставлена коническая втулка 7. На гладкую цилиндрическую поверхность направляющей втулки надета стальная шайба 13. Между шайбой 13 и корпусом 11 установлено резиновое буферное кольцо 14, амортизирующее удар при включении стартера. Между шайбой 13 и ведущим храповиком 8 установлена пружина 10. На наружном диаметре вкладыша 1 установлена ведомая полумуфта, выполненная заодно с шестерней 2 привода. На торцевой поверхности ведомой полумуфты выполнены храповые зубья того же профиля, что и на ведущей полумуфте, но обратного направления. Направление храпового зацепления таково, что обеспечивается передача крутящего момента от ведущей полумуфты к ведомой, но в обратном направлении крутящий момент не передается. Во внутреннее цилиндрическое пространство ведомой полумуфты вставлены три пластмассовых сухаря 3, имеющих форму сегмента. Наружная поверхность сухарей имеет большую коническую фаску. В сухарях имеются радиальные отверстия, в которые входят штифты 4, запрессованные в ведомую полумуфту. В момент включения стартера тяговое реле через рычаг привода стартера перемещает корпус втулки и всю втулку по шлицам вала якоря стартера. Шестерня привода входит в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя. Только после того как шестерня привода войдет в зацепление с зубчатым венцом маховика, подвижный контакт реле включения стартера замкнет неподвижный контакт. После замыкания неподвижных контактов подвижным контактным диском якорь стартера начинает вращаться. Крутящий момент стартера через шлицы вала якоря передается направляющей втулке, затем через винтовую нарезку — ведущей полумуфте и через храповое зацепление — ведомой полумуфте и шестерне привода. В винтовой нарезке при передаче крутящего момента возникает осевое усилие, плотно прижимающее полумуфты друг к другу. Коническая втулка 7 при этом прижимает сухари 3 к втулке. После пуска двигателя ведущим звеном становится ведомая полумуфта. При этом благодаря направлению храпового зацепления, ведомая полумуфта проворачивается относительно ведущей. Ведущая полумуфта храповиком отодвигается от ведомой на величину высоты зуба храповика. Коническая втулка 7 отходит от сухарей 3, освобождая их. Сухари под действием центробежных сил перемещаются в радиальном направлении по штифтам 4. При этом они блокируют муфту в расцепленном состоянии, предотвращая прощелкивание зубьев храповика и предохраняя таким образом их от износа. После выключения стартера рычаг привода под действием пружины выводит шестерню привода из зацепления. Под действием пружины 10 полумуфты снова входят в зацепление, коническая втулка 7 возвращает сухари 3 в исходное положение.