一款重型減速起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用探討

許進(jìn)興

（廣汽強(qiáng)華（梅州）汽車(chē)零部件有限公司，廣東 梅州 514700）

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，起動(dòng)機(jī)的輕量化、大功率輸出、長(zhǎng)壽命是發(fā)展的必然趨勢(shì)，其中減速起動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代起動(dòng)機(jī)的主流代表。目前大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)都已采用減速起動(dòng)機(jī)，而在工況惡劣環(huán)境下的工程機(jī)械、重型汽車(chē)、船舶動(dòng)力等領(lǐng)域，還是有很多用戶(hù)采用進(jìn)口或合資技術(shù)直驅(qū)起動(dòng)機(jī)，一方面是用戶(hù)的使用習(xí)慣，另一方面減速起動(dòng)機(jī)在這些領(lǐng)域應(yīng)用得不多。本文介紹一款同功率段的重型減速起動(dòng)機(jī)與直驅(qū)起動(dòng)機(jī)對(duì)比分析，探討用減速起動(dòng)機(jī)代替直驅(qū)起動(dòng)機(jī)使用的可行性，供廣大用戶(hù)參考。

1 概述

本文對(duì)標(biāo)的產(chǎn)品為美國(guó)知名電機(jī)公司生產(chǎn)的大功率直驅(qū)起動(dòng)機(jī)，配用于卡特彼勒C系列、康明斯K系列等柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛用作重型汽車(chē)和工程機(jī)械的動(dòng)力。本文介紹的這款重型減速起動(dòng)機(jī)，就外形、安裝、性能等方面與進(jìn)口直驅(qū)起動(dòng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，并考核這款減速起動(dòng)機(jī)的可靠性，驗(yàn)證其代替直驅(qū)起動(dòng)機(jī)使用的可行性。

2 外形及安裝

如表1、圖1所示，這款減速起動(dòng)機(jī)與直驅(qū)樣機(jī)相比，體積縮小了，質(zhì)量減輕了約50%，更加輕便，有利于其在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝。

表1 外形基本尺寸對(duì)比

圖1 起動(dòng)機(jī)輪廓對(duì)比（深色部分為減速樣機(jī)）

這款減速起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)端蓋采用分體式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2a，安裝法蘭可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整角度，與直驅(qū)樣機(jī)的安裝方式保持一致，可以滿(mǎn)足多種發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝要求。另外，接線方式兩者保持一致，不會(huì)影響用戶(hù)的接線習(xí)慣。

圖2 起動(dòng)機(jī)安裝方式對(duì)比

3 基本性能

3.1 產(chǎn)品規(guī)格

如表2所示，兩款起動(dòng)機(jī)屬于同一功率段，輸出功率不小于9kW（測(cè)試電源內(nèi)阻為0.008 Ω），性能相當(dāng)，其中減速起動(dòng)機(jī)的制動(dòng)扭矩較優(yōu)于直驅(qū)樣機(jī)，這有利于克服發(fā)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)阻力矩［1］。

表2 產(chǎn)品規(guī)格對(duì)照表

3.2 負(fù)載點(diǎn)對(duì)比

在無(wú)輔助冷起動(dòng)時(shí)，一般直噴式柴油機(jī)在低溫下最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為（130～160）r/min，再根據(jù)起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒圈的傳動(dòng)比（如康明斯K系列19 L，i=13.8），對(duì)應(yīng)起動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為（1 790～2 200）r/min左右，因此對(duì)兩款起動(dòng)機(jī)在這一區(qū)域的負(fù)載性能進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖3。

圖3 負(fù)載點(diǎn)輸出性能對(duì)比

通過(guò)對(duì)比，這款減速起動(dòng)機(jī)在負(fù)載點(diǎn)（1500～2500）r/min區(qū)域內(nèi)的輸出扭矩優(yōu)于直驅(qū)樣機(jī)，負(fù)載性能提升了7%左右，這將有利于克服發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)阻力矩［1］。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架起動(dòng)性能試驗(yàn)

為考核這款減速起動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用性能，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架起動(dòng)性能試驗(yàn)，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的對(duì)比。

4.1 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：康明斯K19-M（排量為19 L）；功率/轉(zhuǎn)速：448kW@1800 r/min。

4.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)用機(jī)油：殼牌15W/40-CF4；試驗(yàn)用柴油：普通“0”號(hào)輕柴油；試驗(yàn)中控制機(jī)油主油道溫度：90～120℃；試驗(yàn)中控制發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度：80～93℃；試驗(yàn)中控制燃油溫度：32～43℃。

4.3 試驗(yàn)方法

發(fā)動(dòng)機(jī)為冷機(jī)狀態(tài)，8h未運(yùn)行且未盤(pán)過(guò)車(chē)，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前和起動(dòng)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.4.1 起動(dòng)前的參數(shù)記錄（表3）

表3 起動(dòng)前的參數(shù)記錄

4.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)采集的數(shù)據(jù)曲線

采集所得數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和起動(dòng)機(jī)主電路在左邊縱坐標(biāo)；總電壓、起動(dòng)機(jī)控制電路電流、起動(dòng)機(jī)控制電路電壓在右邊縱坐標(biāo)。

1）直驅(qū)樣機(jī)第1次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線，如圖4所示。最大主電路電流（制動(dòng)電流）1780 A，最小主電路電壓6.67V，最大控制電路電流30 A，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速140 r/min，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)主電路電流和電壓的平均值為

69 1 A/17.5 V。

圖4 直驅(qū)樣機(jī)第1次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線

2）直驅(qū)樣機(jī)第2次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線，如圖5所示。最大主電路電流（制動(dòng)電流）1635A，最小主電路電壓6.7V，最大控制電路電流28.2A，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速142 r/min，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)主電路電流和電壓的平均值為570 A/18.3 V。

圖5 直驅(qū)樣機(jī)第2次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線

3）減速樣機(jī)第1次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線，如圖6所示。最大主電路電流（制動(dòng)電流）1 808 A，最小主電路電壓5.8 V，最大控制電路電流42 A，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速175 r/min，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)主電路電流和電壓的平均值為540 A/19 V。

圖6 減速樣機(jī)第1次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線

4）減速樣機(jī)第2次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線，如圖7所示。最大主電路電流（制動(dòng)電流）1721A，最小主電路電壓5.5V，最大控制電路電流39.9A，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速170 r/min，平穩(wěn)拖動(dòng)時(shí)主電路電流和電壓的平均值為545A/18V。

圖7 減速樣機(jī)第2次起動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)曲線

4.5 試驗(yàn)結(jié)論

綜合以上數(shù)據(jù)，兩款起動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的起動(dòng)性能對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 起動(dòng)性能對(duì)比表

綜合考慮外部條件變化和測(cè)量誤差的情況下，可以得出下列結(jié)論。

1）兩款起動(dòng)機(jī)的最大主電路電流（制動(dòng)電流）相當(dāng)。

2）減速起動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速高于直驅(qū)起動(dòng)機(jī)18%左右，更利于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火。

3）減速起動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)主電流低于直驅(qū)起動(dòng)機(jī)16%左右，更利于蓄電池效能的發(fā)揮。

總體而言，從這款減速起動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)際起動(dòng)情況來(lái)看，與直驅(qū)起動(dòng)機(jī)性能相當(dāng)，且負(fù)載能力有一定的提高，可以滿(mǎn)足使用要求。

5 耐久性考核

為進(jìn)一步考核起動(dòng)機(jī)的可靠性，對(duì)這款減速起動(dòng)機(jī)進(jìn)行25000次耐久性起動(dòng)試驗(yàn)，檢查起動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件的磨損情況及性能損耗程度。

5.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為康明斯K19柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)方法參考《QC/T 731—2005 汽車(chē)用起動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》［2］中的5.18相關(guān)要求執(zhí)行，其中設(shè)定起動(dòng)機(jī)通電時(shí)間為3 s，發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)5 s，周期為30 s；要求起動(dòng)次數(shù)不低于25 000次。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)25000次起動(dòng)試驗(yàn)后，整機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)比初始值下降不超過(guò)10%，符合性能要求（表5）。碳刷、換向器銅排和磨損情況良好（表6），電磁開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)無(wú)明顯燒蝕（圖8），拆檢其他零部件沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯磨損或失效，進(jìn)一步驗(yàn)證了該款減速起動(dòng)機(jī)的可靠性。

圖8 電磁開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)磨損狀態(tài)

表5 25000次起動(dòng)試驗(yàn)后的整機(jī)性能

表6 碳刷、換向器銅排磨損情況

6 實(shí)際應(yīng)用

通過(guò)以上對(duì)比分析，用減速起動(dòng)機(jī)代替直驅(qū)起動(dòng)機(jī)使用具有可行性，同功率段的減速起動(dòng)機(jī)與直驅(qū)起動(dòng)機(jī)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)［3］：①體積小、質(zhì)量輕，安裝方便；②制動(dòng)性能好，提升了起動(dòng)能力；③起動(dòng)電流消耗低，有利于發(fā)揮蓄電池的效能；④結(jié)構(gòu)可靠，從而保證了其較高的機(jī)械壽命。

目前，該款減速起動(dòng)機(jī)（圖9）可替代某進(jìn)口品牌50MT直驅(qū)起動(dòng)機(jī)（圖10），可用于康明斯K系列發(fā)動(dòng)機(jī)等，如圖11～圖14所示。

圖9 減速起動(dòng)機(jī)

圖10 某進(jìn)口品牌50MT直驅(qū)起動(dòng)機(jī)

圖11 康明斯QSK19發(fā)動(dòng)機(jī)（19L）

圖12 康明斯QSK38發(fā)動(dòng)機(jī)（38L）

圖13 康明斯KTA50發(fā)動(dòng)機(jī)（50L）

圖14 玉柴YC6C發(fā)動(dòng)機(jī)（39L）

7 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前以節(jié)能環(huán)保為主題的環(huán)境下，減速起動(dòng)機(jī)具有一定的高效性和經(jīng)濟(jì)性。隨著減速起動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，減速起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，希望通過(guò)本文的介紹，特別是一些工況特殊的領(lǐng)域，減速起動(dòng)機(jī)能夠受到更多用戶(hù)的歡迎。