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新聞主題 |
柴油發(fā)電機(jī)的起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)和難以起動(dòng)的案例分析 |
摘要：柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)故障為最為常見的故障之一，電動(dòng)起動(dòng)所涉及的部件較多。常見故障有打開起動(dòng)開關(guān)，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有受控的敲擊聲，不能帶動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；起動(dòng)開關(guān)打開時(shí)，起動(dòng)機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)空，小齒輪無法咬合飛輪齒圈帶動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢、無力，使柴油發(fā)電機(jī)難以驅(qū)動(dòng)；當(dāng)起動(dòng)開關(guān)打開時(shí)，起動(dòng)機(jī)只發(fā)出咔嗒聲，不會(huì)起動(dòng)?？得魉构咎嵝压ぷ魅藛T應(yīng)遵守在維修時(shí)要堅(jiān)持更換為輔、修理為主的核心原則。
一、柴油機(jī)起動(dòng)原理和方式
1、起動(dòng)原理
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)借助于外力由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的全過程稱為柴油機(jī)的起動(dòng)過程。完成起動(dòng)過程所需要的一系列裝置稱為起動(dòng)系統(tǒng)或起動(dòng)裝置。它的作用是提供起動(dòng)能量，驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，可靠地實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)起動(dòng)。柴油機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的工作性能主要是指能否迅速、方便、可靠地起動(dòng)；低溫條件下能否順利起動(dòng)；起動(dòng)后能否很快過渡到正常運(yùn)轉(zhuǎn)；起動(dòng)磨損占柴油機(jī)總磨損量的比例以及起動(dòng)所消耗的功率等。這些性能對(duì)柴油機(jī)工作的可靠性、使用方便性、耐久性和燃料經(jīng)濟(jì)性等有很大影響。在起動(dòng)系統(tǒng)中，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置用于克服柴油機(jī)的起動(dòng)阻力，起動(dòng)輔助裝置是為了使柴油機(jī)起動(dòng)輕便、迅速和可靠。
柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)動(dòng)力裝置所產(chǎn)生的起動(dòng)力矩必須能克服起動(dòng)阻力矩（包括各運(yùn)動(dòng)件的摩擦力矩、驅(qū)動(dòng)附件所需力矩和壓縮氣缸內(nèi)氣體的阻力矩等）。起動(dòng)阻力矩主要與柴油機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、溫度狀態(tài)及潤滑油的黏度等有關(guān)。柴油機(jī)的氣缸工作容積大、壓縮比高時(shí)，阻力矩大；機(jī)油黏度大，阻力矩也大。為保證柴油機(jī)順利起動(dòng)的最低轉(zhuǎn)速稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)速。起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)動(dòng)力裝置還必須將曲軸加速到起動(dòng)轉(zhuǎn)速。起動(dòng)轉(zhuǎn)速的大小隨柴油機(jī)型式的不同而不同。對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，為了保證柴油霧化良好和壓縮終了時(shí)的空氣溫度高于柴油的自燃溫度，要求有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)速，一般為150～300r/min。
2、起動(dòng)方式
柴油發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)方法通常有以下四種。
（1）人力啟動(dòng)
小功率柴油機(jī)廣泛采用人力起動(dòng)，這是最簡單的起動(dòng)方法。常用的人力起動(dòng)裝置有拉繩起動(dòng)和手搖起動(dòng)。
小型移動(dòng)式柴油機(jī)（1～3kW）廣泛采用拉繩起動(dòng)。起動(dòng)繩輪裝在飛輪端，或在飛輪上設(shè)有繩索槽，繩輪的邊緣開有斜口。起動(dòng)時(shí)，將繩索的一頭打成結(jié)勾在繩輪邊緣的斜口上，并在繩輪上按曲軸工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向繞2～3圈，拉動(dòng)后，繩索自動(dòng)脫離起動(dòng)繩輪。
手搖起動(dòng)一般用于3～12kW的小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。手搖起動(dòng)裝置利用手搖把直接轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使柴油機(jī)起動(dòng)。這種方法比較可靠，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，且操作不便。手搖起動(dòng)的小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常設(shè)有減壓機(jī)構(gòu)，以減小開始搖轉(zhuǎn)曲軸時(shí)的阻力，減壓可以用頂起進(jìn)氣門、排氣門或在氣缸頂上設(shè)一個(gè)減壓閥的方法來達(dá)到。功率大于12kW的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，難以用手搖起動(dòng)的方法起動(dòng)，所以也沒有手搖裝置。
（2）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)
直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)廣泛應(yīng)用于各種車用發(fā)動(dòng)機(jī)和中小功率的柴油發(fā)電機(jī)組。這種起動(dòng)方法是用鉛酸蓄電池供給直流電源，由專用的直流起動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，將柴油機(jī)發(fā)動(dòng)。這種起動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，并可遠(yuǎn)距離操作等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)要求供給的起動(dòng)電流較大（一般為200A以上），鉛酸蓄電池容量受限，使用壽命較短，重量大，耐振性差，環(huán)境溫度低時(shí)放電能力會(huì)急劇下降，致使電動(dòng)機(jī)輸出功率減小等。GB/T 1147.2-2017《中小功率內(nèi)燃機(jī)第2部分：試驗(yàn)方法》中規(guī)定，起動(dòng)電機(jī)每次連續(xù)工作時(shí)間不應(yīng)超過10s，每次起動(dòng)的間隔時(shí)間不少于2min，否則有可能將直流起動(dòng)電機(jī)燒壞。
（3）壓縮空氣啟動(dòng)
缸徑超過150mm的大、中型柴油機(jī)常用壓縮空氣起動(dòng)。目前主要采用將高壓空氣經(jīng)起動(dòng)控制閥通向凸輪軸控制的空氣分配器，再由空氣分配器按柴油機(jī)工作順序，在做功沖程中將高壓空氣供給到各缸的起動(dòng)閥，使起動(dòng)閥開啟，壓縮空氣流入氣缸，推動(dòng)活塞、轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，停止供氣，操縱噴油泵供油，柴油機(jī)就被起動(dòng)。貯氣瓶輸出空氣壓力對(duì)低速柴油機(jī)為2～3MPa，對(duì)高速柴油機(jī)為2.5～10MPa。此起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)力矩大，可在低溫下保證迅速、順利地起動(dòng)柴油機(jī)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。康明斯KTA-2300C型柴油機(jī)采用另一種壓縮空氣起動(dòng)方法，它利用高壓空氣驅(qū)動(dòng)葉片轉(zhuǎn)子式電機(jī)，通過慣性傳動(dòng)裝置帶動(dòng)柴油機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)。
（4）用小型汽油機(jī)啟動(dòng)
某些經(jīng)常在野外、嚴(yán)寒等困難條件下工作的大、中型工程機(jī)械及拖拉機(jī)柴油機(jī)，有時(shí)采用專門設(shè)計(jì)的小型汽油機(jī)作為起動(dòng)機(jī)。先用人力起動(dòng)汽油機(jī)，再用汽油機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)起動(dòng)柴油機(jī)。起動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)與主機(jī)相通，起動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，可對(duì)主機(jī)冷卻水進(jìn)行預(yù)熱；起動(dòng)機(jī)的排氣管接到主機(jī)進(jìn)氣管中，可對(duì)主機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱。此法可保證柴油機(jī)在較低環(huán)境溫度下可靠地起動(dòng)，且起動(dòng)的時(shí)間和次數(shù)不受限制，有足夠的起動(dòng)功率，適用于條件惡劣的環(huán)境下工作。但其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，操作不方便，柴油機(jī)總重及體積也增大，機(jī)動(dòng)性差。
對(duì)于不同類型的柴油機(jī)，GB/T 1147.1-2017《中小功率內(nèi)燃機(jī)第1部分：通用技術(shù)條件》中規(guī)定，不采取特殊措施，柴油機(jī)能順利起動(dòng)的最低溫度為：電起動(dòng)及壓縮空氣起動(dòng)的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組及固定用柴油機(jī)不低于0℃；人力起動(dòng)的柴油機(jī)不低于5℃。
3、起動(dòng)系統(tǒng)組成和過程
柴油機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)主要由起動(dòng)電機(jī)、蓄電池、充電發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)器、照明設(shè)備、各種儀表和信號(hào)裝置等組成。其中，起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成包括電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁鐵、開關(guān)和電線等，如圖1所示。
工作流程如圖2所示。當(dāng)電鑰匙（電鎖）JK撥向“右”位并按下起動(dòng)按鈕KC時(shí)，起動(dòng)電機(jī)D的電磁鐵線圈接通，電磁開關(guān)吸合，蓄電池B1的正極通過起動(dòng)電機(jī)D的定子和轉(zhuǎn)子繞組與蓄電池B2的負(fù)極構(gòu)成回路。在電磁開關(guān)吸合時(shí)，起動(dòng)電機(jī)的齒輪即被推出與柴油機(jī)起動(dòng)齒圈嚙合，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而使柴油機(jī)起動(dòng)。柴油機(jī)起動(dòng)后，應(yīng)立即將電鑰匙撥向“左”位，切斷起動(dòng)控制回路的電源，與此同時(shí)，硅整流充電發(fā)電機(jī)L的正極通過電流表A，一路通過電鑰匙JK和硅整流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器P，經(jīng)硅整流發(fā)電機(jī)L的磁場回到硅整流發(fā)電機(jī)L的負(fù)極；另一路經(jīng)蓄電池B1的正極，再通過蓄電池B2和起動(dòng)電機(jī)的負(fù)極，回到硅整流充電發(fā)電機(jī)L的負(fù)極，構(gòu)成充電回路。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min以上時(shí)，硅整流充電發(fā)電機(jī)L與調(diào)節(jié)器P配合工作開始向蓄電池B1和B2充電，并由電流表A顯示出充電電流的大小。柴油機(jī)停車后，由于硅整流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器內(nèi)無截流裝置，應(yīng)將電鑰匙撥到中間位置，這樣能切斷蓄電池與硅整流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的回路，防止蓄電池的電流倒流至硅整流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。
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圖1 柴油機(jī)起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 |
圖2 柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)過程 |
二、起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)故障案例
1、故障現(xiàn)象：
康明斯柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)。
2、故障分析：
柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，聽到磁力開關(guān)有吸合的動(dòng)作響聲和起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)的聲音，但柴油發(fā)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。這可能是起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈沒有嚙合或者是由于起動(dòng)機(jī)單向接合器打滑，不能把轉(zhuǎn)矩傳給柴油發(fā)電機(jī)飛輪，致使柴油發(fā)電機(jī)無法起動(dòng)。
3、故障原因：
（1）起動(dòng)機(jī)甩輪與柴油發(fā)電機(jī)飛輪的牙齒損壞或發(fā)生頂齒；
（2）起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)閉合過早；
（3）電磁開關(guān)吸力不足；
（4）起動(dòng)機(jī)內(nèi)撥權(quán)損壞；
（5）單向結(jié)合器打滑。
4、故障排除方法：
（1）用螺絲刀調(diào)整電磁開關(guān)左下端的調(diào)節(jié)螺釘，使齒輪與齒圈距離接近且容易嚙合，反復(fù)調(diào)整幾次后，按壓起動(dòng)按鈕，故障不能排除；
（3）拆下起動(dòng)機(jī)，對(duì)起動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)起動(dòng)機(jī)內(nèi)撥杈的一側(cè)損壞，經(jīng)焊接、裝配后，重新起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，起動(dòng)機(jī)工作正常，故障即被排除。
（4）斷開接地開關(guān)，再合上，再起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。如果起動(dòng)機(jī)還是不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則用萬用表電阻擋，測試接地開關(guān)。根據(jù)起動(dòng)系統(tǒng)電路圖逐步測試（如圖4所示），發(fā)現(xiàn)接地開關(guān)接觸不良。修理后，柴油發(fā)電機(jī)可以正常起動(dòng)，故障即被排除。
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圖3 柴油機(jī)曲軸飛輪組嚙齒位置 |
圖4 柴油機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的線路連接圖 |
三、起動(dòng)困難故障案例
1、故障現(xiàn)象：
柴油發(fā)電機(jī)難以起動(dòng)，且起動(dòng)后排氣管排出大量的黑煙。
2、故障分析：
柴油發(fā)電機(jī)難以起動(dòng)，且起動(dòng)后排氣管排出大量黑煙，是柴油噴入燃燒室后柴油不能完全燃燒所致。
3、故障原因：
（1）噴油器噴入燃燒室內(nèi)的柴油燃燒時(shí)，產(chǎn)生的壓力太小或氣門密封不良；
（2）噴油嘴偶件工作不良；
（3）空氣濾清器或進(jìn)氣管部分堵塞；
（4）高壓油泵噴油正時(shí)過早；
（5）高壓油泵各分泵供油量過大；
（6）空氣溫度太低。
4、故障排除方法：
這類故障的排除應(yīng)從燃油系統(tǒng)的組件查起：
（1）對(duì)低壓油路進(jìn)行檢查，沒發(fā)現(xiàn)有漏油等現(xiàn)象：
（2）卸掉高壓油泵側(cè)蓋板，然后用一平口螺絲刀撬動(dòng)油泵各分泵柱塞，使6個(gè)缸的高壓油管內(nèi)充滿燃油；
（3）接通接地開關(guān)，打開電鎖，按壓起動(dòng)按鈕，10s內(nèi)沒有起動(dòng)的跡象，重復(fù)4次后，柴油發(fā)電機(jī)被起動(dòng)，但排氣管排出大量的黑煙，運(yùn)轉(zhuǎn)3min后，黑煙繼續(xù)從排氣管排出，用手觸摸第一、第二兩汽缸的排氣管溫度，發(fā)現(xiàn)溫度較高，在觸摸三汽缸時(shí)，發(fā)現(xiàn)排氣管溫度較低，觸摸第四汽缸、第五汽缸、第六汽缸時(shí)，發(fā)現(xiàn)排氣管溫度更低，這說明在柴油發(fā)電機(jī)以800r/mm運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，第四、五、六汽缸不工作，第三汽缸工作異常；
（4）停機(jī)后，取出三、四、五、六汽缸的噴油器，然后接在三、四、五、六缸的高壓油管上，起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，對(duì)其4個(gè)汽缸的噴油嘴進(jìn)行噴油試驗(yàn)，在檢查中發(fā)現(xiàn)四、五、六汽缸噴油器的噴嘴向外竄油，第三汽缸滴油，這說明柴油發(fā)電機(jī)難以起動(dòng)是由于三、四、五、六汽缸內(nèi)的噴油嘴噴油不霧化所造成；
（5）對(duì)4個(gè)汽缸的噴油嘴偶件進(jìn)行更換、調(diào)整和裝配后，重新起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，機(jī)器工作正常，起動(dòng)困難和排黑煙現(xiàn)象消失，故障即被排除。
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