plizga_1.pdf

MOTROL, 2008, 10, 102–109

METODY DIAGNOZOWANIA ROZRUSZNIKÓW

SAMOCHODOWYCH

Krzysztof Plizga

Uniwersity of Life Sciences, Lublin, Poland

e-mail: krzysztof.plizga@up.lublin.pl

Streszczenie. Obwód rozruchu pojazdów samochodowych powinien spełniać wymagania sprawnego rozruchu

silnika spalinowego. Aby sprostać tym wymogom, szczególny nacisk kładzie się na rozrusznik elektryczny,

dla którego opracowane są odrębne przepisy dotyczące metod konstruowania oraz w późniejszej fazie wery-

ﬁ kacji i diagnozowania gotowego wyrobu.

Słowa kluczowe: wyposażenie elektryczne pojazdów, rozrusznik, uszkodzenia eksploatacyjne.

WYMAGANIA STAWIANE ROZRUSZNIKOM SAMOCHODOWYM

Rozruszniki elektryczne podlegają szczegółowym wymaganiom, które muszą spełniać

podczas wypełniania określonych zadań w obwodzie rozruchowym pojazdów. Wymagania te są

określone przez następujące normy:

• BN-82/3683-01 – Wyposażenie elektryczne pojazdów samochodowych. Rozruszniki.

• PN-78/S-76121 – Wyposażenie elektryczne pojazdów samochodowych. Rozruszniki.

Zazębienia.

• PN-85/S-76001 – Pojazdy silnikowe. Wyposażenie elektryczne. Ogólne wymagania

i badania.

• PN-V-81001 – Prądnice prądu stałego, alternatory, rozruszniki i rozrusznikoprądnice

pojazdów wojskowych. Szeregi mocy znamionowej.

• PN-ISO 8856 – Pojazdy drogowe. Parametry elektryczne rozruszników. Ogólne wyma-

gania i metody badań.

Określone wymagania standaryzacyjne dotyczą przede wszystkim kontroli, a także badań

rozruszników od strony mechanicznej i elektrycznej w określonych warunkach pracy tego wyrobu.

Jako wzorce diagnostyczne podczas badań rozruszników można przyjąć wielkości charaktery-

styczne podawane przez producenta.

Na przykład według PN-ISO 8856 rozruszniki samochodowe powinny sprawnie pracować

w następujących warunkach:

• zmieniającej się temperaturze otoczenia w granicach od -40˚C do +60˚C,

• wilgotności względnej 95 +3 %,

• drganiach i wstrząsach.

METODY DIAGNOZOWANIA ROZRUSZNIKÓW SAMOCHODOWYCH

103

Obowiązujące normy określają ponadto dodatkowe szczegółowe wymagania konstrukcyjno-

eksploatacyjne rozruszników pojazdów, którym powinny sprostać rozruszniki. Są to:

• rozrusznik powinien zapewnić prawidłowe zazębienie koła zębatego z wieńcem koła

zamachowego silnika,

• moc na wale, moment obrotowy, prędkość obrotowa i pobór prądu przy określonym napięciu

w temperaturze otoczenia 20±5˚C powinny być zgodne z wartościami podanymi z dokumentacji

technicznej dla danego typu rozrusznika,

• rozrusznik powinien wytrzymać bez uszkodzeń 15-sekundową pracę przy zwiększonej

prędkości obrotowej określonej dla danego typu rozrusznika,

• rozrusznik w pięciokrotnym cyklu pracy (5 sekund pracy, 30 sekund przerwy) z obciąże-

niem znamionowym nie powinien ulec uszkodzeniu na skutek nagrzania się uzwojeń,

• oporność elektryczna izolacji po zawilgoceniu w temperaturze 60˚C powinna być nie

mniejsza niż 20 kΩ, przy czym pomiaru należy dokonać w ciągu pięciu minut po wyjęciu z hi-

grostatu,

• spadek napięcia na stykach wyłącznika rozrusznika nie powinien przekroczyć 0,3V przy

poborze prądu o wartości równej połowie prądu zwarcia,

• rezystancja uzwojeń rozrusznika w normalnych warunkach powinna być zgodna z okre-

śloną w dokumentacji technicznej danego typu rozrusznika,

• części wirujące rozrusznika nie powinny ulec uszkodzeniu podczas trwającego 15s zwięk-

szenia prędkości obrotowej o co najmniej 20% ponad największą prędkość obrotową przewidzianą

dla danego typu rozrusznika,

• czas zatrzymania się wirnika rozrusznika nie powinien przekroczyć 5 sekund,

• mechanizm sprzęgający rozrusznik z kołem zamachowym silnika powinien przesuwać się po

wielowypuście na wałku wirnika swobodnie, lecz bez wyczuwalnych zacięć zarówno podczas ruchu

obrotowego, jak i przesuwu osiowego, a jednocześnie nie powinien posiadać nadmiernego luzu,

• mechanizm sprzęgający z wieńcem koła zamachowego powinien chronić wirnik przed

uszkodzeniem w czasie, gdy rozrusznik jest napędzany przez silnik,

• wyłącznik elektromagnetyczny rozrusznika powinien zapewnić wysunięcie koła zębatego

do położenia zapewniającego zazębienie z wieńcem zębatym rozrusznika przy zasilaniu prądem

o napięciu 4,2V dla napięcia znamionowego 6V, 9,0V dla napięcia znamionowego 12V, 20V dla

napięcia znamionowego 24V,

• koło zębate powinno pozostawać w położeniu roboczym podczas zasilania wyłącznika

napięciem obniżonym do 55% wartości napięcia znamionowego; koło zębate powinno powrócić

w położenie wyjściowe po przerwaniu zasilania uzwojenia wyłącznika,

• moment obrotowy działający na koło zębate rozrusznika, dla którego powinno następować

zwolnienie mechanizmu sprzęgła jednokierunkowego, powinien być nie większy od określonego

w dokumentacji konstrukcyjnej dla danego typu rozrusznika,

• zębnik powinien swobodnie obracać się w kierunku przeciwnym do kierunku obrotów

wirnika, określonym strzałką na obudowie rozrusznika; w przeciwnym kierunku zębnik powinien

obracać się łącznie z wirnikiem,

• wartość siły docisku szczotek do komutatora powinna być zgodna z określoną w doku-

mentacji dla danego typu rozrusznika,

• trwałość rozrusznika powinna wynosić nie mniej niż 10 000 włączeń rozruchowych

w badaniach laboratoryjnych lub 100 000 km przebiegu pojazdu samochodowego w warunkach

eksploatacyjnych, odpowiadających jego przeznaczeniu i uzgodnionych pomiędzy producentem

a odbiorcą,

• rozrusznik powinien być przystosowany do pracy w jednoprzewodowym układzie za-

silania.

104

Krzysztof Plizga

ANALIZA USZKODZEŃ ROZRUSZNIKÓW ELEKTRYCZNYCH

W EKSPLOATACJI POJAZDÓW

Rozruszniki w pojazdach samochodowych, a zwłaszcza w pojazdach rolniczych, pracują

przy bardzo niekorzystnych i zmiennych warunkach eksploatacyjnych. Są to np. różne tem-

peratury pracy, dynamicznie zmienne obciążenie mechaniczne, a także warunki klimatyczne.

W efekcie tego powstają różnego rodzaju uszkodzenia, które możemy podzielić w zależności od

ich charakteru na:

• uszkodzenia mechaniczne – uniemożliwiające poprawną pracę urządzenia, jak np. duże

zmiany wymiarowe w kształcie i gładkości komutatora, nadmierne zużycie szczotek; zużycie

łożysk ślizgowych i czopów wałka twornika,

• uszkodzenia elektryczne – ograniczające lub całkowicie uniemożliwiające pracę rozrusz-

nika; są one wynikiem przeciążenia rozrusznika oraz związanego z tym przegrzania uzwojeń

i uszkodzenia izolacji [Dziubiński M., Krasowski E., Plizga K. 2005].

W maszynach elektrycznych pojazdów znajdują się elementy typowo mechaniczne, w któ-

rych występuje proces zużywania w wyniku tarcia oraz elementy pozostające w czasie pracy

pod napięciem elektrycznym. Elementy mechaniczne zużywają się analogicznie do innych części

maszyn. W przypadku rozruszników dotyczy to jedynie łożysk ślizgowych.

Podstawowe elementy maszyn elektrycznych, współdecydujące o ich działaniu (szczotki

i komutatory), zużywają się w wyniku tarcia, erozji oraz korozji. Sam proces tarcia szczotki

o metal komutatora nie jest zbyt intensywny i przy dobrych własnościach ślizgowych materiału

szczotki daje nieduże efekty zużyciowe. Ubytek wagowy i liniowy szczotek oraz komutatora

intensyﬁ kuje się znacznie w wyniku istnienia erozji elektrycznej. Przepływ prądu ze szczotek

do komutatora (jak to ma miejsce w przypadku rozrusznika) powoduje iskrzenie, tj. wyładowania

elektryczne, które przenoszą cząstki materiału z jednej powierzchni na drugą, a ściślej wyrywają

cząstki z warstwy wierzchniej zarówno szczotek, jak i komutatora. Iskrzeniu towarzyszy dość

wysoka lokalna temperatura, która powoduje intensywne utlenianie metalu komutatora, a więc

proces korozyjny. W efekcie często spotyka się obok dużego zużycia mechanicznego nadpalenie

komutatora, szczególnie w przypadku zbyt dużej gęstości prądu. Zwiększająca się w wyniku erozji

i korozji chropowatość komutatora i szczotek intensyﬁ kuje wtórnie proces zużywania [Cisło Z.,

Osterloff L. 1978].

Inne współpracujące elementy urządzeń elektrycznych (w tym i rozruszników) zużywają się

w podobny sposób. Mniejszy jest jedynie w ich przypadku udział procesu zużycia w wyniku tarcia

dzięki istnieniu zaledwie nieznacznych przemieszczeń [Judge A. 1982].

Podczas eksploatacji rozrusznika następuje stopniowe zużywanie się jego elementów

i podzespołów, bądź zużycie przyspieszone w wyniku nieprawidłowego użytkowania i obsługi

lub pracy rozrusznika w ciężkich warunkach (np. częsty rozruch silnika w okresie zimowym,

rozruch silnika z niedomaganiami układu zasilania lub układu zapłonowego).

Zarówno elementy mechaniczne, jak i elektryczne rozruszników mogą ulegać zużyciu w wyniku

eksploatacji oraz różnego rodzaju uszkodzeniom. Zużywanie się części jest procesem trwającym

pewien okres, a jego skutki narastają stopniowo. Uszkodzenie części ma natomiast charakter nagły

i z reguły występuje losowo, np. po przekroczeniu granicy wytrzymałości elementu, dopuszczalnej

temperatury pracy, czy też wartości przepływającego przez dany element prądu. Wynikają z tego

typowe uszkodzenia elektryczne rozruszników, którymi są m.in. przerwy w uzwojeniu, zwarcia do

masy, zwarcia międzyzwojowe, zaś mechaniczne to pęknięcia, wykruszenia, rozerwanie (np. przy

rozbieganiu się rozrusznika) [Kowalski B. 1981].

METODY DIAGNOZOWANIA ROZRUSZNIKÓW SAMOCHODOWYCH

105

ANALIZA METOD DIAGNOSTYCZNYCH BADANIA

UKŁADU ROZRUCHOWEGO

Podstawową zasadą diagnozowania jakiegokolwiek obwodu w pojazdach samochodowych

jest sprawdzenie jego kompletności i ciągłości. W przypadku diagnozowania obwodu rozruchu

poddajemy sprawdzeniu obwód od źródła zasilania (akumulatora) do odbiornika (rozrusznika)

– z uwzględnieniem obwodu sterowania (wyłącznik rozrusznika, cięgno, wyłącznik rozruchu)

– czy połączenia elektryczne (realizowane poprzez złącza i nakrętki) mają ciągłość. Połączenia

te mogą ulec uszkodzeniu na skutek utlenienia lub drgań w pojeździe.

Badania stanu technicznego rozrusznika można przeprowadzić przy zastosowaniu nastę-

pujących metod:

• bezpośrednio w pojeździe, podczas próby rozruchu oraz przy zastosowaniu podstawowych

przyrządów pomiarowych,

• po demontażu rozrusznika z pojazdu i sprawdzeniu go na stanowisku laboratoryjnym.

Pierwsza z metod stosowana jest do oceny charakteru uszkodzenia. Stosuje się ją także

w bieżących naprawach drogowych oraz jako czynność wstępną do ścisłej kontroli w warunkach

warsztatowych. Metoda ta polega na kolejnej eliminacji z obwodu części elementów prawidłowo

działających i nieuszkodzonych, aż do zlokalizowania źródła niesprawności obwodu. Druga z me-

tod jest warsztatowym przeglądem rozrusznika dla sklasyﬁ kowania jego zużycia lub znalezienia

uszkodzonej części.

Badania stanu technicznego układu rozruchowego najczęściej obejmują: oględziny zewnętrzne,

sprawdzenie poprawności działania rozrusznika i ciągłości obwodu rozruchowego, pomiar napię-

cia zasilającego rozrusznik i spadków napięcia. Diagnostykę obwodu rozruchu przeprowadza się

w pojeździe przy rozgrzanym silniku przy uruchomionym rozruszniku. Dokładne sprawdzenie

poprawności działania rozrusznika przeprowadza się na stanowisku laboratoryjnym po wymon-

towaniu go z pojazdu. Podstawowe niesprawności układu oraz charakteryzujące je diagnostyczne

symptomy i parametry przedstawiono na rys. 1.

Badanie układu rozruchowego rozpoczyna się od sprawdzenia: kompletności układu i prawi-

dłowości połączeń, możliwości uruchomienia silnika oraz natychmiastowego wyłączenia się roz-

rusznika po rozpoczęciu pracy przez silnik. Jeżeli podczas tej próby rozrusznik włącza się i wyłącza

natychmiast bez zgrzytów oraz obraca wałem korbowym silnika z dostateczną prędkością obrotową,

układ rozruchowy można ocenić jako sprawny. Końcową próbą jest sprawdzenie temperatury łączy

przewodu zasilającego rozrusznik oraz temperatury korpusu rozrusznika i szczotek. Elementy te mogą

być ciepłe, jednak zbyt wysoka temperatura (przy dotyku gorące) świadczy o zbyt dużych oporach

przepływu prądu. W przypadku wykrycia takiej niesprawności należy wykonać pomiary spadków

napięć na poszczególnych połączeniach elektrycznych obwodu zasilania rozrusznika.

War tości spadków napięcia na poszczególnych elementach obwodu rozruchowego obrazuje

jakość pracy obwodu. Spadki napięcia mierzone są na:

• połączeniach elektrycznych przewodów z masą pojazdu,

• przewodach łączących poszczególne elementy obwodu,

• zaciskach styków prądowych rozrusznika,

• zaciskach biegunowych akumulatora,

• zaciskach wyłącznika akumulatora (jeżeli jest).

Podczas pomiarów wartość napięcia nie może być mniejsza niż 80% wartości napięcia

znamionowego akumulatora. Mniejsze wartości świadczą o niesprawności akumulatora lub o nad-

miernych spadkach napięć w przewodach i połączeniach. Jeżeli zmierzona wartość napięcia jest

w granicach dopuszczalnych, a rozrusznik pracuje niewłaściwie, oznacza to, że jest on niesprawny

[Hebda M., Niziński S., Pelc H. 1980].

Rys. 1. Strukturalny schemat diagnostyczno-niezawodnościowy układu rozruchowćego elektrycznego [Plizga K. 2006]

Fig. 1. Structural scheme of diagnosis-reliability of bootable electric arrangement

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: