Системы световой сигнализации применяют для того, чтобы обеспечить безопасное движение по дорогам, на рабочей площадке и в забое. Звуковую сигнализацию используют для предупреждения о начале работы или движения экскаватора, а также для взаимодействия с транспортными средствами.

Как указывалось выше, некоторые дизели (Д-2Д, У2Д6), устанавливаемые на экскаваторах, снабжены электрической системой пуска от стартеров, для питания которых используют аккумуляторные батареи.

Система пуска является силовой и требует значительно большей мощности, чем системы освещения и сигнализации.

Система одно и многомоторного привода экскаваторов предполагает наибольшие затраты электрической энергии, получаемой от внешней сети.

На одномоторных экскаваторах чаще всего устанавливают асинхронные короткозамкнутые двигатели трехфазного тока с числом оборотов до 1500 В минуту, мощностью до 140 кет при напряжении 220 или 380 В. Такие электродвигатели отличаютезГ невысокой стоимостью и просты в обслуживании.

Характеристика этих электродвигателей не соответствует условиям работы экскаваторов. Скорость вращения вала асинхронного электродвигателя мало изменяется с увеличением нагрузки. В случае же резкой остановки рабочего органа возникают большие перегрузки, которые могут вызвать поломки. Применение предохранительных муфт или турботрансформаторов в главной трансмиссии экскаваторов значительно повышает надежность работы двигателей и эксплуатационные показатели машин.

В последние годы в нашей стране ведутся работы по созданию дизелй-электрических экскаваторов с индивидуальными двигателями переменного тока.для основных механизмов.

Назначение электрических машин — преобразование механической энергии в электрическую (генераторы) или электрической энергии в механическую (двигатели).

Асинхронные двигатели переменного тока — простейшие из всех электрических машин.

В асинхронном двигателе использован принцип воздействия магнитного поля на короткозамкнутый виток. Вращающееся магнитное поле возбуждает ток в этом витке и заставляет вращаться его вслед за собой с асинхронной скоростью, то есть со скоростью не равной, а меньшей, чем скорость вращения самого поля.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора (рис. 144). Статор представляет собой кольцеобразный неподвижный корпус, а ротор — вращающийся цилиндрический сердечник.

В параллельных пазах статора и ротора размещены две обмотки. При работе двигателя в обмотку статора подается трехфазный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Это поле возбуждает токи в замкнутой обмотке ротора. В результате взаимодействия токов ротора с магнитным полем возникает вращающий момент, который заставляет ротор вращаться вслед за полем и выполнять механическую работу.

Отставание ротора от вращающегося магнитного поля характеризуется скольжением, которое представляет собой выраженное в процентах отношение разности скоростей поля и ротора к скорости поля.

При увеличении механической нагрузки тормозящий момент на валу ротора становится больше вращающего и скольжение возрастает. Увеличение скольжения вызывает возрастание токов в роторе, благодаря чему увеличивается вращающий момент и восстанавливается динамическое равновесие вращающего и тормозящего моментов. У небольших асинхронных двигателей скольжение при полной нагрузке составляет около 4%, а у мощных двигателей — около 1,5—2%.

Асинхронные двигатели изготовляют двух типов: с короткозамкнутый ротором (рис. 145, а) и контактными кольцами (рис. 145, б). Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой цилиндрическую клетку — «беличье колесо» (рис. 145, в) из медных шин или алюминиевых стержней, соединенных на концах двумя кольцами. Стержни такой обмотки вставляют без изоляции в параллельные пазы ротора, которые иногда заливают расплавленным алюминием с одновременной отливкой заушающих колец.

Рис. 144. Магнитная система асинхронной машины:
1 — ротор, 2 — статор

Рис. 145. Асинхронные двигатели:
а — с короткозамкнутым ротором, б — с контактными кольцами, в — «беличье колесо»: 1 — контактные кольца, 2— ротор, 3 — статор

Ротор с контактными – кольцами, называемый шже фазным ротором, имеет трехфазную обмотку из изолированного провода, соединенную в звезду. Фазные концы такой обмотки соединяют вместе, образуя нулевую точку, а начала обмоток соединяют с тремя медными изолированными контактными кольцами на валу ротора.

С кольцами соприкасаются щетки, через которые обмотка ротора последовательно соединена с трехфазным пусковым реостатом.

Пусковой реостат позволяет изменять активное сопротивление-цепи ротора, что особенно важно в момент пуска двигателя. В некоторых двигателях с контактными кольцами установлено приспособление, позво-. ляющее после пуска двигателя замыкать накоротко начало обмоток ротора и одновременно поднимать щетки для уменьшения потерь от трения щеток о кольца.

Вращающееся магнитное поле трехфазного тока имеет два полюса, то есть является двухполюсным. За один период переменного тока двухполюсное магнитное поле совершает один оборот, и, следовательно, при стандартной частоте, равной 50 периодам в секунду, это поле сделает 50×60 = 3000 об/мин. Скорость вращения ротора будет немного меньше этой скорости поля.

Рис. 146. Присоединение пускового реостата к двигателю с контактными кольцами

Чтобы получить двигатель с меньшей скоростью вращения, нужно увеличить число полюсов магнитного поля. Каждая фаза обмотки статора состоит не из одной катушки, а из нескольких последовательно соединенных катушек. Если увеличить число катушек в обмотке статора с 3 до 6, то число полюсов будет в два раза больше, то есть 4, а скорость вращения в два раза меньше, то есть 1500 об!мин. Ротор у таких двигателей всегда короткозамкнутый, поэтому обмотка его создает магнитное поле с числом полюсов, равным числу полюсов обмотки статора.

Следовательно, изменяя число катушек в обмотке статора, можно изменять скорость ступенями (1500, 1000, 750 об/мин). Поэтому асинхронные двигатели применяют там, где не требуется изменения скорости вращения и ее плавного регулирования.

Условиям работы на экскаваторах удовлетворяют такие двигатели, у которых скорость вращения могла бы изменяться в широком диапазоне при одновременном возрастании действующих усилий в трансмиссии.

Для нормальной эксплуатации асинхронных двигателей необходимо иметь соответствующую систему пуска. На рис. 147 приведена схема соединения трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя, обмотки статора которого соединены в треугольник. Такой двигатель (мощностью до 10—20 кет) часто пускают в ход простым замыканием рубильника.

В момент пуска возникает значительный пусковой ток, который, хотя и не представляет непосредственной опасности для двигателя, тем не менее нежелателен, так как снижает напряжение в сети.

Чтобы уменьшить пусковой ток двигателя с короткозамкнутым ротором, на время пуска понижают напряжение на его зажимах, используя для этого один из двух описанных ниже способов.

1. Переключение обмоток статора с треугольника на звезду производится для двигателей, работающих при соединении обмоток статора в треугольник. В период пуска обмотки сначала соединяют в звезду, а затем, когда двигатель разовьет некоторую скорость, переключают их в треугольник. Такое переключение снижает напряжение в 1,73 раза, чем достигается уменьшение пускового тока. На рис. 148 приведена схема соединения обмоток для такого пуска. Замыкание контактов соответствует соединению в звезду, а замыкание контактов — соединению в треугольник.

2. Если двигатель предназначен для работы при соединении обмоток в звезду, то снижать напряжение на зажимах двигателя в момент пуска можно путем включения реостата последовательно с обмотками статора. Недостаток этого способа — значительные потери напряжения в реостате.

На рис. 149 приведена схема соединения асинхронного дви Чтеля с фазным ротором. Двигатель пускают в ход следующим образом: сначала замыкают трехполюсный рубильник в цепи статора при разомкнутой цепи ротора, после этого в цепь ротора вводят реостат и ротор приходит во вращение. По мере увеличения скорости вращения ротора постепенно уменьшают сопротивление реостата, выводя его полностью к концу пуска.

Для изменения направления вращения асинхронного двигателя нужно изменить направление вращения магнитного поля, для чего при помощи трехполюсного переключателя меняют местами два провода, присоединенных к двигателю. *

Кроме асинхронных двигателей переменного тока, на экскаваторах с одномоторным приводом применяют генераторы постоянного тока, используемые в качестве источников освещения и питания электродвигателей постоянного тока.

На рис. 150 приведена схема простейшего генератора. Стальной цилиндр с укрепленным на нем витком проволоки располагают между северным и южным полюсами N и S электромагнита. Концы витка присоединены к двум медным изолированным полукольцам, с которыми соприкасаются две неподвижные щетки А и Б, соединяющие генератор с внешней электрической цепью. Полукольца представляют собой простейший коллектор, предназначенный для выпрямления тока.

Электромагнитный генератор имеет полюса с наконечниками особой формы, благодаря чему магнитная индукция на поверхно-якоря под серединами по-чюсов получает наибольшее значение. По мере удаления от середины полюсов магнитная индукция уменьшается до нуля. Плоскость, в которой значение магнитной индукции равно нулю, называется нейтральной.

Рис. 147. Схема соединения асинхронного коротко-замкнутого двигателя

Рис. 148. Схема пуска асинхронного коротко-замкнутого двигателя с переключением обмоток статора:
1 — соединение в звезду, 2 — соединение в треугольник

Рис. 149. Схема включения реостата в цепь фазного ротора трехфазного асинхронного двигателя

Таким образом, если виток будет перемещаться в таком магнитном поле под северным полюсом, то в проводнике возникает ток одного направления; при прохождении проводника через нейтральную плоскость ток будет равен нулю, а при движении проводника под южным полюсом ток получит противоположное направление. Между тем, щетка А все время соединена с проводником, расположенным под северным полюсом, а щетка Б — с проводником, расположенным под южным полюсом, причем щетка переключается с одной коллекторной пластины на другую в момент прохождения витка через нейтральную плоскость. Следовательно, направление тока на щетках будет оставаться неизменным.

Если генератор имеет две коллекторные пластины, то ток будет изменяться от нуля до максимума. При большем числе коллекторных пластин ток претерпевает меньшие колебания, а при значительном увеличении числа пластин напряжение на зажимах практически неизменно. Если внешняя цепь замкнута, а величина сопротивления в ней неизменна, то возникает постоянный ток.

Генератор постоянного тока состоит из станины , крышки, якоря, коллектора и щетки со щеткодержателями (рис. 151). Внутри станины укрепляют стальные сердечники полюсов машины. На сердечники надевают катушки, составляющие обмотку возбуждения машины. Якорь (ротор) генератора, подобно полюсным наконечникам, собран из отдельных круглых и тонких стальных листов, изолированных один от другого тонкой бумагой или лаком.

Выштампованные в отдельных листах впадины образуют пазы, в которые укладывают обмотку якоря, соединенную проводниками с коллектором, установленным на одном валу с якорем.

Коллектор составлен из клиновидных медных пластин, изолированных одна от другой миканитовыми (слюдяными) прокладками. Цилиндрическая поверхность коллектора подвергается точной обработке шлифованием.

В контакте с коллектором находятся угольные, графитовые или медные щетки, укрепленные в щеткодержателях и прижимаемые к коллектору пружинами. Через коллектор и щетки ток от якоря поступает во внешнюю электрическую цепь, где используется по назначению.

Рис. 150. Схема простейшего генератора постоянного тока

Рис. 151. Генератор постоянного тока:
1 — станина. 2 — подшипниковые крышки, 3 — щеткодержатели и щетки, 4 — коллектор, 5 — якорь

Генераторы экскаваторов питают все установленные на машинах потребители тока, кроме приборов электропуска, и заряжают аккумуляторную батарею при работе двигателя на средних и больших оборотах.

По роду вырабатываемого тока генераторы бывают постоянного и переменного тока. Генераторы постоянного тока устанавливают на дизелях Д-108 и Д-20, генераторы переменного тока — на дизелях Д-48.

Генераторы обычно приводят во вращение ременной и реже шестеренной передачей от коленчатого вала двигателя.

Так как потребители электрического оборудования работают с постоянным напряжением, а изменение числа оборотов генератора вызывает колебание напряжения, возникает необходимость в его регулировании.

Напряжение можно регулировать двумя способами: специальным электромагнитным устройством — регулятором напряжения (РН) или самим генератором. Первый способ применяют на генераторах постоянного тока, второй — на генераторах переменного тока.

Генераторы должны обеспечивать требуемую мощность, располагать устройством, предохраняющим от перегрузок, иметь минимальный вес и габариты, хорошо охлаждаться. Для предохранения от перегрузок генераторы защищают устройствами, которые называют ограничителями тока (ОТ).

У большинства экскаваторов в системе электрооборудования смонтирована аккумуляторная батарея. При неработающем гене-паторе или когда он работает, но его напряжение меньше напряжения батареи, электрическая цепь между генератором и батареей должна быть разомкнута, так как иначе батарея разрядится через генератор. С этой целью предусмотрено реле обратного тока (РОТ) —автоматически действующее устройство для размыкания цепи в нужный момент.

Генераторы переменного тока, рассчитанные в основном на осветительную нагрузку, отличаются простым устройством и надежной работой. Они не имеют коллектора и щеток, не требуют регулятора напряжения, ограничителя тока и реле обратного тока.

Недостаток генераторов — относительно узкий диапазон числа оборотов, при котором создается нормальное напряжение на зажимах.

На рис. 152, а показан генератор переменного тока Г-46, устанавливаемый на дизеле Д-48. Генератор состоит из статора с катушками и панелями выводов, ротора-магнита, крышек с шарикоподшипниками, шкива и деталей крепления. Статор набран из пластин, образующих внутри него двенадцать сердечников (рис. 152, б), на которых закреплено двенадцать катушек.

Каждая катушка состоит из 130 витков изолированного провода. На задней крышке размещены две панели выводов с клеммами. Ротор-магнит представляет собой шестиполюсный звездообразный магнит.

Рис. 152. Генератор Г-46:
а — устройство, б — электрическая схема; 1. 18 — масленки, 2, 12 — передняя и задняя крышки, 3, 15 — передний и задний шарикоподшипники, 4 — приводной шкив, 5 — шпонка, б — гайка, 7, 14 — сальники, 8 — винт, 9 — катушка статора, 10 — статор, 11 — ротор-магнит, 13— клеммы, 16 —в ал ротора, 17 —пробка, 19 — провод, 20— панель выводов

Вал установлен на двух подшипниках, размещенных в крышках. Подшипники смазывают через масленки. Сальники предохраняют от вытекания смазки и от ее попадания во “внутреннюю полость генератора.

Генератор приводят в действие клиноременной передачей. Шкив закреплен на валу шпонкой и гайкой.

Крепят генератср на специальном кронштейне двигателя болтом, проходящим через проушины крышек. Натяжений ремня привода генератора регулируют болтом, упирающимся в его корпус.

Электрическая схема генератора такова. На крышке установлено семь выводных клемм-зажимов. Катушки статора соединены попарно и образуют шесть цепей. Начала всех шести цепей присоединены к отдельно расположенной клемме, концы всех цепей к остальным шести клеммам. Такое соединейие обмоток соответствует двухфазной схеме.

При вращении ротора-магнита в сердечниках катушек статора возникает меняющийся по величине и направлению магнитный поток. В результате этого в витках каждой секции обмоток индуктируется переменная по величине и направлению эзд. е., вызывающая протекание переменного тока в замкнутой цепи. Шести-полюсный ротор-магнит, вращающийся с большим числом оборотов, позволяет получать переменный ток высокой частоты, а следовательно, ровный накал и нормальное свечение ламп. При изменении числа оборотов ротора в пределах 2000—4000 в минуту-напряжение на лампе составляет 9—16В. При номинальном числе оборотов (3000 об/мин) это напряжение равно 12 в. Каждая разделенная электрическая цепь (секция, состоящая из двух последовательно соединенных катушек) питает одну лампу. Мощность генератора при номинальном числе оборотов и напряжении 12В составляет 180 вт.

Напряжение и ток генератора поддерживаются постоянными автоматически за счет изменения индуктивного сопротивления генератора. При увеличении числа оборотов генератора одновременно повышается индуктируемая э. д. с. каждой фазовой обмотки и ее полное сопротивление, а величина тока сохраняется постоянной. Такое регулирование возможно при условии, если сопротивление внешней цепи остается постоянным, т. е. к каждой цепи подключены лампы одинаковой мощности.

Большинство двигателей внутреннего сгорания на экскаваторах оборудуют электрическими стартерами для вращения коленчатого вала двигателя при пуске. Электростартер представляет собой электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения с включающим устройством и механизмом привода.

Электрический стартер должен иметь достаточную мощность для вращения коленчатого вала с требуемым числом оборотов; автоматически выключаться после пуска двигателя и не включаться во время его работы; развивать большой крутящий момент при возможно меньшем токе. Механизм привода должен передавать крутящий момент от вала стартера после полного введения в зацепление приводной шестерни с венцом маховика двигателя, а после пуска двигателя выводить ее из зацепления во избежание разноса стартера. Механизмы стартера необходимо выполнять простыми по конструкции и надежными в работе. Щетки коллектора стартера должны отличаться высокой износостойкостью.

Включающее устройство предназначено для включения электрической цепи стартера при пуске двигателя и выключения ее после пуска.

Включающие устройства могут быть с непосредственным (механическим) и дистанционным (электромагнитным) управлением. При непосредственном управлении электрическая цепь стартера замыкается включателем — электроконтактным устройством, действующим при нажатии на педаль стартера. Такое управление применяют, если стартер и аккумуляторная батарея расположены вблизи места водителя.

При дистанционном управлении электрическая цепь стартера замыкается специальным реле, представляющим собой электромагнит с диета нционным управлением. Это позволяет избежать сложной системы привода тсократить длину провода, соединяющего аккумуляторную батарею со стартером.

Механизм привода служит для сцепления и расцепления приводной шестерни стартера с венцом маховика двигателя.

Механизм привода может быть механическим и электромагнитным. В механическом приводе шестерня стартера вводится в зацепление с ьенцом маховика рычажным устройством, которое водитель включает ногой.

Электрическая цепь стартера подключается к аккумуляторной батарее после того, как его шестерня войдет в зацепление с венцом маховика. Так как угловые скорости шестерни стартера и венца маховика равны нулю, то сцепление их происходит безударно. Такой способ может быть применен для стартеров любой мощности. Механизм привода выключается, когда водитель снимает ногу с педали стартера. Чтобы избежать разносных оборотов якоря после того, как двигатель начнет работать, шестерню стартера устанавливают на муфте свободного хода роликового или фрикционного типа.

В электромагнитном приводе сцепление приводной шестерни с венцом маховика осуществляется специальным электромагнитом. Последовательность включения шестерен и замыкание электрической цепи стартера такие же, как и при механическом способе: вначале вводятся в зацепление шестерни, а затем замыкается электрическая цепь стартера. Шестерня автоматически выключается за счет э. д. с. генератора после того, как двигатель начнет работать и приведет генератор в действие. Электромагнитный привод позволяет избежать усложнения привода стартера, а также исключает возможность ошибочного включения стартера при работающем двигателе, так как э. д. с. генератора выключает действие электромагнита приводного механизма.

Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (у которых обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря) развивают максимальный пусковой момент при торможении якоря, т. е. когда якорь неподвижен и в его обмотках э. д. с. не индуктируется. Это качество необходимо в начальный период вращения двигателя при пуске, когда мсМент сопротивления вращения имеет также максимальную величину. Обмотки якоря и обмотки возбуждения стартера характерна минимальным сопротивлением, так как они незначительной длины и большого сечения. При включении стартера или полном торможении якоря величина пускового тока у стартеров различного типа достигает 550—1100 а. По мере возрастания числа оборотов крутящий момент, а вместе с ним и мощность, развиваемая стартером, уменьшается.

Стартеры с механическим приводом устанавливают на большинстве двигателей экскаваторов.

Стартер работает следующим образом. При нажиме на пусковую кнопку (рис. 153) ток от аккумуляторной батареи преходит по свечам накаливания и контрольному элементу, указывающему на степень накала свечей. Свечи накаливания подогревают воздух при пуске холодного двигателя.

Когда свечи достаточно накалятся, нажимают на педаль стартера; шестерня привода входит в зацепление с венцом. маховика, замыкаются дополнительные и главные контакты включателя. Дополнительные контакты замыкаются ранее или одновременно с замыканием главных контактов, закорачивается добавочное сопротивление, чем обеспечивается достаточный накал свечей при работающем стартере.

Стартер состоит из корпуса (рис. 154) с обмотками возбуждения и якоря. Последний включает в себя вал, коллектор, обмотки и сердечник. Стартер соединяют с цепью батареи аккумуляторов включателя. Когда ток проходит через стартер, его якорь начинает вращаться. Вал якоря вращает привод, состоящий из обгонной муфты (муфты свободного хода) и приводной шестерни, и через него маховик и коленчатый вал дизеля. Приводная шестерня соединяется с венцом маховика при воздействии на рычаг. Этот же рычаг одновременно воздействует и на выключатель. Стартер потребляет большой ток (550—1100 а), поэтому его включают не более как на 10—15 сек. Если за это время двигатель не заведется, стартер выключают и повторяют пуск через 1—2 мин.

Рис. 153. Схема стартера с включателем
1 — аккумуляторная батарея, 2 — свеча нака ливания, 3 — контрольный элемент, 4 — доба вочное сопротивление, 5 — пусковая кнопка 6 — главные контакты включателя, 7 — вклю чатель, 8 — дополнительные контакты включа теля, 9 — шестерня привода, 10 — венец мало вика двигателя, 11 — стартер

Рис. 154. Электрический стартер:
1 — обмотки возбуждения, 2 — корпус, 3 — сердечник якоря, 4 — обмотки якоря, 5 — коллектор, 6 — щетки, 7 — клемма, 8 — включатель стартера, 9 — рычаг включения, 10 — вилка включения, It — обгонная муфта, 12 — приводная шестерня, 13 — вал якоря, 14 — венед маховика дизеля

Дизель У2Д6 пускают электростартером мощностью 15 л. с. Число оборотов коленчатого вала дизеля может быть доведено до 150—200 об/мин (для пуска необходимо 130—150 об/мин). Электростартер питается током от аккумуляторной батареи с напряжением 24В. Его устанавливают на специальном кронштейне верхнего картера и центрируют по верхнему отверстию в кожухе маховика.