Эти удобства неоспоримы и становятся уже необходимостью, если мотор используется на небольшом катере (или лодке), имеющем закрытую кабину: водитель получает возможность запускать мотор и управлять им со своего места у штурвала. Судно, кроме того, обеспечивается электроэнергией, питающей судовые огни, переносную лампу и сигнал.
Ниже дается описание и приведены чертежи стартер-генератора, разработанного и изготовленного автором в 1961 г. Мотор поставлен на лодке типа «Пингвин» (рис. 1), имеющей откидывающуюся тент-кабину.
Кроме стартер-генератора мотор оборудован полным дистанционным управлением, включая управление дросселем карбюратора реверсом, иглой карбюратора и подсосом горючего при запуске мотора.
В качестве стартер-генератора использован динамо-стартер (династар-тер) ДС-1 мотороллера «Т-200», так как предварительные расчеты и сопоставление технических данных двигателя данного мотороллера и мотора «Москва» показали полную возможность использования династартера ДС-1 для мотора «Москва». Стартер-генератор (династартер) ДС-1 представляет собой электрическую машину постоянного тока, работающую то в качестве электродвигателя стартера, то в качестве генератора (когда двигатель запущен), питающего электроэнергией систему зажигания, приборы освещения и сигнал и производящего одновременно зарядку аккумуляторов. В связи с этим в общую схему электрооборудования входят: аккумуляторная батарея, катушки зажигания (бобины), реле-регулятор и центральный переключатель.
Электрическая мощность династартера, работающего в режиме генератора, 90 вт при напряжении 12 в; на это затрачивается 0,34 л. с. от мощности мотора. При запуске двигателя, когда династартер работает как стартер, он потребляет ток около 120 а от стартерной аккумуляторной 12-вольтовой батареи емкостью 10 а-ч, развивая при этом пусковой крутящий момент около 2 кг·м.
Основными узлами династартера являются: 1) электромагнитный возбудитель (статор) со щеточным устройством из четырех щеткодержателей с угольными щетками и 2) якорь с торцевым коллектором.
Электромагнитный возбудитель имеет 12 полюсов: 6 из них образуются последовательной (сериесной) обмоткой, которая включается и действует, когда династартер работает в качестве стартера (электродвигателя) — при запуске мотора; другие 6 полюсов имеют параллельную (шунтовую) обмотку, которая служит для возбуждения тока в якоре, когда династартер работает как генератор.
Якорь (ротор) династартера, являющийся одновременно маховиком двигателя, имеет куполообразную форму. На внутренней его поверхности имеются пазы, в которые заложена обмотка, сделанная секциями в два слоя. Концы секций обмотки впаяны в пластины торцевого коллектора. Своей ступицеи якорь насаживается на конусный конец коленчатого вала поверх статора, который жестко скреплен с корпусом двигателя.
На рис. 2 изображен якорь династартера; видна секционная обмотка и запрессованная в ступицу переходная втулка. На рис. 3 показана плита со статором и катушками зажигания перед установкой на мотор (см. чертеж).
Для установки статора и ротора на мотор «Москва» их конструкцию следует незначительно изменить. Переделка статора заключается в изменении полярности щеток и удлинении жгута выходящих из него проводов, а переделка ротора — в расточке его ступицы и запрессовке в нее переходной втулки.
Изменение полярности щеток статора связано с необходимостью изменения направления вращения якоря, так как в двигателе мотороллера «Т-200» коленчатый вал имеет левое вращение (против часовой стрелки), а в моторе «Москва» — правое.
Две щетки (минусовые) на статоре династартера соединены на корпус, так как их щеткодержатели не изолированы от корпуса. Два других щеткодержателя изолированы от корпуса прессшпановыми прокладками, а щетки (плюсовые) канатиками подсоединены к общей плюсовой клемме. Для изменения полярности щеток необходимо переставить изолирующие прокладки из-под второй пары щеткодержателей под первую пару, соединив таким образом щетки второй пары на корпус, а канатики первой пары — подвести к общей плюсовой клемме. Такая установка щеток показана на рис. 4.
Удлинение жгута проводов, выходящих от статора, связано с компоновкой электропроводки от мотора к реле-регулятору и аккумуляторам и рас-положением последних в катере. Необходимо стремиться к тому, чтобы длина наращиваемых концов была максимально меньшей, а сечение возможно большим: для проводов С и ЯШ1 10—15 мм2, а для Ш и ЯШ2 2,5—3 мм2. Пайка должна быть качественной и бескислотной. Места пайки должны быть заизолированы, а весь жгут — заключен в хлорвиниловую трубку.
Для переделки ротора необходимо расточить его ступицу по рис. 5 и изготовить переходную втулку 21. Самым важным требованием при этом является сохранение центричности оси втулки и прочности ее запрессовки. Кроме того, важным условием остается точность сопряжения конусной поверхности втулки с конусной поверхностью коленчатого вала двигателя.
Расточку ступицы ротора должен выполнять опытный рабочий на хорошем токарном или расточном станке. Установка ротора в станке проверяется индикатором по внутренней конусной поверхности ступицы: допустимое отклонение оси расточки при установке по индикатору не должно превышать 0,01 мм. Обработку следует производить в патроне с сырыми кулачками, зажимая ими ротор за выступ диаметром 81 мм. Кулачки патрона при этом протачиваются на этот же диаметр. Вместо патрона с сырыми кулачками может быть использована разрезная оправка, растачиваемая на тот же диаметр 81 мм. Расточку можно делать на оправке по внутреннему диаметру ротора (∅120).
Чтобы точно изготовить переходную втулку 21, надо предварительно сделать калибр-оправку 22. Конус калибра-оправки следует проверять на краску по конусному отверстию в снятом с мотора маховике. По конусу калибра-оправки делают конусное отверстие в переходной втулке. На этом же калибре-оправке обтачивается наружная поверхность втулки.
Перед запрессовкой втулки в ступицу ротора необходимо проверить на краску сопряжение конусной поверхности втулки с конусом коленчатого вала, проверив одновременно изготовление шпоночного паза во втулке. Только убедившись в том, что втулка изготовлена точно, можно ее запрессовывать в ступицу.
После запрессовки втулки необходимо проверить статическую балансировку ротора. Если балансировка нарушилась (чего не должно произойти при соблюдении изложенных технологических указаний), ротор надо отбалансировать сверловкой отверстий по его торцу. Несколько таких отверстий обычно уже имеется на торце после балансировки ротора на заводе.
При всех операциях с ротором необходимо следить за тем, чтобы не повредить обмотку ротора, выступающую за его торец.
Остальные детали, необходимые для сборки и установки на моторе стартер-генератора, изготовляются по прилагаемым чертежам и спецификации. После того как статор и ротор переделаны и изготовлены все детали, производится сборка и установка стартер-генератора на моторе.
Предварительно с мотора «Москва» снимают: весь узел шнурового запуска; маховик; магнето; кулачок прерывателей и румпель (имея в виду перевод мотора на дистанционное управление). Вид мотора, подготовленного к установке на нем стартер-генератора, показан на рис. 6.
Сборка стартер-генератора производится в следующем порядке.
На плите крепятся установочная втулка, катушки зажигания и конденсаторы (рис. 7). После насадки на установочную втулку кольца-основания в сборе (рис. 8) на нее ставят статор, который через имеющиеся в его корпусе отверстия закрепляется на втулке четырьмя винтами 40, Жгут проводов статора предварительно протаскивают в отверстие ∅ 18 мм, имеющееся в плите. После закрепления статора на втулке на конце жгута монтируют шести-или девятиполюсную вилку штекерного разъема. В таком виде (см. рис. 3) плиту насаживают на освободившийся после снятия магнето корпус подшипника коленчатого вала. Местами крепления плиты служат лапки и шпилька (в старых выпусках моторов — отверстие) в крышке блока цилиндров, на которых крепился корпус (тренога) механизма шнурового запуска. Одновременно с установкой плиты ставится задняя дужка с резиновыми роликами, служащая для крепления нижней части капота. Толщину этой дужки необходимо учесть при подгонке по месту прокладки 3, прикрепляемой к плите 1.
Перед окончательной установкой и креплением ротора (якоря) производится предварительная притирка угольных щеток к коллектору. Для этого на коллектор якоря надо аккуратно наклеить (в нескольких точках) «бархатную» наждачную шкурку (лучше всего — так называемую «микронку») и с нею посадить якорь на коленчатый вал. Притирка производится многократным проворачиванием якоря руками по часовой стрелке. Периодически якорь снимают для проверки состояния торцовой поверхности щеток. Предварительную притирку можно считать законченной после того как становится очевидным прилегание всех щеток и всей их поверхностью к коллектору и с поверхности щеток удалены глубокие риски. После этого, перед тем как окончательно установить и закрепить якорь на коленчатом валу, шкурку удаляют с коллектора и коллектор хорошо протирают мягкой чистой тряпкой, смоченной в чистом бензине (протирать коллектор спиртом нельзя во избежание порчи шеллачного покрытия обмотки). Во время предварительной притирки щеток необходимо заботиться о том, чтобы как можно меньше укоротить щетки по высоте (не более 0,3—0,4 мм), так как чрезмерное их укорочение может вредно сказаться на нормальной работе династартера.
Окончательная приработка щеток к коллектору, являющаяся непременным условием хорошей работы династартера, достигается после первого запуска мотора (см. ниже) и его работы в течение 2—3 часов. После этого собирается дека с клеммной платой и прерывателями.
Следующей отладочной работой в процессе сборки стартер-генератора является установка деки с прерывателями по моменту зажигания. Для этого кольцо-основание с укрепленным на нем колпаком 23 и вставленной в обечайку (но не закрепленной винтами) декой, соединенное тягой 16 с рычагом управления газом и сблокированное с дроссельной заслонкой (при помощи профильной пластины 15), ставят в такое положение, чтобы дроссельная заслонка открывала канал карбюратора примерно на Уз полного его открытия. После этого вращением по часовой стрелке проворачивают коленчатый вал до прихода одного из поршней в положение верхней мертвой точки (проверяется при вывернутых свечах через отверстия под свечу).
Пользуясь дуговыми прорезями в деке, движением против часовой стрелки приводят деку в положение до момента разрыва между контактами прерывателя цепи первичной обмотки катушки зажигания, работающей на свечу цилиндра, поршень которого приведен в верхнюю мертвую точку. В этом положении дека закрепляется винтами 52. Это положение прерывателей будет в дальнейшем соответствовать моменту запуска мотора от стартера, так как запуск со стартера лучше всего происходит при установке зажигания на верхней мертвой точке поршней или не доходя до нее на 1—1,5 мм при одновременном открытии дроссельной заслонки примерно на 1/3 от ее полного поворота.
Определять момент разрыва в прерывателях лучше всего, пользуясь аккумулятором и лампочкой, подключенной к контактам прерывателя (параллельно контактам) цепи аккумулятор — катушка зажигания — прерыватель по схеме, приведенной на рис. 11.
Собрав и установив династартер (рис. 12) на моторе, можно приступить к монтажу электропроводки на лодке. Весь монтаж производится по схеме электрооборудования модернизированного лодочного мотора «Москва-М» (рис. 13).
Аккумуляторы, реле-регулятор и гнездо штекерного разъема устанавливают в корме судна, в непосредственной близости от мотора (рис. 14). Щиток с центральным переключателем и выключателями токоприемников (фары, сигнала и др.) крепится у штурвала перед водителем.
При подборе сечений необходимо все проводники, обозначенные на схеме толстыми линиями, выполнять проводом не менее 10 мм2; остальная проводка может быть выполнена проводами меньшего сечения (2,5—3 мм2).
При монтаже электропроводки, а также при последующей эксплуатации стартер-генератора необходимо выполнение следующих требований:
1) все постоянные соединения проводов должны быть хорошо пропаяны бескислотной пайкой;
2) все клеммные соединения должны быть об-лужены чистым оловом, должны поддерживаться в постоянной чистоте и быть хорошо поджатыми клеммными винтами или гайками;
3) периодически необходимо проверять степень заряженности аккумуляторов вольтметром, а также плотность и высоту уровня электролита в аккумуляторах.
На рис. 14 и 15 показано расположение узлов электрооборудования и дистанционного управления.
Порядок запуска мотора следующий:
1) подсоединить бензопровод от бака с горючим к мотору и подкачать грушей бензин в карбюратор;
2) рычаг управления реверсом поставить в нейтральное положение;
3) поставить манеткой иглу карбюратора в положение запуска (игла отвернута примерно на 1 1/4 оборота);
4) рычагом управления газом поставить зажигание и дроссельную заслонку в положение запуска (разрыв контактов прерывателей — в верхней мертвой точке поршней или не доходя до нее на 1—1,5 мм; заслонка открыта на 1/3).
5) поставить выключатель механизма подсоса горючего в положение «включено»;
6) вставить ключ центрального переключателя в гнездо, дожав его до приведения в действие стартера; в этот момент загораются обе контрольные лампочки (красная и зеленая);
7) как только мотор запустился, освободить ключ от нажатия, вследствие чего он станет в свое рабочее положение;
8) одновременно выключить механизм подсоса;
9) поставить иглу карбюратора в положение нормального хода (игла отвернута примерно на */г оборота), а рукояткой управления газом довести до необходимой скорость вращения на холостом ходу; при достижении 1200—1400 об/мин красная контрольная лампа гаснет: сеть переходит на питание от генератора;
10) поворотом рычага реверса привести судно в движение.
В большинстве случаев при горячем моторе и в теплое время мотор запускается без подсоса, с иглой, установленной на нормальный ход мотора («недоворот» до конца около половины оборота).
Ключ в центральном переключателе может быть повернут и находится в трех положениях: «О», «I» и «II» (см. рис. 13). В положении «О» замыкается лишь цепь катушек зажигания; в положении «I», кроме катушек зажигания, может включаться сигнал (плавание днем); в положении «II» могут включаться, кроме сигнала, фара и бортовые огни (плавание ночью). Гнездо вилки переносной лампы находится под током всегда, независимо от положения ключа центрального переключателя.
В первый раз после установки стартер-генератора, прежде чем запускать мотор от ключа стартером, необходимо запустить его шнуром, чтобы, не разряжая аккумуляторов, проверить и, если потребуется, отладить полностью работу карбюратора. Убедившись в том, что мотор работает нормально, хорошо запускается и правильно реагирует на изменение положения рукоятки управления газом, можно производить запуск стартерным ключом. Первое время, пока щетки не приработались окончательно к коллектору, запуск холодного мотора от ключа стартера может быть несколько затруднен; однако после непродолжительной работы двигателя мотор должен хорошо запускаться как в горячем, так и в холодном состоянии.
В горячем состоянии мотор заводится за 1—1,5 сек., в холодном на запуск уходит 3—5 сек.
Бывают случаи, когда мотор, не работавший длительное время (несколько суток) и находившийся в холоде, вообще запускается с трудом. Это происходит от конденсации и загустения масла в жиклере, в связи с чем необходима его продувка многократным проворачиванием маховика. В этих случаях, чтобы излишне не разряжать аккумуляторы, лучше производить запуск шнуром через шкив запуска.
Свежезаряженные аккумуляторы ЗМТР-10 могут обеспечить до 15 нормальных запусков мотора без подзарядки. Однако ввиду того, что во время работы мотора осуществляется непрерывная их подзарядка, они практически всегда заряжены. Для возвращения аккумулятору энергии, затраченной на один запуск мотора, необходима непрерывная работа мотора после запуска в течение 10—15 минут. Независимо от того как эксплуатируется мотор, рекомендуется периодически (примерно 1 раз в месяц) производить подзарядку аккумуляторов дома или на зарядной станции, а также один раэ в три месяца делать «тренировочные» разряд-заряды, согласно инструкции по уходу.
В качестве руководства по уходу за стартер-генератором и аккумуляторами можно рекомендовать описание и инструкцию для мотороллера «Т-200», а также книгу «Мотороллеры» А. И. Волкова и К. И. Шувалова (Машгиз, 1959).
Приведем список покупных узлов и деталей:
- Стартер-генератор (династартер ДС-1) в сборе (ротор со статором)—1 шт.;
- Реле-регулятор РР-45 — 1 шт.;
- Катушки зажигания Б-51 —2 шт.;
- Аккумуляторная батарея 12 в ЗМТР-10 — 2 банки по 6 в;
- Центральный переключатель с контрольными лампочками и ключом—1 шт.;
- Плавкий предохранитель — 1 шт.;
- Торцевой ключ 17X22—1 шт.;
- Съемник ротора (якоря) династартера—1 шт.
В заключение помещаем чертежи и рисунки узлов и деталей дистанционного управления мотором (рис. 16, 17): газом, реверсом, иглой карбюратора и электромагнитного механизма подсоса горючего. Все эти узлы изготовлены автором и проверены в работе, надежны и удобны в эксплуатации. Для управления газом, реверсом и иглой карбюратора принята наиболее надежная и гибкая двухтросовая система. Необходимо отметить, что рычаг зубчатого сектора управления газом, к которому подсоединяются тяги (тросики) управления, должен быть удлинен на 40 мм (см. рис. 15). Концы тяг (тросиков) управления иглой карбюратора, подсоединенные к ролику, закрепленному на конце иглы, и к барабанчику манетки, выполнены из капронового шнура. Для соединения со стальными тросиками, заключенными в боуденовскую оболочку, к концам шнура подвязаны проволочные колечки диаметром 5—6 мм, накидывающиеся на проволочные крючки, припаянные к концам стальных тросиков (см. рис. 15). Это соединение позволяет в случае необходимости без труда снимать и надевать обратно на мотор нижнюю часть капота.
Чертежи штурвального управления не приводятся, так как его устройство на лодке ясно из помещенных рисунков (см. рис. 15), а кроме того, оно может быть выполнено в различных вариантах, описанных в литературе.
Опыт эксплуатации модернизированного мотора «Москва-М» со стартер-генератором
К моменту написания настоящей статьи разработанный и изготовленный автором стартер-генератор, установленный на моторе «Москва», прошел испытания в течение двух навигаций. В общей сложности он проработал не менее 180 часов, что дает возможность подвести итоги, оценить конструкцию и преимущества такой установки.
В течение всего этого времени не пришлось изменять конструкцию ни одной детали, за исключением ужесточения посадочного размера установочной втулки с ∅ 38,1 А до ∅ 38А. Это оказалось необходимым для лучшей центровки статора при установке на мотор. Пришлось, в связи с этим, рекомендовать в приводимых чертежах изготовление съемника для снятия плиты со статором с мотора, хотя фактически такой съемник мною изготовлен не был и я им не пользовался.
В течение лета 1962 г. мне приходилось раза три снимать стартер-генератор с целью проверки состояния его деталей, но я ни разу не обнаруживал каких-либо дефектов. После первых двух часов работы мотора на коллекторе оказалось некоторое количество угольной пыли, что надо считать вполне закономерным при начальной приработке угольных щеток к коллектору. Эта пыль была удалена, коллектор протерт бензином. До конца лета стартер-генератор проработал безотказно. В тех случаях, когда мне предстояло ехать на короткое расстояние, боясь того, что аккумулятор не успеет полностью подзарядиться от генератора, я пользовался для запуска мотора шнуром.
Были случаи обрыва проводника прерывателя (верхнего цилиндра) в месте припайки его к прерывателю. Однако после того как мною был подобран проводник соответствующей гибкости и прочности, этот дефект был устранен.
Аккумуляторы я ежемесячно брал домой для профилактического осмотра и подзарядки согласно инструкции; подзарядка током 0,8 а обычно длилась часа два.
При тщательном осмотре стартер-генератора перед консервацией мотора осенью 1962 г. никаких дефектов в нем обнаружено не было.
Летом 1963 г. стартер-генератор отлично проработал до конца сезона и не разбирался ни разу. При этом я даже при поездках на короткие расстояния шнуровым запуском уже не пользовался, приводя мотор в движение исключительно от стартера.
В последних числах сентября вышел из строя подшипник № 100 704 (дет. 37), что было обнаружено по неестественному звуку при работе мотора. В таком состоянии мотор проработал около часа, чем и закончилась навигация 1963 г. При осмотре остальных деталей и узлов после разборки мотора все оказалось в хорошем состоянии. Подшипник, в котором разрушился сепаратор, был заменен новым, и в таком состоянии мотор после сборки был законсервирован до лета 1964 г.
Приобретенный мною двухлетний опыт эксплуатации стартер-генератора позволяет сделать следующие выводы.
1. Самым важным условием при изготовлении стартер-генератора является центричность ротора относительно статора. Для этого изготовление и установка переходной втулки ротора и установочной втулки статора должны быть выполнены строго по приводимым чертежам и технологии.
2. Даже при точно изготовленных деталях ротора и статора во время сборки может получиться перекос статора от затяжки болтов крепления плиты, если прокладки между плитой и кронштейнами, на которые садится плита, были пригнаны неточно. Этого можно ожидать из-за неровности площадок (лапок) кронштейнов, а также отсутствия фиксации штифтами положения кронштейнов на блоке цилиндров. Чтобы избежать неправильной посадки статора и его перекоса, следует (даже при тщательной пригонке прокладок) посадить плиту на мотор и затянуть болты ее крепления, затем ослабить винты, которыми крепятся кронштейны к блоку цилиндров, после чего снова затянуть их. Тогда кронштейны займут свое положение по плите, а в плите не будет напряжений, могущих создать перекос статора, положение которого теперь будет определяться только сопряжением его через установочную втулку с корпусом подшипника коленчатого вала.
3. Опыт подтвердил, что безусловно необходимо обеспечить хорошее прилегание угольных щеток к коллектору. Это достигается тщательной предварительной притиркой щеток шкуркой по коллектору ( в направлении вращения коленчатого вала) и последующей приработкой щеток в течение первых часов работы мотора.
4. Прежде чем производить монтаж электропроводки и электрооборудования, необходимо хорошо изучить схему, так как только при этом условии будут легко устранимы всякие неполадки и случайности, возникающие при монтаже.
5. Правильно собранный стартер-генератор при нормальной заряженности аккумуляторов работает безотказно и заводит мотор как в горячем, так и в холодном состоянии. Если мотор перестал заводиться от нажатия стартерного ключа, то причиной этого могут быть:
- разряженность аккумуляторов;
- загрязнение или окисление контактных соединений;
- ослабление болтов крепления плиты к кронштейнам или винтов крепления кронштейнов к блоку цилиндров, вызвавшее перекос статора и «магнитное залипание» между полюсами статора и ротором;
- загрязнение коллектора угольной пылью.
В такой последовательности и следует искать причину нарушения работы стартер-генератора.
Какие же выводы можно сделать, оценивая итоги эксплуатации мотора, оборудованного стартер-генератором?
Прежде всего, обеспечивается легкость и надежность его запуска. Доказательством этого вывода может служить то, что мотора нередко заводил мой маленький внук, которому не было и трех лет.
Установка стартер-генератора целесообразна только в сочетании с полным дистанционным управлением мотором. Такое сочетание позволяет, не вставая с места у штурвала, производить все операции, связанные как с запуском мотора, так и с управлением лодкой и мотором во время хода и особенно у причалов. В лодке у меня имеется одно весло, но им я теперь пользуюсь лишь на мелких .местах, когда мотор приходится останавливать и поднимать.
Случается иногда ездить в непогоду, закрывшись откидным тентом-кабиной; дистанционные запуск и управление мотором в этом случае создают особые преимущества и удобства.
Наличие на борту электроэнергии позволило даже сконструировать и поставить в лодке маленький центробежный насос для откачки воды. В качестве двигателя использован 12-вольтовый электромоторчик от автобусного стеклоочистителя. Производительность этого насоса—ведро воды за 2,5 мин. при расходе электроэнергии около 10 вт; приводится он в действие выключателем, смонтированным на общей панели у штурвала, и надежно работает на всех режимах работы мотора.
Все эти удобства сделали плавание действительно приятным и настолько облегчили управление мотором, что теперь для меня стало немыслимым возвращение к прежнему запуску мотора шнуром и управлению им от румпеля, сидя на корме лодки.
Приходится сожалеть, что наша промышленность не выпускает подвесных моторов с электро-стартерным запуском при полном дистанционном управлении, хотя за рубежом такие моторы есть.
«Москва» — хороший мотор, однако многих он не удовлетворяет не только способом запуска, но и мощностью. Назрела необходимость иметь мотор мощностью 18—25 л. с., способный выводить на режим глиссирования 4—5-местную лодку, и надо пожелать, чтобы такой мотор выпускался в двух вариантах; более дешевый — с маховичным магнето и шнуровым запуском, и — соответственно подороже — со стартер-генератором при полном дистанционном управлении, включающем:
- поворот мотора от штурвала;
- дистанционное управление газом и реверсом;
- дистанционное управление иглой карбюратора и механизмом подсоса горючего.