浅谈一种新型气启动马达的保护控制装置

2保护控制装置原理
发动机的启动并不是单一的过程，其中可能发生发动机的飞轮齿圈和气启动马达的小齿轮啮合、脱离及重复碰撞现象，如图２、图３所示。

为保护发动机和启动马达，在发动机非启动状态下，启动马达的小齿轮需要脱离发动机的飞轮齿圈，并与之保持一定距离（称为FRG尺寸，通常为5.5ｍｍ）。为使发动机的飞轮齿圈和气启动马达的小齿轮即时脱离及避免重复碰撞现象，如图１所示，设计了一种新型保护控制装置，包括机械结构和气压控制气路两方面，结构方面具体为：压缩空气经进气口７推动气缸内的活塞13作轴向运动，由于气缸内壁设有３段不同直径，中间大于两端，故通过气源节流方式让小齿轮在FRG行程内的推进既有力又缓慢，“顶齿”时不会产生撞击，同时气缸内的变直径结构在压缩空气的作用下使小齿轮在超过FRG行程后快速推进，完成啮合；当气缸内压缩空气卸压时，啮合的小齿轮在复位弹簧12作用下迅速退回，因此该结构解决了发动机的飞轮齿圈和马达的小齿轮撞击及重复碰撞问题。
气压控制气路原理如图４所示，当压缩空气进入气控换向阀12控制气路，并通过压力作用切断启动开关13与启动阀10、气启动马达11之间的气路连接，此时启动开关13失去作用，即使按下启动开关13也不能使气启动马达11工作，只有操作人员按下停机开关14后，再次按启动开关13，气启动马达11才工作。首先从图中可以看出，此控制气路分支和连接点比较多，其次在工作过程中需要人为进行操作，这就导致马达使用时容易受限，工作效率严重降低，在应用中起不到实际效果。

该控制气路分支和连接点明显减少，保护响应时间降低，同时整个过程中不需要人为进行操作，*提高了工作效率。整个控制气路分两路：一路依次通过机械阀８、二位三通气动换向阀９连接气启动马达11的齿轮预啮合进气口；另一路通过主启动阀10与气启动马达11的进气口连接，气启动马达11的齿轮预啮合出气口通过管路与主启动阀10的控制口连接，柴油机12的飞轮通过传动机构与液压泵13的动力输入端连接，液压泵13的进液口与油箱连接，液压泵13的出液口通过管路及单向节流阀14与二位三通气动换向阀９的控制口连接。此外，空气压缩泵５的动力输入端通过传动机构与柴油机12的飞轮连接，空气压缩泵５的出气口通过管路与单向阀3的进气口连接，而单向阀３的出气口通过管路与储气罐１的进气口连接，为确保储气罐１安全，在储气罐１上设置安全阀２。由于需要实时监测管路的压力值大小，故在空气压缩泵5与单向阀3之间的管路上连接压力表4和安全阀6。
 
3保护控制装置工作流程
所设计的气启动马达当柴油机12转速达到300r/min以内就立即切断启动马达控制气路，使气启动马达11的小齿轮与发动机12的飞轮齿圈迅速脱离，从而保护马达和柴油机12的飞轮。整个保护装置在工作时，气体由储气罐１经过过滤器７过滤后，一路依次通过机械阀８、二位三通气动换向阀９进入气启动马达11的齿轮预啮合进气口；另一路通过主启动阀10进入气启动马达11的进气口，气启动马达11的齿轮预啮合出气口排出的气体用于控制主启动阀10。当气启动马达11内部气压达到一定时，通过齿轮驱动柴油机12的飞轮转动，飞轮带动液压泵13工作，产生机油压力，并传递给单向节流阀，由这个阀的流速大小作为信号在柴油机12启动后快速控制二位三通气动换向阀９切断控制气路，同时主启动阀10关闭。通过单向节流阀14调节二位三通气动换向阀９的响应时间，使该响应时间与气启动马达11的小齿轮脱离发动机飞轮时间相匹配。此外空气压缩泵５达到一定压力后，将多余的空气经单向阀３重新传到储气罐１，供下次工作时使用。在整个工作过程中，控制气路完全自动控制，无需人工操作，*提高了工作效率，同时响应时间也*缩短，达到了保护马达与柴油机的目的。
 
4仿真及分析
根据改进后气压控制气路保护原理图，基于AMESim进行仿真分析，该模型如图６所示。

根据工况及实际调试，配置主要参数如表１所示，设置仿真结束时间为８s，通信间隔时间为0.05ｓ。从图５中可以看出，通过单向节流阀就可以控制整个系统核心部位。而在实际生产中，就是通过不断调节控制单向节流阀的流速，对气路进行控制。

在上述参数条件下，通过设置柴油机的转速，观察单向节流阀的流速情况，流速如图７所示，启动柴油机后，节流阀的流速均迅速上升，达到峰值后迅速下降。当柴油机的转速由大变小时，单向节流阀的流速峰值随之变小。故当柴油机转速在300r/min以内时，通过控制节流阀的流速大小对整个气路进行控制，并将该信号传递给二位三通气动换向阀，该阀收到信号后立即切断控制气路，同时主启动阀关闭，达到保护柴油机齿圈和马达小齿轮的目的

5安科瑞智能电动机保护器介绍
5.1产品介绍
智能电动机保护器(以下简称保护器)，采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、 络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护，并设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口，DC4-20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成 络系统。实现电动机运行的远程监控。
5.2技术参数
 
5.2.1数字式电动机保护器