Кантователь двигателя

[Maxnsk_82]

Спроектировал кантователь для двигателя весом 3,5 тонны. Заложил червячный двухступенчатый мотор-редуктор МЧ2-100/200М-2500. Мощность электродвигателя 0,3 кВт, по рекомендации производителя мотор-редуктора. Крутящий момент 5065 Н*м. Половину крутящего момента "съедает" подвижная рама, есть опасения что оставшегося не хватит для вращения двигателя, т.к. нет данных о центре масс двигателя и высота установки его на подвижной раме принята на глазок. Двигатель необходимо кантовать на 45 град. в обе стороны. Пустая рама вращается на 360 градусов. Руководство приказало поставить электродвигатель мощностью 3 кВт, какие негативные последствия от этого могут быть?

[niklas]

Какие тут могут быть последствия, ставь.

[Maxnsk_82]

Изначально думал заложить 2,2 кВт, но тех.специалист производителя мотор-редуктора уверил что это очень много и вроде бы сгорит быстро? Не вызовет ли более мощный двигатель поломки зубьев редуктора?

[zaev7]

если нагрузка на раму не изменится, электромотор  будет "недогружен". Поломка редуктора возникнет если изменится крутящий момент на выходном валу , т е установят другой более тяжелый груз (двигатель)

[Влад и Мир]

Момент при неустановившемся движении разгона – это момент, развиваемый электродвигателем, который расходуется на преодоление моментов сопротивления, вызванных инерцией ротора и приведенной к валу двигателя инерцией опрокидывателя с грузом, и зубчатой передачи. Плюс преодоление трения.
Слабый двигатель будет раскручиваться медленно. Сильный - быстро, потому что сильный двигатель быстрее преодолевает инерционные силы системы. За счет того, что создаёт более высокий момент.
Мощность выбранного электродвигателя в 10 раз превышает мощность, на которую рассчитаны зубья редуктора.
То есть между запуском и выходом электродвигателя на рабочие обороты на зубчатые колёса будет приложена нагрузка, значительно превышающая расчётную. А с двигателем ничего не произойдёт.
Поправьте, пожалуйста, если заметите неточность в вышеизложенном.

[zaev7]

Механизм расчитывался изначально на какую то скорость поворота, подобран двигатель с таким же числом оборотов, конечное звено вращаться будет с такой же скоростью, ускорение? не знаю, в момент пуска только зубья сломаются...может быть. На выходе крутящий момент не меняетя, почему должны сломаться?

[Влад и Мир]

Речь идёт именно о пуске - промежутке времени до выхода на расчётную частоту вращения.
Тележку весом 500 кг два человека разгонят до одной и той же скорости быстрее, чем один. Почему? Потому, что быстрее преодолеют силу инерции тележки за счёт приложения большей силы. F = m * a для прямолинейного движения.

[zaev7]

но тележку они не сломают - быстрее поедут только. Ну допустим, на ваз поставить двигатель от танка - условно (колеса не отвалятся), если я машину не буду грузить как танк - она только быстрее разгоняться будет - так? Как только я ее загружу по полной - тут начнутся проблемы с деталями которые расчитаны под вазовский двигатель..

[Влад и Мир]

Лучше рассмотрим тележку. Предположим, человек может бегать со скоростью 10 км/час, не более.
Предположим, тележку весом 500 кг до скорости 10 км/час один человек разгонит за 2 минуты, а 2 человека - за одну минуту. После разгона сила давления рук на рукоятку тележки в обоих случаях равна  и равна она силе сопротивления, то есть силе трения в колёсах. А вот во время разгона сила, действующая на рукоятку будет в два раза выше у двух человек. Если эта сила выше, чем заложенная при расчёте, рукоятка сломается.
С моментом то же самое, но при прочих равных условиях - конечной частоте вращения, например.

[zaev7]

крыть мне нечем...((, с вашими доводами я согласен, только один вопрос - в гидравлике если рассматривать г/ цилиндр,  усилие на штоке будет равно сопротивлению - так? давление будет возрастать пока не сработает клапан или ситема " встанет" . А у электродвигателя крутящий момент не равен сопротивлению..??. Разговаривал с электриком - мне грит, электродвигатель в отличие от гидромотора, развивает сразу всю мощность.

[Kirilius83]

э, наоборот, гидропривод сразу давление выдает, а асинхронник момент - только когда раскрутится. под нагрузкой может и не раскрутится....


Возвращаясь к редуктору - если редуктор рассчитан на 0,3 кВт и соответствующий момент, то подавать мощность (и соответсвенно момент) в 10 раз больше не кажется мне разумной идеей, там запас прочности максимум 2, но никак не 10))))  Да и чисто на практике - возникнуть сложности с присоединением двигателя, слишком разные габариты и диаметры валов - вал двигателя в 30-40 мм присоединять к валу редукора в 10-15 мм?

Расчет инерции и ускорений см тут:
http://волготехлаб.рф/index_htm_files/01%20Vybor%20mownosti%20invertora.pdf
http://www.sew-eurodrive.com/download/pdf/10523057.pdf

ЗЫ скорость поворота должна быть небольшой, иначе очень неудобно будет ловить нужное положение. К прмиеру, на кране с подвесным пультом аккуратно деталь не установить - скачет сильно...



ЗЫЫ может проще в место двигателя ручку приделать? Рычаг мм под 300, один человек 30 кг выдаст запросто (а то и 50-80 кг), итого момент минимум 90 Н*м только на ручке, + червячный редуктор...  Но в любом случае следует проверить редуктор на самоторможение....

[Влад и Мир]

А у электродвигателя крутящий момент не равен сопротивлению..??. Разговаривал с электриком - мне грит, электродвигатель в отличие от гидромотора, развивает сразу всю мощность.

Равен сопротивлению! При пуске он развивает всю мощность, чтобы как можно скорее разогнаться. Сопротивление при этом образуется за счёт сил инерции, как и при разгоне тележки. Здесь, подчеркну, речь идёт не о потребляемой мощности, а о мощности на валу двигателя.
           После разгона мощность также расходуется на преодоление сопротивления. Если сопротивления нет, механическая мощность расходуется только на преодоление трения в подшипниках и сопротивления воздуха и будет равна этому сопротивлению. Электрическая мощность (потребляемая), соответственно, будет ниже номинальной.
           Но при недогруженности двигателя на номинальных оборотах падает его КПД. Это необходимо также учитывать, если речь идёт о расходе денег на электричество.

[zaev7]

О КПД, и экономии электроэнергии - речи нет, кантователь работает периодически - вопрос З квт разрушит редуктор ( поставим проэкспрементируем - как лесорубы сунем ломик в пилораму, сломается ломик или нет?)

[Maxnsk_82]

В общем у меня сложилось такое мнение: самая то проблема, то что неизвестен центр масс двигателя, и остается только надеяться что угадал по высоте, и заложенных 5065 Н*м будет достаточно. И если нет, то лучше дорабатывать раму, стараясь поймать центр масс. А установка более мощного двигателя, может привести к тому, что редуктор  попытается передать больший момент чем способен и поломается. Вроде бы все верно?

Kirilius83. Скорость вращения рамы 0,3 об/мин, вроде приемлемо.

Действительно, если все таки ставить новый мощный двигатель, проблема ещё будет как смонтировать. А насчет ручки идея) Только вот, наверное, даже ручкой можно будет перегрузить редуктор?

[Kirilius83]

Канечно можно, против лома нет приема 

Если перегрузка редуктора будет в 2-3 раза - то врятли сломается сразу, там поидее запаса просчности на срез шпонок и зубьев должно хватить. Но снашиваться будет быстро, долго не проработает. А вот перегрузка в 10 раз - может уже и металл не вдержать. Впринципе, на чаловека не упадет - но слесаря засмеют, это точно))))


Кстати, пишла в голову конструкция проще, из подручных материалов: ручка вращает винт, по винту ходит гайка. От поворотной рамы к гайке идет рычаг. Крутим ручку, винт перемещает гайку (горизонтально?), гайка перемещает рычаг, рама поворачивается. Возможно удастся использовать покупную шпильку М20 в качестве винта)))) Но не факт что долго проработает - можно либо менять винт раз в год, либо трапецию выточить....

[СВ]

крыть мне нечем...((, с вашими доводами я согласен, только один вопрос - в гидравлике если рассматривать г/ цилиндр,  усилие на штоке будет равно сопротивлению - так? давление будет возрастать пока не сработает клапан или ситема " встанет" . А у электродвигателя крутящий момент не равен сопротивлению..??. Разговаривал с электриком - мне грит, электродвигатель в отличие от гидромотора, развивает сразу всю мощность.

Поговорите ещё раз с электриком и узнаете, что эл.двигатели всегда развивают полную мощность. Так говорят  не менее 90% электриков. Безграмотных электриков! Потому как всё, что они знают и умеют, это подключить "концы" к двигателю. Лучше поговорить с инженером-электриком, но и это не гарантия, что получите хотя бы приемлемый ответ. Проблема в том, что переходный процесс пуска везде объясняется поверхностно: все знают, что приблизительно происходит, но мало кто знает, что КОНКРЕТНО происходит, какие ЦИФРЫ при пуске. Однако проблемы это не создаёт, т.к. подавляющая часть расчётов момент пуска просто игнорирует и расчёт ведётся по установившемуся рабочему процессу. В данном случае даже неизвестный момент вращения неизвестного центра тяжести нетрудно найти: взять кантуемый двигатель и валюнтаристски назначить центр тяжести недалеко от его края, далее передаточное число редуктора, кпд (заниженный!) и всё. Ответ получится далеко от  3-х квт. И именно потому, что далеко от 3-х квт, никому в голову не придёт размышлять о том, выдержит ли 3 квт 0,3-х киловатный редуктор. Никто так не делает, как хотят Ваши начальники.
Второй вопрос - а если всё же придётся ставить 3 квт? Т.е. какой момент разовьётся "внутри" редуктора. Он зависит именно от нагрузки. А вот какая она - вопрос ещё более сложный.

Реальный пример: взяли трёхвалковые вальцы (4-х ступенчатый редуктор + открытая зубчатая передача) и стали использовать для наматывания ленты (вал заменили на барабан). Двигатель 5...7 квт заменили на 40 квт, перед редуктором добавили ременную понижающую передачу (около1:2), стали работать. В момент перегруза - когда лента натягивалась, - случалось так, что вся рама изгибалась и шестерня в открытой зубчатой передаче проскакивала на зуб (не раз(!), а звук был похож на выстрел), однако редуктор продолжал работать.
Лично по мне (и "на глаз"): больше чем двукратное превышение мощности двигателя над мощностью редуктора недопустимо. И то только в случае типа этого.
А для начальства безграмотного логика при разговоре простая: если нагрузка, как ОНИ говорят, "потянет" на 3 квт, то эта нагрузка "порвёт" редуктор. То же самое, что коробку от Жигулей поставить на Камаз (начальство, да и все почему-то любят сравнивать с Камазом) и надеяться, что она будет работать, даже недолго. Даже на на Камаз, а на Белаз.
Допустим, поставили 3 квт. Не поленитесь замерить ток ( а через него посчитать мощность) при работе, начиная с пуска. Замерять "пустой" и загруженный кантователь. А если получиться, то и с "нагрузкой" в виде одного только редуктора.

Немного ушёл от разговора по нагрузке. Многие попадаются на ошибочную логику при рассуждении о разгоне электродвигателя, мол, при пуске он развивает полную мощность (а если правильнее - развивает пусковой момент, примерно вдвое больше номинального). Примерно так, но не надо из этого делать ошибочные выводы: эл.двигатель разгоняет 2 части системы - себя и нагрузку, т.е часть мощности идёт на разгон "себя", часть - на редуктор и далее. Если взять нагрузкой, скажем, просто входной вал редуктора в подшипниках и больше ничего, то ставь хоть 3 квт, хоть 300 квт, крутящий момент (в момент разгона!) на муфте, соединяющей эл.двигатель и вал,  почти не увеличится. (Эл.двигатель даже при пуске самого себя потребляет изрядную мощность, но она вообще никуда не идёт, "сгорает", так сказать, в нулевом кпд.) По мере увеличения вращающихся масс (увеличении момента инерции) доля мощности, передаваемая редуктором, будет расти.
Кстати, замер электрической мощности - это не совсем то, годится только для сравнения, но не для оценки. Нужно из мощности разгона всей системы вычесть мощность разгона электродвигателя, а сами эти мощности посчитать не каждому под силу, т.к, как уже упоминалось, кпд электродвигателя в зависимости от загрузки вещь переменная.  Правильнее будет мерить  крутящий момент в редукторе. Что не очень просто. Но можно измерить косвенно и с пользой(!) - поставить предохранительный элемент на входе, точно рассчитанный, хотя бы срезной штифт. И всё!  Понимаете намёк?

[Влад и Мир]

А насчет ручки идея) Только вот, наверное, даже ручкой можно будет перегрузить редуктор?

Ручкой сломать сложнее, если не пытаться сделать это намеренно. Объясню почему: человек будет давить на ручку усилием, не превышающем его, человека, возможности. То есть момент будет равным заложенному при расчёте длины ручки. Мозг, конечно, должен принимать данные от датчика давления (на кисти руки), обрабатывать их и передавать задачу на мышцу.
А вот не сломается ли всё при резкой остановке вращения? За счёт тех же сил инерции.

[Maxnsk_82]

Спасибо за ответы. В итоге все-таки поставили двигатель мощнее - 1,1 кВт с 1000 об/мин. Испытания с двигателем прошли успешно, крутит спокойно и без посторонних звуков, готовят к отправке покупателю. Остается только ждать как себя в эксплуатации покажет.

[СВ]

 На счёт замеров тока при пуске и установившемся движении (с нагрузкой - двигателем и без него) - не сможете предоставить цифры? А также номинальный ток (с таблички на двигателе).  Мы для Вас старались, может и Вы сделаете доброе дело? Да и параметры редуктора - тоже бы неплохо знать.

[Maxnsk_82]

С нагрузкой уже не получится - еле как нашли то сам двигатель на разрезе за 500 км от города, чтоб испытать хоть, и даже электрика отправляли с моим коллегой на испытания для этих целей, но видимо от эйфории, что всё работает, ничего и не замерили)...без нагрузки замеряли, но не в моём присутствии, попробую поинтересоваться когда встречу электрика, правда неизвестно когда это ещё случится, может к тому времени он уже забудет все...вообще двигатель купили АИР80В 1,1 кВт, 1000 об/мин. Экспериментировать с замером момента в редукторе тоже времени не было - все же срочно надо, собрали, испытали, упаковали, вообще уже уехать кантователь должен был, с транспортом только заминка - большой)....по документации 5065Н*м с тем маломощным двигателем.