Расчет привода тележки

Опубликовано 06 Апр 2013
Рубрика: Механика | 42 комментария



Сколько кВт?(Статья полностью обновлена 18.02.2017.)

Расчет привода рельсовой тележки – достаточно широко распространенная задача в инженерной практике. Представленная далее методика применима не только при расчетах...

...транспортных или крановых тележек, но и при проектировании различных приводных кареток в станках и нестандартном оборудовании.

Создав небольшую таблицу в Excel, можно научиться быстро и просто определять главные параметры привода за считанные секунды. Изменяя диаметры колес, частоту вращения вала двигателя, схему привода, при помощи этой программы вы за несколько минут сможете перебрать целый ряд всевозможных вариантов двигателей и выбрать наиболее подходящий. Расчет в Excel позволяет поэкспериментировать с уклоном пути и с ускорением при стартовом разгоне.

В первоначальном варианте статьи, которая «прожила» на блоге в неизменном виде почти 4 года, результатом расчетов была статическая мощность двигателя привода. В обновленном варианте добавлены возможность задания в исходных данных уклона пути и приближенный учет сил инерции, приводимых в движение масс. Результат вычислений – расчетная мощность двигателя с учетом динамики разгона и уклона пути.

Расчет в Excel мощности двигателя.

На расчетной схеме показаны исходные данные для расчета, приведенные к колесу тележки.

Схема к расчету мощности привода тележки

Напомню, что в ячейки программы Excel со светло-бирюзовой заливкой помещены исходные данные, а в ячейках со светло-желтой заливкой выведены результаты вычислений по формулам алгоритма.



Внимание!!! Для упрощения и облегчения выполнения задачи ввода исходных данных в таблицу Excel в примечаниях ко многим ячейкам столбца D (смотри красный уголок в правом верхнем углу) приведены рекомендации, пояснения и некоторые необходимые справочные материалы.

Расчет привода тележки в Excel

Расчетные формулы:

  1. u=π*D*nд/(60*v)
  2. nк=nд/u
  3. Wск=QΣ*((2*μ+f*d)/D*kp+SIN(γ))
  4. Tск=Wск*D/2
  5. Pсд=Wск*v/η
  6. tп=v/a
  7. Tдк=Pд*η*u*ψ*30/(π*nд)
  8. Pд=(Wск+1,3*QΣ/9,81*a)*v/(η*ψ)

Результат расчета: чтобы разогнать по рельсовому пути в подъем с уклоном 0,3º тележку с грузом общей массой 1 тонна за 4 секунды до скорости 3,6 км/ч, допуская в этот период времени двукратную перегрузку двигателя, необходим мотор мощностью не менее 500 Вт с частотой вращения вала 1500 об/мин. При этом привод (редуктор и/или открытые передачи) должен иметь передаточное число 15,7 и создавать на выходном валу крутящий момент не менее 50 Нм.

Для дальнейшего после разгона равномерного движения тележки с грузом с постоянной скоростью 3,6 км/ч в уклон 0,3º необходимая мощность двигателя – 337Вт (67% от расчетной и 34% от пиковой мощности).

Итоговые замечания.

Примененный в расчете алгоритм является слегка упрощенным вариантом давно широко и успешно используемой классической методики расчета приводов тележек подъёмно-транспортных машин. Он, конечно же, не претендует на «абсолютную точность». Широкие диапазоны значений коэффициентов не располагают к этому, а, скорее, предполагается для получения адекватного результата наличие определенного инженерного опыта у пользователя.

Ознакомившись с методами расчетов сопротивления от трения качения автомобилей и поездов, можно заметить, что большинство используемых в них формул являясь эмпирическими, то есть выведенными по результатам экспериментов, также не блещут точностью в широком диапазоне…

Желающим углубиться в тему могу порекомендовать монографию В.А. и В.В. Анисимовых «Тяговые расчеты», Хабаровск, 2013

(sites.google.com/site/tagapoezd/monografia/)

и статью доцента, кандидата технических наук из МГТУ «МАМИ» Чебанюка А.М. «О сопротивлении качению пневмоколес»

(mami.ru/science/mami145/scientific/article/s09/s09_17.pdf).

Комментарии, уважаемые читатели, оставляйте в разделе «Отзывы», расположенном внизу страницы. Для прямой конфиденциальной связи с автором используйте страницу «Обратная связь».

Для подписки на анонсы статей введите адрес своей электронной почты, нажмите на кнопку «Получать анонсы статей» и  подтвердите подписку в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: raschet-privoda-telezhki (58.5KB).

Другие статьи автора блога

На главную


Введите Ваш e-mail:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

42 комментария на «Расчет привода тележки»

  1. Александр 04 мая 2014 19:45

    Очень хороший расчет привода. Единственный вопрос, как это можно определить расчет нагрузки без учета количества колес на тележке? Или по умолчанию 4 колеса?

  2. Александр Воробьев 05 мая 2014 00:15

    Количество колес не имеет значения!!!

    Если их 4, то нагрузка на 1 колесо равна Q/4, если 6 — Q/6, но суммарный момент сопротивления передвижению при неизменном грузе один и тот же!

    В расчете определяется не нагрузка на колеса, а статическая мощность двигателя привода. Она зависит от веса перемещаемого груза (вместе с весом тележки), скорости перемещения и потерь на сопротивление передвижению.

  3. Михаил 17 Дек 2015 14:10

    Здравствуйте, Александр?

    Спасибо за «просто и доходчиво».

    А если все колеса приводные (ведущие), в частности, напрямую соединены с мотор-редукторами?

  4. Александр Воробьев 17 Дек 2015 19:38

    Здравствуйте, Михаил.

    Если все колеса приводные, то мощность одного мотора-редуктора больше или равна посчитанной статической мощности двигателя деленной на число приводных колес.

    Обращаю внимание!!! Представленный расчет определяет статическую мощность для тележки на горизонтальном пути при равномерном движении. В реальных случаях следует учитывать динамику разгона и фактическое состояние и положение в пространстве рельсового (или иного) пути.

  5. Михаил 18 Дек 2015 12:44

    Александр, спасибо за скорый ответ!

    Но наша проблемка в другом.

    Сейчас проектируем тележку со всеми ведущими колесами. Крутящий момент одного мотор-редуктора рассчитали по школьной формуле из механики: R колеса * m тележки / количество приводов. Но на глаза попало фото начинки импортной тележки. Судя по маркировке движки в 6 раз!!! слабее наших. И это без учета трения, сопротивления, ускорения и т.д.!

    Где подвох — не поймем.

  6. Александр Воробьев 19 Дек 2015 14:25

    Михаил, чтобы тележка покатилась нужно преодолеть силу сопротивления движению, которая равна весу (не массе!) тележки умноженному на коэффициент сопротивления движению.

    Момент одного мотора-редуктора: М>G*f*R/n

    f должен учитывать сопротивление качению колеса по рельсу, трение в подшипниках, сопротивление воздуха... и быть приведенным к точке касания колеса с рельсом.

    У иностранных коллег он, видимо, получился равным 0,167. Реальное нормальное значение, еще и на динамику разгона хватит.

  7. Kolambaoi 18 Апр 2016 06:08

    Спасибо. Очень хороший и полезный сайт.

    Удачи и успеха вам.

  8. михаил 18 Окт 2016 14:45

    Здравствуйте,скажите а можно сделать тележку в домашник условиях так что-бы передвигаться на ней самому по принципу велосипеда или катамарана т.е. при силе ног с приводом через редуктор.Спасибо.

  9. Александр Воробьев 18 Окт 2016 18:48

    Можно, и не такое делают. Главное — ЖЕЛАНИЕ РАБОТАТЬ над достижением поставленной цели.

  10. михаил 25 Окт 2016 14:04

    Спасибо.К весне что-нибудь изобрету.Если не надоел ,потом похвастуюсь что получилось.

  11. Александр Воробьев 25 Окт 2016 23:27

    Что значит — «надоел»? Всегда интересно познакомиться с практическими результатами. Удачи, Михаил!

  12. Дмитрий 26 Окт 2016 12:44

    День добрый. Подскажите, каким будет коэффициент трения качения колеса с полиуретановым покрытием по стали, и имеет ли этот коэффициент размерность? Заранее блегодарен.

  13. Александр Воробьев 26 Окт 2016 19:36

    Размерность классического коэффициента трения — метр. На практике часто трение качения учитывают как потерю КПД привода, т.е. — % потери мощности.

    Полиуретан — сталь у меня нет данных, поищите сами в Интернете. (Примерно ~ 0,01 м.)

  14. Сергей 13 Янв 2017 18:37

    Добрый день. Подскажите, диаметр колеса в формуле статического момента сопротивления не учитывается?

  15. Александр Воробьев 14 Янв 2017 13:17

    Сергей, добрый день. Учитывается косвенно. Коэффициент μ — коэффициент трения качения колеса по рельсу — зависит от формы головки рельса (плоская/скругленная), материала и диаметра колеса. Для плоской головки и стального колеса диаметром 200 мм μ=0,0003 м; для скругленной головки рельса и чугунного колеса диаметром 1000мм μ=0,0014 м.

  16. Сергей 16 Янв 2017 15:52

    Спасибо, разобрался.

  17. Максим 09 Июн 2017 13:16

    Спасибо большое за передачу опыта. Сразу несколько Ваших статей были крайне полезны.

  18. Александр Воробьев 09 Июн 2017 19:57

    Хорошо, Максим, что Вам это важно и интересно, а то количество посещений сайта в последнее время из США, Германии, Голландии, ... скоро превысит посещения из РФ...

  19. Андрей 10 Июл 2017 18:40

    Доброго дня.

    Классный дохотчивый расчёт.

    Задача — в кооперативе хотим сделать откатные ворота, вес порядка 150кг на 2х надувных колёсах диаметром 400мм по бетонному полу. Тянуть будет мотор-редуктор с двигателем 0.75кВт со скоростью 0.3-0.5м/с, на вскидку прикинули... на редуктор шкивы и трос, хотели цепь но она ржаветь будет, по этому 2 шкива, обратная намотка и один тянет другой отдаёт, а в другую сторону наоборот...

    Ну так вот — Ваш расчёт дал именно ЭТОТ результат — 625Вт двигатель!!! круто. Спасибо.

  20. Александр Воробьев 10 Июл 2017 19:15

    Андрей, спасибо за комментарий.

    Ваша схема привода ворот не надежно работает на практике. Летом трос нагревается и удлиняется — начинаются пробуксовки. Зимой — укорачивается, тянется (иногда рвется сам или выламывает крепления) и клинит привод...

    Из опыта — лучшая схема — это привод на ролики, катящие висящее на них полотно ворот с установкой этого привода на раме сбоку вверху. Еще «надувные колеса» зимой будут на снегу накатывать уплотненный слой, приподнимая полотно ворот...

  21. Андрей 10 Июл 2017 19:46

    Оперативно ответ )Трос на пружине на воротах один конец, а второй на своём шкиву — пробуксовка в принципе исключена... Ворота по высоте перекрывать нельзя, а консольные 5м — это перебор, но не не в этом суть, главное что расчёт хороший и с нашей интуицией совпал почти в 100% ))) начнем искать мотор-редуктор и варить раму. Побольше бы таких простых «житейских» расчётов.

  22. Кирилл 12 Янв 2018 19:40

    Здравствуйте! А как определить кпд привода оценочно по кинематической схеме? Он же приводится в тех характеристиках привода, или это не то?

  23. Александр Воробьев 13 Янв 2018 11:51

    Кирилл, если Вы проектируете привод, то на начальном этапе у Вас еще нет никаких характеристик. Кроме, возможно, оговоренных техническим заданием.

    КПД=КПД1*КПД2*КПД3...

    КПД1 — КПД 1-ого элемента кинематической схемы.

    Здесь есть таблица элементов приводов и их КПД.

  24. Кирилл 16 Янв 2018 19:16

    Александр, я привод не проектирую. Я хочу подобрать мотор-редуктор к тележке. Если в мотор-редукторе 2е зубчатые передачи, то кпд= 0,95*0,95=0,9025 (по вашей методике)? А как в Вашем примере получилось кпд=0,5?

  25. Александр Воробьев 16 Янв 2018 20:46

    Кирилл, это не по моей методике, а по общепринятой суммарный КПД определяется произведением КПД элементов схемы привода. Вы забыли учесть, что в вашей схеме есть еще 2 муфты и как минимум 4 пары подшипников.

    КПД=0,98^2*0,99^4*0,95^2=0,83!

    Если используете червячный одноступенчатый редуктор:

    КПД=0,98^2*0,99^3*0,7=0,65.

    В моём примере КПД=0,5 я взял исходя из того, что электропривод с КПД<0,5 скорее всего в схеме не будет применен никогда.

  26. Кирилл 18 Янв 2018 11:29

    Хорошо, с кпд разобрался! Спасибо! Рассчитав привод получилось:частота вращения колес 477 об/мин, момент при пуске 80,4 Нм, мощность (с учетом динамики) примерно 2,5 кВт. Подбирал мотор-редуктор с 489 об/мин, 90 Нм. Но мощность 0,74 кВт(=90 Нм, но с мощностью >=2,5 кВт?

  27. Александр Воробьев 18 Янв 2018 19:38

    Не понял ничего в Вашем последнем вопросительном предложении.

  28. Кирилл 19 Янв 2018 11:58

    Какой то каламбур написал)))). Подобрал мотор-редуктор по моменту и оборотам с 90 Нм, 489 об/мин, но мощность у него 0,74 кВт. Значит надо подобрать м-р с мощностью >=2,5 кВт, с примерно такими же оборотами (~477об/мин) и моментом >=80,4 Нм? Правильно?

  29. Александр Воробьев 20 Янв 2018 12:50

    P=T*п*n/(30*k)=5552,7 Вт!!!

    T=90 Н*м

    п=3,14

    n=489 об/мин

    k=0,83 — кпд

    Если на выходе мотор редуктора 90 Н*м и 489 об/мин, то мощность на входном валу должна быть 5,6 кВт!

  30. Кирилл 20 Янв 2018 18:41

    С формулой согласен! Правда нам в кванториуме другую давали, но смысл такой же P=T*n/9550*k (получается 5,55кВт) Для проекта тележки с мишенями для интерактивного тира необходим серводвигатель с редуктором. Я нашел на сайте Siemens конфигуратор, ввел необходимые данные: 477об/мин, 80,4Нм (согласно расчета raschet-privoda-telezhki.xls). Он мне выдал наиболее подходящий сервопривод 489об/мин; 90Нм; 0,74кВт.

  31. Александр Воробьев 20 Янв 2018 22:07

    Кирилл, чудес не бывает. Где-то у Вас ошибка. Привод мощностью 740 Вт при частоте вращения выходного вала 489 об/мин не может создать на выходном валу момент более 14,45 Н*м!

    Посмотрел конфигуратор мотор-редукторов SIEMENS. Таблицы соответствуют рассматриваемой формуле при КПД=100%.

  32. Кирилл 22 Янв 2018 14:33

    А может дело в коэффициенте перегрузки(ф) двигателя при пуске? Ведь при ф=6,5, согласно расчета raschet-privoda-telezhki.xls, получается 0,74 кВт. Может у этого привода ф=6,5?

  33. Александр Воробьев 22 Янв 2018 19:41

    Пусковой момент асинхронных электродвигателей мощностью до 7,5 кВт и частотой вращения не менее 1000 об/мин не должен более чем в 2 раза превышать номинальный момент. У более мощных и тихоходных двигателей это превышение всегда меньше 2. К тому же пусковой момент действует только в момент трогания и по мере разгона уменьшается до номинального при достижении рабочей частоты вращения.

    Расчетная с учетом динамики мощность двигателя не должна быть меньше статической мощности. Это нужно учитывать при использовании вышеприведенных формул.

    Пришлите ссылку на конфигуратор SIEMENS, который Вы использовали.

  34. Кирилл 23 Янв 2018 12:46

    Там Синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов.

    Почему то не могу повторить ту конфигурацию. Вот ссылка —

    mall.industry.siemens.com/mall/en/ww/catalog/products/10165554?activeTab=configurator&regionUrl=/ww

  35. Максим 23 Фев 2018 23:57

    Здравствуйте. Разъясните пожалуйста. Допустим от привода на колесе у меня момент 100 Н*м. Возьмём 2 случая диаметр колёса 100 мм и 500 мм. Получается сила с которой колесо будет толкать равна моменту деленному на радиус? Получается на маленьком ролике она будет больше?

  36. Александр Воробьев 24 Фев 2018 11:50

    Максим, здравствуйте.

    Конечно. Сила на радиусе меньшего колеса будет больше при одинаковом подведенном моменте.

  37. Василий 27 Мар 2018 18:21

    Здравствуйте! А подскажите пожалуйста, хотим собрать выкатную телегу на рельсовом ходу, г/п 15тонн, есть колёса диам 300мм,примерная скорость 0.25м/с,без уклонов,заказываем мотор-редуктор две шт, в одной фирме, а они меня спрашивают какой мощности двигатели и крутящий момент!Помогите рассчитать пожалуйста!?

  38. Василий 28 Мар 2018 15:25

    Спасибо огромное за данную таблицу! Всё получилось. Творческих успехов Вам и развития!

  39. Владимир 02 Апр 2018 23:36

    Здравствуйте!

    У меня вопрос немного не по теме, но осмелюсь и все же спрошу)

    В общем, есть тележка с четыремя колесами, которые стоят на рельсах. Тележка приводится в движение с помощью передачи шестерня — рейка (а не с помощью самих колес).

    Как тогда в этом случае определить статическую силу сопротивления на шестерне?

  40. Александр Воробьев 03 Апр 2018 11:00

    Владимир, добрый день.

    Ну почему не по теме?

    Считаете момент сопротивления движению, приведенный к колесу тележки по этой программе. Этот момент нужно преодолеть ЛЮБОМУ приводу для обеспечения движения. Берете Tдк из этого расчета и подставляете в T расчета реечной передачи: al-vo.ru/mekhanika/reechnaya-peredacha.html

    Сила сопротивления на шестерне — это момент, деленный на радиус шестерни.

    Сила сопротивления на ободе колеса — это тот же момент, деленный на радиус колеса.

    Только силу нужно Вам определять не статическую, а динамическую (в момент пуска-разгона).

  41. ИСКАНДАР 26 Июл 2018 12:29

    ДЛЯ 10 ТОННА ГРОЗА КАК РАССЧИТЫВАТЬ МОЖАТЕ ПОМОЧ.

  42. Александр Воробьев 26 Июл 2018 18:40

    Кроме «10 тонн» нужны ещё исходные данные, Искандар.

Ваш отзыв




  • Подписчики: 5,8 тыс.

  • Посетители: 1,1 млн