background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

WYKŁAD 2 

DOBÓR NAPĘDU W UKŁADACH 

ELEKTROMECHANICZNYCH (UEM) 

 

1.  Schemat typowego układu napędowego 

 

 

 

 

 
 
 

Przekładnia (zębata) - reduktor 

 
 

Silnik 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Urządzenie robocze 

 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

Sprzęgła 

 
 

Należy dobrać: 

- silnik (moc, rodzaj napędu, prędkość obrotowa), 

- sprzęgła (wymiary, moment, kojarzenie czop – piasta), 

- reduktor (rodzaj, wymiary, przełożenie, moc efektywna, prędkość 

obrotowa wału wejściowego), 

- inne (np. wały łączące, hamulce, bębny hamulcowe). 

NAPĘD 

ELEMENT 
ŁĄCZĄCY 

PRZEKŁADNIA 

URZĄDZENIE 

ROBOCZE 

Ł

  

 

Ł

  

 

P

 

UR

 

 

 

 

UR 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

 
 

 

 

Mechanizm jazdy wciągarki 
 
 
 
 
 
 

 

          1 – silnik, 
          2 - sprzęgło hamulcowe wkładkowe  

               wraz z hamulcem, 

          3 - przekładnia zębata zamknięta, 
          4 - sprzęgło zębate przybębnowe, 

          5 – bęben, 
          6 - krążek wyrównawczy, 

          7 – lina, 

          8 – zblocze hakowe. 

 
 

 
 
Mechanizm podnoszenia wciągarki 
 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

 

2.  Moc napędu, dobór elementów układu UEM 

 

 

 

 

Podstawowe zależności: 

 

  Siła  F = m g  [kg m/s

2

], [N] 

 

  Moment  siły  M = F  R  [Nm] ;  R [m] – ramię działania siły, 

 

  [m/s] – prędkość liniowa, 

 

  ω [s

-1

] – prędkość kątowa;   

 

             ponadto:  v = ω R, 

 

często:  
prędkość w ruchu obrotowym podawana jest jako n[obr/s], [obr/min] 

 

zależność:

  

ω = 2 π n/60   tj.   ω = π n/30  n[obr/min] 

 

MOC W RUCHU OBROTOWYM:  

 

P = M ω  [W]; [Nm/s] 

 
MOC W RUCHU POSTĘPOWYM:   

P = F v  [W]; [Nm/s] 

 
 

ω [s

-1

] 

[m/s] 

[kg] 

[N] 

[Nm] 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

2.1. DOBÓR SILNIKA 

 
 

 
 
 

 

 

Podstawowy dobór – ze względu na charakter pracy: 

  silnik do pracy ciągłej S1 (np. przenośniki), 
  silnik do pracy przerywanej S3 (np. dźwignice, wózki), 
  silnik do pracy dorywczej S2 (np. młyny). 

Następnie: 

 

1.  Dla obliczonego zapotrzebowania mocy P

obl

 

2.  Przyjętej prędkości obrotowej lub kątowej ω 

 
Dobieramy z katalogu silnik: 

 

P

sil

 ≥ P

obl 

 

Oznaczenie silnika – wg kart katalogowych producenta; 
 
np. SUDg… 

 
 

2.2.  DOBÓR PRZEKŁADNI 

 
 
 

 

 
 
 
 

Podstawowy dobór – rodzaj przekładni  

(najczęściej reduktor); 
 

- przekładnia zębata, 

 

- przekładnia cięgnowa (pasowa, łańcuchowa), 

 

- przekładnia cierna. 

Następnie: 

1.  Dla obliczonego przełożenia ,  (i = n

czynne

/n

bierne

; n

sil

/n

urz_rob

) 

2.  Przyjętej prędkości obrotowej (silnik) n, 
3.  Obliczonej 
mocy efektywnej P

ef

 , 

 

P

ef

 = f  P

sil 

 ; 

 

 

 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

 

gdzie:  f –współczynnik obciążenia (np. f=od 1 do 4; wg katalogu) 

 

Dobieramy z katalogu przekładnię: 

   

 

 

 

 

 

P

przek

 

≥ P

ef

 = f P

sil 

 

Oznaczenie przekładni – wg kart katalogowych producenta, 
 

np. 2N – 250 – 24 – 02 … 

 

2.3.  DOBÓR MOTOREDUKTORA ……wg wybranego katalogu 

 
 

2.4.  DOBÓR SPRZĘGŁA 

 
 
 
 
 
 

 
 

Podstawowy dobór – rodzaj ze względu na charakter pracy 
 

(sztywne, elastyczne;  rozłączne, nierozłączne) 

 

Następnie: 

 

1.  Dla obliczonego momentu skręcającego (oporu)  M

  

wyznaczamy: 

  

M

obl

 = k M , 

 

Gdzie:  k (1-2)-współczynnik obciążenia – wg katalogu. 

 

2.  Przyjętej prędkości obrotowej n, 

 
Dobieramy z katalogu sprzęgło na moment: 
 

   

 

 

 

M

sprz

 ≥  M

nom

 

 

Oznaczenie sprzęgła – wg kart katalogowych producenta, 
 

np. SPRZĘGŁO ZĘBATE JEDNOSTRONNE 250 – 30/38 – 70/80 
 

Bardzo istotne: 
 

odpowiednie kojarzenie połączenia wały(czopy) – piasty (otwory); 

 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

tzn. średnica wewnętrzna jednej części sprzęgła musi być równa 

  średnicy czopa współpracującego z tą piastą; 
 

np.   d

1sil

 = D

1 sprz

 ;      d

2red

 = D

2 sprz 

 

 

dodatkowo trzeba znać zasady: 

- redukcji sił,  
- redukcji momentów sił, 

- redukcji momentów bezwładności. 
 
 
Przykład: 

 

DOBÓR ELEMENTÓW NAPĘDU 

przenośników taśmowych 

 

 

1 – krążniki nadawowe, 2 – taśma, 3 – bęben zwrotny, 4 – krążniki dolne, 5 – bęben 
napędowy, 

H – wysokość podnoszenia, L – długość przenośnika taśmowego, α – maksymalny kąt 

pochylenia przenośnika 

 
…………………………………………….. 
 
OBLICZENIE   SIŁY   POCIĄGOWEJ 
 

 P = Pg  + Pd  =  CfLg * [( q + 2qt ) cos  + qog  + qod  ]  +  gqL1 sin           [ N ] 

 

gdzie :  
          g [ m/s2 ] - przyspieszenie   ziemskie, 
          L1  [ m ]   - długość   pochyłej   części   przenośnika, 
          C=f ( L )  - wsp

ółczynnik zależny od długości przenośnika, 

          f               - 

współczynnik   oporów   tarcia. 

 

 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

 

 

Masa   liniowa   warstwy   materiału   transportowanego          
          
                                q =  Qo /  ( 3.6 v t )          [ kg / mb. ] 
 
Masa   liniowa   taśmy 
 

dla   B   [mm ]    oraz   przyjętej   wstępnie   liczby   przekładek  ip   w   taśmie   :   

 
                                           

PRZYJĄĆ   qt    [ kg/mb ] 

Rozstawienie   zestawów   krążników   na   trasie wg odpowiednich tabel 
 
PRZYJĄĆ :  
      - 

ZESTAW   GÓRNY 

                                                       l g    [ mm ] - rozstaw  w  górnej części , 
                                                       l gn  [ mm ] - rozstaw  w  miejscu  nadawy. 
      - ZESTAW DOLNY 
                                                       l d   [ mm ] - rozstaw  w  dolnej  części 
 
      - 

ODLEGŁOŚĆ  OSTATNIEGO  ZESTAWU  OD  BĘBNA  NAPĘDOWEGO 

                                                       l b  [ mm ] 

 

Przyjęcie   liczby   zestawów   krążników. 
 

zestawy nadawowe   ( przyjąć  długość  nadawy  L n [ m ] )                 

                   i n  =  L n /  l gn       [ sztuk ] 

zestawy  nośne   górne 

                    i g =  [ L - ( L n  + l b ) ]  /  l g           [ sztuk ] 

- zestawy   dolne 
                     i d  =  L  /  l d      [ sztuk ] 
 
3.5.  Dobór   krążników 
    -   

górne : 

                    l =..  ..  [ mm ]       - 

długość , 

                   d =....    [ mm ]       - 

średnica , 

                mg =....  [ kg ]         - masa , 

        I kg  = ..... [ kgm2 ]    - masowy  moment  bezwładności , 

    - nadawowe : 
                        l =..  ..  [ mm ]       - 

długość , 

                       d =....    [ mm ]       - 

średnica , 

                    mn  =..  ..  [ kg ]         - masa , 

             I kn  = ..... [ kgm2 ]    - masowy  moment  bezwładności , 

    - dolne : 
                  
  l =..  ..  [ mm ]       - 

długość , 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

                   d =....    [ mm ]       - 

średnica , 

                md =....  [ kg ]         - masa , 
              I kd  = ..... [ kgm2 ]    - masowy  moment  bezwładności , 
 
Masa   liniowa  krążników   górnych
       

    

          q  og  =  z * ( i n m n  +   i g m g )  /  L          [  kg / mb ] 
 
gdzie :  z  [ szt. ]  -  

liczba  krążników  w  jednym  zestawie  górnym  

 
Masa    liniowa   krążników  dolnych 
 
              q  od  =  ( i d  * m d )  /  L              [  kg / mb. ] 
 
         

stąd    SIŁA    POCIĄGOWA       =>   P = .......... [ N ] 

 
MOC   NAPĘDOWA   NA   WALE   SILNIKA   I   DOBÓR  SILNIKA 
 

                                             N =  P v t  /  1000           [ kW ] 
 
stąd,  moc silnika : 
                                              N sil   =   N  /               [ kW ] 
 
gdzie : 

  -  

sprawność   mechanizmu   napędowego 

 
Dobór  silnika   napędowego 
 
Dobrano   

silnik    elektryczny ......... do  pracy  ciągłej (S1): 

 
                  oznaczenie : ......................... 
             o parametrach : 
                                       N  = ...........  [ kW ] 
                                       ns = ...........  [ obr/min ] 
                                       I s = ...........  [ kgm2 ] 
 
……………………….. 

 

DOBÓR  PRZEKŁADNI   ( zębata  lub  pasowa  i  zębata ) 
 
 

Prędkość  obrotowa  bębna  napędowego 

 
                                                               60  *  v 

t

 

                                                 n b = --------------------      [  obr / min ] 
                                                                 

π  *  D 

    gdzie :   
               v 

 [ m / s ]  -  

prędkość  taśmy, 

                D  [  m  ]  -  

średnica  bębna  napędowego. 

 
Przełożenie   i 

R

   przekładni 

                                                                                  n s 
                                            i R  =  i PP  *  i PZ  =  --------- 
                                                                                  n b 

 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

gdzie :                                                                        

          i 

PP

 -  

przełożenie  przekładni  pasowej  (  dobór  wg  katalogu ), 

          i 

PZ

  - przełożenie  przekładni  zębatej  (  dobór  wg  katalogu ). 

 
 
Dobrano przekładnię zębatą uniwersalną o oznaczeniu: 
 
…………………………….. 
 

SPRAWDZENIE  SILNIKA  NA  CZAS  ROZRUCHU   
warunek :                   
 

t r     ( kilka  -  kilkanaście )  sekund 

 
                                             I zred           ns 
                                   t r  =  --------- *  -------------              [  s  ] 
                                             9.55        Mrsr -  Mo 

gdzie  : 

             I zred   [ kgm2 ]   -  moment  bezwładności  układu  zredukowany  na  wał silnika, 
             ns  [ obr / min ]  -  prędkość  obrotowa  silnika, 
             Mrsr  [ Nm ]  -  moment  rozruchowy  silnika  ( średni ), 
             Mo  [ Nm ]  -  moment  oporów  ruchu  ustalonego  zredukowany  na  wał                                       
                                   silnika, 
   
Moment  oporów  M o  ruchu  ustalonego ( na  wale  silnika ) 
 
                                                            P  *  D  
                                            M o =   ------------------     [  Nm ] 
                                                          2  *  iR  *    
 
    gdzie : 
                      -  

całkowita  sprawność  układu 

 

Moment  bezwładności  układu  ( zredukowany  na  wał  silnika ) 
 
                            I zred  =  m *  [  I p  +  I o  +  m 1 *  ( I s  +  I sp ) ]    [  kgm2 ] 
 
   gdzie : 
             I p  - moment  bezwładności  od  mas  w  ruchu  postępowym, 
             I o  - moment  bezwładności  zestawów  krążników, 
             I s  - moment  bezwładności  wirnika  silnika, 
             I sp - moment  bezwładności  sprzęgła 
             m  -  

współczynnik  uwzględniający  masy  wirujące  bębnów 

                     m = ( 1.03  -  1.05 ), 
             m1 -  współczynnik  uwzględniający  masy  wirujące  przekładni 
                      m1 = 1.1  -  jedna  przekładnia, 

                      m1 = 1.2  -  dwie  przekładnie. 

Moment  bezwładności  od  mas  w  ruch  postępowym 
 
                                    9.55 2  *  L  *  ( 2 qt  +  q )  *  v t2 
                          I p = ---------------------------------------------      [ kgm2 ] 
                                                          *  ns2 

background image

E. Michlowicz: IMW – Dobór napędu w układach elektromechanicznych UEM  

 

10 

 
gdzie :  L [ m ],  q [ kg / m ] ,  q t [ kg / m ] ,  v t [ m / s ] 
 
Moment  bezwładności  od  zestawów  krążników 
 
                                     [ z * ( i g * I kg  +  i n * I kn )  +  i d * I kd  ]  *  nk2 
                           I o = ---------------------------------------------------------------      [ kgm2 ] 
                                                                  *  ns2 
gdzie : 
          z - 

ilość  krążników  w  zestawie, 

          I kg ,  I kn ,  I kd   [ kgm2 ]  -  momenty  bezwładności  krążników  górnych,   
                                                      nadawowych  i  dolnych, 
 
          n k  -  prędkość  obrotowa  krążników : 
                                          60 * v t 
                            n k = --------------------    [  obr / min ]   
                                           

π  *  d k 

 
gdzie :  d 

k

 [ m ]  -  

średnica  krążnika. 

 
DOBÓR  SPRZĘGIEŁ  
 

Najczęściej  stosuje  się  sprzęgła  :   
                   -  

kabłąkowe ( elastyczne ), 

                   -  rozruchowo - 

przeciążeniowe - hydrokinetyczne - 

                                                              

( w  przenośnikiach  dużej  mocy ). 

 
Zasady  doboru  

(  wg  katalogów  lub  norm ) : 

 
-  moment  nomina

lny  sprzęgła 

 
                                              M nom        M op  *  k 1 *  k 2 * k 3     [ Nm ] 
 
gdzie : 
          M op - moment  oporu  przenośnika  w  ruchu  ustalonym   
                    

na  wale  sprzęgła 

          k 1 ,  k 2 , k 3 -  współczynniki  przeciążenia ( wg  norm ) : 
          
 k 1 = ( 1.0  -  2.0 )  -  wsp.  zależny  od  rodzaju  napędu  i  typu  urządzenia, 
 k 2 = ( 0.9 - 1.25 ) -  wsp.  zależny  od  czasu  pracy  sprzęgła ( na dobę ), 

 k 3 = ( 1.0 - 1.80 ) -  wsp.  zależny  od  liczby  włączeń  sprzęgła  ( na godzinę ).