Калькуляторы
Калькулятор привода опорно-поворотного устройства (ОПУ)
Калькулятор привода опорно-поворотного устройства (ОПУ) позволяет выполнить расчет требуемого крутящего момента и мощности электродвигателя для обеспечения поворота конструкции. Расчет учитывает все основные факторы, влияющие на выбор привода: массу конструкции, момент инерции, трение в ОПУ, динамические нагрузки и КПД компонентов системы.
Калькулятор предназначен для инженеров и технических специалистов, работающих с поворотным оборудованием: строительными и портовыми кранами, экскаваторами, буровыми установками, поворотными столами и другими механизмами, оснащенными ОПУ.
Для правильного подбора привода ОПУ необходимо учитывать несколько типов нагрузок, которые должен преодолевать двигатель:
- Статические нагрузки — возникают от смещения центра масс поворотной части относительно оси вращения и от внешних сил (например, ветровой нагрузки).
- Момент трения — возникает в подшипниках ОПУ и зубчатом зацеплении.
- Динамические нагрузки — возникают при разгоне и торможении поворотной части из-за её инерции.
Суммарная нагрузка затем корректируется с учётом КПД передаточных механизмов для определения необходимого крутящего момента на валу двигателя. На основе этого момента и требуемой скорости вращения рассчитывается необходимая мощность электродвигателя.
Включает момент от эксцентричной нагрузки и момент от внешних сил, например, ветра:
Момент трения в ОПУ рассчитывается по формуле:
Коэффициент трения зависит от типа ОПУ и состояния смазки. Типичные значения: 0.005-0.01 для шариковых ОПУ, 0.01-0.02 для роликовых ОПУ.
Момент, необходимый для разгона поворотной части:
Если момент инерции не известен, его можно приближенно оценить для дискообразной конструкции как J ≈ 0.5·m·r², где r — радиус поворотной части.
Рассчитывается с учетом КПД передачи:
Рассчитывается на основе суммарного момента и угловой скорости:
Для учёта режима работы привода используется понятие продолжительности включения (ПВ):
M_стат = 5000 × 9.81 × 1.5 = 73575 Н·м
M_тр = 0.012 × 5000 × 9.81 × 2.0/2 = 588.6 Н·м
ω = 2π × 1.0/60 = 0.105 рад/с
ε = 0.105/5.0 = 0.021 рад/с²
M_дин = 25000 × 0.021 = 525 Н·м
η_общ = 0.85 × 0.95 = 0.8075
M_сум = (73575 + 588.6 + 525)/0.8075 = 92490 Н·м
P = 92490 × 0.105/1000 = 9.71 кВт
P_экв = 9.71 × √(40/100) = 6.14 кВт
Калькулятор выдаёт следующие ключевые результаты:
- Статический момент — момент, создаваемый массой конструкции и внешними силами. Обычно это основная составляющая нагрузки.
- Момент трения — потери на трение в ОПУ.
- Динамический момент — дополнительный момент, необходимый для разгона. Может быть значительным при быстрых пусках или больших инерционных массах.
- Суммарный момент — общий требуемый момент на выходном валу редуктора.
- Требуемая мощность — мощность без учета продолжительности включения.
- Требуемая мощность с учетом ПВ — скорректированная мощность для заданного режима работы.
- Рекомендуемая мощность двигателя — конечный результат с учетом коэффициента запаса, который зависит от режима работы.
При выборе двигателя следует учитывать не только мощность, но и пусковой момент. Двигатель должен обеспечивать достаточный момент для преодоления статических нагрузок в начальный момент. Кроме того, необходимо подбирать редуктор с подходящим передаточным числом для обеспечения требуемой скорости и момента.
Как определить момент инерции поворотной части?
Точное значение момента инерции сложной конструкции определить непросто. Для приблизительной оценки можно использовать формулу для диска J = 0.5·m·r², где m — масса, r — радиус. Для реальных конструкций обычно вводят поправочный коэффициент 2-5. Если поле момента инерции оставить пустым, калькулятор автоматически рассчитает приближенное значение.
Как учитывается ветровая нагрузка?
Для точного расчета ветровой нагрузки необходимо знать площадь конструкции, коэффициент сопротивления, скорость ветра. В калькуляторе можно ввести уже рассчитанное значение силы ветра и плечо приложения этой силы относительно оси вращения.
Что такое ПВ (продолжительность включения)?
Продолжительность включения (ПВ) — отношение времени работы двигателя к общему времени цикла, выраженное в процентах. Например, если двигатель работает 2 минуты, а затем 3 минуты простаивает, ПВ = 2/(2+3)·100% = 40%. Учет ПВ позволяет подобрать двигатель меньшей мощности для прерывистого режима работы.
Какой коэффициент запаса использовать?
Коэффициент запаса зависит от режима работы и условий эксплуатации. Калькулятор автоматически выбирает коэффициент запаса в зависимости от выбранного режима работы: 1.2 для легкого режима, 1.3 для среднего, 1.4 для тяжелого и 1.5 для очень тяжелого.
Данный калькулятор предназначен для приблизительной оценки параметров привода ОПУ и не заменяет полный инженерный расчет. Результаты расчета являются ориентировочными и могут отличаться от фактических значений в зависимости от конкретных условий эксплуатации, состояния оборудования и других факторов.
Автор и разработчик калькулятора не несут ответственности за любые последствия, связанные с использованием результатов расчета, включая, но не ограничиваясь, поломку оборудования, аварии, травмы, материальный ущерб или упущенную выгоду.
Перед применением результатов расчета на практике рекомендуется проконсультироваться с квалифицированным инженером и/или производителем оборудования.
После расчета требуемых параметров привода вы можете подобрать подходящее опорно-поворотное устройство в нашем каталоге:
По типу ОПУ:
- ISO 12210-1:1998 "Cranes - Anchoring devices for in-service and out-of-service conditions"
- DIN 8187 "Приводные цепи"
- ГОСТ 33169-2014 "Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности"
- Справочник по кранам: В 2 т. / Под ред. М.М. Гохберга. - Л.: Машиностроение, 1988
- Кайнер Г.Б. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. - М.: Машиностроение, 1987
- Руководства по эксплуатации и каталоги производителей ОПУ: Liebherr, Rothe Erde, PSL, Thyssen Krupp и др.
