| Правила | Регистрация | Пользователи | Поиск | Сообщения за день | Все разделы прочитаны |  Справка по форуму | Файлообменник |

Вернуться   Форум DWG.RU > Отраслевые разделы > Машиностроение > Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?

Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?

Ответ
Поиск в этой теме
Непрочитано 12.06.2012, 10:30
Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?
olivru
 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67

параллельной теме про редуктор меня пинали и переубеждали и наконец, похоже, переубедили, что рекуперировать энергию через редуктор не получится.
Напомню постановку задачи: двигатель лебедки через редуктор с большим передаточным числом вращает барабан, наматывающий\сматывающий трос для поднимания\опускания грузов. Предлагались и червячная, и волновая, и планетарная схемы редукторов с большим передаточным числом. Ясно одно - при столь большом передаточном числе все эти передачи самотормозящие, т.е. даже для опускания нужно, чтоб двигатель хоть немножко расходовал энергии на вращение ведущего вала

Рассмотрим, скажем, червячный с КПД=66%. Поднимается груз в 2.5 тн на высоту 4 м. При этом потенциальная энергия этого груза увеличивается на 100 КДж. Двигатель, натужно вращающий червяк потратит 100/0.66 = 150 КДж, из которых 50 рассеятся в виде тепла на трущихся частях редуктора, а 100 перейдут в потенциальную энергию груза. Все понятно. Теперь решили груз опустить взад. В этом случае движок не напрягается, а лишь чуть-чуть тратит энергии (ну, допустим, 1% от того, что при подъеме, условно можно принять за ноль) на поворот червяка в обратном направлении, ибо его фактически толкает шестерня, жестко связанная с барабаном. На трение в редукторе, по идее, тратится немного меньше энергии, чем при подъеме, т.к. силы направлены немного иначе, чуть энерговыгоднее. Ну пусть даже столько же! Прокрутился червяк с той же скоростью, выделилось тепла не более тех же 50 Кдж. Куда делись оставшиеся 50 КДж?! Систему можно считать условно замкнутой, кроме как в редукторе, энергии теряться негде. Что я в этой задаче понимаю неправильно? На каких элементах системы энергии начинает выделяться при опускании больше, чем при подъеме груза?
В идеальном редукторе со 100% КПД все понятно - параллельно двигателю придется ставить тормоз, в нагревание колодок которого энергия и уйдет. Но самотормозящие передачи на то и самотормозящие, чтобы тормоз был не нужен.

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 21:17.
Просмотров: 56700
 
Автор темы   Непрочитано 03.07.2012, 17:31
#101
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


200-250
olivru вне форума  
 
Непрочитано 03.07.2012, 22:02
#102
STAJOR


 
Регистрация: 13.12.2011
Сообщений: 797


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Непонятно, как получить высокий кпд при большом передаточном числе
Интересный вопрос. Решил поискать решение, чтобы понять, возможно ли это впринципе... Простейший анализ показывает, что в ч-м редукторе сочетаются два ценных момента: высокая степень редуцирования (в одной ступени передаточное число в несколько десятков!) и безупречное самоторможение. Если второе достигается за счёт низкого кпд первого, то как один из вариантов – следует разделить один механизм на два разных: один редуцирует, а другой пусть обеспечивает самоторможение. Для первого имеем аналог: винт с телами качения (шариковинтовая пара с кпд 0,9...). С самоторможением проще. Если не сгодится храповик из-за торможения "через зуб", то добавить вторую – обычную – червячную пару, которая будет вращаться синхронно с основной, но с зазором, исчезающим при остановке вращения. Как-то так.

Последний раз редактировалось STAJOR, 04.07.2012 в 02:15.
STAJOR вне форума  
 
Непрочитано 04.07.2012, 08:42
#103
LetsGoDeisingBegin


 
Регистрация: 19.11.2011
Сообщений: 31


Для цилиндрических редукторов передаточное отношение 200-250 соответствует 4-х ступенчатым редукторам (и некоторым 3-х ступенчатым). Их КПД ~0,95%. Для таких систем возможно применение рекуперативного тормоза. Только я повторяю для цилиндирических не червячных. Также хочу отметить, что при применении цилиндрического редуктора необходимо применение более мощных тормозных элементов (в случае подъемного механизма). Также процесс возврата электрической энергии в сеть намного сложнее банального подключения к розетке.
LetsGoDeisingBegin вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 04.07.2012, 14:33
#104
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от LetsGoDeisingBegin Посмотреть сообщение
Для цилиндрических редукторов передаточное отношение 200-250 соответствует 4-х ступенчатым редукторам (и некоторым 3-х ступенчатым). Их КПД ~0,95%.
Это, как я понимаю, кпд одной ступени в лучшем случае качественного и дорогого исполнения. Для 4-х ступеней получатся те же 40%. Кстати, планетарные к цилиндрическим относим?
Цитата:
Сообщение от LetsGoDeisingBegin Посмотреть сообщение
Для таких систем возможно применение рекуперативного тормоза. Только я повторяю для цилиндирических не червячных. Также хочу отметить, что при применении цилиндрического редуктора необходимо применение более мощных тормозных элементов (в случае подъемного механизма). Также процесс возврата электрической энергии в сеть намного сложнее банального подключения к розетке.
Вопрос возврата энергии в сеть не так актуален, если только работа не на аккумуляторе. А возвращать в аккумулятор несложно, если иметь небольшой буверный, имеющий высокий ток зарядки (и такие аккумуляторы существуют). Высокий КПД интереснее тем, что редуктор греется меньше. В условиях недостатка энергии (скажем, до 5квт потребляемой мощности) хочется, тем не менее ускорять процесс. А помимо подъема существует еще и опускание, при котором лебедка служит, по сути, устройством, передающим тормозящий момент. И при опускании ограничений мощности нет. Значит хотелось бы скорости в несколько раз увеличить. И с увеличением этих скоростей будет увеличиваться выделяемая при торможении энергия. При низком КПД эта энергия в редукторе будет по прежнему мала и он не перегреется. А "рекуперированную", точнее выведенную на расстояние и от редуктора и от двигателя энергию можно рассеивать самыми разными способами. Не очень хотелось бы ставить водянное охлаждение ни на двигатель, ни на редуктор - сложно, дорого, повышенная ответственность. На тормозе где-нить это устанавливается проще и дешевле
olivru вне форума  
 
Непрочитано 04.07.2012, 15:44
#105
LetsGoDeisingBegin


 
Регистрация: 19.11.2011
Сообщений: 31


Специальный цилиндро-шевронный четырехступенчатый редуктор РЦШ4- 550, i=315 (передаточное отношение), КПД не менее 0,92 (ссылка http://www.reduktorntc.ru/glav/new_rabot/new_19.htm). А КПД 0,4 по моему даже не существует. Но могу предложить метод. Нужно просто взять и измерить силу сопротивления внутри редуктора, просто увеличивая массу подвешенного груза, если редуктор реверсивный (это тоже обязательный фактор, я о нем упоминал), в определенный момент сила тяжести превысит силу сопротивления и груз поедет вниз(назовем массу критической). Это будет минимальный вес, который можно применять для рекуперации. НО. При подаче тока на обмотку возбуждения, двигатель, работая в генераторном режиме начнет тормозить груз. И при массе близкой к критической, груз будет останавливаться силами сопротивления редуктора и силой сопротивления электтродвигателя, его движение будет замедляться. Как известно режим электро-динамического торможения эффективен только на высоких оборотах электродвигателя, поэтому придется решить проблему регулирования тока обмотки возбуждения электродвигателя с обратной связью на частоту вращения вала редуктора, а это уже полноценная схема на основе микроконтролера, плюс усилитель на выход с микроконтролера. Затем подключение аккумулятора, это необходимо делать параллельно с питающей сетью, т.к. при недостаточном токе на клеммах аккумулятора, груз не будет подкниматься, для этого придется организовать систему по отбору мощности. Если просто банально подключить их параллельно, то при меньшем напряжении батареи она будет заряжаться, а не питать. Короче если заморочишься напиши что получилось. Я такими вопросами занимаюсь на электровозах, там есть рекуперативное торможение и оно работает, но гораздо в более упрощенной форме чем у тебя.
LetsGoDeisingBegin вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 04.07.2012, 17:31
#106
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от LetsGoDeisingBegin Посмотреть сообщение
Специальный цилиндро-шевронный четырехступенчатый редуктор РЦШ4- 550
Замечательная штука! Только весит раз в 150 (да думаю и стОит) больше, чем приемлемо, при том, что крутящий момент лишь раза в 3 превышает потребный

Цитата:
Сообщение от LetsGoDeisingBegin Посмотреть сообщение
напиши что получилось
Все больше сомнений, что может получиться... Хотя еще одна идейка есть - по моим некомпетентным рассчетам может и получиться... а может просто что-то принципиальное не учитываю - сомнительных мест несколько, по которым математику сделать дороже, чем эксперимент... На эксперимент, правда, тоже деньги еще найти нужно...
olivru вне форума  
 
Непрочитано 05.07.2012, 08:36
#107
LetsGoDeisingBegin


 
Регистрация: 19.11.2011
Сообщений: 31


Лет 8 назад, один профессор из моего универа, прочитав очередную кандидатскую дисертацию по математике, сказал:"Может с математической точки зрения это и имеет глубокий смысл, но с физической чушь полная". Кандидатская называлась, что то типа поиск иглы в стоге сена методом не помню каким. Тогда мне было смешно, сейчас я думаю о том, чтобы он мою не читал.
Собственно говоря такие системы применяются в основном там где есть продолжительные циклы торможения и высокие обороты, на лебетке поднять на 5 метров и на 2 опустить, при чем вверх с ведром цемента, вниз пустая, я думаю покупателю такая вещь ни к чему.
LetsGoDeisingBegin вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 05.07.2012, 10:55
#108
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Для ведра цемента полно лебедок выпускается. Речь о том, чтоб 20-30 тн на одной зарядке батареи загружать\разгружать... Для этого и рынок найдется немалый
olivru вне форума  
 
Непрочитано 05.07.2012, 11:30
#109
sbi


 
Регистрация: 27.04.2008
SPB
Сообщений: 3,285
Отправить сообщение для sbi с помощью Skype™


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Для ведра цемента полно лебедок выпускается. Речь о том, чтоб 20-30 тн на одной зарядке батареи загружать\разгружать... Для этого и рынок найдется немалый
"Дельный" совет: без "гастролебайкеров" и маховика в евро кпд будет "самотормозящим", массы неподъёмные.
__________________
С уважением sbi
sbi вне форума  
 
Непрочитано 05.07.2012, 11:44
#110
LetsGoDeisingBegin


 
Регистрация: 19.11.2011
Сообщений: 31


У меня дядька на липхере работал, грузоподъемность 160 т, кран немецкий. Сколько немцы не экономичный народ, но аккумуляторов я там не видел. А если честно лебедку на 30 т не представляю, для шахты чтоли, на край дома вешать такую громадину?
LetsGoDeisingBegin вне форума  
 
Непрочитано 05.07.2012, 13:05
#111
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,902


Попадалась мне конструкция планетарки с косозубыми шестернями. Весь прикол был что пока ее крутит движок - шестеренки втягивались внутрь силами в зацеплении, зато когда ее пытался провернуть привод, то водило выдвигалось наружу и прижималось к фрикционам. Подробностей особых этой штуки не помню - делали не мы, ставили готовую итальянскую установку, по типу вагонетки, только по наклонным путям обрезь извлекала из-под стана, но чертежи просматривал.
боитесь перегрева? обгонная муфта, мультипликатор и воздушная турбинка легко сожрут "лишнюю" энергию, стабилизируют скорость опускания, обеспечат охлаждение прочего железа и не потребуют лишних телодвижений Сто лет уже как применяется
Fogel на форуме  
 
Автор темы   Непрочитано 06.07.2012, 14:22
#112
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от LetsGoDeisingBegin Посмотреть сообщение
лебедку на 30 т не представляю
Читай внимательнее - такая лебедка и не нужна. Это грузоподъемность грузовоза с многими порциями груза (поддоны скирпичом, жби, пиломатериал, арматура и пр).
Большинство типовых грузов не превышают 1.75 тн. А 3.5 тн вообще перекроют 95, если не 99% потребностей.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 06.07.2012, 14:33
#113
Pavel_V

Снова в деле
 
Регистрация: 22.10.2010
Челябинск
Сообщений: 7,815


Насколько я понял условия задачи, автор совершил принципиальную ошибку при рассуждениях. В характеристиках редуктора КПД берется при передаче нагрузки от червяка к шестерне. При передаче нагрузки от шестерни к червяку КПД значительно ниже. Одинаковое КПД будет только при угле в 45 градусов. При учете другого КПД все тепло выделится в месте соприкосновения шестерни и червяка.
Pavel_V вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 06.07.2012, 18:46
#114
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Pavel_V Посмотреть сообщение
Насколько я понял условия задачи, автор совершил принципиальную ошибку при рассуждениях. В характеристиках редуктора КПД берется при передаче нагрузки от червяка к шестерне. При передаче нагрузки от шестерни к червяку КПД значительно ниже. Одинаковое КПД будет только при угле в 45 градусов. При учете другого КПД все тепло выделится в месте соприкосновения шестерни и червяка.
Насчет кпд червячной передачи (хоть и не только она здесь обсуждается) в обратном направлении вопрос спорный. Поскольку он и в прямом направлении выше 50% обычно бывает только на крутых углах с малыми передаточными числами. Т.е. невысок. Но даже и при невысоком кпд остановка опускающегося груза происходит весьма неспешно - пока трение все движение сожрет. Ну и, естественно, греется в обоих направлениях, и энергию при подъеме в нагрев распыляет больше, чем в полезную работу
Цитата:
обгонная муфта, мультипликатор и воздушная турбинка легко сожрут "лишнюю" энергию, стабилизируют скорость опускания, обеспечат охлаждение прочего железа и не потребуют лишних телодвижений Сто лет уже как применяется
Тут бы схемку. Что-то я пока не видел компактных недорогих решений.

По идее бы вообще на опускание использовать иной механизм, отключая подъемный. Вот только как это безопасно и недорого сделать?

Последний раз редактировалось olivru, 06.07.2012 в 18:56.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 06.07.2012, 21:57
#115
Pavel_V

Снова в деле
 
Регистрация: 22.10.2010
Челябинск
Сообщений: 7,815


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Насчет кпд червячной передачи (хоть и не только она здесь обсуждается) в обратном направлении вопрос спорный. Поскольку он и в прямом направлении выше 50% обычно бывает только на крутых углах с малыми передаточными числами. Т.е. невысок. Но даже и при невысоком кпд остановка опускающегося груза происходит весьма неспешно - пока трение все движение сожрет. Ну и, естественно, греется в обоих направлениях, и энергию при подъеме в нагрев распыляет больше, чем в полезную работу
Не спорный, а вполне очевидный. Если взять большое передаточное число (для наглядности), то если крутить червяк, то прилагаемая сила будет направлена практически параллельно по отношению к зубу шестерни, т.е. давление на зуб идет небольшое. В данном случае сила трения относительно мала (т.к. мала сила реакции). Если крутить шестерню, то приложенная сила практически перпендикулярно действует через зуб шестерни на плоскость витка и в этом случае сила трения в разы превышает силу трения в первом случае (из-за сильно возросшей силы реакции).
Возьмем (опять же для наглядности) червячную передачу где навивка практически параллельна оси червяка, а зубья шестерни очень сильно скошены. В данном случае червяк крутить будет значительно сложнее, чем шестерню. Потому что в данном случае будет обратная ситуация - если крутить червяк, то приложенная сила будет действовать практически перпендикулярно зубцу шестерни и наоборот, крутить шестерню будет проще, т.к. сила приложенная через зубцы к червяку будет действовать практически параллельно плоскости приложения.
Хотел приложить чертеж, но все равно как-то ненаглядно получается.
Pavel_V вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 07.07.2012, 00:43
#116
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Pavel_V Посмотреть сообщение
Не спорный, а вполне очевидный. Если взять большое передаточное число (для наглядности), то если крутить червяк, то прилагаемая сила будет направлена практически параллельно по отношению к зубу шестерни, т.е. давление на зуб идет небольшое. В данном случае сила трения относительно мала (т.к. мала сила реакции). Если крутить шестерню, то приложенная сила практически перпендикулярно действует через зуб шестерни на плоскость витка и в этом случае сила трения в разы превышает силу трения в первом случае (из-за сильно возросшей силы реакции).
Возьмем (опять же для наглядности) червячную передачу где навивка практически параллельна оси червяка, а зубья шестерни очень сильно скошены. В данном случае червяк крутить будет значительно сложнее, чем шестерню. Потому что в данном случае будет обратная ситуация - если крутить червяк, то приложенная сила будет действовать практически перпендикулярно зубцу шестерни и наоборот, крутить шестерню будет проще, т.к. сила приложенная через зубцы к червяку будет действовать практически параллельно плоскости приложения.
И что это доказывает? Что под острым углом, что под тупым - потери на трение в редукторе что при подъеме, что при опускании будут отличаться лишь незначительно. И если смазка и исполнение деталей настолько хороши, что кпд на подъем близок к 50%, то при опускании такой червяк достаточно лишь толкнуть движком и он долго будет крутиться, прежде чем остановится (а большой груз в какой то ситуации разогретой смазки сможет даже какой то редуктор, находящийся на грани кпд 50%, и сам сдвинуть с места). Может так срастись, что начав опускаться от толчка вала груз даже может начать понемногу разгоняться- ведь силы трения при увеличении скорости уменьшаются. Силы в редукторе на поверхностях пары червяк-шестерня почти не меняют направления и все зависит от трения. А с чего меняться абсолютной величине трения при изменении направления движения - тоже не понятно. Ведь при опускании даже те же поверхности трутся, что и при подъеме - лишь вращение в другую сторону

Как верно заметил Serge Krasnikov, еще во времена СССР для червячных грузоподъемников не зря ввели обязательное дублирование самотортозящнегося редуктора принудительным тормозом. Как я понимаю, эта норма чьей то кровью была прописана.

Последний раз редактировалось olivru, 07.07.2012 в 00:50.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 07.07.2012, 18:42
#117
Pavel_V

Снова в деле
 
Регистрация: 22.10.2010
Челябинск
Сообщений: 7,815


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
И что это доказывает? Что под острым углом, что под тупым - потери на трение в редукторе что при подъеме, что при опускании будут отличаться лишь незначительно.
Именно значительно. Попробуйте разобраться, в предыдущем посту я подробно все описал.
Pavel_V вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2012, 19:32
#118
Vlad1065


 
Регистрация: 11.08.2012
Сообщений: 4


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Двигатель, натужно вращающий червяк потратит 100/0.66 = 150 КДж, из которых 50 рассеятся в виде тепла на трущихся частях редуктора, а 100 перейдут в потенциальную энергию груза.
Просто при опускании груза двигатель будет не так "натужно" вращать червяк. Т.е. Крутящий момент на червяке будет меньше, чем при подъеме груза.
Vlad1065 вне форума  
 
Непрочитано 31.07.2014, 15:44
#119
Drunken_Saylor


 
Регистрация: 31.07.2014
Сообщений: 6


Интерес к теме видимо давно угас, а жаль. Тем более, что вопрос элементарный.
Drunken_Saylor вне форума  
 
Непрочитано 02.08.2014, 10:48
#120
zai

внс
 
Регистрация: 04.06.2008
Москва
Сообщений: 136


...50кдж - теоретически прилетит на движок для рекуперации...
Маловероятно, если двигатель для этого не сконструирован. Моменты, создаваемые двигателями не так уж значительно зависят от угловой скорости, а зависят от отклонения угловой скорости от заданной. Если идет спуск груза, то момент будет направлен в направлении отсутствия углового ускорения - то есть тормозить. На горных дорогах при спусках без нажатия тормозов двигатель автомобиля не вырабатывает бензина, но тратит его, так что момент от двигателя препятствует возникновению ускорения автомобиля на спуск.

Последний раз редактировалось zai, 02.08.2014 в 10:56. Причина: уточнение сложного технического текста
zai вне форума  
Ответ
Вернуться   Форум DWG.RU > Отраслевые разделы > Машиностроение > Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?

Размещение рекламы
Опции темы Поиск в этой теме
Поиск в этой теме:

Расширенный поиск


Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Куда жаловаться на незаконно начатые работы по сносу в Санкт-Петербурге Tyhig Прочее. Архитектура и строительство 41 23.01.2015 18:00
Куда направлен крутящий момент при натяжении каната при левой свивке Tyhig Машиностроение 21 14.03.2013 18:23
Неясности «потенциальная энергия при сдвиге и изгибе» eugenmax Разное 5 16.02.2011 22:41
Куда уходит бетон? Бабушкин Дмитрий Железобетонные конструкции 21 08.12.2010 08:26
ExpressTools куда девается? tusiko AutoCAD 15 12.10.2007 12:58