Электротачка 220V

[Knave]

Добрый день,

Хочу сделать электротачку для садового участка, чтобы перевозить грузы весом до 500 кг (песок, дрова, торф и т.п.) в радиусе 50 м.
Подключение к розетке 220V по проводу, управление с пульта дистанционного управления.
В дальнейшем возможно развитие до автономной тачки с запоминанием маршрута и управлением через мобильное приложение.

Это мой первый подобного рода проект.
Есть ряд вопросов по выбору двигателя, колес и в целом по конструкции (крепление колес и реализация рулевого управления).
Сейчас рассматриваю трехколесный вариант: два колеса сзади ведущие, переднее - для управления.

[Knave]

Колеса

Колесо PR3009 для Gorilla 1500 (старая модель)
Колесо пневматическое 355 мм (PR 3009) предназначено для установки на прицеп Gorilla 1500, а также на платформенные тележки, складские тележки, двухколесные тележки. Так как пневматические колеса – это большегрузные колеса, то производителями был изготовлен высокопрочный обод для колеса. Пневматические колеса снабжены двумя шариковыми подшипниками, что увеличивает срок службы колес вдвое. Широкая резина пневматических колес улучшает проходимость, тем самым, расширяя спектр использования большегрузных колес.

Одно пневматическое колесо 355 мм (PR 3009) способно выдерживать нагрузку до 350 кг.

Диаметр: 355 мм
Осевое отверстие: 20 мм
Ступица: металл, симметричная
Длина ступицы: 90 мм
Ширина колеса: 135мм
Грузоподъемность: 350 кг

Расчет грузоподъемности:

Грузоподъемность колеса для тачки рассчитывается по формуле:

C=(M1+M2)/(N-1),

где
•   C – необходимая грузоподъёмность;
•   M1 – масса оборудования (тачки);
•   M2 – масса груза;
•   N – количество колёс.

С = (100+500)(3-1) = 300 кг

Для проверки: общая грузоподъемность колес должна быть на 33-100% выше общего веса тачки и груза.

3*350 > 500+100
1050 > 600 (на 75% больше)

[Knave]

Выбор электромотора.

Сейчас изучаю вопрос: какая нужна мощность двигателя.
Кто-нибудь может подсказать?

[edw123]

Выбор электромотора.

Сейчас изучаю вопрос: какая нужна мощность двигателя.
Кто-нибудь может подсказать?

Вам момент нужен, а не мощность. Надо определить, с какой силой можно тянуть тележку по желаемому грунту. Потом уже мощность "сама" определится исходя из желаемой скорости.

[Knave]

Нашел вот такой способ расчёта мощности электромотора.

Исходные данные:

m = 600 кг (общий вес)
V = 10 км/ч = 2,78 м/с (скорость движения, переводим скорость из "км/ч" в "м/с" делением на 3,6)
α = 10° (угол наклона дороги)
S = 0,8*0,8 = 0,64 м² (площадь поперечного сечения транспортного средства)

Задаёмся значениями коэффициентов:

С_x = 0,342 (коэффициент аэродинамического сопротивления)
g = 9,81 м/с² (ускорение свободного падения)
F_тр = 0,07 (коэффициент силы трения для грунтовой дороги после дождя, но не совсем болото)
V³ (куб скорости); 2,78 ^3 = 21,48 м³/с³
ρ_в = 1,225 кг/м³ (плотность воздуха)

W = g * F_тр * m * V * cos α + 0,5 * С_x * S * ρ_в * V³ + g * m * sin α * V

W = 9,81 * 0,07 * 600 * 2,78 * 0,98 + 0,5 * 0,342 * 0,64 * 1,225*21,48 + 9,81 * 600 * 0,17 * 2,78 = 3907 Вт

Это сколько чистой энергии надо затратить на передвижение.
Часть энергии теряется по пути, поэтому, поделим полученный результат на общий КПД.

КПД трансмиссии: 76%
КПД электродвигателя: 90%
КПД контроллера: 95%
Общий КПД = 0,76 * 0,9 * 0,95 = 0,65

Итого, 3907 / 0,65 = 6011 Вт

Должно хватить электромотора мощностью 6 кВт.

Здесь сделано допущение, что КПД линейное, но на самом деле на низких оборотах КПД двигателя меньше, соответственно нужно больше мощности на низких оборотах. Этот расчёт для равномерного прямолинейного движения. Во время разгона потребляемая мощность может увеличиться до 2-х раз. BLDC-моторы допускают кратковременно эксплуатировать с нагрузкой 200% от номинала.

В данном проекте скорости небольшие (до 20 км/ч при движении по прямой на асфальте), поэтому можно пренебречь увеличением лобового сопротивления воздуха с ростом скорости и считать, что мощность ведёт себя линейно на всем интервале скоростей.

[kor]

Сейчас изучаю вопрос: какая нужна мощность двигателя.
Кто-нибудь может подсказать?

Грубо, если предположить что вашу тачку 4 человека смогут передвигать, то приблизительно это тяга 4*200Н=800Н,
Если скорость 5км/ч это 1.39м/с , то необходимая мощность 1.39*800=1112 Вт.

[Mike 372]

Угол наклона дороги  10°? Участок расположен на склоне горы? 
Добавлено 27 Мая 2021 в 14:33

Сx = 0,342 (коэффициент аэродинамического сопротивления)

Обтекатель надо делать, однако. 

[Knave]

Угол наклона дороги  10°? Участок расположен на склоне горы? 

Нет. Я эту цифру умозрительно назначил из предположения, что тачка будет использоваться во время строительных работ и ей придется ездить по большим неровностям: заезжать на кучи песка, гравия, земли и пр.

А что 10^o это очень много? По вашему мнению я слишком перезаложился?

[Mike 372]

...для грунтовой дороги после дождя, но не совсем болото

Если это да с 10° наклона дороги, то не обойтись без полного привода.

[Mike 372]

Нет. Я эту цифру умозрительно назначил из предположения, что тачка будет использоваться во время строительных работ и ей придется ездить по большим неровностям: заезжать на кучи песка, гравия, земли и пр.

А что 10^o это очень много? По вашему мнению я слишком перезаложился?

10° - это 1,76 м подъема на 10 м пути. Смотрите сами, много это или мало.

КПД трансмиссии: 76%

Не маловато ли? Что за трансмиссия такая?

[edw123]

Нашел вот такой способ расчёта мощности электромотора.
...
Итого, 3907 / 0,65 = 6011 Вт

Должно хватить электромотора мощностью 6 кВт.

Мощность - это не самое первое. Сначала - крутящий момент, потому как "обычные" двигатели на высокие оборты и нужен нормальный редуктор.

600кг - это уже не "тачка-тележка", это уже тракторишко. Можно за аналог и брать мотоблок. А может и на его базе строить.

[Knave]

10° - это 1,76 м подъема на 10 м пути. Смотрите сами, много это или мало.

Мда... чего то больно уж крутая горка получается.
Пожалуй, можно уменьшить в 3 раза.
Тем более, что каждый градус наклона добавляет в среднем дополнительно 7% к требуемой мощности.
Пусть будет угол наклона: 3^o

Тогда, скорректированный расчет получается:

W = 9,81 * 0,07 * 600 * 2,78 * 0,998 + 0,5 * 0,342 * 0,64 * 1,225*21,48 + 9,81 * 600 * 0,052 * 2,78 = 1997 Вт

с учетом общего КПД: 1997 * 0,65 = 3072 Вт

Получается, что можно 3 кВт электромотор ставить. Это уже другой разговор

[Mike 372]

В данном проекте скорости небольшие (до 20 км/ч при движении по прямой на асфальте)

Для 600 кг тачки это очень большая скорость. Оно столько надо, на100-то метрах дистанции? А тормоза предусмотрены? Вдруг поедет не туда, куда надо. Или ребенок на пути окажется.

[Knave]

600кг - это уже не "тачка-тележка", это уже тракторишко. Можно за аналог и брать мотоблок. А может и на его базе строить.

Да, я изначально рассматривал мотоблок с тележкой, но мне очень не понравилось как он громко шумит во время работы. Все соседи повесятся, или, что ещё хуже, дружно соберутся и повесят меня.

Далеко ездить не надо, в пределах своих 6-ти соток.
Может работать на электричестве как газонокосилка с проводом.
Должен быть тихенький, чтобы никто не догадался, когда я начну что-то возить.
Компактный по размерам: чтобы удобно хранить зимой и чтобы места мало на участке требовалось для маневра. Развороты радиусом под 3 метра не нужны. Надо, чтобы можно было аккуратненько подъехать от ворот, где привезут песок или землю к грядке или парнику. Это не должен быть грохочущий на всю округу паровоз с вагончиками длиной под 3-4 метра с торчащими во все стороны железками и проводами.

[edw123]

Да, я изначально рассматривал мотоблок с тележкой, но мне очень не понравилось как он громко шумит во время работы. Все соседи повесятся, или, что ещё хуже, дружно соберутся и повесят меня.

Я имею ввиду трансмиссию. Не сам двс. МОжно пробовать просто найти с неисправным двс и заменить на электромотор. Обороты вполне сопоставимы у двигателей.

[Knave]

Для 600 кг тачки это очень большая скорость. Оно столько надо, на100-то метрах дистанции?

Реальный расчет ведется для 10 км/ч, 20 - это по асфальту и при попутном ветре (на практике я не думаю, что у кого-то на участке будут асфальтовые дороги), а для движения по дорогам общего пользования он не предназначен. Там розеток нет, а он же от провода питается

Управляться будет оператором. Автономное движение на данном этапе не предусматривается. Должен быть оператор, который в руках держит ПДУ (в виде джойстика от игровой приставки) и когда он отпускает кнопку газ, то тачка останавливается.

А тормоза предусмотрены? Вдруг поедет не туда, куда надо. Или ребенок на пути окажется.

Тормозов не будет, скорее всего. Следить за тем куда едет тачка должен оператор. Если увидит препятствие - отпустить кнопку газа.
Была мысль поставить паковочный радар спереди и сзади для экстренной остановки, но не уверен, что это может потребоваться.
Добавлено 27 Мая 2021 в 15:17

[Mike 372]

Тормозов не будет, скорее всего. Следить за тем куда едет тачка должен оператор. Если увидит препятствие - отпустить кнопку газа.

И что, думаете она экстренно остановиться? Про такое явление как инерция в школе не проходили? 600 кг с 10 км/ч будет катиться еще долго, и руками один человек сразу не остановит. А если будет хоть небольшой уклон... 

[Knave]

И что, думаете она экстренно остановиться? Про такое явление как инерция в школе не проходили? 600 кг с 10 км/ч будет катиться еще долго, и руками один человек сразу не остановит. А если будет хоть небольшой уклон... 

Да, вы правы. Не остановится. С этим надо что-то делать.
Значит нужно придумать тормоза.
Надо сделать такие, чтобы не слишком усложнять конструкцию и не слишком увеличивать вес.