Б.3 Определение диапазона трансмиссии и скорости движения мобота.

Б.2 Определение мощности двигателя.

Требуемая мощность двигателя определяется из условий прямолинейного движения. Мощность, необходимая для поворота мобильного робота не считается расчётной, хотя по величине она больше мощности, необходимой для осуществления прямолинейного движения. Это способствует более полному использованию мощности, так как преобладающим является режим прямолинейного движения.

Далее будут представлены основные моменты для оценки полученных значений мощности с точки зрения учёта энергозатрат, требуемых на поворот мобильного робота.

Свободную максимальную мощность, затрачиваемую на прямолинейное перемещение проектируемого мобота с колёсным или гусеничным движителем в киловаттах или лошадиных силах найдём соответственно по формулам:

или , ( 27 )

где

G - вес мобота, Н (кг);

V_max - максимально заданная скорость, м/сек (км/час);

f₀=f+i - суммарный или общий коэффициент сопротивления движению;

h₀=h_тр×h_движ - общий к.п.д. мобота.

В расчёте принимают наилучшие условия движения при f=0,02...0,04 и i=0,02...0,03.

Общий к.п.д. мобота подсчитывают исходя из выбранной схемы трансмиссии и движителя.

Полагая, что эффективная номинальная мощность двигателя, с некоторой погрешностью, равна свободной мощности (N_e»N_д) подбирается существующий двигатель или проектируется новый с учётом заданных для него технических условий.

Б.3 Определение диапазона трансмиссии и скорости движения мобота.

Отношение максимальной скорости движения V_max к минимальной V_min при одинаковых оборотах двигателя называется скоростным или кинематическим диапазоном трансмиссии мобота:

. ( 28 )

Отношение максимальной силы тяги по двигателю к минимальной , взятое при максимальной мощности двигателя, называется силовым диапазоном трансмиссии:

. ( 29 )

Силовой диапазон в отличие от скоростного учитывает потери мощности в трансмиссии и гусеничном движителе.

Скоростной диапазон всегда меньше силового. В тяговых расчётах обычно используется скоростной диапазон.

Скорость движения мобота (в км/час) выражается формулой

, ( 30 )

где

R_BK - радиус ведущего колеса;

n_Д - число оборотов двигателя при определённом значении мощности на внешней характеристике;

i₀ - общее передаточное число трансмиссии.

Так как максимальное общее передаточное число трансмиссии соответствует минимальной скорости движения, то, использовав формулу (30), найдём

. ( 31 )

Если общее передаточное число трансмиссии изменяется передаточными числами и только одной коробки передач (КП), то, очевидно, диапазон КП d_П будет равен диапазону трансмиссии:

,

т.е.

( 32 )

Как правило в мобильных роботах тяговые привода применяются в электрическом или гидравлическом исполнении. В случае использования электроприводов необходимо учитывать особенности их характеристик: значений мощности, момента, частоты вращения; габаритных размеров, массы электродвигателей и системы управления ими; принятых компоновочных решений электротрансмиссий (одно-, двух- и трёхскоростных). При определении мощности тягового электродвигателя с регулированием при постоянной мощности, последняя определяется по формуле:

. ( 33 )

Заданный скоростной диапазон движения мобота обычно достаточно широк, поэтому для его реализации требуется либо увеличение мощности тягового электродвигателя по сравнению с её расчётным значением, определяемым назначением и выбранным компоновочным решением мобота, либо усложнение компоновочной схемы электротрансмиссии (электромотор колёс, электромотор звёздочек) за счёт увеличения числа передач. Обеспечить максимальные, редко используемые при эксплуатации скорости возможно за счёт перегрузки электродвигателя, причём её значение и время работы в таком режиме зависят от применяемых типов двигателей. Значения параметров, характеризующих перегрузочные возможности электродвигателей, можно выяснить в специальной литературе.

В случае кратковременных режимов работы в условиях перегрузки

d=d’×d’’,

где

- часть скоростного диапазона, реализуемого при кратковременном режиме работы;

- часть скоростного диапазона, реализуемого длительно.

Тогда расчётная тяговая мощность электротрансмиссии изменится согласно формуле:

N_рaс=N×d . ( 34 )

В любом случае, если работа двигателя с перегрузкой является основным режимом, то расчёт по формуле (34) проводить нельзя, т.к. это может привести к его перегреву, то есть, если двигатель не допускает длительной перегрузки, то расчётная мощность определяется по формуле (33).

Учитывая суммарный КПД движителя и трансмиссии, определяем номинальную мощность тягового электродвигателя с последующим тепловым расчётом.

Для получения тяговой характеристики определим необходимое передаточное число редуктора (i_ред) и максимальный потребный момент двигателя ( ):

, ( 35 )

, ( 36 )

где

Р_max - максимальная сила тяги;

w_Д - частота вращения двигателя.

Минимальную скорость определяют из условий равномерного движения мобота на максимальном подъёме, предполагая, что свободная мощность двигателя известна по расчёту или выбором существующего двигателя.

Подставляя в формулу (18) соответствующие значения величин, получаем

( ) , ( 37 )

где

- полный к.п.д. при минимальной скорости и максимальном передаточном i_max трансмиссии.

Потребную силу тяги определяем по выражению

,

а предельная сила тяги по сцеплению имеет вид

.

Необходимо, чтобы соблюдалось условие или заданный угол подъёма должен определяться по зависимости (21).

В расчётах принимают, что грунт имеет коэффициент сопротивления движению и коэффициент сцепления .

Исходя из условия движения

,

для обеспечения равномерного движения на предельном подъёме (около 36°) удельная сила тяги должна быть равна примерно 0,65. Максимальное значение динамического фактора .