Dimensionnement moteur electrique

[invitecd3fab76]

Bonjour,

Tout d'abord merci pour ceux qui prendront un peu de leur temps pour me répondre.

Voila mon problème, je dispose d'un chariot que je souhaite motorisé pour améliorer l'ergonomie et diminuer la fatigue de l'opérateur. Pour des raisons pratique, ce chariot sera sur batterie.
Il faudrait donc que ce chariot se déplace à vitesse humaine.

J'ai fais une fiche de calcul mais les valeurs trouvées me semble assez élevés...
Qu'en pensez-vous?

Merci beaucoup.

Données:

Rayon roues 0,075 m
Poids maxi 39240 N
Masse Totale 4000 Kg
Module d'young 2,1E+11 Pa
Vitesse 3 km/h 0,833 m/s
Durée d'accel. 1 s
Accelération 0,833333333 m/s²
Majoration 10 %
Diamètre pignon 120 mm
i 1

formule de Hertz demi-largeur du plat formé sur la roue pendant le roulement en m


b= 0,001038887 m
1,04 mm

Coefficient de frottement (acier sur acier)

b / R= 0,013851831 Par sécurité: 0,2 (il y a un virage en forme de S qui se fera uniquement par frottements)

Force pour accélération:

Fa= M X a
Fa= 3333,33 N

Effort de traction à fournir

F= P X c +Fa
F= 11181,33 N

Majoration dû aux pertes

F= 12299,47 N

Couple à fournir:

C= F X R X i
C= 737968 Nmm
737,97 mN

Vitesse de rotation

w= V/(pi X D X i)
2,21 tr/s
132,63 tr/min

Puissance moteur régime établi

Pa= F X V
10249,56 W

Puissance moteur pour faire varier la vitesse

Pt= M * g* (V-Vo)/t
32700,00 W

Puissance totale

P= Pa + Pt
P= 42949,56 W
58,36 Cv
-----

[invite897678a3]

Bonjour,

En une seconde, vous souhaitez faire passer de l'immobilisme le plus total un chariot de 4 t à la vitesse de 3 km/h

Et vous vous étonnez de l'énormité de la puisance requise
(je n'ai pas vérifié vos calculs)

Et si vous calculiez la puissance nécessaire pour maintenir le chariot en mouvement?
C'est déjà beaucoup plus raisonnable?

Revoyez donc votre cahier des charges en portant votre durée d'accélération à 10 ou 30 secondes

[invitecd3fab76]

Bonjour,

Merci pour votre réponse.

Effectivement j'ai essayé d'augmenter la durée d'accélération et cela diminue grandement la puissance requise...
Cependant j'ai voulue me baser sur les ponts roulants dont nous disposons qui ont une accélération bien plus rapide, cependant la vitesse de déplacement est sans doute plus faible...

Je vais me pencher la dessus.

J'ai aussi un autre soucis, lorsque je re-calcul la vitesse d'avance ( en utilisant 2 X PI X r X w) je ne retombe pas sur 0,833 m/s

J'ai peur de emmêler les pinceaux:

w est bien la vitesse de rotation à la sortie du moteur et i le rapport de démultiplication (ou réduction) entre mon moteur et le pignon qui entraînera les roues?

Ma question est la suivante:
Quand R intervient, je prend le rayon de mon pignon (que j'ai fixer aléatoirement) et non le rayon de mes roues. Est ce la bonne démarche?

Merci encore pour votre aide.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Bien, cela dépend des pertes , mais 10 kW en régime établi, ça fait déjà beaucoup pour rouler à 3 km/h .
C'est roues acier sur rails acier ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
J'aouterais qu'un charriot de 4 tonnes sur des roues de 15 cm de diamètre ne me semble pas raisonnable. Même si les roues sont en acier et qu'elles roulent sur des rails en acier.

Pour ce qui est du coefficient de frottement, il ne s'agit pas de frottement par glissement mais de frottement de roulement.
Pour voir ce qu'est le frottement de roulement il faut aller voir Wikipedia en anglais car le frottement de roulement n'a pas l'air d'être connu en français.
Au revoir

[invitecd3fab76]

Bonjour,

Il s'agit bien de roue en acier sur rail acier. Nous avons déjà ce genre de chariot et cela fonctionne plutôt bien, même s'ils ne sont que très rarement chargés à plus de 2 tonnes car il faut les pousser à la main... En cas de motorisation, nous les chargeront plus et nos ponts peuvent supporter 3,2T d'où mes 4T (avec une marge car le sol n'est pas tout à fais horizontal).
Je me suis d’ailleurs basé sur les données de nos ponts pour connaitre les vitesses: elles sont de 40 m/min, soit environ 2.5km/h (en grande vitesse).

Pour ce qui est des roues j'ai oublié de préciser elles sont au nombre de 8.
Pour les chariots:
Il s'agit en fait de 2 poutres fixées chacune sur 4 roues. On espace ces deux poutres de la longueur que l'on veut et on pose dessus des fers.
Il y aurait 1 moteur pour faire avancer le tout, le deuxième chariot étant tracter par l'adhérence des fers sur la poutre.

Sur wikipédia anglais voila la valeur qui semble correspondre:
0.0003 to 0.0004

Cette valeur est elle a ajouter au "coeficient de frottement" que j'ai calculé? Si c'est le cas, n'est il pas négligeable?

Encore merci pour votre aide!

[invitecaafce96]

Re,
C'est toujours intéressant de regarder ce qui existe déjà :
Chariot Still RX 60-40 : charge 4000 kg , vitesse 20km/h , roues souples sur sols industriels , 15 kW .
Je ne suis pas revendeur, c'est de l'info, pas de la pub ...

[invitecd3fab76]

Oui effectivement 15KW pour 20km/h et des roues souples c'est loin des mes résultats...

En changeant un peu mes données (vitesse, durée d'accélération) j'obtiens quelque chose de plus raisonnable... cela vous semble cohérent?
Données
Rayon roues 0,075 m
Largeur de contact 0,01 m
Poids maxi 39240 N
Masse Totale 4000 Kg
Module d'young 2,1E+11 Pa
Vitesse 2,5 km/h 0,694m/s
Durée d'accel. 15 s
w requis 88,41941283 tr/s
Accelération 0,046296296 m/s²
Majoration 10 %
Diamètre pignon 120 mm
i 1,2
Nombres roues en contact 6


Résultats
Couple 763 mN
Puissance 7953 W
w 92,10 tr/min
i 1,2
Diamètre pignon 120 mm
Vitesse chariot 0,72337963 m/s

[invitecaafce96]

Re,
Si je comprends bien, les chariots existent déjà ? Donc, utilisez un dynamométre sur les conditions les plus difficiles .

[invitecd3fab76]

Oui les chariots existent déjà.
Les essais ont été évoqué mais je dois d'abord passé par une phase de calculs...
Puis j'aimerai comprendre tout les paramètres qui rentrent en compte afin de mieux comprendre le fonctionnement.

Une autre question... Je me suis orienté vers une moteur à courant continue avec batterie dirigé par une télécommande. Cela vous semble-t-il cohérent?
Pour dimensionner la batterie je comptais prendre la puissance électrique nécessaire du moteur pour 2heure de fonctionnement effectif, avec un coef de sécurité.

[invite6dffde4c]

Re.
Je ne vois pas comment vous avez trouvé 0.0003 to 0.0004.
Est-ce Crr ou b ?
Avec leur formule empirique je trouve 0,004 pour Crr.
Et 0,5 mm pour 'b'.

Je ne sais pas sous quelles basses vous avez calculé un coefficient de frottement. Et tout cas, pour moi, il n'y a que la résistance au roulement.

Combien de personnes poussaient le charriot de 2 T pour obtenir une accélération de 0,8 m/s² ?
Car il faut 1600 N
A+

[invitecaafce96]

Re,
Si vous voulez un chariot autonome , il faut des batteries . De plus les moteurs CC sont bien adaptés à la traction mais il faudra une électronique de commande ;
Maintenant sur secteur EDF , vous évitez les batteries , mais vous traînez un cable d'alimentation .

[invitecd3fab76]

Re,

Pour le crr et le b je les ais pris directement dans le tableau : Railroad steel wheel on steel rail (je pensais que ça correspondait à mon cas).
Actuellement 1 seule personne pousse le chariot, mais nous n’atteignons pas une tel vitesse ou accélération, d'où aussi le but de motoriser.
En ce qui concerne le coefficient de frottement je me suis basé sur un autre poste:
http://forums.futura-sciences.com/ph...n-chariot.html


Je pense qu'un chariot autonome serai le plus pratique au vue de notre atelier.
Pour l’électronique de commande je suppose qu'il existe des boîtiers tout fait.

[invitecd3fab76]

Re,

Excusez moi pour le double post mais je ne pouvais plus modifier le mien.

J'ai fais des recherches et je retombe souvent sur 0.2 comme coefficient de résistance au roulement pour acier sur acier.

Je ne comprends pas où interviendrais le crr et le b dans mes calculs ni pourquoi ils sont différents.

[invite6dffde4c]

Re.
Vous avez bien de "steel wheel on steel rail" mais non des "Railroad steel wheel on steel rail". Quand vos roulettes feront plus de 70 cm de diamètre vous vous rapprocherez des roues de wagons.
Utilisez la formule empirique. C'est la mieux adaptée pour votre cas.

Le coefficient de 0,2 colle bien pour des roues freinées. Et dans votre cas vous avez de la résistance au roulement en non du frottement statique ou dynamique.
Et ça intervient ici:

Coefficient de frottement (acier sur acier)
b / R= 0,013851831 Par sécurité: 0,2 (il y a un virage en forme de S qui se fera uniquement par frottements)

A+

[invitecd3fab76]

Re,

D'accord merci pour ces précisions, cependant contrairement à vous je trouve crr=0.0027.
Avec W=4000kg=8818 lbs et D=150mm=5.9inch

Donc à la limite je prend 0.004 (par mesure de sécurité) ce qui me fait une puissance nécessaire de 2078W.

Passer de 42kW au début à 2 kW c'est quand même pas mal...

Donc si j'ai bien compris:
J'ai besoin d'un moteur de C=33 mN, P= 2078W, ws= 92 tr/min, pignon de sortie= 120mm
D'un rapport de réduction de i=1.2 et donc d'une couronne de d=144mm, qui entraînera les 2 roues pour éviter que le chariot ne se mette en "crabe".

Cela vous semble un peu plus plausible?

Merci beaucoup pour vos réponse en tout cas!

[invite6dffde4c]

Re.
Quand vous faites le calcul de Crr il faut le faire roue par roue. 4 tonnes sur 8 roues cela fait une demi tonne par roue (mettons 1000 livres).
A+

[invitecd3fab76]

Re,

D'accord merci je retombe bien sur votre résultat. Si j'ai bien compris (apparemment mon anglais technique laisse à désirer...) b est équivalent au crr mais avec une unité de distance.
Dans mon calcul je n'utilise donc que le crr d'une roue (0.0047).

C'est bien ça?

[invite6dffde4c]

Re,

D'accord merci je retombe bien sur votre résultat. Si j'ai bien compris (apparemment mon anglais technique laisse à désirer...) b est équivalent au crr mais avec une unité de distance.
Dans mon calcul je n'utilise donc que le crr d'une roue (0.0047).

C'est bien ça?

Re.
Oui. C'est bien cela. Le fait d'utiliser plusieurs roues, diminue le coefficient pour chacune. Et pour calculer la force de résistance, on multiplie la normale totale par le coefficient (car ça équivaut à ajouter la force par roue).
A+

[invitecd3fab76]

Re,

D'accord merci!
Mais je ne suis pas sûr de comprendre. En gros si je garde mon crr=0.0047 je suis dans le cas le plus défavorable et donc cela me laisse une marge de manœuvre.

Sinon, je divise cette valeur par le nombre de roue en contact ce qui diminue l'effort au roulement?

Donc l’effort à fournir (toujours au plus défavorable) est:
F=crr X P ce qui me donne la force résistante dû au poids et au roulement?

[invite6dffde4c]

Re.
Non. Vous ne divisez par le Crr par le nombre de roues. Il faut le calculer pour une roue en divisant la charge totale par le nombre de roues. Et n'oubliez pas que ce n'est pas linéaire: le Crr dépend de la puissance (-1/4) de la normale.

Avec ce coefficient de 0,004 il faut une force de 80 N pour vaincre la résistance au roulement. Et à 0,8 m/s cela fait une puissance de 64 W.

Donc, la puissance qui devient critique est celle pour mettre en vitesse le charriot.

Avez-vous pensé au freinage ?

A+

[invitecd3fab76]

Re,

Cette force est uniquement la force opposé au roulement, pas celle pour mettre en mouvement le chariot?
En gros, c'est celle qui entretient le mouvement une fois le chariot lancé?

Je crois que je commence à mélanger un peu tout :s

Du coup, la force maxi demandée au moteur est au niveau du démarrage ce qui donne:
F= Faccélération (masse X accélération) + Froulement (80N) + Fp

C'est bien ça?

Pour le freinage j'ai commencé à regarder. J'ai pensé à un temps de décélération de 15sec (comme celui d'accel.), avec un frein à disque, c'est ce qu'il y a sur les ponts roulant.


Pour le dimensionner il faut calculer l'énergie (en J) à dissiper en 15 sec c'est bien ça?
et cette énergie est égale à l'énergie cinétique du chariot une fois lancé 0.5 X m X v²

[invite6dffde4c]

Re.

Cette force est uniquement la force opposé au roulement, pas celle pour mettre en mouvement le chariot?
En gros, c'est celle qui entretient le mouvement une fois le chariot lancé?

Oui.

Du coup, la force maxi demandée au moteur est au niveau du démarrage ce qui donne:
F= Faccélération (masse X accélération) + Froulement (80N) + Fp

C'est quoi Fp ?

Pour le freinage j'ai commencé à regarder. J'ai pensé à un temps de décélération de 15sec (comme celui d'accel.), avec un frein à disque, c'est ce qu'il y a sur les ponts roulant.

Il faut prévoir un freinage plus rapide. Ne serait-ce que pour les imprévus.

Pour le dimensionner il faut calculer l'énergie (en J) à dissiper en 15 sec c'est bien ça?
et cette énergie est égale à l'énergie cinétique du chariot une fois lancé 0.5 X m X v²

Oui. Mais en moins de 15 sec. Car pendant ces 15 s, le charriot avancera de 6 m. Côté sécurité ça me semble beaucoup.
A+

[invitecd3fab76]

D'accord merci!

Pour Fp c'était donné sur un autre poste sur le forum: Fp= M X Cr dans mon cas Fp = 4000 X 0.004
Mais puisque la masse intervient dans le Froulement peut être qu'il n'y a plus de Fp..

Je suis entrain de me renseigner pour le freinage...
Je suis partie sur le freinage à disque car c'est celui que je connais le mieux, mais dans hydraulique (air ou liquide) est il possible des les actionner?

Car sinon je ne vois pas vraiment comment intégrer ça à mon chariot...
De plus, une fois que j'ai l'énergie à dissiper sur le temps, je ne vois pas comment trouver la taille de mon disque ou encore la pression à appliquer puisque cela à l'air de dépendre des matériaux...

Ma décélération est:
ma vitesse X ma durée de deccel = 0.644 (m/s) X 5 = 3.2 m/s²

Donc si:

Deccel = (1/m)*(Cr/Rdisque)

j'ai:

Cr= 3.5 * 4000 * 0.22 (disque de 220mm) = 2833.6 mN ce qui est plutôt énorme non?

Puis avec cette formule je retrouve des valeurs qui m’intéressent:

Couple = SP * PE * RD * CF
SP : Surface de la plaquette
PE : pression de l'étrier
RD : Rayon du disque
CF : coefficient de frottement


En tout cas merci beaucoup pour ton temps et tes réponses ça m'a permis de bien avancer...

[invite6dffde4c]

Re.
Donc, pas de Fp.

Pour le freinage, il faut effectivement une force importante pour qu'il soit rapide.

Mais un autre aspect est qu'il faut freiner plus qu'une seule roue. Car votre système est un peu hyperstatique et sur les 4 roues de chaque extrémité, vous pouvez vous retrouver avec une roue "en l'air" ou du moins qui n'appuie pas très fort.
De plus quand vous bloquez une roue, elle peut continuer à glisser avec une force de freinage limité par la friction (glissante) µ.N avec µ = 0,5 à 0,8.
A+

[invitecd3fab76]

Re,

Oui justement comment faire pour etre sur de ne pas atteindre ce moment de blocage de roue?
Y a t'il des formules pour dimensionner un freinage autres que celles précédentes?

La j'ai calculé que pour 1 disque si j'en ajoute un 2ème le frottement à avoir sur le disque sera-t-il divisé par 2?

Il faut de tout de façon que j'ai déjà une meilleur idée de comment concevoir le système de freinage avant de me lancer dans les calculs...

Est-il possible de mettre une sorte de came qui écarte les mâchoires quand le moteur est en route et les refermes lorsque qu'on relache le bouton d'avance?
Mais dans ce cas la il me faudrait 1 autre petit moteur...

[invite6dffde4c]

Re.
On arrive à des détails de la réalisation pratique. Et dans ce domaine je n'ai aucune expérience. Par contre je pense que Catmandou domine le sujet.
A+

[invitecd3fab76]

D'accord merci beaucoup!

Je vais essayé de progresser le sujet en attendant qu'il passe par ici