Programming, robotics, traveling

30 Nov 2020

Шреддер для пластика #1: Выбор мотор-редуктора


Навигация по проекту:

  1. Выбор мотор-редуктора
  2. Внешний осмотр редуктора, проверка размеров
  3. Разборка редуктора NMRV150
  4. Редуктор (новости) и точёные валы

Введение

Тема ресайклинга интересовала меня всегда, и в этом году я снова активировался в плане своей давней идеи «сделать шреддер» или по-русски измельчитель пластика.

Среди всего необходимого оборудования для реализации маленького предприятия по переработке пластика, я выбрал сделать шреддер первым. Потому что чуть ранее я начал сортировать мусор на вторсырьё и понял, что огромные объёмы пластика можно было бы хранить намного выгоднее, а еще из него реально можно что-то сделать. А потом, вообще, осознал, что очень много выкидываю пластика: бампер от машины, корпуса от орг техники итд. По сути сейчас всё, что можно как-то реализовать, не выкидывая, это либо какое-то изделие (несущее полезную функцию) или металлалом. Мириться с этим я не хочу. Особенно при цене катушки пластика весом 750 г в 1000₽.

Ранее я никак не мог подойти к этому вопросу по нескольким причинам:

  1. Полное отсуствие идеи и схемы готового проекта;
  2. Финансовые ограничения;
  3. Отсутствие места где этим можно было бы заняться.

Все три проблемы в этом году отпали сами собой: я узнал проекте Precious Plastic, который лег в качестве готового плана для реализации.

Его создатель – Дейв Хеккенс создал лабу и сообщество ресайклеров вокруг неё. Вместе они разработали полностью открытый проект по помощи в создании мини-предприятия по переработке пластиковых отходов. У них есть:

  1. Общемировая сеть по поиску компонентов (барахолка) и единомышленников;
  2. Подробные видео-уроки на все темы youtube;
  3. Готовые бизнес планы, дизайн для создания собственных предприятий;
  4. Подробные схемы и инструкции по сборке собственных машин;
  5. Форум;
  6. Инструкции по созданию изделий из вторсырья;
  7. Ну собственно workspace в Амстердаме.

Едем дальше 👇

Выбор шреддера

На сайте Precious Plastic есть две модели шреддеров: обычная версия и pro-версия.

image

image

Тк мне интересно сделать аппарат с возможность переработки оргтехники и даже автомобильных частей, выбор пал на pro-версию.

Честно, только после погружения в тему, это видео вызвало у меня эмоции, что это действительно сложно.

Все материалы для сборки шреддера можно найти здесь.

Определение ограничений и выбор комплектующих

Корову нужно есть по-частям, поэтому разделим процесс по созданию шреддера на 4 части:

  1. Выбор и приобретение мотор-редуктора и частотного преобразователя;
  2. Лазерная резка металла и закупка железа;
  3. Точение осей на токарном станке и поиск шестерней, муфт, подшипников;
  4. Сварка рамы и других частей, общая сборка.

Мотор-редуктор

Изначально я думал уложиться в 5-7 тыс. рублей за мотор-редуктор, но с изучением темы немного расстроился.

Выбор мотор-редуктора первая часть с которой я начну, тк это дорогой узел, который нужно выбрать очень внимательно. На изображении выше отсуствует именование мотора или редуктора, есть лишь некоторые характеристики (и нет пояснения, почему так, а не иначе). Более того эта информация отсуствует также и в документации. Попробуем разобраться.

На видео по сборке шреддера pro-версии нашел момент, где была видна табличка на моторе

image

Кажется у них стоит мотор-редуктор серии KR компании YILMAZ Reductor.

image

Если открыть авито и ввести «мотор+редуктор» будет достаточно большая выдача и кучей разных моторов.

image

Поэтому я начну с ограничений и сужения области поиска.

Стандарт мотор-редуктора

Мне нравится формат в котором двигатель и редуктор имею вертикальную компоновку (как у ребят из Precious Plastic), это экономит место и выглядит очень эстетично на мой вкус.

image

Первое, что привлекает взгляд – прямоугольный блок под двигателем – червячный редуктор. После некоторого поиска оказалось, что есть некоторый стандарт именования червяных редукторов подобного плана.

image

И что необходимый формат редуктора носит название NMRV и имеет ряд размеров 30, 40, ..., 110, 130, 150.

Подробную информацию можно найти в этом pdf документе.

Стандарт электродвигателей

Каждый типо-размер редуктора имеет совместимость с креплениями электродвигателя по классификации IEC.

image

image

Подробнее про стандарт IEC и его совместимость с американским стандартом NEMA по ссылке.

Как видно в маркировке совсем отсуствует мощность двигателя, напряжение питания и частота вращения ротора. Однако не сложно предположить, что чем больше размеры двигателя, а тоесть его высота оси вращения и установочный размер по длине станины, тем мощнее и сам двигатель. Для того, чтобы определить другие характеристики двигателя введена серия.

Электродвигатели серии АИР - унифицированная серия асинхронных электродвигателей. Серия АИР охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 315 кВт. А также она очень распространена на российском рынке, в тч на вторичке.

image

Подробнее по ссылкам:

  1. hydrotehnika.ru;
  2. electronpo.ru;
  3. esbk.ru;
  4. kontmotor.ru;
  5. volna.by.

Также из материалов с сайта egm-energo.ru я подготовил сводную таблицу мощностей и частот для двигателей серии АИР.

Характеристики мотор-редуктора

Теперь когда есть полный список моделей редукторов и двигателей нужно определить требуемые характеристики (именно эти характеристики являются основными в выборе агрегата):

  1. Частота вращения вала (складывается из номинальной частоты вращения электродвигателя и передаточного число редуктора);
  2. Крутящий момент (момент силы). Чем выше скорость электродвигателя и больше передаточное число, тем выше крутящий момент.

Отдельно вынесу вопрос питания электродвигателя.

И так рассмотрим информацию на сайте Precious Plastic:

image

Со страницы подробного описания шреддера (версия Pro), она равна 15-25 об/мин. Хотя странно тк для простой версии это частота намного выше.

image

Чтобы составить своё мнение на счет частоты вращения, я нашел следующее видео подобного шреддера в котором на мой взгляд очень большая частота вращения. Подсчитав время одного оборота (3c) на замедленном воспроизведении получается 80 об/мин. Я понял, что скорость как минимум должна быть в 4 раза ниже, что в принципе соответствует скорости у ребят из Precious Plastic. Поэтому я принял решение добавить условие 15-25 об/мин.

Выходной момент силы в таблице с характеристиками ограничен от 1000 Нм до 3000 Нм. Не совсем очевидно почему именно такой (видимо они это попробовали эксперементально) и почему он не может быть больше. Но примем за данность и рассмотрим некоторые источники с тестами конфигураций мотор-редукторов и получаемыми крутящими моментами.

В справочнике компании технопривод, что я также приводил выше, содержится следующая информацию по мотор-редукторам:

image

image

image

Сервис-фактор – относительный показатель (безопасности), вычисляемый опытным путем, который позволяет судить о ресурсе – запасе прочности – устройства. Как и номинальный крутящий момент или типоразмер, сервис-фактор редуктора (моторного) не является стандартизированной величиной и может отличаться у разных производителей.

  • сервис-фактор мотор-редуктора на уровне 1,23 значит, что система будет работать без сбоев при максимальном увеличении нагрузки относительно номинальной на 23%;
  • показатель в 0,89 означает, что редуктор не выдержит и полной нагрузки по паспорту, максимум без риска поломки – до 89% от номинала.

Подробнее здесь.

Красным я отметил более менее подходящие под выбранные характеристики агрегаты (без учета сервис-фактора). Кстати интересно, но для большинства агрегатов с крутящим моментом > 1000Нм и сервис-фактором с запасом, мощность моторов больше 4кВт.

Странно, но как мне кажется в таблице есть ошибка тк в серии АИР, 132S4 – это 7.5 кВт двигатель, а не 5.5 кВт (хотя мб это просто другая серия).
Также подобные параметры можно найти здесь:

Покупка мотор-редуктора

Я провел поиск NMRV130 и NMRV150 по всей России в авито и нашел несколько объявлений подавляющее число которых представлены компаниями по цене новых, что выходит из моего бюджета. Всего пару продавцов-частников продают б/у редукторы:

  1. NMRV150-50 + АИР 132S4

    image

  2. NMRV150-20 + АИР 132S4

    image

    Также у второго продавца также продавался NMRV130-20 + АИР 112М4

Мотор-редукторы 2го продавца имели выходную частоту вращения 60 об/мин. Единственный во всей России мотор-агрегат который мне подходит был только у первого продавца, однако мой бюджет был 25 тысяч рублей максимум с доставкой. Тогда я позвонил и предложил купить этот мотор за 20 тысяч рублей. Было очень неудобно так сильно скидывать цену, но это было единственное во всей России подходящее мне решение. Цену я агрументировал, скинув ссылку на предложение второго продавца с неподходящим передаточный числом. На следующий день мне перезвонил продавец и дал своё согласие.

Тут начался квест, дело в том, что агрегат находился в Мордовии в р.п. Зубова Поляна.

image

Через поселок проходят две транспортные линии: трасса М5 и железнодорожная ветка до Москвы.

  1. Ближайший терминал транспортной компании находился в Саранске, в 200км от поселка. Из-за этого доставка агрегата до терминала в Самаре обошлась бы в 13 тысяч рублей.
  2. Я попытался договориться с РЖД. В структуре компании есть организация РЖД Логистика, занимающаяся перевозками небольших грузов. Удивительно, но они принимают грузы только из терминала в Саранске (хотя станция находится прямо в нужном мне поселке и даже поезда дальнего следования останавливаются там) и предложили тоже сделать забор груза с немаленьким чеком.
  3. Билеты туда и обратно на поезде дальнего следования в ближайшие даты обошлись бы мне в 2000₽. Однако по правилам пассажирских перевозок разрешена ручная кладь в 36кг. Однако вес агрегата 150кг (80x40x40 см), и даже если бы он поместился в поезде и не возникло вопросов проводника, не понятно как бы я его физически затащил. + Ко всему нужно было бы потратить целые сутки на дорогу.
  4. Я выложил сторис в инсту с вопросом к друзьям, кто мог бы поехать на машине из Москвы в Самару, но таких не нашел.
  5. Затем я решил найти водителя в Блаблакар. После целого дня потраченного на переписку, я чудом сторговался и договорился за 2000₽ при том с доставкой в Самару до подъезда. Проблема договориться была в том, что мотор занимает очень много места, а все машины из Москвы идут груженые.

Итого: Через 3 дня после согласия продавца я получил агрегат у своего подъезда за 22 тысячи рублей 🥳.

image

image

Однако на этом все не закончилось и меня ждал еще один квест: я полагал, что я занесу это все один к себе в офис на 4 этаж (тк мотор отсоединен от редуктора), однако я физически не смог поднять редуктор и пришлось пол 6 утра (так приехала машина) звонить другу! И даже вдвоём эта задача оказалась очень тяжелой.

image

Питание электродвигателя

У меня в офисе однофазная сеть, один из самых дешевых способов запитать 3-фазный мотор – использовать схему на основе конденсатора. Однако, насколько мне удалось выяснить, если начальная нагрузка на мотор велика конденсаторная схема не сработает. Также КПД двигателя при питании с помощью кондесаторной схемы падает на 30-50%.

Поэтому я начал искать на авито контроллер трехфазного двигателя (частотный преобразователь). Он имеет ряд плюсов:

  1. Защита по току;
  2. Настройка скорости вращения;
  3. Встроенная функция реверс вращения;
  4. Высокий КПД.

Среди стандратных решений в промышленных форм-факторах, я нашел, необычно выглядещий, прибор от компании из Харькова МПСР СО-1-35. Данный прибор имеет уникальную характеристику: мощность 5.5кВт при питании от однофазной сети, а также критически низкую стоимость. В последствии, если мощности однофазной сети не хватит, преобразователь можно подключить к трехфазной сети.

image

Посмотрим, удастся ли купить этот прибор за ту сумму что заявлена, у меня есть сомнения. По мере поступления новостей, обновлю эту статью.

Конечно, не стоит забывать, что офисная проводка, где я планирую размещать аппарат мб не рассчитана на большие токи и нужно быть осторожным. По расчетам стандартная медная проводка 2.5 мм² выдерживает до 27 ампер или 5.9 кВт при 220 вольтах в однофазной сети переменного напряжения.