Projekt - Odciąg wiórów - dobór podzespołów

[majsterkowicz]

Witam wszystkich!

 

Jestem studentem mechaniki na Politechnice Lubelskiej, a wraz z rozpoczęciem nowego semestru przyszedł przedmiot zwany 'Programowaniem obróbki skrawaniem CAM'. Jako, że na pracę inżynierską wykonałem warsztatowy ploter do wycinania, grawerowania i frezowania - przyda się urządzenie do odciągu wiórów.

Przeanalizowałem ceny odkurzaczy przemysłowych, a także odciagów wraz z separatorami odśrodkowymi i doszedłem do wniosku, że lepiej jest zainwestować w podzespoły i wykonać urządzenie samemu.

Natchniony wieloma projektami - od tych baaardzo amatorskich, aż po niemal profesjonalne

- postanowiłem i ja co nieco zaprojektować i dostosować urządzenie do własnych potrzeb.

 

Wspomniałem o przedmiocie programowania CAM - prowadzący zapowiedział, że jedna osoba z naszego zespołu, która wykona dość dobrze projekt, zaprogramuje odpowiednią ścieżkę, będzie mogła liczyć na darmowe wykonanie elementu (no, ewentualnie po zakupieniu półfabrykatu, jeśli uczelnia uzna go za zbyt kosztowny ). Mając to na uwadze, zamodelowałem więc winik sprężarki odśrodkowej V1, który to chciałbym wykonać.

Model CAD dostępny jest na tej stronce => link.

 

Wymiary wirnika są następujace:

Średnica podstawy: 110mm

Średnica korony (wlotu): 60mm

Wysokość całkowita: 50mm

Masa (wg programu CAD): 312g

 

Teraz pytanie do Was, drodzy Koledzy:

Jaki silnik dobrać do napędu takiego wirnika 1F, czy 3F? Jaka moc? Posiadam w szufladzie silnik szczotkowy Graupner klasy 540 na napięcie 7.2V, ale jakoś nie przekonuje on mnie swoją mocą (choć mogę się mylić). Kilka miesięcy temu wykonałem tekturowy model pompy próżniowej oraz obudowy do separatora, który napędzałem w.w silnikiem zasilany z zasilacza. Napięcie dane na silnik to 5V, prąd rozruchowy sięgał do 20A, ale podczas pracy redukował się do około 3-4A. Śmiem stwierdzić, że z wciąganiem mąki oraz separowaniem jej od powietrza - to to dało sobie radę, ale jak będzie z wiórami drewnianymi? - Domyślam się, że nie byłoby już tak kolorowo. A szkoda.

 

Do tego wszystkiego będę potrzebował regulatora lub też modłułu z łagodnym startem, aby nie było wielkiego piku w amperażu. Jak jeszcze do silnika 1F jestem w stanie coś samemu zrobić (wykonać) z łagodnym startem, tak już do 3F będę musiał coś kupić.

Żeby nie było aż tak łatwo, całość musi być zasilana poprzez zasilacz sieciowy 230V.

Szacuję, że do odpowiedniej pracy, taki wirnik musi obracać się z prędkością min 20k obr/min.

 

Aha, w razie konieczności, mogę bez problemu przemodelować lub też wykonać od nowa model wirnika, aby wymagał mniejszego zapotrzebowania na moc.

 

Liczę na Waszą pomoc, a wszelkie sugestie i uwagi będą dla mnie pomocne

 

Pozdrawiam, Łukasz

[kojani]

Czym podyktowany jest wybrany przez Ciebie układ wirnika?

Będzie on bardzo drogi w wykonaniu, nawet w linku do YT zastosowano zwykłą turbinę odśrodkową dużo prostszą i zdecydowanie tańszą w wykonaniu.

W odkurzaczach przemysłowych również raczej nie stosuje się tak drogich rozwiązań jeśli nie ma konkretnych wymagań, a w tym wypadku wydaje się to zbędne.

 

Kojani

[majsterkowicz]

Witam!

Dzięki za odpowiedź. Kształt oraz rodzaj wirnika wybrałem ze względu na przedmiot na uczelni. Nawet, gdybym musiał kupić półfabrykat (aluminiowy krążek) to wydam na niego 30zł. Za obróbkę nic nie zapłacę.

Kształt oraz 'zaawansowalność' tego wirnika wynika z tego, żeby prowadzący był zainteresowany projektem oraz wybrał go jako ten do obróbki na maszynie.

Jak zaznaczyłem wcześniej, kształt mogę zmienić (uprościć), co przełoży się na prostszą obudowę oraz mocowanie - łożyskowanie. Modeł uproszczony zakładam, że może być płaski, bez wyciągniętej części ssawnej; coś na kształt wirnika z filmiku na YT.

 

Jedynie co mi nie daje spokoju, to zasilanie oraz napęd tegoż wirnika. Jaka moc ciągła byłaby potrzebna, do tego sam silnik oraz regulator z zasilaczem? Czy jest sens inwestować w silnik 1f, który jest tańszy, do tego sam regulator też będzie w racjonalnej cenie lub też łatwy do zrobienia w moim warsztacie? Czy lepiej pójść w coś na 3f i iść z technologią do przodu?

 

Pozdrawiam

[BRoman]

Im wyższe kwalifikacje tym prostsze narzędzia i metody-stara prawda

[mike217]

Brniesz w ślepą uliczkę. Czym chcesz nakarmić modelarski silnik, który zdoła ukręcić ten wirnik z zakładanymi 20 tyś obr/min? Rozumiesz mam nadzieje że z tych niskich napięć jakie zasilają modelarskie motorki zrobią się grube ampery? Masz do dyspozycji napięcie sieciowe 230V to je wykorzystaj a nie rób sobie pod górę. 

[kojani]

Tutaj masz link do jednego z czołowych producentów odkurzaczy przemysłowych - https://industrial-vacuum.nilfisk.com/en/cases/about-industrial-vacs/Pages/Machine-types.aspx.

Stosujemy ich odkurzacze i zapewniam Cię, że stosują zwykłe turbiny odśrodkowe.

Stosowanie turbiny z Twojego pierwszego postu jest trochę przerostem formy nad treścią.

[majsterkowicz]

W porządku, zatem radzicie, aby zastosować silnik zasilany 230V?

Nie ukrywam, że fajnie byłoby znaleźć silnik z rozbiórki jakiegoś urządzenia, aby ograniczyć koszty. Dodatkowo, aby silnik nie był jakiś z tych wyjących, bo już taki mam we wrzecionie obrabiarki :/

Jakich obrotów mogę się spodziewać po takim silniku, dajmy na to 1000W? Pytam, bo bezpośrednio pod dostępne obroty mogę zaprojektować i wykonać wirnik, aby pracował wydajnie pod silnikiem.

[mike217]

Żeby silnik kręcił stabilnie i  w długich okresach czasu 20 tyś obr / min to niestety kosztować musi bo same łożyska które to zniosą są drogie. Jak ma nie wyć to raczej musi być to bezkomutatorowy silnik. Żeby uzyskać te 20 tyś obrotów co odpowiada częstotliwości dla zasilania silnika nieco ponad 300Hz musisz mieć do niego przemiennik częstotliwości. Nie wiem czy nie taniej i lepiej iść w większą średnicę wirnika i zastosować silnik z ogólnie dostępnych trój fazowych . Firma Przymierze ma takie w swojej ofercie, są przystosowane do długotrwałej pracy i chyba nawijają pod dane obroty w zakresie zasilania 60Hz a zawsze można sobie w zakresie dopuszczalnej prędkości obr dla wirnika i łożysk podnieść obroty przemiennikiem. No chyba, że zastosujesz wyrób wrzeciono- podobny typu kress czy metabo. Te wyjce kręcą spore obroty ale są szczotkowe no i nie za tanie..

[majsterkowicz]

Żeby silnik kręcił stabilnie i  w długich okresach czasu 20 tyś obr / min to niestety kosztować musi bo same łożyska które to zniosą są drogie. Jak ma nie wyć to raczej musi być to bezkomutatorowy silnik. Żeby uzyskać te 20 tyś obrotów co odpowiada częstotliwości dla zasilania silnika nieco ponad 300Hz musisz mieć do niego przemiennik częstotliwości. Nie wiem czy nie taniej i lepiej iść w większą średnicę wirnika i zastosować silnik z ogólnie dostępnych trój fazowych . Firma Przymierze ma takie w swojej ofercie, są przystosowane do długotrwałej pracy i chyba nawijają pod dane obroty w zakresie zasilania 60Hz a zawsze można sobie w zakresie dopuszczalnej prędkości obr dla wirnika i łożysk podnieść obroty przemiennikiem. No chyba, że zastosujesz wyrób wrzeciono- podobny typu kress czy metabo. Te wyjce kręcą spore obroty ale są szczotkowe no i nie za tanie..

Właśnie o tym nawiązywałem.

Posiadam kressa 1050W jako wrzeciono w ploterze i wiem, co to znaczy wycie takeigo silnika Do około 12k obrotów idzie wytrzymać, ale powyżej jest już ciężko.

Dlatego też myślę, że opcja zwiększenia wirnika będzie jak najbardziej wskazana. Oczywiście zwiększając wirnik zwiększy się też jego moment bezwładności przy tym samym materiale. Zatem będę musiał się zastanowić, jak go wykonać, aby był możliwie jak najlżejszy.

Wpadł mi też pomysł na wykorzystanie silnika od kosiarki elektrycznej o mocy np. 1300W lub więcej. Obroty na wale tych silników sięgają około 2800-3000 obr/min.

 

EDIT:

Wykonałem drugi model wirnika o płaskiej konstrukcji. Rzuty po renderingu oraz model dostępny na stronie: link.

[mike217]

No i wykonanie tego drugiego wirnika o niebo tańsze bo na każdej 3 osiówce zrobisz.

[majsterkowicz]

No i wykonanie tego drugiego wirnika o niebo tańsze bo na każdej 3 osiówce zrobisz.

Ten powyższy także wykonam na maszynie o 3 osiach. Tak zostały przeze mnie zamodelowane łopatki, aby dało się je obrobić przy osi narzędzia równoległej do osi 'Z' obrabiarki.

W tej chwili się zastanawiam, jakie wymiary oraz masę wirnika udźwignie silnik o mocy np. 1500W?

Jak jeszcze znając masę wirnika oraz jego przybliżoną geometrię jestem w stanie określić masowy moment bezwładności, tak już oporów powietrza niestety nie dam rady ogarnąć.

 

Czy Koledzy mają jakieś dane dotyczące np. napędów tunelowych? Tam przecież też jest wirnik, wprawdzie mniejszy, ale jest oraz także stwarza jakiś opór. Miło by było mieć dane na temat silnika, ile prądu pobiera bez obciążenia oraz z wirnikiem na wale. Oczywiście obroty wirnika także byłyby mile widziane

[motofan11]

Zrób próbę wyfrezuj na swoim ploterze ten wirnik z pierwszego posta i pokaż efekt a najlepiej zrób filmik jak robisz tę obróbkę jestem bardzo ciekaw efektów,  Proponuję średnicę 60mm 

[PK999]

Odciąg wiórów powiadacie...takim wirniczkiem? Rozumiem, polibuda, trzeba wszystko maksymalnie skomplikować.

Wyważać dynamicznie mały wirniczek, korpus tej "turbiny" pewnie też będzie ciosany z bloku, ehhhh. Potem problemy z ogromem hałasu, wibracjami, małą sprawnością. Po odessaniu wióra przydałoby się go jakoś odfiltrować z powietrza, to stworzy opory (dla i tak mało sprawnej maszyny), nawet system cyklonowy. A zanieczyszczenia które przedrą się przez filtr zniszczą wirnik w ciut krócej niż chwila.

 

Taki wirnik pasuje mi raczej do hasła duża wydajność, duża prędkość, ogromna przepustowość.

Do odciągu nie potrzeba tak wielkich cyfr, wystarczy odrobina podciśnienia. Typowy odkurzacz z lat '90 jest za mało skomplikowany?

Do tego celu z pewnością jest nawet o połowę za mocny.

[majsterkowicz]

Zrób próbę wyfrezuj na swoim ploterze ten wirnik z pierwszego posta i pokaż efekt a najlepiej zrób filmik jak robisz tę obróbkę jestem bardzo ciekaw efektów,  Proponuję średnicę 60mm 

Nie ma problemu, mogę zamodelować wirnik o średnicy 60mm. Taki, czy inny kształt. Z obróbką oraz nakręceniem będziesz musiał nieco poczekać Na tygodniu jestem poza domem - studiuję i takie tam

 

Odciąg wiórów powiadacie...takim wirniczkiem? Rozumiem, polibuda, trzeba wszystko maksymalnie skomplikować.

Wyważać dynamicznie mały wirniczek, korpus tej "turbiny" pewnie też będzie ciosany z bloku, ehhhh. Potem problemy z ogromem hałasu, wibracjami, małą sprawnością. Po odessaniu wióra przydałoby się go jakoś odfiltrować z powietrza, to stworzy opory (dla i tak mało sprawnej maszyny), nawet system cyklonowy. A zanieczyszczenia które przedrą się przez filtr zniszczą wirnik w ciut krócej niż chwila.

 

Taki wirnik pasuje mi raczej do hasła duża wydajność, duża prędkość, ogromna przepustowość.

Do odciągu nie potrzeba tak wielkich cyfr, wystarczy odrobina podciśnienia. Typowy odkurzacz z lat '90 jest za mało skomplikowany?

Do tego celu z pewnością jest nawet o połowę za mocny.

Odciąg, odciąg... Wiem dokładnie, że ten wirnik to nieco przerost formy nad treścią, ale... Wspominałem o moim przedmiocie, zwanym 'Programowaniem obróbki skrawaniem CAM', z którego chciałem skorzystać i wykonać właśnie coś takiego. Krótko mówiąc, upiec dwie pieczenie na jednym ogniu. Dogadałem się z jednym z doktorów, że wykonamy symulację przepływu przy zadanych parametrach obrotowych. Dodatkowo sprawdzi się zapotrzebowanie na moc. To tak stricte z ciekawości, aby mieć jakiś obraz na taki twór.

Korpus do tego wirnika prawie na pewno byłby rzeźbiony z jakiegoś bloku - czy to polietylenowego, czy alu (choć pewnie wybrałbym ten pierwszy). Część od strony łożyskowania zrobiona byłaby już pewnie z metalu.

 

Nie wiem, czy wspominałem, ale do samego zespołu pompowego - wykonam separator cyklonowy. Bez niego ani rusz . Przez pompę zakładam, że nie będą przepływać cząstki większe od kurzu

Wiem dokładnie, że takowy wirnik (z początku tematu) będzie miał spore zapotrzebowanie na obroty, ale właśnie liczby mnie interesują.

Co do realnego projektu, to tak jak wspominałem, chętnie wykorzystam silnik od kosiarki, bo ma zadowalającą moc, do tego jest indukcyjny (bezszczotkowy), zasilany z 230V, a jego obroty nominalne to 2.7-3k obr/min. Kwestia tego, jaki wirnik do niego dobrać, aby wykorzystać zakres obrotów oraz moc.

Co do zalecanych parametrów odciągu, to z tego co mi wiadomo - na pierwszym miejscu jest wydajność (wydatek) systemu oraz zespołu pompowego. Dopiero na drugim miejscu jest możliwe do uzyskania podciśnienie

 

Pozdrawiam

[motofan11]

Wstaw fotki plotera to podyskutujemy o obróbce aluminium,

[majsterkowicz]

Uczelnia dysponuje dwiema frezarkami 3-osiowymi, m.in.: taką, oraz tokarką, również numeryczną firmy DMG MORI.
Mój ploter średnio nadaje się do dynamicznej obróbki aluminium, lecz od wielkiego dzwonu da się puścić obróbkę bez wielkich obciążeń maszyny.

Planuję zmienić napęd na osiach X oraz Y na paski wraz z przekładniami, aby mieć nieco większe możliwości obróbcze, a tym samym mniejsze straty na napędzie. Drugą, równie ważną kwestią jest wyeliminowanie luzu na napędzie, który przy szczegółowej obróbce stoi na pierwszym miejscu.

 

Zdjęcie maszyny będę mógł zrobić dopiero jutro po południu, jak nie wieczorem, jeżeli ktoś ma chęć ją zobaczyć

 

Dla niecierpliwych, zachęcam do obejrzenia filmiku z pierwszym startem z testem systemu sterowania na Linuxie Filmik

Tutaj jeszcze przed wykończeniem stołu jezdnego, malowania i wszelkich innych rzeczy. Zdjęcia wszystko wyjaśnią.

 

Pozdrawiam

[mike217]

Wsadź tam normalne napędy i zapomnij i przekładniach. Normalne czyli serwa. 

[majsterkowicz]

Gdyby napędy servo oraz dedykowane do nich sterowniki były tańsze, to prawdopodobnie bym się na nie skusił.

Z drugiej strony, pchać do takiej maszyny serwa to prawie grzech

[motofan11]

Ploterek całkiem fajny, pomysł na przekładnie bardzo dobry, zamiast śrub trapezowych wstaw kulowe

[majsterkowicz]

Ploterek całkiem fajny, pomysł na przekładnie bardzo dobry, zamiast śrub trapezowych wstaw kulowe

Taki mam zamiar, ale takie rozwiązanie zastosuję chyba dopiero przy budowie kolejnej obrabiarki. Drugą, na którą mam chęć, to kolumnowa ze stołem krzyżowym dająca możliwość sprawnej obróbki stali konstrukcyjnej itp. Po wielu perypetiach związanych z obecną maszyną dochodzę do wniosku, że do obróbki stali potrzeba po pierwsze znacznie większej sztywności konstrukcji, dokładniejszych napędów posuwowych oraz wrzeciona z wyższym momentem obrotowym (a nie niekoniecznie wysokich obrotów rzędu +25k).

Do tej planuję założyć napęd paskowy, który przy obróbce drewna, tworzyw sztucznych itp sprawdzi się o wiele lepiej niż śruba trapezowa, która na całej długości ma różny, różniasty luz. Mało tego, sprawność napędu trapezowego jest niemal 2x niższa od napędu paskowego.