Как рассчитать привод для ворот

При создании СКУД индивидуального или корпоративного применения достаточно часто приходится сталкиваться с задачей обеспечения контролируемого пропуска на огороженную территорию, в ангары, гаражи и т.д. автомобилей и других транспортных средств. Наиболее традиционным способом для этого является прием известный еще со времен египетских фараонов – путем использования ворот, открываемых только перед «своими». Современные достижения механики и электроники позволили обеспечить эффективное решение данной задачи, основанное на использовании дистанционно управляемых механических приводов для ворот, позволяющих открывать ворота по команде с центрального пульта или от устройства дистанционного управления или же, наконец, по команде с устройства идентификации, например считывателя проксимити- карт или датчиков биометрических устройств. В настоящее время наиболее популярными на российском рынке являются приводы зарубежных компаний в первую очередь, итальянских и, в меньшей степени, немецких. Имеются также модели отечественных фирм, среди которых наиболее известны санкт-петербургское ОАО «Редуктор» и азовское ООО «Труд» 1 . Однако вопрос выбора приводов далеко не столь прост, как это нередко представляется. И в первую очередь это касается основной характеристики этих устройств – способности приводов осуществить надежное открывание ворот в любых условиях.

Вспомним, что параметром, определяющим эту способность, является величина момента сил привода, за счет которого осуществляется процесс движения створок. Сразу отметим, что данная величина непосредственно указывается только для так называемых рычажных приводов, где открывание осуществляется при помощи рычажной системы, один конец которой закреплен на поворачивающейся оси (Рис.1). Однако кроме них значительное распространение получили так называемые линейные приводы, в которых открывание ворот осуществляется за счет перемещения каретки. приводимой в движение винтовой передачей типа «винт-гайка» или гидравлическим приводом (Рис.2). Необходимо отметить, что в этом случае изготовители нередко кривят душой, указывая вместо открывающего момента тянущий момент (осевую нагрузку), или силу привода, действующую на каретку. При этом «за скобками» остается факт, что полезная составляющая этой силы, направленная перпендикулярно полотну ворот составляет, в зависимости от способа установки не более 10-20% от общего усилия. Остальная же часть передается на петли, то есть по сути дела пропадает бесполезно. 2

По данным специалистов ООО «Труд» оценить открывающий момент линейного привода можно по формуле:

Где М – открывающих момент в кг*м; Fs – тянущий момент в н; k- коэффициент, который зависит от конструкции привода и способа установки, но в любом случае будет находится в интервале 0,00÷0,017. Отсюда, например, для известного линейного винтового привода ATI-5024 итальянской компании «Came», который согласно рекламным данным может развивать тянущее усилие до 3000 н максимальный открывающий момент будет не более 40 кг*м.
Возможно, это было бы не так уж и мало, если бы единственной целью привода было бы преодоление момента инерции створки ворот определенной массы и размера, на чем, кстати, основывается большинство рекомендаций производителей, предлагаемых в качестве критерия для выбора ворот. Однако, при этом нередко игнорируется тот факт, что ворота должны не просто открываться и закрываться, но открываться и закрываться в реальных условиях. Это вызывает необходимость учитывать дополнительные факторы, главным из которых является значительная парусность створок ворот. Иными словами, для грамотного выбора приводов желательно учитывать тот факт, что при открытии или закрытии ворот во многих случаях приходится преодолевать существенные ветровые нагрузки.
Рассмотрим теперь, каковы будут значения этих нагрузок. В первом приближении величина ветровой нагрузки может быть оценена по формуле:

Где — сила ветровой нагрузки в кГ; B- длина створки ворот в м; H- высота створки ворот в м; V- скорость ветра в м/сек; p- коэффициент учитывающий наличие в створке ворот отверстий, которые сопротивления ветру оказывать, очевидно, не будут (в первом приближении величину «p», очевидно, можно считать равной доле площади непрозрачных для ветра участков полотна ворот в общей площади створки ворот)
Тогда момент сил необходимый для преодоления ветровой нагрузки составит:

Где Mw-момент сил в кГ/м
При этом возникающие усилия могут быть, достаточно велики. Для примера проведем расчет для достаточно распространенной ситуации, для случая ширины сплошной створки ворот – 2,5м и высоты – 2,2 м. Результаты приведены в таблице 1.

Характеристика в соответствии со шкалой Бофорта	Описание	Максимальная скорость ветра (м/сек)	Ориентировочный момент сил для преодоления ветровой нагрузки (кГ/м)
Слабый	Листья и тонкие ветви деревьев постоянно колышутся. Высокая трава и посевы хлебов начинают колыхаться. Ветер развивает флаги и вымпелы.	5,2	36
Умеренный	Ветер приводит в движение тонкие ветви деревьев, поднимает с земли пыль. По высокой траве и посевам пробегают волны. Вымпел вытягивается.	7,4	51
Свежий	Качаются ветви и тонкие стволы деревьев. Вытягиваются большие флаги.	9,8	67
Сильный	Качаются толстые сучья деревьев, шумит лес. Высокая трава и посевы клонятся до земли. Гудят телеграфные провода.	12,4	85
Крепкий	Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветви и сучья. Идти против ветра трудно. Слышится свист ветра около строений и неподвижных предметов	15,2	104,5
Очень крепкий	Качаются большие деревья, ломаются тонкие ветви и сухие сучья. Движение против ветра требует больших усилий.	18,2	125

Разумеется, следует учитывать и составляющую, которая необходима для открытия ворот, в отсутствие ветра, связанную с необходимостью преодоления трения в петлях ворот и инерции створки. Таким образом, общая величина момента сил обеспечиваемая приводами должна составлять:

Где Mf – момент сил необходимый для открывания ворот при полном отсутствии ветра. (Эта величина может быть рассчитана или определена экспериментально, путем замера при помощи несложного оборудования.)

Так вот, проанализировав рекомендации зарубежных производителей можно сделать вывод о том, что они в большинстве основаны на ситуации когда Mw 3

Разумеется, значение данного фактора во многом определяется самой конструкцией ворот. Из соотношения (1) видно, что для решетчатых ворот (p 4 )

Подводя итог сказанному выше необходимо отметить, что для правильного выбора типа привода для ворот при описании объекта в исходных данных для проектирования кроме традиционных характеристик, таких как размеры, вес, устройство петель и т.д. необходимо обязательно указывать конструктивные особенности полотна створок (по крайней мере, давать оценку его ветропроницаемости).

С другой стороны, составляя техническое задание и договор на приобретение и установку приводов для ворот необходимо обязательно отразить требование того, что данные привода должны обеспечивать нормальную работу ворот при ветре определенного вида, например по шкале Бофорта (основные характеристики приведены в таблице 1). Определить же эту величину применительно к своей конкретной ситуации можно как из своего личного опыта, основываясь на описании действия ветра, так и из данных метеонаблюдений для конкретной местности, которые несложно узнать в ближайшем метеоцентре.

Соответственно, в договоре на оборудование ворот автоматикой, кроме традиционных пунктов, таких как обеспечение требуемой скорости открывания створок и интенсивности работы приводов, должен содержаться пункт об обеспечении работоспособности приводов в условиях воздействия ветра заданной силы, с обязательной доводкой открывающих устройств при невыполнении этого условия до состояния, позволяющего обеспечить выполнение этого требования, за счет инсталлятора 5 . При этом не следует ограничиваться только рекомендациями производителей приводов, иначе как в качестве первого приближения, поскольку они, безусловно, не могут (да и не должны) учитывать всех нюансов конкретной ситуации (на это, пусть и по несколько иному поводу, указывал еще Петр Великий 6 ). И уж тем более не следует исходить только из раскрученности модели. В конце концов, для заказчика в первую очередь важно иметь нормально выполняющий свою работу привод, а уж кто именно его произвел – Came, FAAC или, скажем, «Труд» — в большинстве случаев для него столь принципиального значения не имеет.

Можно быть уверенным, что серьезные инсталляторские компании возражать против подобной постановки вопроса не будут. Возражения же появятся в основном со стороны «дистрибьюторов», весь научный багаж «специалистов» которых ограничивается умением приварить скобы, завинтить гайки и присоединить провода в соответствии с инструкцией по установке. 7 Но стоит ли вообще иметь дело с такими фирмами – это уже другой вопрос, который выходит за рамки данной статьи.

Данная заметка написана на основании материалов, предоставленных специалистами ООО «Труд» г.Азов. Иллюстрации взяты с сайтов http://www.amcormiami.com и http://www.amazinggates.com . Данные по приводам ATI и рекомендациям по выбору приводов, соответствуют приведенным на сайте российского представительства компании «Came» http://www.camerussia.ru на момент написания статьи. Данные о характеристиках ветра по шкале Бофорта приведены в соответствии с материалами сайта http://10sqmeters.runa.ru

Статья кандидата технических наук, главного редактора журнала «Технические средства безопасности» И. Старшинова

1 О приводах ППВ-2М и ППМ-3М разработки ООО «Труд» будет рассказано в разделе «А что на прилавках»
2 Это, однако, не следует понимать как просчет разработчиков данных приводов. Как видно, хотя бы из сравнения рисунков 1 и 2, линейные приводы могут быть выполнены существенно более компактными и привлекательными с эстетической точки зрения (нет торчащих рычагов), по сравнению с рычажными. Тем самым их применение, безусловно, оправдывается в случаях, когда для потребителя внешний вид ворот играет важное значение и ради его обеспечения он готов, что называется, не постоять за ценой.
3 Известны случаи, когда при автоматизации сплошных ворот для компенсации ветровых нагрузок приходилось, в итоге, ставить несколько приводов на створку. Но ясно, что подобная «гирлянда» будет смотреться далеко не так эстетично, как это хотелось бы пиарщикам.
4 Мы не будем приводить конкретных примеров, чтобы не перегружать статью. Однако те, кто не хочет поверить нам на слово, может легко убедится в этом, проведя поиск изображений в Интернет, например, при помощи поисковой системы Yahoo по словам «automatic gates»
5 Путем ли установки дополнительных приводов или замены рекомендованных фирмой приводов на более мощные – определится соглашением сторон.
6 "Не держаться устава, яко слепой стены, ибо там порядки писаны, а времен и случаев нет" (Пётр Великий, Морской Устав)
7 Хотя деньги за услуги они могут запросить немалые, в том числе ссылаясь на «эксклюзивность» своего товара.

Процесс автоматизации ворот начинается с подбора наиболее оптимального для пользователя и данного типа ворот привода. Привод для ворот может быть разного вида, разной мощности и с иными отличными параметрами. Как правильно подобрать и установить устройство самостоятельно, читайте далее.

Разновидности приводов для ворот

Как правильно подобрать привод

Основными параметрами выбора приводов являются:

• тип устройства, подбираемый в соответствии с типом установленных ворот;
• технические параметры (мощность, количество оборотов и так далее).

• производитель. Наиболее популярными на российском рынке компаниями являются итальянская фирма Came и группа компаний Алютех, холдинги которых расположены на территории России, Украины, Чехии, Австрии, Белоруссии и Германии.

Приводы для распашных ворот

Классификация приводов, предназначенных для распашных ворот, производится по нескольким признакам:

1. в зависимости от принципа работы устройства подразделяются на:

• гидравлические (специальная жидкость нагнетается в рабочие цилиндры, которые перемещают створки ворот). Производить монтаж гидравлического привода можно на ворота разного веса и габаритных размеров;

• электромеханические, работоспособностью которых управляет электродвигатель. Крепление устройства возможно, если вес створки ворот составляет менее 300 кг, а ширина – не более 3 м;

Привод, приводимый в движение двигателем

1. в зависимости от способа передаваемого усилия существуют следующие виды:

• линейные (двигатель воздействует на винт, перемещающий гайку, открывающую ворота). Преимуществами данного типа являются экономия пространства на прилегающей территории за счет возможности установки на столб малого диаметра и долговечность, достигаемая путем замедленности цикла. Среди недостатков можно выделить ограничение угла открывания (максимум 90°) и ограничение по весу и размеру створки;

Устройство линейного типа привода

• рычажные (энергия с двигателя передается на вал, соединенный с кривошипом). Устройства данного вида позволяют производить открытие створок на угол до 120°. Однако необходимость монтажа на массивные столбы значительно сокращает полезную площадь, что особенно важно для загородных участков;

Электропривод на основе рычага

1. в зависимости от способа установки выделяют:

• наземные устройства, которые могут быть установлены в верхней, нижней или средней части створки ворот;

Приводы для монтажа на створке ворот

• подземные устройства. При монтаже подземного привода пользователю видна только рычажная конструкция, соединенная со створками.

Электропривод для монтажа ниже уровня земли

Приводы для откатных ворот

Привод для откатных ворот – электромеханический. Основными составляющими устройства являются:

• корпус, который изготавливается из качественного пластика;
• блок управления;
• статор;
• концевые выключатели.

Электропривод для откатных ворот

В зависимости от вида передачи электропривод может быть:

• цепным;
• роликовым.

Основными критериями выбора являются:

• скорость движения привода. Различают высокоскоростные и низкоскоростные устройства. Второй вид является наиболее популярным для бытового применения, а первый вид преимущественно устанавливается на ворота охраняемых территорий;
• вид концевых выключателей. Наибольшей популярностью пользуются магнитоконтактные выключатели (ворота останавливаются, если датчики находятся в зоне действия друг друга), так как они более долговечны и просты в установке. Выключатели нажимного действия (работа привода прекращается при соприкосновении с устройством) меньше по стоимости, но длительность их использования значительно ниже. При монтаже нажимных выключателей требуется особе внимание, так как даже небольшое расхождение может привести к неработоспособности устройств;

Разновидности концевых выключателей

• настройка. Большинство моделей имеют частичную настройку (привязка управления, программирование действий), что позволяет каждому пользователю самостоятельно задать работоспособность. Однако встречаются модели с полной настройкой или с полным отсутствием каких-либо настроек;

• способ управления. В зависимости от вида привода управление может осуществляться через проводное соединение (рядом с воротами устанавливается блок управления) или беспроводным способом (с дистанционного пульта). В последнем случае дополнительно устанавливаются антенны – ретрансляторы.

Управление электроприводом при помощи пульта

Приводы для секционных ворот

Автоматический привод секционных ворот может быть:

• реечным (движение по направляющей). Основная часть привода устанавливается на потолок, что позволяет сэкономить пространство;

Привод для бытовых нужд реечного типа

• вальным (движение при помощи цепи). Вальный привод монтируется на стены. Преимуществом данного типа является возможность установки на ворота большого веса и больших размеров.

Привод для ворот больших размеров

Установка приводов

Принципиально монтаж приводов на разные типы ворот не имеет существенных отличий, то есть производится крепление привода и его подключение. Разберем схему выполнения монтажных работ на примере распашных ворот.

Работы по установке устройства производятся в следующем порядке:

1. на первом этапе, как и в большинстве случаев, определяется место установки привода и размечается область его крепления. Привод необходимо установить так, чтобы он не мешал работе другой фурнитуры (ручки, замки, петли и так далее) и имелась возможность его подключения к электропитанию;
2. подготавливаются отверстия для крепления удерживающих кронштейнов. В случае с монтажом линейного привода можно зафиксировать привод непосредственно на столбе забора, а в случае с установкой рычажного устройства потребуются дополнительные закладные, которые можно изготовить самостоятельно, например, из профильных труб;
3. производится фиксация привода;

Фиксация привода к столбу забора

1. подведение электрокабеля. Для сохранности и долговечности кабель рекомендуется прокладывать в пластиковых трубах, которые защищают от воздействия влаги, солнечных лучей и механических повреждений;
2. подключение электропривода. Для безопасной работы электроприбора подключение рекомендуется выполнять специальными зажимами, одновременно обеспечивающими и достаточный уровень изоляции. Схема подключения поставляется вместе с устройством;

Подключение электропитания привода и дополнительных элементов

1. установка по аналогичной схеме дополнительных элементов (заглушек, концевых уловителей, блока питания и так далее);
2. окончательная настройка оборудования (выполняется в соответствии с рекомендациями производителя);
3. проверка работоспособности и при необходимости устранение ошибок.

Процесс установки представлен на видео.

Установка привода позволяет пользоваться воротами в автоматическом режиме, что обеспечивает максимальное удобство.

3. Расчет распашных ворот с линейным электроприводом

Расчет проведем в четыре этапа по предварительной схеме

Во-первых, необходимо сконструировать створку исходя из заданных размеров.

Вторым пунктом будет разработка опор, зная вес створки произведем выбор труб или швеллера для каркаса и зададим глубину (размер А) фундамента, для создания жесткой заделки.

Третий пункт – подбор и установка петель.

Четвертый пункт – выбор и установка электропривода.

Далее остается только предусмотреть защиту от коррозии.

3.1 Конструкция створки ворот

Створка ворот должна изготавливаться жесткой, но не перегруженной излишними элементами. Конструкция створки должна выполняться в виде несущей фермы, т. е. содержать в себе необходимые вертикальные и диагональные силовые элементы.

Створка будет собрана по следующей схеме:

Причем ширина должна быть взята меньше на величину зазора между опорой и петлей (15мм) и второй створкой (5мм), отсюда общая ширина створки составит 1580 мм.

Каркас выполняем из прямоугольного профиля 120*60 толщина стенки – 4мм ГОСТ 30245-03 Вес метра – 10,5 кг

Необходимо 5 отрезков: два по 2260мм, два по 1580мм и один 2630мм

Таким образом суммарный вес каркаса составит:

Профиля свариваются электродуговой сваркой, шов обрабатывается, к открытым торцам профилей привариваются заглушки из листового металла (4шт по 1кг).

Далее к каркасу необходимо приварить лист металла размерами 1580*2500

Выбираем лист горячекатаный ( г/к ) толщина — 3мм, размеры — 1250*2500 сталь — 3ПС5 ГОСТ 16523-89

Один лист используем полностью второй режем для достижения размеров 330*2500 мм. Вес квадратного метра листа – 23,5 кг, отсюда вес листа для створки составит:

Суммарный вес одной створки составит: 108+93+4=205кг.

3.2 Выбор и установка опор

При рассчитанной массе створки – 205 кг

Целесообразно будет вместо металлических столбов использовать швеллеры.

Выбираем швеллер №16 ГОСТ 8240 масса метра – 14,2кг.

Для опор используется два швеллера длина должна рассчитываться из условия, что 1,5 метра швеллера уходит в фундамент. При заданной высоте ворот выше нулевого уровня – 4м. Общая длина швеллера составит: 5,5 метра

Далее роем две ямы под фундамент размерами 300*300*1500, между ними роем траншею для углубления стяжки (швеллер L=3200), устанавливаем опоры, привариваем стяжку и производим заливку бетоном.

Схема установки швеллеров:

Концы швеллера, заливаемые бетоном предварительно обрабатываются битумом (стяжка обрабатывается полностью). Для придания большей жесткости конструкции сверху, в качестве перекладины привариваем еще один швеллер длиной 3328мм. Плоская сторона швеллера должна быть ориентирована вниз.

3.3 Выбор петель

Выбор петель производится при известной массе створок. Масса створки – 205кг. Петли для ворот:

d28 с опорным подшипником (максимальная масса створки 150 кг.) d34 с опорным подшипником (максимальная масса створки 250 кг.) d50 с опорным подшипником (максимальная масса створки 400 кг.)

Выбираем петли d28 2шт на створку – максимальная масса на 2 петли составит 300кг. Конструкцию петли улучшаем: на уровне шарика подшипника в петле сверлим отверстие и нарезаем резьбу для установки пресс-масленки (пресс-масленка H1, прямая M 6 x 1, под ключ 7). С другой стороны делаем технологическое отверстие для выхода старой смазки (2мм)