V súčasnosti nastáva veľký rozmach rôznych druhov elektrických vozidiel, ktoré vďaka nízkej cene elektrickej energie, znižujú náklady na prepravu. Taktiež vývoj dopravných prostriedkov týmto smerom je do budúcna veľmi dôležitý, pretože je potrebné dbať na životné prostredie a využívať obnoviteľné zdroje energie. Je to vidieť najmä u elektromobilov, ktoré majú v súčasnosti čoraz väčšiu popularitu. Zavádzajú sa rôzne nízko emisné zóny, kde vstup autám na fosílne palivo je zakázaný. Preto mi napadlo vytvoriť si vlastné elektrické vozidlo inšpirované zariadením typu Segway, ktoré by bolo vhodné pre prepravu osôb na krátke vzdialenosti. V nasledujúcich častiach bude popísaný jeho vývoj, realizácia a výsledné vyhotovenie. V prvej časti je popísaný návrh a konštrukcia mechanickej časti.

Požiadavky na vozidlo

Na základe komerčne dostupných vozidiel bolo potrebné vybrať tie funkcie a parametre, ktoré by boli vhodné pre vytvorenie výsledného vozidla. Prioritou bolo využiť čo najviac dostupných technológií, ktoré budú spolu kooperovať. Prvým parametrom bol vhodný výber materiálu. Je potrebné vybrať taký, ktorý dokáže zvládnuť váhu človeka a taktiež váhu všetkých obsiahnutých komponentov. Taktiež musí byť ľahko dostupný, dobre opracovateľný a cenovo výhodný. Ďalším konštrukčným parametrom je jeho odolnosť voči poveternostným podmienkam, keďže toto vozidlo bude prevádzkované vo vonkajších priestoroch. Keďže rozpočet na toto vozidlo je obmedzený, je potrebné  použiť čo najviac cenovo dostupné elektronické súčiastky. Pohon budú zabezpečovať akumulátory a preto je potrebné použiť motory na jednosmerný prúd. Ďalej je potrebné regulovať otáčky týchto motorov s čo najmenšími stratami a obmedziť pískanie, ktoré môže spôsobiť regulátor pri rozbiehaní alebo zmene rýchlosti. Medzi ďalšie požiadavky patrí zhromažďovanie a zobrazovanie, čo najviac aktuálnych parametrov a údajov z vozidla. Taktiež dosiahnuť čo najdlhší možný dojazd. Samozrejmosťou je použiť nabíjateľný typ akumulátorov aby mohlo vozidlo byť využívané aj z dlhodobého hľadiska. Potrebná je aj možnosť prevádzky vozidla za horších svetelných podmienok alebo v úplnej tme.

Návrh mechanickej časti

Pri konštrukčnej realizácií bolo potrebné dbať na viacero faktorov. Prvým z nich bola hmotnosť. Ak by bolo vozidlo veľmi ťažké, mohlo by to mať za následok, že použité motory by nedokázali pri dodatočnom zaťažení človekom, udržať rovnováhu. Preto sa pri návrhu dbalo na čo najväčšiu kompaktnosť jednotlivých dielov. Väčšina z nich je vyrobená z ľahkého hliníku. Druhým faktorom bola dostatočná pružnosť. Ak by bolo vozidlo tuhé, malo by to za následok možné trhliny a v konečnom dôsledku prelomenie nosnej platne. Preto táto základňa bola vyrobená z pružnej nerezovej ocele. Posledným bodom záujmu bol samozrejme aj celkový vzhľad, oblé línie a čo možno najväčšie zakrytie všetkých náchylných častí voči hrubým nečistotám a špliechajúcej vode. Zariadenie samozrejme nie je vodotesné, ale dizajnom a konštrukciou zabraňuje poškodeniu vnútornej elektroniky. Celá konštrukčná časť bola navrhnutá v programe SolidWorks a nižšie sú popísane jednotlivé diely.

Súčiastky vypálené laserom

Pri výrobe súčiastok sa dbalo na to, aby boli všetky vyrobené čo najpresnejšie. Prvým spôsobom výroby bolo vypaľovanie pomocou laserového lúču. Jeho výhoda je tá, že pomocou neho je možné vytvoriť akékoľvek zaoblené tvary. Taktiež nie je potrebné vŕtanie akýchkoľvek dier, pri ktorých by mohli vzniknúť prípadne nepresnosti. Pri návrhu sa dbalo na čo najmenšie množstvo vyčnievajúcich skrutiek a iných spojov. Následne jednoduchým exportom do formátu DXF je zabezpečené, že výsledný produkt, je vyrobený presne podľa vytvoreného návrhu. Odpadá tak akákoľvek chyba spôsobená človekom.

Nosná platňa

Základnou časťou celého vozidla je nosná platňa. Ako už bolo spomenuté je vyrobená z nehrdzavejúcej oceli s rozmermi 500x500mm. Zvolená hrúbka 3mm je dobrým kompromisom medzi váhou a tuhosťou. Dokáže bezproblémovo vydržať zaťaženie až 100 kilogramov. Je to aj vďaka štyrom hliníkovým blokom upevnených pomocou skrutiek na spodku tejto dosky, kde plnia funkciu výstuhy. Taktiež slúžia ako držiak pre nerezovú tyč, idúcu stredom celého vozidla, na ktorej sú zavesené kolesá. Táto tyč je zabezpečená proti otáčaniu na dvoch miestach v strede platne pomocou skrutiek. Aby kolesá neškreli o bok platne, sú na tyči umiestnené dištančné krúžky. Na oboch koncoch sú následne pripevnené ďalšie krúžky s imbusovými skrutkami, ktoré zafixujú koleso voči vypadnutiu. Diery pre skrutky držiace motor majú podlhovastý tvar. Vďaka tomu, je možné šponovať reťazový prevod, ktorý sa môže časom roztiahnuť.

Nosná platňa

Držiak akumulátorov

Zospodu základne je umiestnený držiak dvoch akumulátorov. Tak ako aj pri nosnej platni, hrúbka plechu je 3mm. Pre zaistenie nižšej váhy celkového vozidla, je možné vidieť, že obsahuje celkovo štyri otvory v tvare štvoruholníka, ktoré čiastočne odhaľujú akumulátory. V mieste ich kontaktov sú vyrezané v základni diery z dôvodu vyvedenia kontaktov a zamedzeniu ich prípadného skratu. Na začiatku výroby bol držiak v sploštenom tvare a následne bol vytvarovaný do výslednej podoby pomocou ohýbania. Kvôli lepšiemu držaniu a ochrane akumulátorov bolo vnútro vypolstrované penou.

Držiak akumulátorov

Držiaky LED osvetlenia

Aby bolo vozidlo vo tme viditeľné, boli vyrobené držiaky opäť z nerezového plechu s hrúbkou 2mm. Taktiež boli vypálené laserom a následne ohnuté do požadovaného tvaru. Majú jednoduché otvory, v ktorých sú umiestnené 10mm LED diódy, prilepené pomocou sekundového lepidla. Boli použité dva druhy farieb. V prednej časti sú dve biele v spoločnom držiaku a v zadnej časti vo dvoch samostatných držiakoch dve červené LED diódy.

Držiaky LED osvetlenia

Súčiastky vyrobené na CNC stroji

Väčšina súčiastok je vyrobená z hliníkového polotvaru, v tvare kvádra. Pár dielov je vyrobených z plastu. Tie sú následne vyfrézované na CNC stroji. Zvolený materiál je dobre opracovateľný, pevný a ľahký.

Kryt dosky plošných spojov

Na vrchnej strane základne je možné vidieť polovicu oválneho tvaru, kryt dosky plošných spojov. Ten je vsunutý medzi dvoma bočnicami, v ktorých je vyfrézovaná drážka, ktorej docielením je dosiahnutý čistý vzhľad a čiastočná ochrana voči vniknutiu prípadnej vody. Z prednej časti je dovnútra vložený vývod z rukoväte. Všetko je navrhnuté tak, aby bol zabezpečený plynulý pohyb. Zároveň je aj ošetrené možné lámanie vodičov v mieste ohybu. Zo zadnej strany krytu vyčnieva skrutka, ktorá slúži na prípadné otvorenie v prípade poruchy alebo diagnostiky. Taktiež po odkrytí krytu je možné pristupovať k dvom konektorom pre nabíjanie akumulátorov.

Kryt dosky plošných spojov

Kormidlo

Pozostáva z dvoch nerezových tyčí spojených do tvaru „T”. Dĺžka prvej hlavnej tyče je 1000mm a druhej vedľajšej 400mm. V mieste spoja týchto tyčí je taktiež osadený displej spolu s dvoma tlačidlami. Ukotvenie tyče je vyriešené vložením plastových puzdier do nerezového obalu a následné pripevnenie k základni. Vo výslednej rukoväti je umiestnený zväzok štrnástich drôtov pripojených k základnej doske. Všetko je zapuzdrené tak, aby nebolo možné jednoduchým spôsobom tieto vodiče poškodiť.

Kĺb kormidla

Kryt displeja a tlačidiel

Na vrchnej časti kormidla, je umiestnená krabička s displejom a dvomi tlačidlami. Pre lepšie zorné pole, je naklonená pod miernym uhlom. Vzhľadom k tomu, že LCD displej má rozmernú dosku plošných spojov, bolo snahou spraviť krabičku čo najmenších rozmerov. Pred displejom je prilepené ochranné plexisklo, ktoré ho pred prípadným dažďom alebo nečistotami. Taktiež sú ku krabičke prilepené aj tlačidlá.

Kryt displeja a tlačidiel

Kúpené súčiastky

Okrem navrhnutých súčastí boli potrebné aj tie, pri ktorých kusová výroba nebola nevyhnutná. Všetky nižšie spomenuté boli kúpené z druhej ruky, pretože na Slovensku nie sú bežne dostupné ako náhradné súčiastky. Sú to diely z vyradených elektrických kolobežiek.

Kolesá

Sú uchytené na tyči z nerezovej oceli s priemerom 12mm a šírky 750mm. Hliníkové kolesá majú rozmer 12 palcov. Na každom z dvoch kolies ako aj na jednotlivých motoroch je prichytené ozubené koleso, ktoré slúži na prenos otáčavého pohybu z motorov pomocou reťaze. Vďaka kolesám je výška základne od zeme 40mm.

12 palcový disk

Ozubené kolesá a reťaz

Pre prenos energie z motorov bol použitý reťazový prevod spolu s dvomi ozubenými kolesami. Prvé z nich osadené na osi motora má 11 zubov. Druhý z nich pripevnené na disku kolesa má 45 zubov. Použité súčiastky z elektrickej kolobežky, obsahovali zotrvačník. Pre toto vozidlo však bol nežiadúci. Riešením bolo rozobratie mechanizmu a jeho následne zalepenie dvojzložkovým lepidlom. Taktiež závit, pomocou ktorého bolo ozubené koleso pripevnené k disku muselo byť zafixované pomocou špeciálneho lepidla na závity. Použitá reťaz bola príliš dlhá a preto bola rozrezaná a niektoré z článkov boli vyradené. Následne spojená pomocou reťazovej spojky.

Ozubené kolesá

Ťažné pružiny

Aby bola zabezpečená nejaká odozva respektíve odpor, ktorý bude vracať rukoväť spať do základnej polohy, boli použité dve ťažné pružiny ukotvené pomocou lanka na základni a v spodnej časti hlavnej tyče rukoväte.

Ťažná pružina

Výsledný 3D model vozidla

3D model vozidla

V nasledujúcej časti budú popísané použité elektronické komponenty.

• O autorovi
• Najnovšie príspevky

jogyno183

Najnovšie články od jogyno183 (zobraziť všetky)

• Dvojkolesové balansujúce vozidlo – 3. časť - 23. mája 2020
• Dvojkolesové balansujúce vozidlo – 2. časť - 14. apríla 2020
• Dvojkolesové balansujúce vozidlo – 1. časť - 10. marca 2020