Elektrovůz lehké konstrukce

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Elektrovůz lehké konstrukce Bakalářský projekt Jakub Rosický

Liberec

2010

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Ref lexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, KTERÝ JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Elektrovůz lehké konstrukce

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Ústav mechatroniky a technické informatiky

Akademický rok: 2009/10

ZADÁNÍ ROČNÍKOVÉHO PROJEKTU Jméno a příjmení: Jakub Rosický Studijní program: B 2612 – Elektrotechnika a informatika Název tématu: Elektrovůz lehké konstrukce A Vedoucí učitel projektu: Ing. Jan Koprnický, Ph.D. Zásady pro vypracování: 1. Zpracování rešerše problematiky elektrovozů lehké konstrukce a malých rozměrů pro přepravu osob. 2. Navržení možných koncepcí elektrovozů lehké konstrukce pro přepravu dětí. 3. Součástí návrhu bude rozbor elektrické (baterie, řízení), elektromechanické (elektromotory) i mechanické (uložení všech systémů v konstrukci) části systému. 4. Závěrečnou technickou zprávu napište v sázecím systému LATEX. Seznam odborné literatury: [1] Cenek, M.; aj.: Akumulátory od principu k praxi. Praha : FCC PUBLIC, 2003, ISBN 80-86534-03-0. [2] Larminie, J.; Lowry, J.: Electric Vehicle Technology Explained. Chichester : John Wiley & Sons, Ltd, 2003, ISBN 0-470-85163-5. [3] Rybička, J.: LATEXpro začátečníky. Brno : Konvoj, 1999, ISBN 80-85615-42-8. [4] Vegr, J.: Elektromobily – historie a současnost. Pro-Energy, ročník 2008, č. 3, 2008: s. 44–50, ISSN 1802-4599. [5] Šťastný, J.; Remek, B.: Autoelektrika a autoelektronika. Praha : T. Malina-nakladatelství, 2003, ISBN 80-86293-03-5. Rozsah závěrečné zprávy o řešení projektu: 10 až 15 stran V Liberci dne 29. září 2009

Vedoucí učitel projektu (podpis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

Elektrovůz lehké konstrukce Abstract

Abstrakt Tato práce obsahuje teoretické a praktické řešení problematiky elektrovozu lehké konstrukce. V teoretické části se zabývá zpracováním rešerše a vysvětlením termínu elektrovůz lehké konstrukce. V praktické části se řeší různé varianty konstrukcí kočárku. Po shrnutí návrhů je vybráno nejvhodnější řešení, ke kterému je potom vytvořen 3D model z CAD programu.

Klíčová slova elektrovůz lehké konstrukce, dětský kočárek, elektrokolo, Gruber Assist

Abstract This bachelor thesis includes theoretical and practical solution of lightweight construction of electro-wagon problems. In the theoretical part the work puts brain into the background research of processing and to explanation of the term lightweight construction electro-wagon. In the practical part the different variants of wagon construction are solved. After the summary of the suggestions the best solution is chosen, to which the 3D model in CAD program is subsequently created.

Key words lightweight construction electro-wagon, baby coach, electro-bicycle, Gruber Assist

3

Elektrovůz lehké konstrukce Obsah

Obsah Abstrakt

3

Klíčová slova

3

Abstract

3

Key words

3

1 Úvod

6

2 Vysvětlení a účel elektrovozu lehké konstrukce

7

2.1

Termín elektrovůz lehké konstrukce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.2

Účel využití elektrovozu lehké konstrukce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3 Inspirativní vzory pro elektrovůz lehké konstrukce

7

3.1

Elektrické invalidní vozíky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3.2

Elektrokola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

4 Kočárky na trhu

8

4.1

Konstrukce kočárků . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

4.2

Hmotnost kočárků . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

5 Elektrovůz lehké konstrukce

9

6 Mechanická konstrukce

9

7 Elektromotor

10

7.1

Vzorce pro výpočet potřebného výkonu elektromotoru . . . . . . . . . . . . .

11

7.2

Elektromotory využívané pro elektrokola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

7.2.1

Kolmé uložení elektromotoru k hnané hřídeli . . . . . . . . . . . . . .

11

7.2.2

Elektromotor uložený na hnané hřídeli . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

8 Akumulátory

13

4

Elektrovůz lehké konstrukce Obsah

9 Návrhy řešení uložení elektromotoru v kočárku

13

9.1

Kolmé uložení elektromotoru k hřídeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

9.2

Elektromotor uložený na hřídeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

9.3

Elektromotory v kolech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

10 Shrnutí návrhů

16

11 Mechanický model návrhu

17

11.1 Model konstrukce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

11.2 Model elektromotoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

11.3 Složený celkový model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

12 Výpočet výkonu elektromotoru

19

13 Elektrické schéma zapojení elektrovozu lehké konstrukce

20

14 Regulace rychlosti kočárku

20

15 Ochrana kitu a kabeláže

21

16 Bezpečnostní opatření

21

16.1 Zabezpečení proti neřízenému pohybu kočárku . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

16.2 Zabezpečení proti zaseknutí kitu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Závěr

23

Literatura

25

Příloha

26

5

Elektrovůz lehké konstrukce 1 Úvod

1

Úvod

Cílem ročníkového projektu bylo zpracovat teoretickou a praktickou část na téma elektrovůz lehké konstrukce. Nejprve se seznámíme s teoretickou částí. Ta obsahuje vysvětlení základních pojmů a navržení řešení elektrovozu lehké konstrukce. Nejvhodnější návrh poté zpracuji a vymodeluji v CAD programu. Elektrovůz lehké konstrukce je dopravní zařízení určené pro přepravu dětí. Hmotnost dopravního zařízení nepřesáhne 20 kg. Projekt jsem si vybral ze dvou důvodů. Prvním důvodem je možnost konstruování a druhým je zpracování modelů v CAD programu. Za CAD program jsem si zvolil Solid Works.

6

Elektrovůz lehké konstrukce 3 Inspirativní vzory pro elektrovůz lehké konstrukce

2

Vysvětlení a účel elektrovozu lehké konstrukce

2.1

Termín elektrovůz lehké konstrukce

Je to dopravní zařízení určené pro přepravu osob. Vyznačuje se především malými rozměry a nízkou hmotností. Proto postačí konstrukce jednoduššího typu. Elektrovůz lehké konstrukce je poháněn elektromotorem, který je napájen nejčastěji Li-ion akumulátory. Elektrovůz lehké konstrukce se skládá ze dvou hlavních částí. První část je mechanická konstrukce kočárku a druhou částí je kit, který obsahuje kompletní elektroinstalaci s elektrickými prvky.

2.2

Účel využití elektrovozu lehké konstrukce

Elektrovůz lehké konstrukce bude určen pro přepravu dětí, za účelem ulehčení jejich přepravy rodičům.

3

Inspirativní vzory pro elektrovůz lehké konstrukce

Pro budoucí elektrovůz lehké konstrukce jsou hlavními atributy nízká hmotnost a jednoduchá mechanická konstrukce. To vše spojeno s přepravou osob. Jako první inspirací by mohl být elektroautomobil, který ale nesplňuje hlavní atributy v jednoduchosti konstrukce a v nízké hmotnosti dopravního prostředku. Dalším možným prostředkem by mohl být elektroskútr. Jeho konstrukce je už o poznání jednodušší a hmotnost se pohybuje cca od 100 kg do 200 kg. Další možnou variantou je elektrický invalidní vozík. Má jednoduchou konstrukci a váží od 100 kg do 180 kg. Posledním dopravním prostředkem je elektrokolo, které má nejjednodušší konstrukci a nejmenší hmotnost. [8]

3.1

Elektrické invalidní vozíky

Podvozek kočárku se čtyřmi koly je velice podobný podvozku elektrického invalidního vozíku. Tato podobnost lze využít pro návrhy řešení elektrovozu lehké konstrukce. Jediným negativním faktorem je hmotnost invalidního elektrického vozíku. Nejlehčí varianta invalidního elektrického vozíku váží 100 kg. [4] 7

Elektrovůz lehké konstrukce 4 Kočárky na trhu

3.2

Elektrokola

Hlavní předností elektrokol je jejich jednoduché mechanické řešení a nízká hmotnost. Ovšem nevýhodou se stává odlišná konstrukce od současných kočárků pro děti. Ale pro řešení uložení elektromotoru v návrhu je elektrokolo správným vzorem, ze kterého lze čerpat. Využívají různá uložení elektromotorů.

4

Kočárky na trhu

Nabídka kočárků na českém trhu je velice široká. Kočárky se liší nejen v modelových typech ale i konstrukčním řešením. Nejčastěji se setkáváme s označením modelů jako např.: golfové hole (nebo také golfové kočárky), hluboké a sportovní kočárky, ale existují i další typy modelů.

4.1

Konstrukce kočárků

Z hlediska konstrukce lze kočárky rozdělit do dvou hlavních skupin. Do první skupiny patří tříkolky obr. 1. Některé kočárky v této kategorii mají čtyři kola, která jsou v přední části blízko u sebe, a proto tento typ patří mezi tříkolky.

Obrázek 1: Podvozek kočárku – varianta tříkolka [2]

Druhou skupinou jsou čtyřkolky obr. 2. Tyto modely se většinou vyznačují větší hmotností a rozměry. Vycházel jsem z uvedených zdrojů [2][6][3]. 8

Elektrovůz lehké konstrukce 6 Mechanická konstrukce

Obrázek 2: Podvozek kočárku – varianta čtyřkolka [2]

4.2

Hmotnost kočárků

Hmotnost závisí na konstrukčním řešením kočárku. Nejlehčí varianty kočárku váží 7 kg a nejtěžší dosahují hmotnosti 20 kg. [2][6][3]

5

Elektrovůz lehké konstrukce

Návrh elektrovozu lehké konstrukce se bude skládat ze dvou hlavních částí. První částí bude výběr konstrukce podvozku, který je na trhu. Druhou částí bude výběr elektromotoru a jeho uložení v konstrukci.

6

Mechanická konstrukce

Mechanická konstrukce bude rozdílná pouze v některých částech od konstrukčních řešení dětských kočárků. Elektrokočárek bude mít na madle ovládání elektromotoru a ukazatel o stavu baterie. V podvozku pak bude uložen elektromotor s baterií. Veškerá elektroinstalace bude vedena v konstrukčních tyčích kvůli ochraně přepravovaných dětí před elektrickým úrazem. Pro lepší stabilutu proti překlopení se bude kit aplikovat na variantu kočárku se čtyřmi koly (obr. 2).

9

Elektrovůz lehké konstrukce 7 Elektromotor

7

Elektromotor

Vybraný elektromotor musí splňovat jak mechanické, tak i elektrické požadavky. Z hlediska mechanické části jsou pro elektromotor důležitými kritérii nízká hmotnost a malé rozměry. Elektrickým zdrojem bude stejnosměrný zdroj. Z tohoto důvodu použiji v projektu stejnosměrný motor. Mezi hlavní výhody patří možnost plynulé regulace otáček motoru ve velkém rozsahu (změnami napětí na kotvě nebo budícím proudem) a velký točivý moment i při malé rychlosti otáčení. K nevýhodám patří omezení maximální rychlosti otáčení (kvůli mechanickým dispozicím komutátoru) a zvýšené nutnosti údržby komutátoru. Podle způsobu zapojení budícího vinutí a vinutí kotvy se stejnosměrné motory rozdělují na čtyři základní typy (motor s cizím buzením, derivační motor, motor se sériovým buzením a kompaudní motor). U motoru s cizím buzením otáčky klesají při zatížení jen nepatrně a lze motor regulovat napětím na kotvě nebo budícím proudem. Derivační motory se liší pouze v zapojení budícího napětí od motorů s cizím buzením. Regulace otáček je stejná jako u motorů s cizím buzením. Motory se sériovým buzením se vyznačují největším rozběhovým momentem. Otáčky motoru jsou závislé na zatížení, a proto hrozí nebezpečné přetáčení při chodu na prázdno. Posledním typem je kompaundní motor. Ten spojuje vlastnosti derivačních a sériových motorů. [10][9]

Obrázek 3: Zatěžovací charakteristiky stejnosměrných motorů [9] 10


7.1

Vzorce pro výpočet potřebného výkonu elektromotoru

Pro výpočet potřebného výkonu nejrpve musíme vypočítat hnací sílu Fk . Výpočet se provede podle vzorce (1). Fk = Of + Ov + Oα + OS

(1)

Of je odporová síla při valení, která se počítá podle vzorce (2). Of = f G cos(α)

(2)

Kde f je součinitel valivého tření, G označuje tíhu dopravního prostředku a α určuje úhel nakloněné roviny. Pro výpočet Ov se používá vzorec (3), který se nazývá Newtonovým zákonem odporu. 1 Ov = ρCx Sv 2 2

(3)

Cx značí součinitel odporu, neznámá S je pro obsah průřezu dopravního prostředku, ρ je hustota prostředí a v je rychlost. Odporová síla při naklonění se značí Oα a je určena vzorcem (4). Oα = G sin(α)

(4)

OS je odporová síla při zrychlení (5). OS = ξma

(5)

Na výpočet výkonu použijeme vzorec (6). P = Fk v

7.2

(6)

Elektromotory využívané pro elektrokola

Inspirací pro výběr elektromotorů posloužila elektrokola. Nejen kvůli používaným typům elektromotorů, ale i kvůli jednoduchému a názornému uložení do konstrukce. 7.2.1

Kolmé uložení elektromotoru k hnané hřídeli

Vhodný typ elektromotoru vyrábí rakouská firma Gruber Assist. Jedná se o 22 cm dlouhý tubus obr. 4 o váze 900 g. Dodáván s Li-Ion mangan baterií, která v základní verzi váží 1000 g. Tato souprava je určena pro každé kolo a vytvoří z něj elektrokolo. Komplet stojí 1649 euro. [1] 11


Obrázek 4: Využití elektromotoru pro kola [1]

7.2.2

Elektromotor uložený na hnané hřídeli

Existují dva typy těchto elektromotorů. První z nich se přímo vyplétá do kola a stává se zároveň i nábojem obr. 5. Cena se pohybuje okolo 5 000 Kč.

Obrázek 5: Elektromotor před vypletením [5]

Obrázek 6: Rozložený elektromotor [5]

12

Elektrovůz lehké konstrukce 9 Návrhy řešení uložení elektromotoru v kočárku

Druhý typ se vyvijí na Massachusetts Institute of Technology. Nese označení GreenWheel (obr. 7). Skládá se z elektromotoru, baterie a generátoru. Vše je uložené v jednom hliníkovém obalu. [7]

Obrázek 7: Ukázka GreenWheel [7]

8

Akumulátory

Hlavní výhoda akumulátorů spočívá v jejich možnosti znovu nabíjení. Nejčastějšími typy jsou olověné, Li-Ion, NiMH a nebo superkapacitor. Přehled vlastností akumulátorů je v Tab. 1. Zdroj akumulace

Kapacita Výkonová zatížitelnost Životnost [cyklů]

Pb

Střední

Malá

Malá

NiMH

Velká

Střední

Střední

Li-Ion

Velká

Střední

Velká

Superkapacitor

Malá

Vysoká

Velmi vysoká

Tabulka 1: Vlastnosti akumulátorů [12]

Olověné akumulátory se u elektrovozů nevyužívají kvůli své vysoké hmotnosti. Nejčastěji se využívají NiMH články nebo Li-Ion články. Superkapacitory se používají zatím ojediněle, protože jejich negativem je poměrně malá kapacita a vysoká cena.[12]

9

Návrhy řešení uložení elektromotoru v kočárku

Výchozím řešením konstrukce pro návrhy bude typ kočárku podle obr. 2. Jednotlivé návrhy se budou odlišovat použitým elektromotorem a jeho uložením. 13


Na obrázcích návrhů jsou použity dvě odlišovací barvy. První barvou je červená, která označuje elektromotor. Žlutá barva znázorňuje akumulátor.

9.1

Kolmé uložení elektromotoru k hřídeli

Tento návrh počítá s elektromotorem od firmy Gruber Assist nebo podobným typem. Základní výhodou je nízká váha elektromotoru a akumulátoru. Samotný elektromotor váží 900 g a akumulátor má hmotnost 1000 g. Elektromotor bude pohánět zadní nápravu. Kvůli délce elektromotoru nebude baterie na středu mezi koly, ale blíže k přední nápravě. Nevýhodou je pořizovací cena kitu od firmy Gruber Assist, která je 1649 €. [1]

Obrázek 8: Návrh s kolmým uložením elektromotoru

9.2

Elektromotor uložený na hřídeli

Elektromotor je uložen na hřídeli. U návrhu vzniká problém s propojením elektromotoru s koly. Na obr. 7 vidíme spojení elektromotoru s kolem pomocí vyplétacích drátů. V návrhu by museli vyplétací dráty procházet skrz konstrukční tyče. Proto nelze návrh použít. I když pořizovací cena je nižší než u návrhu s kitem od Gruber Assist, ale hmotnost elektromotoru je 3,5 kg.

14


Obrázek 9: Návrh uložení elektromotoru na hřídeli

9.3

Elektromotory v kolech

Hlavní rozdíl od předešlých návrhů spočívá v počtu elektromotorů. Celý koncept počítá se dvěma elektromotory, které budou vypleteny do zadních kol. Na zadní hřídeli bude nutné upravit uložení. Pomocí drážek a per znehybníme zadní hřídel. Výhodou tohoto řešení je vysoký výkon, který by ovšem nemusel být zcela použitelný. Mezi negativa návrhu patří vyšší hmotnost, která je způsobena počtem elektromotorů a větší baterií. Cena je přímo úměrná k počtu elektomotorů.

Obrázek 10: Návrh uložení elektromotorů v kolech

15

Elektrovůz lehké konstrukce 10 Shrnutí návrhů

10

Shrnutí návrhů

Jednotlivé návrhy jsou porovnány v tabulce podle uvedených kritérií. Mezi ně patří cena, hmotnost, konstrukce a využití jako samostatně prodejný doplněk. Vysvětlení principu posuzovaných kritérií: • Cena – hledá se nejnižší cena zařízení (bez dětského kočárku) • Hmotnost – nejlépe je hodnocena nejnižší hmotnost zařízení (bez dětského kočárku) • Konstrukce – nejlépe je hodnocen návrh, který nejméně mění konstrukci dětského kočárku • Využitelnost jako doplněk – porovnání jestli lze zařízení prodávat samostatně jako doplněk ke kočárkům Jednotlivá hlediska porovnání budou hodnocena stupnicí od 1 (nejlepší) do 3 (nejhorší). • 1. Návrh – kolmé uložení elektromotoru k hřídeli • 2. Návrh – elektromotor uložený na hřídeli • 3. Návrh – elektromotory v kolech Hledisko porovnání Cena

1. Návrh

2. Návrh

3 (46 000 Kč) 1 (6 000 Kč)

3. Návrh 2 (13 000 Kč)

Hmotnost

1 (1,9 kg)

2 (4,5 kg)

3 (16 kg)

Konstrukce

1

3

2

Samostatný doplněk

ano

ne

ano (*)

Tabulka 2: Porovnání jednotlivých návrhů

*elektromotor vypletený do kol Po vyhodnocení kritérií je nejvhodnějším návrhem pro zpracování návrh s kolmým uložením elektromotoru k hřídeli. Toto řešení patří mezi nejdražší, ale jeho hlavní předností je nízká váha. Dalším pozitivem je skutečnost, že se vyrábí jako samostaný kit. 16

Elektrovůz lehké konstrukce 11 Mechanický model návrhu

11

Mechanický model návrhu

V kapitole jsou předvedeny dva modely jednotlivých částí kočárku a výsledný model kočárku. Je zde zobrazen jak složený, tak i rozložený model konstrukce kočárku a model elektromotoru. Pomocí představených modelů a dalších modelů uvedených v příloze je složen výsledný model kočárku, který je zobrazen na konci kapitoly.

11.1

Model konstrukce

Uvedený model kočárku vychází z reálného modelu. Pro vytvoření výsledné konstrukce kočárku se musí vymodelovat nejprve jednotlivé části konstrukce. Právě na obr. 11 rozloženého modelu lze vidět jednotlivé části konstrukce. Z těchto jednotlivých prvků se skládá výsledná kontrukce.

Obrázek 11: Rozložený model kočáku

Na dalším obr. 12 je již celá konstrukce složená. Jedná se zatím jenom o čistou konstrukci bez kitu. Výsledný model s kitem je na konci kapitoly.

17

Elektrovůz lehké konstrukce 11 Mechanický model návrhu

Obrázek 12: Složený model kočáku

11.2

Model elektromotoru

Druhým uvedeným modelem je elektromotor (obr. 13). Na hnací hřídeli je připevněno kuželové ozubené kolo, kterým se bude převádět točivý moment na zadní nápravu kočárku.

Obrázek 13: Elektromotor

11.3

Složený celkový model

Výsledná konstrukce je na obr. 14. Pro lepší přehlednost je model vybarvený a opozicovaný. Na výsledném modelu lze vidět již uvedené modely a kompletní kit pro kočárek. Na obrázku vidíme ovládací prvek elektomotoru, kterým se reguluje rychlost kočárku a slouží jako 18

Elektrovůz lehké konstrukce 12 Výpočet výkonu elektromotoru

bezpečnostní pojistka. Dále vidíme držáky, které drží baterii a elektromotor.

Obrázek 14: Složená konstrukce – 1. madlo, 2. ovládací prvek elektromotoru, 3. tyče, 4. baterie, 5. držáky na baterii a elektromotor, 6. ozubený převod, 7. elektromotor, 8. kolo, 9. spojka tyčí, 10. kloub pro nastavení výšky madla

12

Výpočet výkonu elektromotoru

Vypočtený výkon bude pro případ, kdy kočárek s kitem stoupá konstantní rychlostí do kopce. Počáteční hodnoty pro výpočet: m = 30kg(kočárek = 13kg, kit = 2kg, dítě = 15kg); f = 0, 03; α = 15◦ ; v = 4 km = 1, 1 ms ; a = 0 sm2 . h Dosazením hodnot do (5) dostáváme výsledek pro OS (7). OS = 0N

(7)

Výpočet odporové síly prostředí Ov zanedbáme kvůli minimální výsledné hodnotě. Dosazením hodnot do vzorců (2) a (4) vypočteme hodnoty Of a Oα . Of = 8, 7N

(8)

Oα = 77, 6N

(9) 19

Elektrovůz lehké konstrukce 14 Regulace rychlosti kočárku

Užitím vzorce (1) vypočteme hnací sílu Fk . Fk = Cf + Oα = 8, 7 + 77, 6 = 86, 3N

(10)

Výkon na kolech vypočteme vzorcem (6). . Pk = Fk v = 100W

(11)

Vypočtený výkon byl zaokrouhlen nahoru. Výsledek nezahrnuje ztráty způsobené odporovou silou prostředí, momenty na čepech a ozubeném převodu.

13

Elektrické schéma zapojení elektrovozu lehké konstrukce

Elektrické schéma zapojení je na obr. 15. Zdrojem je akumulátor o napětí 30 V. Dále obsahuje pojistku proti zkratovému proudu. Další položkou je spínač pro zapnutí nebo vypnutí obvodu. Kvůli regulaci motoru je v obvodu potenciometr, kterým regulujeme otáčky motoru. Posledním prvkem je stejnosměrný elektromotor.

Obrázek 15: Eletrické schéma zapojení

14

Regulace rychlosti kočárku

Pro největší spokojenost zákazníků se musí kit přizpůsobovat individuálním rychlostem zákazníků. Proto musí kit obsahovat regulaci rychlosti. Jako regulátor použijeme potenciometr. 20

Elektrovůz lehké konstrukce 16 Bezpečnostní opatření

Pomocí něho bude možné měnit hodnoty napětí a tím dosáhneme snížení nebo zvýšení otáček elektromotoru.

15

Ochrana kitu a kabeláže

Kvůli spolehlivosti musí být celý kit chráněn proti vodě a nečistotám, a to nejen jeho mechanická, tak i elektrická část. Mechanická část kitu bude v plastovém krytu, který bude chránit elektromotor a kuželové soukolí proti odstřikující vodě, prachu a jiným cizím předmětům. Samotný kryt se skládá ze dvou částí (horní a spodní díl). Mezi dotykovými plochami krytu se umístí gumové těsnění. Tím zabráníme proníkání nečistot a vody k mechanické části. Kabeláž se povede v konstručních tyčích kočárku, které se minimálně upraví (upravení krycího víčka na tyči a vyvrtání otvoru pro výstup kabelů). Pro stupeň krytí elektroinstalace jsem vybral podle normy ČSN EN 60529 IP 33 B. Kde IP 33 B znamená IP – International Protection, první číslo 3 – znamená ochrana malými cizími tělesy o průměru ≥ 2.5cm. Druhé číslo nám udává stupeň ochrany před vodou. Číslo 3 je kropení (déšť) ve sklonu 60° – 90°. Označení prvním písmenem, tedy B, dodává ochranu před dotykem.

16

Bezpečnostní opatření

Kočárek s kitem je zabezpečen proti dvěma situacím. První situací je znemožnit odjetí kočárku, pokud ho nikdo neřídí. Druhá situace vzniká, pokud se ozubené soukolí zasekne. Znemožní tak další pohyb kočárku.

16.1

Zabezpečení proti neřízenému pohybu kočárku

Toto zabezpečení funguje dvoufázově. Nejprve se musí zasunout klíč (nejedná se o klíč na startování, pouze má podobný tvar klíče) pod spínač, aby bylo možné kit zapnout. Klíč bude připnut na zápěstí pomocí spirálové plné trubice. Ta umožní volnost do určité vzdálenosti. Po překročení vzdálenosti se vytrhne klíč a rozpojí obvod.

21

Elektrovůz lehké konstrukce 16 Bezpečnostní opatření

16.2

Zabezpečení proti zaseknutí kitu

Druhé zabezpečení je proti zaseknutí kitu. Proto je na hnací hřídeli umístěn střižný kolík. Ten se při určité síle přestřihne a zabrání zničení elektromotoru nebo jiných mechanických částí.

22

Elektrovůz lehké konstrukce Závěr

Závěr Na začátku své práce jsem zpracoval rešerši o elektrovozu lehké konstrukce. Nejprve jsem v ní vysvětlil termín elektrovůz lehké konstrukce a určil jsem si využití pro přepravu dětí. Dále jsem se zabýval inspirativními vzory, ze kterých lze vycházet pro návrh elektrovozu lehké konstrukce. Nakonec rešerše jsem popsal problematiku mechanické konstrukce, elektromotoru a akumulátoru. Následně jsem navrhnul různé koncepty pro elektrokočárek. Návrhy vycházely ze stejné mechanické konstrukce, ale lišily se v uložení elektromotoru a baterie. Koncepty jsem porovnal a vybral jsem nejvhodnější návrh, který jsem dále zpracoval. Pro vybraný návrh jsem v CAD programu Solid Works vytvořil 3D model konstrukce, ve kterém je uložen elektromotor a baterie. Vypočítal jsem výkon na zadních kolech, který je 100 W. Elektromotor používaný v kitu od Gruber Assist má hodnotu 200 W. V kitu se využívá silnější elektromotor kvůli větší hmotnosti přepravovaných osob. Z toho vyplývá, že ve studii byl použit 2× silnější elektromotor než bylo zapotřebí. Po dokončení projektu, jsem si uvědomil hlavní nevýhody kitu. Kit lze aplikovat pouze na modely kočárků, které mají spojovací tyč mezi předními a zadními koly. Což jak jsem se přesvědčil není samozřejmostí u ostatních modelů kočárků. Jednotlivé modely kočárků se ještě liší v šířce. Možné řešení spočívá v teleskopických držácích, kde by šla měnit jejich délka. Po shrnutí tedy vyplývá, že by samostatně prodejný kit musel splňovat následující kritéria. Elektromotorem prochází hnaná hřídel a je upevněn držáky ke konstrukčním tyčím. Tím zabráníme k jeho protáčení na hřídeli. Pro zjednodušení kitu se baterie umístí do textilního pouzdra. Tím dosáhneme větší variability k připevnění baterie ke konstrukci.

23

Elektrovůz lehké konstrukce Literatura

Literatura [1] GRUBER ASSIST [online]. 2006, [cit. 2010-04-01]. URL http://www.gruberassist.com/ [2] Kočárky autosedačky [online]. 2009, [cit. 2010-04-12]. URL http://www.eshopbaby.cz/ [3] Nej-kočárky.cz – obchod s dětskými kočárky a autosedačkami [online]. 2009, [cit. 201004-12]. URL http://www.nej-kocarky.cz/ [4] Sivak - zdravotnická technika [online]. 2009, [cit. 2010-04-16]. URL http://www.sivak.cz/ [5] ECOTECH [online]. c2009, [cit. 2010-04-01]. URL http://www.ecotech.cz/cs/uvod [6] SvětKočárků.cz [online]. c2009, [cit. 2010-04-12]. URL http://www.svetkocarku.cz/index.html [7] Horčík, J.: GreenWheel - další revoluce z MIT, tentokrát pro elektrokola [online]. 03 2009, [cit. 2009-12-20].

URL http://www.hybrid.cz/novinky/greenwheel-dalsi-revoluce-z-mit-tentokrat-pro-el [8] Horčík, J.: Hybrid.cz - Ekologie, doprava, elektromobily, alternativní paliva [online]. 30. 8. 2009, [cit. 2010-03-29]. URL http://www.hybrid.cz/ [9] Peter Bastian, a. k.: Praktická elektrotechnika. ISBN 80–86706–15–X, Europa – Sobotáles, 2006. [10] Roubíček, O.: Elektrické motory a pohony –příručka techniky, volby a užití vybraných druhů. BEN – technická literatura, 2004. [11] Rybička, J.: LATEXpro začátečníky. ISBN 80-85615-42-8, Brno : Konvoj, 1999.

24

Elektrovůz lehké konstrukce Literatura

[12] Štěrba, P.: Elektrotechnika motorových vozidel. Computer Press, 2008.

Poděkování: Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Ref lexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření. Formát zpracování originálu: titulní list barevně, další listy včetně příloh černobíle.

25

Elektrovůz lehké konstrukce Příloha

Příloha

Obrázek 16: Konstrukční tyč mezi koly

Obrázek 17: Spojovací díl na konstrukční tyče

Obrázek 18: Rovná křižná konstrukční tyč

26


Obrázek 19: Zakřivená křižná konstrukční tyč k madlu

Obrázek 20: Spojovací díl mezi madlem a zakřivenou křižnou konstrukční tyčí

Obrázek 21: Díl z kloubu pro nastavitelnou výšku madla

27


Obrázek 22: Kolo

Obrázek 23: Madlo

Obrázek 24: Držák na baterii

28


Obrázek 25: Držák na elektromotor

29

Elektrovůz lehké konstrukce

Recommend Documents