rail transport. Studierichting Autotechniek. Hogeschool Rotterdam Instituut voor Engineering and Applied Science. Eindrapportage (ER)

Hogeschool Rotterdam

Instituut voor Engineering and Applied Science

Studierichting Autotechniek

Road/rail transport Eindrapportage (ER) Team: Studenten:

Road/rail transport Wouter van der Ende Wesley van Esch Kevin van den Heuvel João dos Santos Mendes Joël Schrier

Versie: Datum:

1.00 19 april 2011

0820524 0826852 0804900 0810409 0826022

Samenvatting Het project PDE is een vervolg project van FMB. Het doel van project FMB was efficiënt vervoersconcept ontwikkelen voor de bouwsector in Rotterdam. Dit mobiliteitssysteem moet bijdragen aan het zero-emission vervoeren van de bouwgoederen en de bouwlieden van en naar de bouwplaatsen vanaf een centraal depot. Tot nu toe worden de materialen in overvloed aangevoerd op de bouwplaats en is het eigenlijk te duur om deze weer mee te nemen dus worden nieuwe materialen gewoon gerecycled, wat dus een verspilling van materialen en geld is. Ook de vele vrachtwagens die rond rijden en grotendeels leeg of half vol rond rijden zijn inefficiënt. Dit mobiliteitssysteem moet daarmee afrekenen. Goederen in de goede hoeveelheid op het goede moment op de bouwplaats en meerdere bouwplaatsen met een wagen aan kunnen doen. En dat alles zonder uitstoot. Bij het project PDE was de opdracht om het concept van FMB verder uit te werken. In het project is er dieper in gegaan op een aantal onderdelen van het voertuig de energiebron, energie voorziening, aandrijving, ophanging en het systeem voor het overschakelen tussen rails en wegdek. Voor deze onderdelen zijn nieuwe concepten uitgewerkt inclusief tekeningen, onderbouwingen en onderdelen lijst. Voor een vloeiend verloop van het project en een onderbouwde uitkomst zijn er gedurende het project een aantal documenten opgeleverd zoals hier onder is te zien.

Status “Producten” Produkten uit plan van aanpak Ontwerp Samen werk overeenkomst Herformulering vraagstelling Plan van aanpak Pakket van eisen Literatuur studie Tussen presentatie Eind presentatie Eind rapport Persoonlijk verslag Logboek Planning

Gerealiseerd Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja

Verwijzing ER (Concept) ER (Bijlage) ER (Bijlage) ER (Bijlage) ER (Bijlage) ER (bijlagen) ER (Bijlage) ER (Bijlage) ER Apart document PV PVA

Status “Inhoudelijk resultaat met referentie aan programma van eisen” Functies Aandrijven Vertragen Sturen Energie beheer Overschakelen tussen weg en rails

Gerealiseerd JA JA JA JA JA

Verwijzing PVE (bijlagen)

Randvoorwaarden bij functies (eisen) Aandrijven Vertragen Sturen Energie beheer Overschakelen tussen weg en rails

Gerealiseerd JA JA JA Gedeeltelijk JA

Verwijzing PVE (bijlagen)

Studierichting Autotechniek, PDE_ER_RoadRailTransport

2/49

Inhoudsopgave Status “Producten” ........................................................................................................................2 Status “Inhoudelijk resultaat met referentie aan programma van eisen” ......................................2

1

Inleiding .........................................................................................................................4

2

Werkwijze ......................................................................................................................5

3

Resultaat ........................................................................................................................7 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6

3.2

Concept .............................................................................................................................7 Functionele eisen ....................................................................................................................... 7 Realisatie eisen ........................................................................................................................ 11 Weging “Concept Idea” D0-eisen.............................................................................................. 11 Morfologisch Schema ............................................................................................................... 14 Beoordeling Concepten a.h.v. Keuzematrix............................................................................... 18 Samengesteld concept ............................................................................................................. 20

Uitwerking per specialisatie ............................................................................................ 22

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4

Aandrijfsysteem (Wouter) ........................................................................................................ 22 Energiebron en laden via bovenleiding (Wesley) ....................................................................... 26 Inductief laden (Joël) ................................................................................................................ 27 Road/rail overschakeling (João) ................................................................................................ 29

3.2.4.1

Packaging .................................................................................................................... 29

3.2.5

Road/rail synchronisatie (Kevin) ............................................................................................... 38

4

Conclusies en aanbevelingen ....................................................................................... 42

5

Referenties ................................................................................................................... 43

6

Bijlagen ........................................................................................................................ 44 6.1

Specialisaties ................................................................................................................... 44

6.2

Afbeeldingen ................................................................................................................... 45

6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6

Compleet voertuig ................................................................................................................... 45 Trekker .................................................................................................................................... 46 Trailer ...................................................................................................................................... 46 Chassis en constructies............................................................................................................. 47 Cabine ..................................................................................................................................... 48 Kraan ....................................................................................................................................... 49


3/49

1 Inleiding Voor het project Cirkelstad wordt een compleet nieuw voertuigsysteem ontworpen. Dit voertuigsysteem is in hoofdzaak bedoeld om bouwmaterialen van een centraal gelegen depot te vervoeren naar een bouwlocatie in de binnenstad van Rotterdam. Naast het vervoeren van bouwmaterialen is het ook mogelijk de werknemers van en naar de bouwplaats te vervoeren. Dit alles op CO2 neutrale wijze. De Rail Road Transport, afgekort RRT, is een voertuig die dit kan oplossen. Dit voertuig is een soort vrachtwagen die ook op de tramrails zal kunnen rijden. Uit de FMB rapportage was nog niet helemaal duidelijk hoe dit zou gebeuren. Tevens waren de kosten nog niet helemaal bekend. Deze zijn in dit verslag uitgewerkt. De volgende onderdelen zijn uitgewerkt: - Laden bovenleiding - Inductief laden - Synchroniseren op rails - Motoren - Accupakket - Constructie weg en tram Vijf tweedejaars studenten van de Hogeschool Rotterdam hebben deze specialisaties ingevuld en zijn aan de hand van bepaalde keuzes tot het eindconcept gekomen van de RRT.


4/49

2 Werkwijze Om tot het uiteindelijk resultaat, een compleet groepsconcept, te komen zijn er een aantal stappen welke eerst doorlopen moeten worden. Groep “RRT” heeft al deze stappen doorlopen om zodoende tot een resultaat te komen waar een zo breed mogelijke manier van denken is toegepast. Op deze manier zijn er geen randvoorwaarden vergeten en zal het concept in een latere fase van ontwikkeling een hoge slagingskans hebben. De eerst genomen stap is het omschrijven van de functies en subfuncties. Dit wordt ook wel de functionele decompositie genoemd. In de functionele decompositie wordt een duidelijk onderscheid gemaakt tussen de hoofdfuncties (besturen, aandrijven, vertragen, energiebeheer, overschakelen en ophanging) en subfuncties. Subfuncties beschrijven de gehele keten welke in het systeem doorlopen moeten worden. Wanneer de hoofd- en subfuncties beschreven zijn, zal vanuit het oogpunt van de consument, producent en de overheid specifiek gekeken worden naar deze hoofd- en subfuncties. Voor elke van de hoofd- en subfuncties worden randvoorwaarden opgesteld. Deze randvoorwaarden zorgen ervoor dat er uiteindelijk een streng afgebakend programma van eisen opgesteld kan worden. De randvoorwaarden voor producent zijn niet gelijk aan de randvoorwaarden van de consument. Om een duidelijk beeld van de randvoorwaarden te krijgen zijn de randvoorwaarden gegroepeerd per hoofdfunctie welke opgesteld zijn bij de functionele decompositie Wanneer de eerste stap, de functionele decompositie en de randvoorwaarden zijn opgesteld, kunnen aan de hand van de randvoorwaarden functionele en realisatie eisen worden opgesteld. Deze eisen zullen SMART-geformuleerd zijn en zullen uiteindelijk ingedeeld worden in fase D0,D1 en D2. Hiernaast zullen de eisen per fase op prioriteit gerangschikt worden. Wanneer de eisen zijn opgesteld zal per eis worden gekeken welke partijen belang hebben bij elke eis en in welke mate. Op deze manier worden de eisen gewogen en kunnen bij een later concept de eisen beter getoetst worden. Wanneer de eisen opgesteld zijn zal dit samengevoegd met de functionele decompositie het programma van eisen vormen. Voor deze eisen is er ook voor gekozen om deze per hoofdfunctie onder te verdelen om zodoende een duidelijk beeld te krijgen van de gekozen functies. Na het opstellen van het complete programma van eisen is het van belang op diverse concepten te hebben om een zo breed mogelijk gedragen eindconcept te kunnen genereren. Om tot een zo breed mogelijke keuze te komen is het van belang om vanuit de functionele decompositie een morfologisch schema op te stellen. Wanneer een morfologisch schema wordt opgesteld is het van belang om deze door te koppelen aan de functionele decompositie. Op de manier zal de breedste keuze ontstaan en zullen er geen zaken over het hoofd gezien worden. Na het opstellen van het morfologisch schema is het van belang om vanuit het morfologisch schema diverse keuzes te maken. Elke van de keuzes zal een concept opleveren. Indien er een aantal (drie per groepslid) opgesteld zijn zullen deze concepten getoetst worden aan de D0-eisen welke opgesteld zijn in het programma van eisen. Op deze manier zullen de beste concepten overblijven. Na de concepten getoetst zijn is het van belang het concept te beschrijven en vorm te gaan geven. Deze morfologische schema’s zijn zoals eerder bij de randvoorwaarden en de eisen ondergeschikt in de verschillende hoofdfuncties, dit alles om het gehele concept overzichtelijk te houden.


5/49

Wanneer vanuit de diverse morfologische schema’s elk een concept is gekozen zijn deze concepten samengevoegd tot één geheel. Nadat het uiteindelijke concept bekend is, is per specialisatie het concept uitgewerkt en zijn de componenten gedimensioneerd. Hierdoor zijn de prestaties, technische en functionele packaging en de 3D-CAD tekeningen van het voertuig beschikbaar. Naast al deze punten zijn er globale schattingen omtrent de kostprijs en readiness van het voertuig gedaan. Zoals de werkwijze in hierboven is beschreven, is het van belang de werkwijze nauwkeurig te volgen om zodoende tot een gedegen resultaat te komen. Dit proces c.q. deze methode is nauwkeurig vast te leggen in een mindmap. Door middel van deze mindmap is het proces duidelijk te volgen en is in één oogopslag te zien waar je in het proces staat. Zoals zal er altijd een duidelijk overzicht bestaan over de voortgang van het proces.


6/49

3 Resultaat In dit hoofdstuk wordt eerst uitgebreid op de totstandkoming van het concept ingegaan. Daarna volgt er per specialisatie een uitgebreide uitleg m.b.t. werking en keuzevorming.

3.1 Concept 3.1.1 Functionele eisen In de onderstaande tabel zijn de eisen opgesteld welke van toepassing zijn op de functionaliteit van het voertuig, door middel van deze eisen wordt de toepasbaarheid van het voertuig getoetst. Zoals eerder aangegeven is er onderscheid gemaakt tussen de diverse hoofdfuncties, op deze manier is het eisenpakket overzichtelijker.  Het aandrijven en vertragen van het voertuig Eis Ontwerp fase concept idea numme Omschrijving concept definition r principle solutions 1 Vloeiend overbrengen C.I. van krachten. 2 Rails- en wegwielen C.I. moeten afzonderlijk aangedreven kunnen worden 3 Rails- en wegwielen C.I. moeten tegelijk aangedreven kunnen worden 4 Gelijkmatig vertragen C.I. 5 6

7

8 9

Minimale remvertraging (4,5 m/s2) Rendement aandrijflijn zo hoog mogelijk, 100% = ideaal Opvangen van zo veel mogelijk remenergie, 100% = ideaal Bestand tegen invloeden van buitenaf Toepasbaar bij diverse temperaturen (-40°C / 80°C)


Vast/variabel/ wens

Belanghebbend

Vast Vast

Consument/Producen t Consument

Vast

Consument

Vast

Consument/Producen t Overheid

C.I.

Vast

C.I.

Wens

Producent/Consumen t

C.I.

Wens

Consument/Producen t

C.D.

Vast

C.D.

Vast

Consument/Producen t Consument/Producen t

7/49

 Het laden via de bovenleiding Eis numme r 1 2 3 4 5

Ontwerp fase

9 2 10 7

Belanghebbend

Omschrijving Volledig elektrisch rijden Contact maken met de bovenleiding Contact verbreken met de bovenleiding Aankoppeltijd minimaal

C.I. C.I.

Vast Vast

Consument Consument

C.I.

Vast

Consument

C.D.

Variabel

Beveiliging tegen schade bovenleiding

C.I.

Vast

Consument/Producen t Producent/Overheid

Ontwerp fase

Vast/variabel/ wens

Belanghebbend

C.I.

Vast

Producent

C.D.

Vast

C.I.

Variabel

C.D.

Vast

C.D.

Vast

Energie afregelen naar accu’s, rendement >75% Beperkt geluidsniveau Mag niet teveel tijd kosten Kosten

C.D.

Vast

C.I. C.D.

Wens Vast

Producent/Consumen t Producent/Overheid/ Consument Consument/Producen t Consument/Producen t Producent/Consumen t Consument Consument

C.I.

Variabel

Toepasbaar bij diverse temperaturen (-40°C / 80°C)

C.D.

Vast

 Het laden via inductie Eis numme Omschrijving r 1 Voertuigfuncties niet hinderen 4 >30% aandeel in vermogen 5 Componenten mogen geen gevaar vormen 6 Transport rendement >90% 8 Opslag rendement >80% 3

Vast/variabel/ wens

concept idea concept definition principle solutions



8/49

Consument/Producen t Consument/Producen t

 Het overschakelen van het voertuig tussen twee soorten wegdek Eis Ontwerp fase Vast/variabel/ Belanghebbend concept idea wens numme Omschrijving concept definition r principle solutions 1 Schakelmechanisme C.I. Vast Consument/Producen moet soepel bewegen t 2 Andere systemen C.I. Vast Producent mogen geen last hebben van schakelmechanisme Comfort behouden C.I. Vast Consument/Producen tijdens het t overschakelen 3 Vloeiend overschakelen C.I. Vast Consument/Producen t 4 Juiste positie voertuig C.I. Vast Consument/Producen bepalen t 5 Comfort waarborgen C.D. Wens Consument/Producen tijdens veren en t dempen 6 Comfort waarborgen C.D. Wens Consument/Producen tijdens overschakelen t 7 Constructie moet sterk C.I. Vast Producent genoeg zijn. 8 Krachten moet C.I. Vast Producent weggeleid worden over totale constructie 9 Slijtage minimaal C.I. Vast Consument/Producen t


9/49

 Synchronisatie van het voertuig Eis Ontwerp fase concept idea numme Omschrijving concept definition r principle solutions 1 Vloeiende aansturing C.D.

Vast/variabel/ wens

Belanghebbend

Wens

2

Exacte synchronisatie

C.I.

Vast

3

Synchronisatie binnen 5 min Dynamische synchronisatie Back-up programma

C.I.

Vast

Consument/Producen t Consument/Producen t Consument

C.I.

Vast

Consument

C.D.

Wens

C.I.

Wens

7

Werkzaam binnen alle omstandigheden Duurzaam

Consument/Producen t/Overheid Consument

C.I.

Vast

8

Niet storingsgevoelig

C.D.

Vast

9

Geautomatiseerde synchronisatie Geautomatiseerde besturing

C.D.

Wens

Consument/Producen t Consument/Producen t Consument/Overheid

C.D.

Wens

Consument/Overheid

4 5 6

10


10/49

3.1.2 Realisatie eisen De realisatie eisen hebben geen invloed op de functionaliteit van het voertuig, de realisatie eisen vertellen welke eisen er gesteld worden tijdens het realiseren van het voertuig, hierbij wordt gedacht aan alle randverschijnselen buiten het functionele aspect van het voertuig. In tegenstelling tot de rest van het document is er geen onderscheid gemaakt tussen de diverse hoofdfuncties, dit doordat de realisatie eisen voor elke functie gelijk zijn. Eis

Ontwerp fase

nummer Omschrijving


1 2

C.I. C.I.

Vast Variabel

Producent/Consument Consument

C.D.

Variabel

Consument

C.D.

Variabel

Consument

C.D.

Variabel

Overheid/Consument

C.D. C.D.

Wens Wens

Consument/Producent Producent/Consument

3 4

5

6 7

Pilot mogelijk in 2015 Duurzame componenten Geluidsproductie (max. 90 dB) Gewicht zo laag mogelijk ivm hoog laadvermogen Toepassing van milieuvriendelijke materialen Lage productiekosten Lage ontwikkelingskosten

Vast/variabel/wens Belanghebbend

3.1.3 Weging “Concept Idea” D0-eisen De eisen welke opgesteld zijn in § 3.2.1 & § 3.2.2, zijn opgedeeld in drie fasen (CI, CD, PS). Voor het beoordelen van een eerste concept zal specifiek worden gekeken naar de eisen welke gesteld worden voor Concept Idea oftewel fase D0 in het ontwikkelingsproces. Hier zijn een aantal eisen voor opgesteld. Aangezien niet elke eis even zwaar weegt, is er eerst een weging gemaakt om de eisen op prioriteit in te delen. Deze weging is in onderstaande tabel te vinden. De uitleg omtrent elke eis is te vinden in paragraaf 3.2 bij de randvoorwaarden van de functies.


11/49

 Het aandrijven en vertragen van het voertuig Eis Consument Producent Nr. Omschrijving 1 t/m 3 1 t/m 3 1 Vloeiend overbrengen van 3 3 krachten 2 Gelijkmatig vertragen van het 3 3 voertuig 3 Rails- en wegwielen afzonderlijk 3 2 aan te drijven 4 Rails- en wegwielen tegelijk aan 3 2 te drijven 5 Minimale remvertraging 2 1 6 Rendement aandrijflijn 2 2 7 Opvangen van zo veel mogelijk 2 2 remenergie 8 Pilot mogelijk in 2015 3 3 9 Duurzame componenten 2 1  Het schakelen tussen twee soorten wegdek Eis Consument Nr. Omschrijving 1 t/m 3 1 Schakelmechanisme moet 1 soepel bewegen 2 Andere systemen mogen geen 0 last hebben van schakelmechanisme 3 Comfort behouden tijdens het 3 overschakelen 4 Vloeiend overschakelen 3 5 Juiste positie voertuig bepalen 2 6 Constructie moet sterk genoeg 1 zijn 7 Krachten moeten weggeleid 1 worden over totale constructie 8 Minimale Slijtage 3 9 Duurzaam Systeem 3 10 Prijs/Kwaliteit verhouding 3


12/49

Overheid 1 t/m 3 1

Totaal 3 t/m 9 7

2

8

1

6

1

6

3 1 1

6 5 5

2 1

8 4

Producent 1 t/m 3 3

Overheid 1 t/m 3 1

Totaal 3 t/m 9 4

3

0

3

3

1

7

3 2 3

2 2 0

8 6 4

3

0

4

3 3 3

1 2 1

7 8 7

 Eis Nr. 1 2 3 4  Eis Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Het laden via inductie Omschrijving Voertuigfuncties niet hinderen Kosten Componenten mogen geen gevaar vormen Beperkt geluidsniveau

Consument 1 t/m 3 3 3 3

Producent 1 t/m 3 3 3 1

Overheid 1 t/m 3 1 1 3

Totaal 3 t/m 9 7 7 7

3

1

2

6

Consument 1 t/m 3 3 3 3 3 2 3

Producent 1 t/m 3 2 3 1 2 2 3

Overheid 1 t/m 3 1 1 1 2 3 1

Totaal 3 t/m 9 6 7 5 7 7 7

3 3 3

2 3 2

2 2 3

7 8 8

3

2

3

8

Synchronisatie van het voertuig Omschrijving Vloeiende aansturing Exacte synchronisatie Synchronisatie binnen 5 min Dynamische synchronisatie Back-up ingebouwd Werkzaam onder alle omstandigheden Duurzaam Niet storingsgevoelig Geautomatiseerde synchronisatie Geautomatiseerde aansturing


13/49

3.1.4 Morfologisch Schema Vanuit de hoofd- en subfuncties welke vastgesteld zijn in het pakket van eisen is het mogelijk een morfologisch schema te ontwikkelen, dit schema zorgt ervoor dat alle mogelijkheden welke toepasbaar zijn voor elke specifieke functie zichtbaar is. Op deze manier ontstaat er een duidelijk overzicht omtrent de mogelijkheden voor de functies.  Het laden via de bovenleiding

 Het laden via inductie Energie opwekken

Energie transporteren

Energie opslaan

Energie afregeld naar accu’s (accu’s bijladen)


14/49

 Het synchroniseren van het voertuig Positie voertuig

Positie wielen

Positie rails

Aansturing

Back-up


15/49

 Het aandrijven en vertragen van het voertuig Overbrengen van kracht van aandrijfbron naar de wielen Overbrengen van kracht van de wielen naar de rails Overbrengen van kracht van de wielen naar het wegdek Koppel vergroten

Aansturen van het remsysteem Vertragen van de wielen

Omzetten kracht in elektrische energie


16/49

 Het overschakelen van het voertuig tussen twee soorten wegdek Materiaalsoort

Ijzer Of roest vrij staal

Aluminium

Hoog sterkte kunststoffen

Carbon

Mechanisch

Hydraulisch

Pneumatisch

Torsie systeem

Type constructie zoals bevestiging aan het chassis (beweging)

Vaste constructie aan chassis en cassis kan zakken t.o.v. constructie

Variabele constructie die kan zakken en stijgen t.o.v. het chassis

Chassis en constructie kunnen beide t.o.v. elkaar zakker en stijgen.

Beweging mechanisme constructie

Ketting en Tandwielen

Materiaal voor he topvangen van krachten

Rubbers of andere een ander materiaal soort in de constructie verwerken

Type constructie/ met betrekking tot veersysteem


Tandwielen

Gebruik maken van het bestaande chassis en zijn veersysteem

17/49

Snaren

Koppeling

3.1.5 Beoordeling Concepten a.h.v. Keuzematrix Na het bepalen van de concepten is het mogelijk deze concepten te toetsen aan de eisen welke vastgesteld zijn voor de “Concept Idea” fase en zijn gewogen in §3.2.3 van het pakket van eisen. De uitkomst van deze toetsing is te vinden in de onderstaande tabel. Elk concept kan punten scoren per eis van 1 tot en met 5. Dit aantal punten zal vermenigvuldigt worden met de weging van de eisen, zo zal een totaal aan punten worden gecreëerd. Concept 4 is het ideale concept, deze wordt gebruikt om het verschil tussen de concepten en het ideale concept weer te geven.  Het aandrijven en vertragen van het voertuig Eis Weging Concept 1 Nr. Omschrijving 1 Vloeiend overbrengen van 7 35 krachten 2 Gelijkmatig vertragen van het 8 40 voertuig 3 Rails- en wegwielen 6 24 afzonderlijk aan te drijven 4 Rails- en wegwielen tegelijk 6 24 aan te drijven 5 Minimale remvertraging 6 30 6 Rendement aandrijflijn 5 20 7 Opvangen van zoveel mogelijk 5 20 remenergie 8 Pilot mogelijk in 2015 8 32 9 Duurzame componenten 4 20

Totaal Punten Percentage t.o.v. ideaal


18/49

Concept 2

Concept 3

14

28

Concept 4 Ideaal 35

40

40

40

18

24

30

18

24

30

24 10 5

30 15 10

30 25 25

8 8

24 16

40 20

245

145

211

275

89,09 %

52,73 %

76,73%

100 %

 Het laden via de bovenleiding (maximaal te behalen punten is 4.) Eis Weging Concept 1 Concept 2 Nr. Omschrijving 1 Volledig elektrisch rijden 8 32 32 2 Contact maken met de 7 21 28 bovenleiding 3 Contact verbreken met de 7 21 21 bovenleiding 4 Veilig overbrengen van stroom 10 30 30 5 Aankoppeltijd 6 18 18 6 Beveiliging van bovenleiding 7 21 14 tegen beschadiging 7 Maximale druk op de 8 16 32 bovenleiding Totaal Punten 159 175 Percentage t.o.v. ideaal

Eis Nr. 1 2

3 4 5 6 7 8 9 10

75 %

 Het overschakelen tussen twee soorten wegdek Weging Concept 1 Omschrijving Schakelmechanisme moet 4 16 soepel bewegen Andere systemen mogen geen 3 15 last hebben van schakelmechanisme Comfort behouden tijdens het 7 35 overschakelen Vloeiend overschakelen 8 24 Juiste positie voertuig bepalen 6 18 Constructie moet sterk genoeg 4 12 zijn Krachten moeten weggeleid 4 12 worden over totale constructie Minimale Slijtage 7 21 Duurzaam Systeem 8 24 Prijs/Kwaliteit verhouding 7 21

Totaal Punten


198

19/49

Concept 3 32 28

Concept 4 Ideaal 32 28

28

28

30 24 21

40 24 28

32

32

195

212

52,73 %

76,73%

100 %

Concept 2

Concept 3

20

12

Concept 4 Ideaal 20

15

15

15

35

7

35

24 24 20

16 12 16

40 30 20

20

16

20

28 24 28

21 32 35

35 40 40

238

179

290

 Het laden via inductie Eis Nr. 1 2 3 4

Omschrijving Voertuigfuncties niet hinderen Kosten Componenten mogen geen gevaar vormen Beperkt geluidsniveau

Weging

Concept 1

Concept 2

Concept 3

7 7 7

35 14 35

14 14 35

28 28 35

Concept 4 Ideaal 35 35 35

6

30

30

30

30

114

93

121

165

Concept 1

Concept 2

Concept 3

18 21 15 21 21 14

30 28 25 28 21 21

6 35 10 7 7 28

Concept 4 Ideaal 30 35 25 35 35 35

28 24 24

21 24 40

28 32 16

35 40 40

Totaal Punten  Het synchroniseren van het voertuig Eis Weging Nr. Omschrijving 1 Vloeiende aansturing 6 2 Exacte synchronisatie 7 3 Synchronisatie binnen 5 min 5 4 Dynamische synchronisatie 7 5 Back-up ingebouwd 7 6 Werkzaam onder alle 7 omstandigheden 7 Duurzaam 7 8 Niet storingsgevoelig 8 9 Geautomatiseerde 8 synchronisatie 10 Geautomatiseerde aansturing 8

Totaal Punten

16

202

32

16

270

40

185

3.1.6 Samengesteld concept Vanuit de keuzematrix welke ingevuld is in § 4.1 is naar voren gekomen dat concept 1 de beste beoordeling heeft gekregen, dit concept zal gedurende het project dan ook verder uitgewerkt gaan worden voor het aandrijfsysteem.  Het aandrijven en vertragen van het voertuig Overbrengen van kracht van aandrijfbron naar de wielen: In-wheel motor Overbrengen van kracht van de wielen naar de rails: Tramwielen Overbrengen van kracht van de wielen naar het wegdek: Banden Koppel vergroten: Tandwielreductie Aansturen van het remsysteem: Voetbediening Vertragen van de wielen: In-wheel motor + Schijfremmen Omzetten kracht in elektrische energie: In-wheel motor


20/49

350

 Het laden via de bovenleiding Ook hier zal een stalen constructie worden toegepast omdat deze beter bestand is tegen de verschillende weersomstandigheden. Deze eenbenige pantograaf zal met 2 schuitjes worden uitgerust en elektrisch aan en afkoppelen dit geeft het gemak dat de bestuurder niet uit de cabine hoeft te komen om aan of af te koppelen.  Het laden via inductie Energie opwekken: magneet in de grond. Energie transporteren: metalen strip. Energie opslaan: supercap. Energie afgeregeld naar accu’s: elektronische regelunit.  Het overschakelen tussen twee soorten wegdek Het materiaal van de constructie bestaat uit ijzer of roest vrij staal. De constructie zal pneumatisch worden aangedreven met behulp van het veersysteem. Dit gebeurd door een vaste constructie aan het chassis en het chassis kan zakken t.o.v. de rail/road constructie. De krachten die op het chassis en rail/road constructie werken zal door het bestaande chassis en zijn veersysteem worden opgevangen en over worden gebracht.  Het synchroniseren van het voertuig De bestuurder zal het voertuig boven de rails rijden met de synchronisatie stand ingeschakeld, zodra de magneet sensoren de metalen rails opmerken en herkennen als spoor rails zal het systeem zichzelf hier volledig geautomatiseerd recht boven positioneren. Dit positioneren doet hij doordat hij via elektromotoren het sturen van het voertuig zal overnemen. Zodra de wielen boven de rails zijn gepositioneerd zal het overschakel systeem geautomatiseerd inschakelen en verder rijden. Dit overschakelen is afhankelijk van de bestuurbaarheid dus ophanging afhankelijk, hoe hoger de bestuurbaarheid hoe sneller en makkelijker het voertuig zal positioneren. Zodra het voertuig klaar is kan de bestuurder de besturing weer over nemen. Back-up van dit systeem kan doormiddel van een camera montage en aansturing via een controle paneel ook wel onder te verdelen in semi automatische overschakeling.


21/49

3.2 Uitwerking per specialisatie Het uitwerken en dimensioneren van het concept is opgedeeld in een vijftal specialisaties. Hieronder volgen de bevindingen uit de onderzoeken die hiervoor gedaan zijn.

3.2.1 Aandrijfsysteem (Wouter) Het RRT voertuig zal worden aangedreven door middel van vier elektromotoren. Elk van deze elektromotoren zit gekoppeld aan zijn eigen aandrijving. Om een beeld te vormen bij de aandrijving van het voertuig is er een schematische tekening gemaakt van de complete aandrijflijn.

In deze tekening is duidelijk te zien hoe de aandrijflijn is opgebouwd. Voor de elektromotor is een ascynchrone draaistroommotor gekozen. Deze heeft een aantal voordelen zoals zijn compacte bouw, onderhoudsvrije constructie en als grootste voordeel hij kan zonder inverter als generator dienen. Dit grote voordeel wordt gebruikt doordat het voertuig is voorzien van een regeneratief remsysteem. Om het energieverbruik van het voertuig te bepalen is er een rijcyclus opgesteld, deze rijcyclus bestaat uit een stadsgedeelte en een snelweggedeelte. Door het combineren van deze twee gebieden zal de actieradius van de RRT voldoende zijn om binnen een straal van 5 kilometer naar de rails heen en weer te rijden. Tevens zijn er twee verschillende specificaties voor het voertuig benoemd, één met een topsnelheid van 55 Km/u en één met een topsnelheid van 70 Km/u


22/49

Om tot het vermogen, welke benodigd is om het voertuig aan te drijven, te komen is er uitgegaan van een viertal voertuigweerstanden:  Luchtweerstand  Rolweerstand  Hellingsweerstand  Acceleratieweerstand Vanuit deze weerstanden is het vermogen van de elektromotor bepaald, in onderstaande tabel is duidelijk te zien welk vermogen benodigd is om het voertuig aan te drijven. 55 70

30 30,17

171,29 215,45

De uiteindelijk elektromotor heeft een vermogen van 55 Kw en een koppel van 354 Nm. (voor verdere specificaties zie specilisatie Aandrijfbron & Aandrijfsysteem). Doordat een elektromotor een zeer hoge aanloopstroom heeft is er gekozen om het voertuig te voorzien van een wrijvingskoppeling. Door middel van deze wrijvingskoppeling kan de elektromotor iets op toeren komen en zal daarna pas verbonden worden met de wisselbak. Voor de wrijvingskoppeling zijn de volgende bematingen vastgesteld: Aantal koppelingsplaten (-) Binnenstraal (cm) Buitenstraal (cm) Dikte wrijvingsmateriaal (cm)

2 22,5 23,8 1,35

De elektromotor heeft een maximum toerental van 1450 omw/min, om het voertuig aan te drijven met een snelheid van 70 Km/u is het toerental van de elektromotor niet voldoende. Er zal dus een overbrenging aangebracht moeten worden. Daarnaast zal het voertuig stapvoets moeten kunnen bewegen zonder dat de wrijvingskoppeling wordt geactiveerd. Dit om extra slijtage aan de wrijvingskoppeling te voorkomen. Hierdoor zal er ook een overbrenging toegevoegd moeten worden. Als laatste zullen er overbrengingen aangebracht moeten worden om het te leveren koppel van de motor te beperken. Wanneer deze overbrengingsverhoudingen gedimensioneerd worden ontstaan de volgende getallen: Overbrengingsverhouding Differentieel weg Differentieel rails 1ste Versnelling 2de Versnelling 3de Versnelling 4de Versnelling 5de Versnelling 6de Versnelling


55 Km/u 4.29 3.05 0.37 0.58 0.79 1

23/49

70 Km/u 3.37 2.94 0.17 0.36 0.50 0.67 0.83 1

Het voertuig is tevens voorzien van twee mogelijkheden om energie terug te winnen, namelijk regeneratief remmen en inductief laden. Regeneratief remmen wordt toegepast wanneer het voertuig vertraagd. Dan zal de elektromotor als generator gaan functioneren, de volgende grafiek is hier een voorbeeld van:

Figuur: Voertuigsnelheid, Vertraging, Totaal opgenomen vermogen dmv regeneratief remmen.

In de bovenste grafiek van figuur is de rijcyclus afgebeeld, in de middelste grafiek is de vertraging van het voertuig weergegeven. Wanneer het voertuig in de bovenste grafiek zal vertragen, wordt deze vertraging weergegeven in de middelste grafiek. Wanneer deze vertraging wordt doorgerekend naar de teruggewonnen energie in Kwh zal de onderste grafiek ontstaan. Hierin is te zijn wanneer er een vertraging plaats vindt in de middelste grafiek, er in de onderste grafiek een geleidelijke stijging plaats vindt. Zodoende kan alle teruggewonnen energie gedurende de rijcyclus worden weergegeven. Naast regeneratief remmen wordt er gebruik gemaakt van inductief laden, dit zal allen gebeuren wanneer het voertuig stilstaat. Hierdoor is de capaciteit van het inductief laden vele malen lager dan de capaciteit van regeneratief remmen. In de onderstaande tabel zijn alle gegevens omtrent het energieverbruik zichtbaar gemaakt: Elektromotor Aandrijflijn Inductief Laden


94,1 % 90 % 85 %

24/49

Voedingsspanning Max. vermogen Max. koppel

400 V 171,29 kW 354 Nm

400 V 215,45 kW 354 Nm

Energie elektromotoren Energie reg. remmen Energie inductief laden

821,33 Kwh 176,13 Kwh 25,5 Kwh

971,49 Kwh 211,52 Kwh 25,5 Kwh

Totaal benodigde energie Totaal benodigde stroom per motor

619,7 Kwh 404,78 Ah

734,47 Kwh 484,89 Ah

Wanneer er gekeken wordt naar de componenten welke worden toegepast in het aandrijfsysteem van de RRT, zijn dit allemaal componenten welke al enige tijd worden gebruikt in de automotive sector. Er zijn geen ultramoderne technologieën toegepast. Dit heeft zijn reden, in overleg met de opdrachtgever is de start van pilot van de RRT vastgesteld op medio 2015. Dit betekent dat de technologieën welke toegepast worden in 2015 zover moeten zijn dat ze in werkelijkheid toegepast zijn, de technologieën zullen dan uit hun testfase moeten zijn. Om er zeker van te zijn dat de pilot in 2015 gestart kan worden zijn er binnen de aandrijflijn alleen maar producten toegepast welke nu al ontwikkeld zouden kunnen worden. Het enigste product uit de aandrijflijn welke direct leverbaar zou zijn, is de elektromotor. De elektromotor is een motor welke reeds is ontwikkeld. Hiervan is ook al een prijs bekend. Voor de overige componenten van de aandrijflijn zal een component ontwikkeld moeten worden. Voor de wisselbak zal iets nieuws zijn waar extra tijd ingestoken moet worden. Dit doordat de wisselbak twee uitgangen moet hebben welke elk apart aan te drijven moet zijn. In de onderstaande twee tabellen zijn de verwachte ontwikkelingstijd per component beschreven, tevens is in de tabel de geschatte kostprijs van de componenten aangeduid. Deze prijzen zijn schattingen. Er kan in de uiteindelijke situatie dus nog enig verschil zitten tussen de geschatte kostprijs en de werkelijke kostprijs Elektromotor Wrijvingskoppeling Wisselbak Tussenas Tussenas met schuifstuk Differentieel weg Differentieel rails

n.v.t. 2 maanden 9 maanden 1 maand 1 maand 2 maanden 2 maanden

€ 2235,€ 500,€ 1500,€ 300,€ 400,€ 1000,€ 1000,-

Wanneer alle prijzen bij elkaar opgeteld worden zal er per aandrijfsysteem een prijskaartje aan komen te hangen van € 6935,-. Binnen het voertuig RRT wordt er gebruik gemaakt van vier maal dezelfde aandrijfconstructie voor de kosten betekent dit dat er ook vier maal een bedrag van € 6935,- berekend moet worden. De uiteindelijk kostprijs van de totale aandrijflijn bedraagt: € 27740,-


25/49

3.2.2 Energiebron en laden via bovenleiding (Wesley)

3.2.2.1 Accupakket Het accupakket is berekend voor een totale massa van 18 ton en er is een 10% marge aangehouden om niet alleen te denken aan de aandrijving maar ook zeker de overige gebruikers zoals airco of de kraan van stroom te kunnen voorzien. De accupakket groottes zijn gebaseerd op 55km/u en 70km/u. 55km/u: Aantal accu’s: 45 accu’s Gewicht: 292,5 kg Prijs: €42.287,20 70km/u: Aantal accu’s: 54 accu’s Gewicht: 351 kg Prijs: €49.676,80

3.2.2.2 Afmetingen accupakket Er zijn 4 verschillende grote accupakketten samengesteld. De eerste 2 zijn voor het voertuig dat gebaseerd is om 55 km/u te rijden, deze heeft 45 accu’s nodig. Deze accu’s zijn zo gelijkmatig mogelijk verdeeld om de gewicht verdeling in het chassis optimaal te houden. Als 45 gedeeld wordt door 4 komt er 11,25 uit hieruit blijkt dus dat er 3 pakketten met 11 accu’s zullen worden toegepast en 1 met 12 accu’s, deze extra accu zal er zijn voor het bedienen van de kraan. Het accupakket is vooral in de lengte geconstrueerd om minder rolbeweging te krijgen in de bochten waardoor het voertuig beter te hanteren is. Accupakketten 3 en 4 zijn er voor het voertuig dat gebaseerd is om 70 km/u te rijden, deze heeft 54 accu’s nodig. 54/4=13,5. Hieruit is op te maken dat er 2 pakketten met 13 accu’s worden uitgerust en 2 pakketten met 14 accu’s worden uitgerust. Ook deze pakketten zijn in de lengte geconstrueerd. Accupakket 1 (11 accu’s): Accupakket 2 (12 accu’s): Lengte: 1140mm Lengte: 1140mm Breedte: 375mm Breedte: 375mm Hoogte: 168mm Hoogte: 168mm Accupakket 3 (13 accu’s): Lengte: 1265mm Breedte: 375mm Hoogte: 168mm


Accupakket 4 (14 accu’s): Lengte: 1390mm Breedte: 375mm Hoogte: 168mm

26/49

3.2.3 Inductief laden (Joël)

3.2.3.1 Statisch inductief laden Statisch wordt gedefinieerd als ‘zich in evenwicht bevinden’, ’rustig’, ’niet beweeglijk’, ’adynamisch’ en ‘gelijkblijvend’. In context van dit onderzoek heeft statisch de betekenis: voertuigsnelheid = 0 m/s. Inductie is het verschijnsel van een bepaald weefsel wat een naburig weefsel aanzet tot vormverandering, tot differentiatie. Inductie toegepast in dit onderzoek is het opwekken van een (inductie)spanning met behulp van 2 spoelen. Statisch inductief laden heeft als doel het al dan niet relatief vergroten van de actieradius. Door het bijladen van de accu’s op punten waar het voertuig stilstaat kan het accupakket worden verkleind. Hierdoor daalt het gewicht en dus ook het energieverbruik. Zo word het aantal kilometer per kilogram accu vergroot. Anderzijds kan de extra energie verkregen door het inductief laden ook gebruikt worden om de nominale actieradius te vergroten. Systeemkeuze HaloIPT is het eerste en tevens enige bedrijf dat een systeem voor inductief laden commercieel aanbiedt. Een groot voordeel van dit systeem is dat het volledig onderzocht en direct toepasbaar is. Om deze reden is er gekozen voor dit systeem. Het is mogelijk om zelf een systeem te ontwikkelen. De benodigde onderzoeken en testprocedures kosten dermate veel tijd en geld dat dit niet rendabel is. Systeembeschrijving De benodigde (hoofd)componenten waaruit het systeem bestaat: 1. Energievoorziening/Spanningsbron 2. Transmitter 3. Energie en data overdracht 4. Receiver 5. Controller 6. Accu


27/49

1. Het systeem is aan het elektriciteitsnet gekoppeld. De 240VAC wordt gebruikt om de transmitter te bekrachtigen. Op het moment dat het voertuig zich boven een transmitter bevindt zal de transmitter bekrachtigd worden. 2. De transmitter is een elektromagneet in de vorm van een lus. Door deze aan te sluiten op een hoogfrequente (20kHz) eenfase wisselstroom wisselt het magnetisch veld. 3. Tussen de transmitter en receiver wordt energie (magnetisch) en data overgedragen. 4. De receiver is eenzelfde component als de transmitter. Deze wordt echter niet bekrachtigd. Doordat de receiver zich in het (wisselende) magnetische veld bevindt word er een inductie spanning opgewekt. 5. De controller zal de opgewekte inductiespanningen gelijkrichten en gedoseerd de accu’s bijladen. Het maximale vermogen wat overgedragen kan worden via het inductief laden is 3kWh per groep (transmitter/receiver). De ideale afstand tussen de transmitter en receiver is 180mm. Een afwijking van 30mm is toegestaan. Bij een grotere afwijking zal het systeem uitschakelen. Bij een laterale afwijking >150mm kan er geen energie-overdracht meer plaats vinden en zal het systeem uitchakelen. Er wordt gebruik gemaakt van 2 groepen. Dit maakt het mogelijk om te laden met 2*3kWs. Er is 1 unit achter de vooras en 1 unit voor de achteras geplaatst. Parameter Input voltage Input supply Output voltage Output power Physical seperation Lateral tolerance Efficiency Power factor Physical size Output Specification Nominal resonant frequency

Waarde 240 VAC Single phase 300 VDC 3 kW 180mm +/- 30mm +/- 150mm > 85% > 0.95 800mm x 400mm 30mm Voltage variable from 250V to 300V in 10V steps, power limited to 3kW 20 kHz

tabel 3.1


28/49

3.2.4 Road/rail overschakeling (João) De RRTM is een voertuig wat materialen met een hoge massa moet kunnen vervoeren. Het is daarom van belang om een zo licht mogelijk chassis te ontwikkelen. Dit is gedaan tijdens het project FMB. Het gebruik van materialen is hierbij zeer belangrijk. De RRTM kan zowel op asfalt als op de tramrails rijden. In het verleden zijn er bouw- en grondverzet voertuigen geproduceerd waarbij dit ook mogelijk was, maar in combinatie met het vervoeren van zware en grote lading was dit een totaal nieuw idee. Eén van de vragen van de opdrachtgever, was het door ontwikkelen van het rail to road constructie. Buiten deze vraag heeft ons team zicht af gevraagd wat er nog meer verbeterd con worden aan het voertuig en is dit onderzocht ien indien nodig aangepast. Om tot bepaalde keuzes in het ontwerpproces te komen is uitgebreide literatuurstudie een vereiste. In een keuzematrix worden verschillende mogelijkheden met elkaar vergeleken. En er kan een afweging gemaakt worden van wat de beste manier is en hoe en wat het best in het ontwerp past.

3.2.4.1 Packaging Voor ons concept hebben we gekozen voor een maximale lengte van 18,8 meter, dit is gekozen omdat het voertuig in stadsverkeer manoeuvreerbaar moet zijn omdat hij ook van deze wegen gebruik maakt. Deze lengte is onderverdeeld in 2 stukken, een hoofd chassis (het chassis van de trekker) van 9,4 meter lang, waarvan een cockpit van 1,5 meter er bij in begrepen. Dit hoofd chassis zit verbonden met een koppeling aan de trailer. De trailer is in het bezit van een zelfde chassis van 9,4 meter lang 6 en wordt hier 1,5 meter voor een kraan gebruikt. Per twee assen (een set normale as en tram-as) zit 1 elektromotor. Het chassis is in het bezit van 8 assen dus dit beteken dat het voertuig in het bezit is van 4 elektromotoren. De voorste as van het voertuig en de voorste as van de trailer zijn volledig sturend. De overgebleven weg-wielen kunnen maximaal 10 graden verdraaien. Dit is gedaan om het voertuig zo makkelijk en praktisch mogelijk te kunnen laten manoeuvreren. Er kan bijvoorbeeld makkelijker een rotonde worden genomen. Het complete voertuig is 2,4 meter breed zodat het nog over de standaard tramrail kan blijven rijden zonder bijzonderheden. Door deze indeling met 2 flexibele stukken blijft het voertuig uiterst manoeuvreerbaar voor gemak bij laden en lossen en voor een goede verkeersdoorstroming.

Componenten plaatsing


29/49

Als het voertuig op de weg rijd zal het chassis worden gedragen door 8 pneumatische wielophangingen. Zodra er boven de rail gereden wordt en dit word gedetecteerd zal de pneumatische wielophanging in veren, waardoor er contact zal ontstaan tussen de rail en de tramwielen. Op dit moment zal de railconstructie en zijn wielophanging de taak overnemen van het pneumatische veersysteem. Dit wielophang-systeem is voorzien van een sterk scharnierbare metalen constructie wat dempt word door een losse zware schokbreker. Het zwaartepunt van het chassis is ten opzichte van het bestaande chassis en heel stuk gezakt, wat een hele goedde verbetering is. De accu’s van het voertuig zijn gemonteerd onder het chassis van de trekken en de trailer omdat het leidende voertuig, omdat er nog genoeg ruimte over is tussen het chassis en het wegdek en dit het zwaartepunt dan ook nog gunstiger maakt. Omdat het voertuig zo groot is en een potentiële grote bedreiging is voor de veiligheid moet de besturing simpel en overzichtelijk zijn. Aan de cabine is dus niets veranderd, maar de positie hiervan op het chassis verschilt wel met het oude. Er is een groter voorover bouw gecreëerd en waardoor de cabine een heel stuk tot zakken ten opzichte van de weg en het gehele voertuig een stuk lager maakt. De cabine is dan ook nog steeds ruimtelijk met veel gebruik van glas voor overzicht en genoeg ruimte voor monitors en andere instrumenten. Voor de opslag van goederen is er gekozen voor standaard transport containers dit is om een aantal redenen gedaan omdat deze al in massa worden geproduceerd en goedkoop zijn, omdat ze op een milieuvriendelijke wijze kunnen worden geproduceerd en kunnen worden gerecycled en omdat er veel opties mogelijk zijn omtrent deze containers. Bij het transport zal er een keuze komen voor het gebruik omtrent de containers zo kan met kiezen om 4 containers van 3 meter lang te vervoeren of 2 containers van 6 meter lang of variaties hier van. De diversiteit van deze containers is groot, zo zijn er mogelijkheden tot container huizen, container toiletten, kantoren, opslag containers en personen transport containers.


30/49

3.2.4.2 Materialen Voor het chassis is het van groot belang dat het sterk genoeg is om geladen containers te kunnen dragen. Staal is een legering dat bestaat uit ijzer en koolstof. De hoeveelheid koolstof bepaald de sterkte van het staal. Staal heeft een uitstekende bewerkbaarheid. Titanium daarentegen is lichter, sterker maar moeilijker te bewerken en erg duur. Zo zijn er nog meer materialen maar voor een chassis is staal de beste oplossing. Voor het chassis en het frame van de cabine wordt hoog sterkte staal gebruikt. Deze staalsoort heeft een soortelijke massa van 7,84 kg/dm³. De kostprijs van hoog sterkte staal is € 0,60 per kg. Voor de wielophanging is het van belang dat het de grote massa van het chassis en lading kan dragen. Het voertuig moet zowel op de tramrails als op het asfalt kunnen rijden. Dit houdt in dat de wielophanging dubbel moet worden uitgevoerd. Voor het rijden op asfalt worden onafhankelijke Pneumatishe veerpoten met luchtvering gebruikt.

Voor het rijden op de tramrails zijn starre assen gebruikt met een sterk metalen scharnierconstructie. Deze starre assen worden door middel van hydraulische cilinder op en neer bewogen. De fuseestukken zijn gemaakt aluminium. De soortelijke massa hiervan is 2,71 kg/dm³. De kostprijs van aluminium is € 3,10 per kg. De basis van de wielophanging en de draagarmen worden vanwege hun grote dragende werking van hoog sterkte staal gemaakt. De soortelijke massa hiervan is 7,84 kg/dm³.

3.2.4.3 Chassis Hoog sterkte staal geconstrueerd in profielen zou wat massa en sterkte betreft optimaal zijn voor het chassis. Voor de langsliggers en korte dwarsliggers worden H-profielen toegepast. Voor de dwarsliggers die de containers moeten dragen worden balken met kokerprofiel toegepast.

Op het voorste deel van het voertuig is een cabine geplaatst. Deze cabine wordt evenals het chassis van hoog sterkte staal gemaakt. Op de uitstekende delen van het chassis worden twistlocks geplaatst voor het bevestigen van containers.


31/49

De massa van het voorste deel van het voertuig inclusief de cabine is ongeveer 830 kg. En de massa van het achterste deel van het voertuig inclusief koppelstuk is ongeveer 1.000 kg.


32/49

3.2.4.4 De wielophanging voor op de weg De wielophanging voor op de weg is voorzien van dikke metalen draagarmen, een fusee en luchtvering. Deze gekozen luchtveren die hier onder onder afgebeeld zijn, zijn ontworpen voor maximaal 2000 kg. Hiervan worden 4 gebruikt en kan er dus maximaal 8000 kg wat niet genoeg is als het voertuig twee 20’ containers moet vervoeren. Deze luchtveren kosten ruim 2260,- per stuk en worden toegepast op kleine vrachtwagens en campers. Deze luchtveren kunnen doorontwikkeld worden tot maximaal 5000kg per veer. De geschatte prijs (door het bedrijf FullAir) per luchtveer wordt dan 5800,- per stuk. Dit bedrag keer 4 zal een kostenplaatje opbrengen van 23.200,- euro.


33/49

3.2.4.5 Rail to Road constructie Type constructie Er zal gebruik gemaakt worden van een Rail to Road constructie die samen zal werken met het de wielophanging en zijn veersysteem. Hier onder zijn 2 afbeeldingen weergegeven waar in de basis te zien is van de Rail to Road constructie.

Afbeelding 1

Afbeelding 2

Componenten: Een metalen scharnier constructie met daar tussen een hydraulische cilinder voor de demping is te zien in afbeelding 2.


34/49

Zoals te zien is in de 2 afbeeldingen, is dat de railconstructie een vaste mechanisme is die aan het chassis is bevestigd. Dit rail-mechanisme zal in contact komen met de rail als het voertuig in veert en de normale wielen een hoger punt hebben bereikt dan de rail-wielen.

Afbeelding 3

Materiaalkeuze Er is voor een ijzeren constructie aan het chassis gekozen, omdat dit een sterk materiaal is en goed kracht kan opvangen, goed krachten kan geleiden, compact is, dat het betaalbaar is, het is een simpele constructie en het is makkelijk haalbaar om dit zo te construeren.

3.2.4.6 De kraan De kraan is voor een aantal redenen in het midden van het voertuig gemonteerd namelijk zodat de kraan van beide containers een minimale afstand heeft waardoor het hefboomeffect minimaal is en er een kleinere kraan kan worden gemonteerd, maar ook voor gewichtsverdeling. Als de kraan een container tilt zal al deze kracht aan het chassis worden afgegeven en aan de aarde, om deze krachtlijn zo direct mogelijk te laten lopen staat de kraan direct boven een wiel stel gemonteerd, ook is de kraan uitgevoerd met inklapbare poten om stabiliteit te verhogen en om extra ondersteuning te bieden.

Tram-as


35/49

3.2.4.7 Het vervoeren en de afmetingen Bij het ontwerp van de constructie zal er gehouden worden aan richtlijnen die vast gesteld zijn in het pakket van eisen en richtlijnen die betrekking hebben op het kunnen voortbewegen op een tramrail, de afmetingen van het voertuig, de veiligheid van het voertuig en zijn manoeuvreerbaarheid en natuurlijk de veiligheid van de weggebruikers de zich in deze omgeving bevinden. Het voertuig heeft een totale lengte 18,4 meter, een breedte van bijna 2,5 meter en een hoogte van 3,25 meter, een koppelstuk van 1,5 meter en een cabine van 1.5m. Hij kan voorzien worden van 2 container ladingen van 6 meter lang of 4 van 3 meter lang. Er is geprobeerd om de systemen op en aan het chassis zo compact mogelijk te bevestigen of te plaatsen. Een verbetering van de stabiliteit ten opzichte van het oude ladderchassis van het FMB project zal een plattere chassis zijn, die lager geplaatst kan worden. De componenten zullen zo geplaatst gaan worden dat er een goedde gewichtsverdeling gerealiseerd kan worden en een laag zwaarte punt behaald kan worden om de stabiliteit en comfort van het voertuig zo gunstig mogelijk te kunnen maken.

Laden en lossen op de tramwielen

Door de kraan op het koppelstuk te plaatsen van de trailer en het leidend voertuig wordt niet alleen plaats bespaard maar zit de kraan ook in het midden van het voertuig waardoor til afstanden kleiner worden en de kraan ook minder zwaar hoeft te zijn. Het voertuig is hierdoor 3,25 m meter hoog geworden wat nog onder de maximale hoogste van 5.10 komt en 1 0,75 meter is gezakt ten opzichte van het FMB project (4m). Voor de cabine is een ruimte van 1.5 m gekozen omdat dit de gemiddelde cabine grote is in voertuigen zoals dit concept, door er zoveel mogelijk glas in te plaatsen blijft overzicht maximaal en geeft het een vrije indruk. Boven op de cabine zit de pantograaf die contact maakt met de bovenleiding.


36/49

3.2.4.8 Kostenplaatje Onderdelen

Chassis Rail-constructie met tram-as Wegdek-constructie Luchtvering tot 2000 kg Luchtvering tot 6000 kg

Aantal

2 4 4 8 8 Luchtvering tot 2000 kg Luchtvering tot 6000 kg


37/49

Aantal*prijs prijs

Totaal

2*2500,4*1500,4*1000,8*2560,8*5800,-

5000,6000,4000,20480,46400,-

Tot= Tot=

35480,61400,-

3.2.5 Road/rail synchronisatie (Kevin)

3.2.5.1 Concept Om dat ons voertuig bij in bedrijfstelling gedurende de dag veel zal moeten overschakelen tussen de tram rails en het wegdek is er voor gekozen om het voertuig geautomatiseerd deze overschakeling te realiseren. Dankzei een geautomatiseerde overschakeling van dit proces zal het overbodig worden om als bestuurder het voertuig te verlaten, dit zal de veiligheid dan ook verhogen. Dankzei de geautomatiseerde overschakeling kunnen we nu ook tijdens het rijden de overschakeling verkrijgen, dit betekend dat het voertuig niet meer hoeft te stoppen. Een dynamisch synchronisatie en koppel systeem zal de koppel tijd van ongeveer 8 minuten verkleinen tot nog maar ongeveer 1 minuut. Dankzij dit snelle systeem kan het voertuig constant in beweging blijven en dus geen hinder veroorzaker voor het overige tram verkeer. Werking Om een systeem te creëren dat onder alle werkomstandigheden zal blijven werken is er verkozen industriële inductie sensoren. Deze industriële inductie sensoren zijn ongevoelig voor weer en wint en werken altijd zolang er geen grote metaal vervuilers zijn( grote stukken metalen platen op de rails). Door een balk ter breedte van het voertuig te monteren bij voor en achterkant van het voertuig en deze balk uit te voeren met 4 inductie sensoren kan er een duidelijk beeld worden verkregen van de positie van de tram rails. Door de signalen van de sensoren door te sturen naar een ecu kan deze de signalen omzetten in duidelijke en bruikbare code waar mee de ecu een stuur signaal kan sturen naar de stuur inrichting. De stuur inrichting zal uitgevoerd zijn met een elektromotor aanpassing waardoor de ecu het stuursysteem kan over nemen. De sensoren zullen waarnemen waar het spoor onder het voertuig ligt en met deze informatie kan de ecu het voertuig exact boven de rails rijden waarna hij is gesynchroniseerd en de alternatieve ophanging kan worden ingeschakeld. De bestuurder van de RRT zal het voertuig eerst grof boven de rails moeten manoeuvreren waarna hij op een knop kan drukken om de volledige besturing over te geven aan de ecu die na het inschakelen van de alternatieve ophanging de besturing wee terug geeft aan de bestuurder. Sensoren Bij de voor en achterkant van een voertuig zal een sensor balk ter breedte van het voertuig worden geplaatst (2.5 meter) Deze balk dient tijdens de synchronisatie minimaal 20cm van de rails te worden geplaatst. Deze plaatsing kan vast ingesteld worden en het is mogelijk om de balk tijdens rijden op de weg omhoog te plaatsen om zo meer wegspeling te verkrijgen. Aan de uiteinden van de balk zullen 2 sensoren worden geplaatst 500mm buiten het hart van de rails en50mm binnen nog 2. Door deze plaatsing zal de spoorlijn exact tussen deze sensoren invallen, hierdoor weet de ecu als het signaal van de 4 sensoren gelijk is dan staat het voertuig recht boven de rails en is het klaar voor de alternatieve aandrijving. Zodra de sensoren merken dat het voertuig boven een rails rijd kan er al geautomatiseerd worden gestuurd, dit werk gebied is afhankelijk van de sensor range en de montage hoogte. Bij dit concept uitgaande van een montage hoogte van 20cm zal het voertuig al kunnen synchroniseren als de rails zich 500 mm buiten het hart van de sensoren bevind en zal er dus al synchronisatie mogelijkheden ontstaan als het hart van het voertuig 500 mm of 0.5 meter Studierichting Autotechniek, PDE_ER_RoadRailTransport

38/49

buiten het hart van tramrails bevind, bij lagere montage of sensoren van hogere kwaliteit kan deze afstand worden vergroot.

een sensor aan de buitenzijde van de balk

Gekozen sensor De inductieve sensor die gekozen is voor het synchronisatie systeem is de Series 2000 - Long Range Inductive Proximity Sensor. Deze sensor is ontwikkeld voor de metaal industrie, hij word veel al gebruikt in geautomatiseerde fabriekshallen waar ze bij geautomatiseerde metaal verwerkingssystemen de metaal toevoer regelen. Bij deze machines meten de sensoren waar het materiaal aan stalen balken en buizen ligt maar ook hoe lang ze zijn. De sensoren zijn ontworpen voor zware omstandigheden zoals vervuiling en weersinvloeden waardoor ze ook voor onze doeleinde ideaal zijn. De sensor heeft een ideale meet afstand van 20mm en een behuizing van ongeveer 10,10,5 cm en kan in verschillende typen en vormen worden verkregen afhankelijk van doeleinden. De sensoren kunnen in metalen behuizingen worden geplaatst zonder storing te ondervinden, hierdoor zullen ze ook geen hinder ondervinden van de ophanging van de tram zelf. Doordat sensoren zoel ac als dc mogelijkheden hebben zijn ze makkelijk implementeerbaar in de ecu. De kosten van de sensor zijn rond de 50 euro pst maar kan bij bulk afnamen en een lagere dollar nog sterk dalen. De sensoren werken op een frequentie van ongeveer 100 hertz en zal vloeiende stuurbewegingen mogelijk maken. De sensoren hebben een nauwkeurigheid van 5 micron, doordat dit veel te nauwkeurig is voor onze doeleinde zullen we dit in de software compenseren.


39/49

Afbeelding en info van http://www.moduloc-usa.com/Series_2000.html

3.2.5.2 Veiligheidssystemen Om er voor te zorgen dat de R.R.T altijd vlooiend kan overschakelen tussen wegdek en rails zal er een geautomatiseerd back-up systeem worden gemonteerd. Dit veiligheidssysteem is bedoeld voor het geval dat de magneet sensoren storen of compleet falen. Het back-up systeem zal worden gekoppeld aan hetzelfde programma dat gebruikt word bij de magneet sensoren alleen de positie bepaling zal niet van de magneet sensoren komen maar van het back-up systeem. Werking Het back-up systeem zal afhankelijk zijn van 2 slimme sensoren, deze slimme sensoren kunnen worden geprogrammeerd om onderdelen de herkennen en vergelijken. De slimme sensoren die wij monteren zijn 2 camera’s, deze camera’s worden aangesloten op een processor die de beelden onderzoekt. De processor kan de genomen beelden onderzoeken en hier kan hij dan geprogrammeerde onderdelen uit de beelden halen en deze vergelijken met het geprogrammeerde beeld. In ons geval zal een camera voor en achter gemonteerd worden deze zullen op een vaste waarde gemonteerd worden. In de gemaakte beelden worden de beelden verduidelijkt en de rails herkent deze worden er uit gehaald wardoor er een beeld ontstaat met 2 duidelijke lijnen, de positie van deze lijnen kan herkend worden door de gemaakte beelden te vergelijken met de voorgeprogrammeerde positie. Door de afwijking van deze positie door te geven aan het stuur systeem kan deze net als bij de magneet sensoren de wielen aansturen om een verdraaiing te doen richting de rails. Afbeelding van southwest research instituut 2008 De afbeelding is voor lijn detectie op wegen en werkt volgens het zelfde princiepen.


40/49

Camera systeem Eisen voor het camera systeem zijn dat het vooral snel en zonder storingen kan werken onder iedere omstandigheden. Om aan deze eisen te voldoen is er een duurder en geavanceerder systeem nodig dat trillingen en schokken uit het beeld filtert. Er is gekozen voor een VC4080. De VC4080 is een professioneel systeem dat uitermate goed voldoet aan de eisen met een high resolution(1280 1024) beeld en zijn hoge snelheid van 5 microseconde shutter en 14 fps. Deze factoren willen zeggen dat het systeem zeer scherpe opnamen neemt waardoor afhankelijk van de montage afstand een zeer exact beeld kan worden gecreëerd met een meet afwijking van 5 mm bij montage op 1m hoogte van de rails. Dankzei de snelheid van de camera kan er ook 14 keer per seconde een stuurbeweging worden aangestuurd waardoor een vloeiende sturing en snelle reactie mogelijk is. Deze camera is ontwikkeld voor ruige omstandigheden en is er specifiek op ontworpen om zelfs tijdens hevige trillingen toch perfecte beelden te kunnen maken voor de software, de camera is ook bestand tegen de natuur mits hij gemonteerd zit in een waterbestendige behuizing. De camera kan voorgeprogrammeerd worden besteld bij Vision components voor een kostprijs van rond de €1000. VC4080 1/2“, 1280 (H) x 1024 (V) pixels high-speed: up to 5 μs 14 fps (28 fps with 2 times binning) external trigger, full frame 1 x 25 MHz / 10 bit 3200 MIPS, 400 MHz 3 x 8 bit RGB lookup table 32 MB SDRAM 4 MB Flash EPROM Input 24 V, outputs 4 x 500 mA IELECTRICAL Afmeting . 110 x 50 x 35 mm, approx. 400 g


41/49

4 Conclusies en aanbevelingen Na het uitwerken van de specialisaties en het geheel voor de RRT zijn er een aantal aspecten welke nader onderzocht moeten worden om de toepassing van dit eindconcept te kunnen realiseren. Een aantal componenten zullen doorontwikkeld moeten worden om aan bepaalde eisen te kunnen voldoen. Daarnaast zijn er een aantal toepassingen waarbij er gekeken moet worden of er andere mogelijkheden zijn om betere componenten te kunnen toepassen. De componenten en aspecten die onder aandacht moeten worden genomen zijn; -Het lucht-wielophangingsysteem -De wrijvingskoppeling -De wisselbak / continu variabel transmissiesysteem -Een aandrijving met een hoger rendement -Accu’s met een hogere energiedichtheid -Dynamisch en inductief laden -Infrastructuur -Controle voor het synchronisatiesysteem (close loop) -De pantograaf (vervoeren in twee richtingen aan dezelfde bovenleiding)

Onze conclusie is dat ons voertuig in het bezit is van nieuwe technieken die er voor een high efficiency zorgen, die geen impact hebben op de infrastructuur en in het bezit is van Zero Emision! Wat dit concept zo succesvol zal maken is dat het geschikt is voor diverse typen infrastructuur.


42/49

5 Referenties http://www.visioncomponents.com/index.php?eID=tx_nawsecuredl&u=0&file=uploads/media/VC4068_E_0 1.pdf&t=1301397262&hash=c85aa60f902ebf026b736ead461caeebdb632e72 http://www.wvopzeeland.nl/air.html

: luchtvering

http://home.planet.nl/~hofpoel/NL__FullAir_VB-ASCU-2C.pdf http://www.otoparts.nl/index.php?item=vb-fullair_-luchtvering-_set_&action=article&group_id=10000057&aid=4731&lang=NL http://www.otoparts.nl/index.php?item=vb-fullair_-luchtvering-_set_&action=article&group_id=10000057&aid=4731&lang=NL Reader Aandrijving – Dhr. Hogt Hogeschool Rotterdam www.indumex.nl


43/49

6 Bijlagen 6.1 Specialisaties -

Aandrijfbron & aandrijfsysteem Energiebron & laden via bovenleiding Road/rail synchronisatie Road/rail overschakeling Inductief laden

Wouter van der Ende Wesley van Esch Kevin van den Heuvel João dos Santos Mendes Joël Schrier

Elk van de bovenstaande specialisaties is apart ingeleverd op de j-schijf. Hier zijn alle specialisaties los te vinden. In de specialisaties zijn alle keuzes en concepten zichtbaar gemaakt om zodoende het traject gedurende het project goed zichtbaar te maken.


44/49

6.2 Afbeeldingen 6.2.1 Compleet voertuig


45/49

6.2.2 Trekker

6.2.3 Trailer


46/49

6.2.4 Chassis en constructies


47/49

6.2.5 Cabine


48/49

6.2.6 Kraan


49/49

rail transport. Studierichting Autotechniek. Hogeschool Rotterdam Instituut voor Engineering and Applied Science. Eindrapportage (ER)

Recommend Documents