TRICICLO BIPOSTO A PEDALATA ASSISTITA DIPARTIMENTO DI MECCANICA PRATO

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1 TRICICLO BIPOSTO A PEDALATA ASSISTITA DIPARTIMENTO DI MECCANICA PRATO 1

2 Dati tecnici Massa a vuoto veicolo: 43 Kg Lunghezza: 2985 mm Larghezza: 1240 mm Altezza max: 890 mm Altezza selle: 520 mm Raggio di sterzata: 3 m Diametro dischi freno: 180 mm Cambio Shimano 6 rapporti Motore brushless da 250 W in funzione fino a 25 Km/h attivato da un sensore ad effetto Hall Rapporto di trasmissione fra i ciclisti: 1:1 Storia del progetto e scelte tecniche Il progetto è partito con il prof. ing. A. Zanco, che ha guidato di un gruppo di ragazzi di quarta e quinta dell indirizzo meccanico, coadiuvato dal prof. ing. C. Scardazzi e dal Prof. V. Carosella. Le idee fin dall inizio non sono mancate, alcune sono state immediatamente scartate per scarsa efficienza o elevata difficoltà di realizzazione in relazione ai tempi strettissimi di progettazione e realizzazione del prototipo. La prima decisione ha riguardato la scelta del numero di ruote che il veicolo avrebbe dovuto avere. La scelta è caduta su un triciclo, avendo a disposizione una sola ruota motrice. Immediatamente accantonata l idea della ruota motorizzata sterzante all anteriore e della trazione a catena sul posteriore, a causa della difficoltà di installare un differenziale sull asse posteriore, si è passati a un progetto invertito : le ruote anteriori sarebbero state due e sterzanti, mentre al posteriore ci sarebbe stata la ruota motorizzata abbinata alla trazione a catena. Il problema dello sterzo è stato risolto adottando un sistema a quadrilatero diretto ripreso dalla tecnologia in uso sui kart da competizione. L idea sviluppata in partenza per questa nuova soluzione era quella di istallare i sedili appaiati. Una revisione al progetto è stata però necessaria. L ubicazione dei sedili uno a fianco all altro imponeva tre fondamentali limiti: l ingombro frontale elevato e di conseguenza un elevata resistenza aereodinamica, senza avere vantaggi apprezzabili sulla lunghezza del veicolo e quindi sulla sua manovrabilità; la carenza di carico sull asse anteriore, messo in luce dallo studio dinamico del veicolo, comportante la mancanza di grip in fase di curvatura; 2

3 la stabilità statica e dinamica e conseguentemente la sicurezza del veicolo vengono garantite solo se i conducenti sono approssimativamente dello stesso peso. In caso contrario si riscontrerebbero degli squilibri. Inoltre risulterebbe impossibile guidare il veicolo con una sola persona a bordo a causa dell elevata possibilità di ribaltamento anche in curve a bassa velocità. Pertanto nel progetto definitivo i sedili sono stati disposti in linea stile tandem, posizionando le selle a circa 520 mm da terra in modo da favorire una posizione del baricentro bassa. Il telaio è stato realizzato con tubolari in acciai da costruzione. La scelta di questo tipo di materiale, abbinato alla sezione da noi scelta per la costruzione del veicolo, è stata dettata dalla facilità di reperirlo, di lavorarlo (è infatti facilmente saldabile), oltre a presentare tutte le caratteristiche meccaniche da noi ricercate. A seguito di circa 80 ore di progettazione, durante le quali sono stati eseguiti studi dinamici (es. calcoli su foglio elettronico sotto riportato) del veicolo e A 964 mm L1 800 mm L mm C 78 mm Passo P 1835 mm hg 650 mm Rotazione ruota esterna (alfa) 0,07 rad Delta 0,30 rad Gamma 0,04 rad Raggio curva 25,0 m Velocità 36,00 km/h Accelerazione centrifuga 4,00 m/s2 Massa totale (veicolo+persone) 180 kg Forza centriguga 720,0 N Momento ribaltante Nmm NON RIBALTA Momento allineante Nmm Reazione verticale posteriore 552 N Reazione verticale anteriore 1213 N Forza trasversale posteriore 306 N OK Forza trasversale anteriore 415 N OK Aderenza fa(v=0) 1,1 adi fa(v) 0,788 adi calcoli strutturali sia secondo i metodi classici della scienza delle costruzioni che calcoli agli elementi finiti, ne sono seguite altrettante per la realizzazione. 3

4 Di seguito vengono presi in considerazione, in maniera più dettagliata, i singoli aspetti dello ZEV (Zero Emission Vehicle). Ergonomia L ergonomia del veicolo ha occupato una buona parte del tempo di progettazione. La difficoltà maggiore è stata quella di far sedere in comodità, mantenendo l efficienza della pedalata, i due piloti, rientrando nel limite massimo di lunghezza dei 3000 mm. I comandi (freni, cambio, comando centralina) sono estremamente raggiungibili e comodi da utilizzare. Il sistema di sterzo diretto è estremamente gestibile e non affatica. Per il pilota occupante il sedile posteriore sono state montate due maniglie per sorreggersi durante la marcia e scaricare sui pedali la massima potenza in tutta sicurezza. Sicurezza Per garantire la sicurezza è stato istallato un paraurti frontale che protegge i piedi del pilota che siede sul sedile anteriore in caso di urto. Inoltre anteriormente e stata montata una barra posizionata a circa 100 mm dal fondo stradale rivestita in neoprene con la funzione di evitare che gli arti inferiori possano venire trascinati sotto al veicolo in caso di scivolamento dal pedale e/o di appoggio a terra dei piedi con veicolo in movimento. L utilizzo notturno è reso sicuro dall istallazione di fari a batteria. Per garantire la sicurezza degli occupanti del veicolo si consiglia l utilizzo del casco. 4

5 Sistema frenante E stato fatto uno studio di dinamica della frenata al fine di avere dei riferimenti sul valore di decelerazione ottenibile utilizzando tre freni a disco (es. calcolo su foglio elettronico sotto riportato). Dai calcoli la decelerazione massima ottenibile con 180 kg di massa è di circa 6. Massa totale Peso Decelerazione di calcolo Decelerazione reale L1 Passo P Altezza baricentro da terra hg L2 = B Ruote frenate Carico vert. ruote anteriori/cad. Carico vert. ruota posteriore Forza trasm. per aderenza /cad. ant. Forza trasm. per aderenza post. 180 kg 1766 N 6,33 m/s2 6,33 m/s2 800 mm 1835 mm 650 mm 1035 mm 3 adi 700 N 366 N 451 N 236 N Il sistema frenante ci è stato gentilmente fornito da Formula Disck Brakes. L impianto frenate è costituito da 3 freni a disco. Le leve di comando sono due ed ognuna agisce su un asse. La particolarità di questo impianto sta nei due freni anteriori. Formula ha infatti realizzato in esclusiva uno sdoppiatore che con una sola pompa permette l azionamento contemporaneo di due pinze. Trasmissione La trasmissione è realizzata mediante catena che collega rigidamente le pedivelle dei due ciclisti. Mentre al posteriore è presente un cambio a 6 rapporti e sistema di ruota libera. L azionamento del cambio è fatto mediante sistema a due pulsanti posto sullo sterzo. La disposizione delle pedivelle è stata sfasata di 90, questo permette di compensare in parte la fase non utile della pedalata permettendo la trasmissione del momento torcente in modo più uniforme. 5

6 Ringraziamenti Ringrazio tutti coloro che hanno partecipato alla progettazione e alla realizzazione di questo prototipo. In particolare devo ringraziare i colleghi prof. ing. Carlo Scardazzi e prof. Vincenzo Carosella ed i ragazzi della 4M - 4N - 5M- 5N che si sono alternati nelle varie fasi di sviluppo del prototipo ZEV con grande dedizione ed impegno. Infine ringrazio gli sponsor tecnici e le ditte che con noi hanno collaborato. Il coordinatore del Dipartimento di Meccanica Prof. Ing. Alessandro Zanco 6