Valutazione della vita a fatica e della stabilità dinamica di una carrozzina equipaggiata con ruotino anteriore motorizzato

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1 Università degli Studi di Padova Dipartimento di Ingegneria Industriale Valutazione della vita a fatica e della stabilità dinamica di una carrozzina equipaggiata con ruotino anteriore motorizzato Exposanità Bologna, 21 Aprile 2018 Prof. Nicola Petrone, Ing. Enrico Milan

2 Oggetto dello studio Carrozzina manuale + ruotino anteriore motorizzato Ruotine anteriori sollevate da terra Può affrontare terreni sconnessi Veloce e facile da collegare Permette di muoversi senza sforzo Leggero e facile da maneggiare

3 Dispositivi utilizzati per lo studio KLAXON KLICK OFFCARR RUOTINO Motore: 250 W Velocità massima: 15 km/h Batteria: 6 o 11 Ah Autonomia: 25 o 50 km Ruota: 14 Massa: 8+1,5 (3) kg Motore: 250 W Velocità massima : 18 km/h Batteria: 11 Ah Autonomia: 50 km Ruota : 14 Massa: ,5 kg

4 Scopo del lavoro STABILITÀ DINAMICA RESISTENZA STRUTTURALE Stabilità dinamica in curva Valutazione della vita a fatica Prove su strada Drum test Stabilità = f (velocità; raggio) COMPARAZIONE

5 Parte 1: Stabilità dinamica STABILITÀ DINAMICA RESISTENZA STRUTTURALE Stabilità dinamica in curva Valutazione della vita a fatica Prove su strada Drum test Stabilità = f (velocità; raggio) COMPARAZIONE

6 Sensori applicati Y Z X 1 Z Y Xsens misura: Angolo Velocità di rotazione Accelerazione X Z 1 Dispositivo anti-ribaltamento 3 X Y 4 sensori Xsens: 1. Tubo sterzo Angolo sterzo 2. Assale carrozzina Rollio 3. Ruota sinistra Velocità 4. Ruota destra Velocità

7 Metodo R Ambiente di prova: Campo da basket in cemento (alto attrito) Pavimento industriale (basso attrito) iinnnnnnnnnn dddd sssssssssssssssss = 100 tt 1 TT = = 69% (eeeeeeeeeeeeee) Raggi analizzati: 1, 2, 3, 4, 5 and 6 m +16 T = tempo per percorrere la curva Velocità analizzate: 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 km/h -164 Soglia di stabilità: -2-2 t 1

8 Risultati Risposta dinamica Indice di stabilità[%] Punteggio Nessun ribaltamento [0 ; 19] 3 Ribaltamento incipiente [20 ; 34] 2 Ribaltamento frequente [35 ; 49] 1 L indice di stabilità è diviso in quattro categorie, un punteggio corrisponde ad ogni categoria. Completo ribaltamento [50 ; 100] 0 Pavimento in cemento Pavimento industriale Raggio [m] Clear cut off between stability and tipping zone Soglia marcata tra aree di stabilità e instabilità Raggio [m] Velocità [km/h] Velocità[km/h]

9 Discussione È stato elaborato un metodo di prova per valutare in modo quantitativo la stabilità dinamica in curva. Il fondo stradale influenza notevolmente la stabilità dinamica. Sviluppi futuri: Miglior controllo di velocità con centraline dedicate. Test senza dispositivo anti ribaltamento utilizzando dei manichini.

10 Parte 2: Resistenza strutturale STABILITÀ DINAMICA RESISTENZA STRUTTURALE Stabilità dinamica in curva Valutazione della vita a fatica Prove su strada Drum test Stabilità = f (velocità; raggio) COMPARAZIONE

11 Sensori applicati WCR: Mezzo ponte FR FL ACF LET LEB WCR WCL ACZ ACX ACY 6 canali estensimetrici WCR WCL LET LEB FR FL ACF: Monoassiale ACF FR & FL: Mezzo ponte LET: Ponte intero

12 Calibrazione ponti estensimetrici M (Nm) -100 WCR y = 226,5x 0,3 R² = WCR (mv/v) Canale Costante di calibrazione NNNN mmmm VV R 2 WCR 225,263 0,99996 WCL 226,516 0,99998 LEB 401,892 0,99989 LET 239,765 0,99998 FR 77,979 1,00000 FL 72,929 1,00000

13 Test su strada e valutazione della vita a fatica Tester 1,92 m, 74 kg. Lunghezza 21 km, velocità media 8,5 km/h Asfalto 15 km Ghiaino 2 km Pavè 3,5 km Ciottolato 0,5 km Vita prevista = 5000 km/anno * 5 anni = km 600 WCL Momento flettente [Nm] ΔMeq 100 Curva di Wohler virtuale Danno = 1 σ k N = costante ΔMeq=115 Nm k= E E E E+08 Cicli cumulati Load-Life curve Target spectrum km Asfalto Ghiaino Pavè Ciottolato 2% 17% 11% 71%

14 Drum test Drum test ISO Requisiti: cicli Velocità rulli: 1m/s Diametro dei rulli: 230 mm Altezza ostacoli: 12 mm Massa manichino: 96 kg Masse addizionali poste su: Elemento di collegamento Impugnature manubrio

15 Risultati dei test di valutazione della vita a fatica 600 Virtual Load-Life curve WCL Momento flettente [Nm] E E E E+08 Cicli cumulati Target field spectrum km Test bench spectrum after cycles DRUM TEST DAMAGE cicli sui rulli rappresentano solo il 5% del danno provocato da km su strada. Per ottenere un danno equivalente a km su strada servirebbero, (66 days) cicli È REALIZZABILE?

16 Discussione Il drum test così com è pensato per le carrozzine non è in grado di produrre un danno equivalente per un sistema carrozzina + ruotino. L utilizzo di ostacoli più alti o di rulli a camma può essere provato per ottenere una prova più rappresentativa. Punto aperto: chi dovrà eseguire i test e dichiarare la sicurezza dei sistemi Add-on? Il costruttore del ruotino, il costruttore della carrozzina o entrambi?

17 Ringraziamenti KLAXON e OFFCARR per aver fornito il materiale per i test. Grazie per l attenzione