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
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
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: 10 + 2,5 kg
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
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
Sensori applicati Y Z X 1 Z Y Xsens misura: Angolo Velocità di rotazione Accelerazione 3 4 2 2 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
Metodo R Ambiente di prova: Campo da basket in cemento (alto attrito) Pavimento industriale (basso attrito) iinnnnnnnnnn dddd sssssssssssssssss = 100 tt 1 TT = 100 2.7 3.9 = 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
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] 1 3 3 0 0 0 0 0 2 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 Clear cut off between stability and tipping zone. 4 3 3 3 3 1 0 0 5 3 3 3 3 3 0 0 6 3 3 3 3 3 3 0 Soglia marcata tra aree di stabilità e instabilità Raggio [m] 1 3 3 0 0 0 0 0 2 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 4 3 3 3 3 2 0 0 5 3 3 3 3 3 2 1 6 3 3 3 3 3 3 2 4 6 8 10 12 14 16 Velocità [km/h] 4 6 8 10 12 14 16 Velocità[km/h]
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.
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
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
Calibrazione ponti estensimetrici M (Nm) -100 WCR 100 50-50 y = 226,5x 0,3 R² = 1 0-0.4-0.2 0 0.2 0.4 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
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 = 25 000 km 600 WCL Momento flettente [Nm] 500 400 300 200 ΔMeq 100 Curva di Wohler virtuale Danno = 1 σ k N = costante ΔMeq=115 Nm k=4 0 1.0E+02 1.0E+04 1.0E+06 1.0E+08 Cicli cumulati Load-Life curve Target spectrum 25000 km Asfalto Ghiaino Pavè Ciottolato 2% 17% 11% 71%
Drum test Drum test ISO 7176-8 Requisiti: 200 000 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
Risultati dei test di valutazione della vita a fatica 600 Virtual Load-Life curve WCL Momento flettente [Nm] 500 400 300 200 100 0 1.00E+02 1.00E+04 1.00E+06 1.00E+08 Cicli cumulati Target field spectrum 25000 km Test bench spectrum after 200000 cycles DRUM TEST DAMAGE 200 000 cicli sui rulli rappresentano solo il 5% del danno provocato da 25 000 km su strada. Per ottenere un danno equivalente a 25 000 km su strada servirebbero, 3 700 000 (66 days) cicli È REALIZZABILE?
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?
Ringraziamenti KLAXON e OFFCARR per aver fornito il materiale per i test. Grazie per l attenzione