Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 1. MEMORIA DESCRIPTIVA 1 Monopatín Motorizado 1. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 2 MEMORIA DESCRIPTIVA _______________________________________1 1.1. INTRODUCCIÓN ___________________________________________3 1.2. DESARROLLO CONCEPTUAL:______________________________9 1.3. PROTOTIPO EN ALUMINIO: _______________________________17 1.3.1. ESTUDIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES_____________18 1.3.2. ESTUDIO DE POTENCIA DEL MOTOR____________________30 1.4. PROTOTIPO EN ACERO ___________________________________33 1.4.1. CONSTRUCCIÓN PROTOTIPO: __________________________33 1.4.2. ESTUDIO DE ESFUERZOS ______________________________51 1.5. CONCLUSIÓN:____________________________________________62 1.6. FUTUROS DESARROLLOS: ________________________________67 1.7. ANEXOS__________________________________________________70 1.7.1. ANEXO I: ESTADO DEL ARTE___________________________71 1.7.2. ANEXO II: DESMONTAJE DEL PATINETE COMERCIAL ____84 1.7.3. ANEXO III: RESOLUCIÓN DE LAS ECUACIONES DE RESISTENCIA DE MATERIALES _________________________________92 1.7.4. ANEXO IV: EL RENDIMIENTO DE UNA BICICLETA: _______98 1.7.5. ANEXO V: PROPIEDADES FÍSICAS Y CÁLCULO DEL PESO 100 1.7.6. ANEXO VI: ANÁLISIS DE LAS BATERÍAS _______________105 1.8. BIBLIOGRAFÍA __________________________________________111 Monopatín Motorizado 1.1. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 3 INTRODUCCIÓN Actualmente en las grandes ciudades ese observa el fenómeno de la creación de núcleos suburbanos en pueblos cercanos a ellas. Es en estos núcleos donde viven un gran número de las personas cuyo trabajo se encuentra por norma general en el centro de la ciudad. Un caso de este fenómeno en España lo constituiría Madrid, donde parte de la clase trabajadora del centro de la ciudad, debido al alto precio de los pisos céntricos, ha debido posicionar su lugar de residencia en pueblos en las cercanías de Madrid, como pueden ser Móstoles, Alcorcón, Majadahonda,.... El transporte desde estos núcleos suburbanos a la gran ciudad, en nuestro caso Madrid, se puede realizar bien por transporte en coche particular, con los problemas consecuentes de esperar en atascos y problemas a la hora de aparcar en Madrid, sin hablar de la contaminación, un problema cada vez mayor. La otra opción es el transporte público, mayoritariamente en cercanías o Metrosur. Ahora bien, se plantea el problema secundario del transporte a las estaciones de cercanías o metro. Las estadísticas muestran que cuando las distancias a recorrer son superiores a 15 minutos andando, la mayor parte de la gente recurre al coche, o en su defecto, otro método de transporte para desplazarse. El problema asociado a esta conducta ha empezado a hacerse patente en los últimos tiempos, cuando las zonas adyacentes a las estaciones de metro y cercanías se han visto saturadas por vehículos y la posibilidad de aparcamiento reducida. Es en este punto donde el proyecto a continuación detallado encuentra su sentido y su posibilidad de comercialización. Se pretende realizar un medio de transporte individual y personalizado con una autonomía aproximada de 5 km una velocidad en torno a los 20km por hora en llano, una posibilidad de carga de 100kg y un peso inferior a los 10 kg, debiendo ser el objeto en cuestión plegable de tal forma que pueda ser contenido en una mochila. Los patinetes que actualmente se encuentran en el mercado sólo cumplen parcialmente estas características, ya que aunque ofrezcan mejores características en lo que a velocidad y autonomía ser refiere, por lo general son muy pesados y su posibilidad de plegado es altamente limitada. Se busca que el objeto del proyecto, el patinete a desarrollar, sea atractivo a todas esas personas que deben desplazarse desde su casa a la estación de metro o cercanías. Para ello, se hará especial hincapié en las características de plegado y bajo peso. Se pretende que Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 4 los clientes potenciales se vean atraídos por la posibilidad de desplazarse desde su casa al metro o cercanías en estos patinetes, pudiendo, una vez llegados a la estación, plegarlo y guardarlo en una mochila ligera y pequeña. Una vez llegado al punto de trabajo se procedería al cargado con un cargador conectado a la red eléctrica, para estar en condiciones de una vez llegado a la estación destino a la vuelta del trabajo, volver a desplegar el patinete y poder retornar a casa montado en él. Un punto fuerte en el uso de este patinete sería el gran ahorro de tiempo que supone el no depender del coche y la facilidad de uso de dicho patinete, lo cual serviría para que muchas personas dejasen de tener problemas a la hora de desplazarse al punto de trabajo. Se conseguiría a su vez una descongestión de las zonas de aparcamiento en los alrededores de las estaciones de metro y cercanías de los pueblos en los alrededores de Madrid, reduciéndose los atascos y sirviendo a su vez como un medio para reducir la contaminación del medio ambiente, ya que se usaría un medio de transporte limpio en combinación con metro o tren de cercanías en vez del coche. El proyecto aquí presentado se realizó en unas etapas que cronológicamente se han representado aquí en el orden de los capítulos, es decir, una primera concepción de lo que el patinete debía ser y la toma de las primeras decisiones elementales, seguida de los cálculos necesarios para calcular las variables como eran necesidades de material y potencia del motor, para concluir con el montaje y fabricación de un prototipo. Previamente a la toma de cualquier decisión se realizó un estudio sobre los diferentes tipos de patinetes existentes en el mercado, identificando en cada uno los puntos fuertes y los débiles, de tal forma que realizando una labor de benchmarking con todo lo obtenido se podían dar resolución a las limitaciones establecidas en el enunciado del proyecto. Tras el estudio completo de diferentes tipos de modelos se decidió que la única forma de obtener ventajas de plegado que ningún otro había logrado, era ir por un camino completamente diferente. Se debía conseguir el plegado del patinete en una mochila, éste debía tener 3 ruedas, el peso debía ser inferior a 10 kg,.... y debía poder usarse también en el caso de carecer de batería. Se debía plantear pues una estructura que permitiese poder alinear el pie que estuviese sobre el patinete al empujar con la rueda delantera. Pero además esta misma estructura debía ser capaz de tomar una posición normal y cómoda para poder conducir sin problema alguno. Fue aquí donde se encontraron mayores problemas en la fase de diseño, ya Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 5 que todas las posibles formas de plegado que se obtenían acababan fallando por algún lado. Se llegó definitivamente a la conclusión, de que fuera cual fuese la estructura a utilizar, ésta debía contar con una parte móvil que permitiese la diferencia de usos expuesta anteriormente. Los tubos telescópicos constituían una forma óptima para dotar al patinete de estas dos formas de propulsión. Las ideas se fueron plasmando en torno a esto, y poco a poco se fue configurando el patinete. Una vez realizada la concepción del prototipo en bocetos y trazos de papel, se requirió trasladarlo a los planos, para lo cual se utilizó el software informático Solid Edge. Previamente a la realización de cualquier plano con dicho programa, se requirió el aprendizaje del mismo, mediante los tutoriales del propio programa. En el proceso de realización de los planos salieron a la luz posibles incongruencias en el diseño, o fallos que habían sido pasados por alto. Así pues, ya desde las primeras etapas de este proyecto, el feedback ocupó un puesto fundamental dentro de él. El desarrollo de los planos fue el hito más largo dentro de la planificación global del proyecto requiriendo muchas horas de dedicación. Además la labor de feedback sobre esta etapa a lo largo de todo el desarrollo del proyecto fue continua ya que por ejemplo, en un principio se dieron unos diámetros y unas secciones arbitrarias a los chasis, y tras realizar el estudio de materiales y poder optimizar resultados, se pudieron cambiar por unos más adecuados. Tras esta labor de realización de planos se comprobó que el patinete así concebido cumplía con las premisas de plegabilidad y capacidad para ser propulsado aún careciendo de motor. Se concluía pues que el diseño en cuanto a plegabilidad y manejabilidad cumplía con los requisitos establecidos en un principio. Para satisfacer la condición sobre el peso se debía avanzar un poco más con el proyecto ya que se debían calcular algunas dimensiones básicas. Llegaba pues el momento de realizar algunos cálculos y de apartar la labor creativa. Se realizaron cálculos de potencia requerida del motor para cumplir unos ciertos requisitos (el ascenso de una pendiente de 15º a 20Km/h cargando con un peso de 100Kg) resultando un valor de 206,66w. Estos cálculos sirvieron simplemente para comprobar que el motor extraído del patinete comercial (ver Anexo II) resultaba suficiente para desplazar el patinete a la velocidad pedida. De todas formas, la conclusión de viabilidad para el motor del patinete comercial quedaba demostrada en el momento en el que dicho patinete (de un peso muy superior al desarrollado en este proyecto) era capaz de cumplir con dichos requisitos. Los siguientes cálculos que se realizaron fueron los de resistencia de materiales, para obtener el Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 6 diámetro óptimo que los tubos telescópicos (en los cuales estaba basada la estructura) debían tener. El desarrollo de todo este proceso de cálculo esta recogido bajo el epígrafe Prototipo en aluminio. Dichos cálculos se realizaron bajo la presunción de que un diámetro intermedio1 de 15 mm para unos tubos realizados en aleación de aluminio reforzada resultaba suficiente, demostrándose posteriormente que esto no era así y que debían ser aumentados a 20mm para los tubos que debían soportar el peso en el chasis trasero (ver Prototipo en aluminio). Al final los tubos necesarios para una optimización del peso cumpliendo los requisitos de resistencia fueron: - - Para los tubos del chasis posterior: 22,247x20 para el exterior. 20x14,91 para el interior. Para los tubos que unen ambos chasis: 15,46x15 para el exterior. 15x12 para el interior. Pese a que estos resultados (sobre todo a los concernientes a los tubos de unión de ambos chasis) puedan parecer reducidos se ha de tener en cuenta que en ambos chasis se dispuso de pletinas de aluminio de 5mm de espesor y que además la carga fundamental en este tramo era el esfuerzo torsor, para el cual, gracias a la pletina se obtenían momentos polares reduciendo los efectos del mismo. Obtenidos dichos resultados se procedió a modificar los planos para posteriormente pasar a la labor de calcular el peso de la estructura. Previamente, durante toda la fase de diseño de los planos y de los cálculos estructurales, se había realizado en paralelo el desmontaje de un patinete que había sido comprado para tomar las piezas que no podían ser construidas y que servirían posteriormente para el prototipo. Dichas piezas extraídas del patinete comercial eran (ver Anexo II): 1 - motor: 2025gr - rueda con corona dentada: 1080gr - baterías: 7735 gr Por diámetro intermedio entendemos el diámetro exterior del tubo que circula por el interior en la barra telescópica, que a su vez coincide con el diámetro interior de la que circula por el exterior. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 7 Además de estas piezas se incluyó el eje de un monopatín (695gr) para constituir el eje trasero del patinete. Todas estas piezas poseían pesos altos existiendo en el mercado piezas equivalentes con pesos menores. Dada la economicidad que el patinete debía mantener, no se podía proceder a la compra masiva de estas piezas, a no ser que estuviesen completamente justificadas. Por lo tanto, se decidió que el único elemento de los anteriores que debía ser cambiado serían las baterías, ya que por ser baterías de plomo resultaban de un peso excesivo y podían ser cambiadas por baterías de polímero de litio, mucho más ligeras (ver Anexo VI). Por lo tanto, uniendo los pesos de la estructura de aluminio (calculada mediante una opción del propio programa Solid Edge, ver Anexo V) con los de las piezas extraídas del patinete y las baterías obtenemos lo siguiente: Estructura aluminio Motor Rueda Eje trasero Baterías 2,985 2,025 1,080 0,695 0,792 Total patinete 7,577 Ajustándose por lo tanto al peso máximo de 10 kg (siempre y cuando los dispositivos electrónicos para la regulación de velocidad, luces, etc no superen el peso de 2423 gr). Pese a estar proyectado inicialmente para ser desarrollado en aluminio, dadas las dificultades a la hora de fabricar que dicho material conlleva, se prefirió la realización en acero, pese al peso excesivo que este material acarrearía. El peso en ningún momento iba a poder ser mantenido por debajo de los límites, ya que debido a la necesidad de economicidad dentro del proyecto, las baterías, el motor, la rueda, y el sistema eléctrico a utilizar sería el del patinete comercial, y el eje trasero iba a ser el de un monopatín, constituyendo todo ello sin estructura un peso de 11,535 kg (baterías: 7735gr, motor: 2025gr, rueda: 1080 gr y eje trasero: 695 gr). La realización del prototipo fue una labor en la cual se intentó reproducir al máximo lo que en los planos venía representado, no siendo en muchos de los casos factibles la reproducción exacta (ver Anexo II). Tras la realización del prototipo y de algunas pruebas Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1-INTRODUCCIÓN 8 sobre el mismo se descubrió uno de los mayores problemas de éste, que era la inestabilidad, la cual se resolvió parcialmente con la introducción de unos casquillos de aluminio en el eje trasero (ver conclusión y futuros desarrollos). Por lo tanto, el proyecto aquí expuesto cumple con todos los requisitos planteados en un principio, como son la plegabilidad, ligereza, velocidad máxima y autonomía (se supone que el prototipo fabricado tendrá una autonomía parecida a la del patinete comercial, ya que sus pesos son similares) y comprobando el correcto comportamiento del mismo en el prototipo realizado a tal efecto. Monopatín Motorizado 1.2. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: 9 DESARROLLO CONCEPTUAL: En este apartado se comentará cómo se desarrollaron las sesiones de “brainstoming” entre directores y alumno, y cómo progresivamente la configuración actual de elementos en el prototipo fue estableciéndose. En estas decisiones previas a lo que la configuración final sería, se requirió determinar cuestiones básicas a la hora de construir el prototipo, como son: - Número de ruedas. - Tipo dirección. - Diámetro de ruedas. - Tipo de transmisión. - Tipo de frenos. - Sistema de plegado. Todas estas cuestiones supusieron una labor continua de feedback, ya que progresivamente, según se desarrollaban los planos y la construcción del prototipo, hubo cosas que no se ajustaban con lo primeramente establecido, y que por lo tanto debían ser cambiadas. Primeramente, para poder determinar parte de estas cuestiones, se necesitó realizar un estudio en el mercado, para lo cual se usó Internet y se procedió a realizar una labor de “benchmarking”, en la cual, mediante la observación de las diferentes características de diferentes patinetes, se decidió incluir una u otra opción para cierta pieza en función de las especificaciones con las que el patinete prototipo debía cumplir. Además, gracias a la presencia en muchas de las páginas de las características técnicas de dichos patinetes, fue mucho mas fácil la determinación de potencias, baterías, autonomías,….Las características y diversas imágenes de estos patinetes están recogidas en el anexo I. Una de las primeras decisiones de estas fue el número de ruedas. Se barajaron 3 posibles alternativas, 2, 3 o 4 ruedas. Puesto que una de las especificaciones para el prototipo es que fuese estática y dinámicamente estable, de tal forma que personas de edad avanzada también pudiesen usarlo, las dos ruedas quedaron descartadas, puesto que, como se vio en el desmontaje del patinete comercial (ver anexo II), este resultaba estable solo a partir de una Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: 10 cierta velocidad siendo complicado su uso a bajas velocidades. Por lo tanto se barajaban las otras dos posibilidades, 3 o 4. El caso de las 4 rueda incurría en una gran estabilidad, tanto estática como dinámicamente, pero conllevaba problemas por la necesidad de comunicar tracción a 2 ruedas, y la necesidad de presencia de un paralelogramo de dirección, lo cual suponía una complejidad que acarreaba exceso de peso no necesario, siendo a primera vista el peso uno de los factores mas limitantes. El diámetro de las ruedas no fue algo que a priori se pudiera determinar, ya que una de las premisas para la construcción del prototipo era la máxima economicidad y por ende, se utilizaron las ruedas de las que constaban los dos patinetes que se compraron para la realización de este proyecto. Este ha sido el factor fundamental por el que no se ha logrado una mayor compactación en el plegado del patinete, ya que al tener la rueda delantera algo mas de 20 cm de diámetro, conseguir un plegado que cupiese dentro de una mochila resultó del todo imposible. Continuando con las decisiones previas, llegó la hora de decidir el tipo de transmisión, dependiendo esta en último caso, de si el patinete iba a ser de tracción trasera o delantera. Este fue un punto en el cual hubo una ardua tarea de discusión, debatiendo puntos fuertes y débiles de todas las propuestas presentadas. En el siguiente cuadro se muestran las tres opciones que se manejaron, y sus pros y contras relativos: Monopatín Motorizado Delantera en barra 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: Ventajas - - Delantera con cardan - Montaje sencillo: utilización directa de las piezas del patinete comercial. No hay necesidad de piezas de coche RC Mayor resistencia Posibilidad de utilización de eje de monopatín Plegabilidad Posibilidad de utilización de eje de monopatín Inconvenientes - Dificultad de plegado - Vibración en manillar - Tracción delantera (inconveniente sólo a priori) - - Trasera con diferencial - Plegabilidad Diseño más compacto de todos Tracción trasera Posibilidad de reducir corona de dientes 11 - - Dudas de la existencia de junta para tal uso Dudas sobre su resistencia Tracción delantera (inconveniente sólo a priori) Posible necesidad de cambio de motor por dimensiones Resistencia dudosa Emplazamiento motor Finalmente se eligió la opción a priori mas sencilla, la inclusión del motor en el eje de la dirección y la transmisión de la potencia a la rueda delantera mediante correa. Pese a la dificultad aparente del plegado, posteriormente se consiguió dar con una forma adecuada para éste. Otra de las opciones que no fueron fijas desde el primer momento fue la de la dirección. En un primer momento se pensó en realizar el patinete siguiendo la línea marcada por el Glider (anexo I), pero aligerando el diseño de este patinete. Para ello se debía incluir una junta de goma que sirviese como dirección, y que uniese la parte delantera tractora con la parte trasera en la que el conductor iría situado. El giro se realizaría mediante el cambio de punto de apoyo entre la rueda y el suelo, y por tanto necesitaba de una rueda de gran diámetro, además de una distancia grande entre la parte tractora y la superficie donde estaría situado el conductor. Todo esto incurría en exceso de peso y poca plegabilidad, por lo que se decidió modificar este diseño de forma que cumpliese con las exigencias marcadas. Puesto que este sistema de giro era muy pesado y poco plegable, se recurrió al típico de patinete, lo cual además, casaba perfectamente con la tracción que se había asignado al mismo. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: 12 El sistema de plegado fue desde un primer momento orientado a conseguir el menor volumen posible, siempre y cuando el plegado fuese relativamente sencillo. En un primer momento, siguiendo la idea de mejorar el Glider, se pensó en hacer el patinete desmontable, pero después se desechó, porque a pesar de lo compacto que era, la facilidad del plegado se veía fuertemente empeorada. Es en este punto donde se ha invertido más tiempo de diseño y donde la labor de feedback ha sido mayor. Tras desechar la idea del patinete desmontable, se orientaron los esfuerzos en el camino de hacer una mochila con ruedas, pudiendo de esta forma aumentar el limite de los 10 kg ya que la mayor parte del peso vendría soportada por las ruedas del propio patinete. Además el manillar nos serviría como asa de la mochila con ruedas. Pero esto se alejaba del objetivo primigenio consistente en el menor volumen posible. Finalmente se decidió que de cualquiera de las formas que pudiese adoptar el patinete, este debería contar, bien con un mecanismo como los pantógrafos de los trenes, o bien con barras telescópicas. Puesto que estas últimas parecían a priori mas resistentes se opto por ellas. El uso de estas barras posibilitaba además la opción de usar chasis mas delgados ya que la rigidez del conjunto vendría dada por las barras. Un requerimiento al que se tardó mucho tiempo en dar solución fue el de la posibilidad de usar el patinete en el caso de que la batería se hubiese agotado y se necesitase propulsar utilizando el impulso de los pies. Esta situación requería la necesidad de contar con un punto de apoyo claro en el centro del patinete, ya que la única forma de impulsar de forma recta el mismo es aplicando una fuerza que sea colineal al eje formado por el centro de las dos ruedas traseras y el de la delantera. Era necesario pues el emplazamiento de una superficie extra donde colocar el pie si fuese necesario el impulsar el patinete. Otro problema a la hora de imitar el Glider, pero de forma que fuese mucho mas compacto residía en la necesidad de tener una distancia suficiente entre ambos pies en la superficie destinada a soportar al conductor. Por ello se decidió usar una vez mas barras telescópicas, de tal forma, que en el caso de estar siendo movidos por la fuerza del motor, se pudieran separar de forma que fuese mas estable, y en el caso de necesidad de impulsar el patinete existiese esta zona intermedia para apoyar el pie. El sistema de freno ha sido una de las cuestiones que han quedado pendientes en este proyecto, ya que la solución prevista de forma teórica no pudo realizarse en la práctica. Se pensó que el uso de un freno, bien sea un cantilever de bicicleta, bien fuese uno de pastillas, Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: 13 o de disco, resultaba un peso extra innecesario para las velocidades a las que este patinete iba a circular. Por tanto, simplemente uno por fricción seria suficiente y además ahorraría peso y complejidad. Posteriormente, dado que no se pudo separar el disco de freno de la rueda del patinete comercial de la propia rueda, se pensó que el freno de disco que el patinete comercial poseía, podía ser adaptado, con el problema que el plegado del cable del freno suponía. Finalmente no se incluyó ningún freno, pero se sigue considerando que el freno por fricción es mas que suficiente teniendo en cuenta las velocidades de circulación. También mencionar al respecto, que el freno de disco que en el patinete comercial se incluía, resultaba insuficiente para un frenado de emergencia, ya que se necesitaban muchos metros para frenar, siendo mucho mas eficiente el bajarse en marcha del mismo. Tras toda esta fase de diseño se llego a lo siguiente: Imagen 1: vista isométrica del patinete abierto Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: Imagen 2: perfil del patinete abierto Imagen 3: planta del patinete abierto 14 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: Imagen 4: vista isométrica del patinete plegado Imagen 5: perfil del patinete plegado 15 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.2-DESARROLLO CONCEPTUAL: Imagen 6: planta del patinete plegado 16 Monopatín Motorizado 1.3. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 17 PROTOTIPO EN ALUMINIO: En este apartado se incluye toda la información de ámbito técnico que este proyecto contiene en relación al patinete en aluminio. Se dividirá en dos apartados: Estudio de resistencia de materiales. Estudio de potencia del motor. Monopatín Motorizado 1.3.1. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 18 ESTUDIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES El objetivo de este estudio es calcular las dimensiones que nuestro patinete ha de tener, de tal forma que sea capaz de soportar las condiciones estipuladas, 100 kg de peso. Las dimensiones a determinar serán los diámetros de las barras traseras sobre las cuales se sitúan los apoyos de los pies y los de las barras longitudinales situadas en el chasis delantero y trasero (ver Imagen 1). Piezas a estudiar Imagen 1 Primeramente calcularé las barras sobre las que se sustentan los apoyos para los pies (ver imagen 2). Para ello haré las siguientes suposiciones, siempre buscando el caso más desfavorable: Monopatín Motorizado - 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 19 Supondremos que el peso se reparte de la misma forma, es decir, 20% en manillar y 80% en pies (reparto que parece a priori razonable), estando en los talones el 65% de este peso, y en las plantas el 35%2. - Pese a estar el peso en los pies repartido entre talones (65% del peso) y planta (35%), supondré el caso más desfavorable, que será aquel en el que la totalidad del peso se apoye en uno de los extremos (apoyar todo el peso sobre un solo pie, y en el punto más alejado); - Supondré también que la argolla sobre la cual se apoyan los tubos es un empotramiento (caso más desfavorable). - Las barras las tomaré como completamente extendidas y soldadas. - Dado que se deben calcular 3 diámetros (el interior y el exterior del tubo interior y el exterior del tubo exterior) y que sólo se poseen dos ecuaciones (las dos provenientes de los puntos de máximo momento flector para los dos perfiles), supondré un valor para el diámetro común a ambos tubos (el exterior del tubo interior o el interior del tubo exterior) y calcularé el espesor de ambos tubos. - El valor de la máxima tensión será el de un aluminio de dureza intermedia-alta (160MPa)3. 2 3 Información extraída de www.podologos.cl Dato sacado del ASM Handbook [ASMH90] Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 20 Imagen 2 Para la resolución de este problema, sabiendo que P = 80kg, como se dice en las suposiciones, aplicaré sumatorio de fuerzas en el eje y(vertical) igual a 0, y sumatorio de momentos respecto a A (empotramiento) igual a 0. ∑F = 0 ; P −R =0 ; R = P = 80kg; ∑M = 0 ; P ⋅ (90 + 100) − M M = 15,2 Kg ⋅ m; y a a a a =0 ; a Realizando el diagrama de cortantes (T) y flectores (M) para identificar los puntos de máximo requerimiento estructural: Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 21 Imagen 3: Diagrama de cortantes y flectores. Tenemos por lo tanto dos puntos de momento flector máximo, uno para cada perfil, es decir el punto A para el tubo de diámetros menores y el tubo B para el de diámetros mayores. Procederemos ahora al dimensionamiento de dichos tubos considerando un coeficiente de seguridad de 1,5 y suponiendo un valor para el diámetro intermedio de 15mm. σ max = σ adm = c.s. Mz ⋅ y I max max z De tablas4 obtenemos los momentos de inercia de una corona circular: 4 Extraído del Schaum [SCHA00] Monopatín Motorizado I 0 = π ⋅D 32 Iz = Iy = 4 ( ⋅ 1− m π ⋅D 4 64 4 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 22 ) ( ⋅ 1− m 4 ) m = d/D; Podremos aplicar por lo tanto esta ecuación en el punto A, donde D = 15mm, y MA = 15,2 Kg*m, y en B, donde d = 15mm y M se obtiene aplicando la regla de los triángulos semejantes: 15,2 M B ; = 190 100 MB = 8 kg*m; Nos quedan, por lo tanto, las siguientes ecuaciones para resolver: σ max = 16 = c.s. 15200 π⋅ (15) ⋅ 1− d ii 4 max = 16 = c.s. ⋅ 7,5 15 64 σ 4 8000 π⋅ (d ee) ⋅ 1− 15 4 64 4 ⋅ d ee 2 d ee Designamos por dii el diámetro interior del tubo interior, y por dee, el diámetro exterior del tubo exterior. Resolviendo estas ecuaciones nos queda: dii = no hay ningún valor para dicho diámetro intermedio que satisfaga las ecuaciones. dee = [21,537; 21,538] mm; Al intentar resolver las ecuaciones planteadas, observamos que no hay un diámetro interior suficiente para soportar la carga propuesta. Esto es debido a las altas exigencias que hemos planteado en las suposiciones (empotramiento, peso sobre un solo pie y en el punto Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 23 más lejano). Relajaremos estas hipótesis, considerando que el peso pasará a estar distribuido en los dos pies, siendo por lo tanto la carga de 40 Kg. La idea de relajar las hipótesis y considerar sólo la mitad del peso no es tan descabellada puesto que el momento en el que se carga todo el peso sobre un apoyo es en el de subida al patinete, el cual puede considerarse como un transitorio. Además hemos considerado que todo el peso estaba aplicado en el extremo, lo cual no es cierto, ya que se distribuye por toda la superficie del pie. Por lo tanto, considerando la mitad del peso y suponiendo un radio intermedio de 20 mm, los diámetros obtenidos son: dii = [14,909; 14,91] mm; dee = [22,247; 22,248] mm; Procederemos ahora de forma análoga para el cálculo de los tubos telescópicos que son parte del chasis del patinete (ver imagen 4), volviendo a las suposiciones iniciales, por ser éstas más restrictivas. Este cálculo es notablemente más complicado, ya que requiere la consideración del peso sobre el manillar y del momento torsor que se provoca al desequilibrar el peso de los pies en los apoyos. Por lo tanto las suposiciones a realizar en este caso serán las siguientes: - El punto de unión entre el manillar y el chasis, es decir, las deslizaderas por donde corre el pasador, se consideraran empotramiento (caso de exigencia máxima) y se trasladarán a dicho punto la fuerza sobre el manillar en forma de fuerza más momento. - Supondremos el caso más desfavorable de torsor, es decir, cuando todo el peso se encuentra sobre sólo uno de los apoyos. - La unión entre los tubos se supondrá soldada, como se hizo en el caso anterior. - Se supondrá el reparto de pesos en los pies antes mencionado (35% en planta, y por tanto en la barra delantera, y 65% en los talones, y por tanto, en la barra trasera). Debemos primeramente calcular qué valor tienen las normales en cada rueda (ver Imagen 4), para ello calcularemos sumatorio de fuerzas en el eje vertical igual a 0, y sumatorio de momentos respecto al punto de contacto entre la rueda delantera y el suelo igual a 0, teniendo en cuenta que P1 = 20Kg, P2 = 28Kg y P3 = 52Kg; Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 24 Por lo tanto, las ecuaciones a resolver son las siguientes: ∑ F = 0; R + R − P − P − P = 0; R + R = 100; ∑ M = 0; R ⋅ 591,2 − P ⋅ 280,82 − P ⋅ (444,29) − P ⋅ (644,29) = 0 R = 87,21Kg ; R = 12,79 Kg; y A B A B 1 2 3 A 1 B 3 B A Imagen 4 Una vez calculadas las dos normales, procederemos a trasladar la fuerza en el manillar al chasis delantero en forma de fuerza más momento flector, como se dijo anteriormente (ver Imagen 5). El problema a resolver es el siguiente: ∑ F = 0; R + R − P = 0; R = 7,21Kg ; ∑ M = 0; R ⋅134,29 + P ⋅ (280,82 − 134,29) − M M = 4,648Kgm; y A C 1 C C A 1 C = 0; C Imagen 5 2 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 25 Así pues ya estamos en disposición de acometer el estudio de los diagramas de cortantes y flectores de ambos chasis, delantero y trasero, y el dimensionamiento de ambos tubos. Volveremos una vez más a tomar un valor arbitrario para el diámetro exterior del tubo interior (mismo diámetro que el interior del tubo exterior) y calcularemos posteriormente los otros dos (interior del tubo interior y exterior del tubo exterior). Mostramos aquí los diagramas de cortantes y flectores: Imagen 6: Diagrama de cortantes y flectores Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 26 Los puntos por los que los chasis podrían romperse son C y D o E, dependiendo de en cual de ellos, D o E, haya mayor momento flector. Ahora continuaré con el calculo del momento flector en D y en E. La ley de variación del momento flector entre C y D es: M ( x) = 4,648 − 7,21 ⋅ x(m) Por lo tanto, en el punto D(x = 0,27), MD = 2,7013 Kg*m. La ley de variación del momento flector entre el punto en el cual está aplicado P2 y D es: M ( x) = 2,4129 − 28 ⋅ ( x(m) − 0,31) Por lo tanto, en el punto E(x = 0,45692m), ME = -1,7Kg*m. Tras los resultados obtenidos se demuestra que deberemos utilizar los puntos C y D para el dimensionamiento de los tubos del chasis. Como comentamos anteriormente, al efecto que el momento flector tiene sobre la estructura, hay que añadirle el momento flector que se crea en los apoyos de los pies al desequilibrar los pesos en ellos. Lo llevaremos pues al caso más desfavorable, y es cuando sólo nos apoyamos con un pie en el extremo de una barra. Este momento torsor coincidirá con el flector utilizado antes para el dimensionamiento; MT = 15,2 Kg*m; Deberemos calcular ahora los momentos de inercia de las diferentes secciones que intervienen en estos cálculos. Comenzaré calculando el momento de inercia de la sección en el punto C, que es la representada en la figura 7. Imagen 7 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 27 Para el cálculo de los momentos de inercia de estas secciones necesitaré los momentos de inercia de las secciones de las cuales está formada, es decir, una corona circular (ya mencionada anteriormente), y un rectángulo, los cuales los extraeré de tablas5. Para un rectángulo tenemos: y h I I 3 = 1 ⋅b ⋅ h 12 3 = 1 ⋅b ⋅b z 12 y z b Para el cálculo de la sección mostrada anteriormente (de la cual desconocemos la medida del diámetro interior) necesitaremos aplicar el teorema de Steiner: π ⋅ 15 4 3 1 = ⋅ 5 ⋅ + 2 ⋅ I y 12 55 64 4 1 ⋅ 55 ⋅ 3 + 2 ⋅ π ⋅ 15 = I z 12 5 64 4 2 π 2 2 d ii ⋅ 1− + 55 + 15 ⋅ ⋅ 15 − d ii 2 15 4 ( ) ( ) 4 d ii ⋅ 1− 15 ZG = 0; YG = 0; Calcularemos ahora los momentos de inercia de la sección en el punto D. Dado que es la confluencia entre dos secciones podría haber dudas, pero debido a que en ese punto sólo hay momento máximo para una de las secciones (la de la figura 8), será esa la que determinaremos (la otra sección posible es la calculada arriba). conocemos Una uno vez de más los diámetros, en este caso el interior, que coincide con el exterior de la sección calculada anteriormente). Imagen 8 5 Extraídas del Schaum [SCHA00] Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 28 De manera análoga a lo realizado anteriormente, aproximando las coronas circuladas abiertas, por coronas circulares completas, obtenemos lo siguiente: Z Y = 0; G = G d π 2 ⋅ 3 + ee ⋅ ⋅ 2 2 4 2⋅ π 4 ⋅ (d 3 I y = 112 ⋅ 3 ⋅ 80 2 ee (d 2 2 ee 2 −15 ) ; ) −15 + 80 ⋅ 3 4 π ⋅ d ee + 2 ⋅ 64 15 4 + 80 − d ee ⋅ 1 − 2 d ee 2 4 π ⋅ d ee 3 2 1 I z = 12 ⋅ 80 ⋅ 3 + 80 ⋅ 3 ⋅Y G + 2 ⋅ 64 2 π ⋅ ⋅ 4 (d 2 − ee 15 2 ) 2 15 4 π + 3 + d ee − ⋅ 1 − ⋅ ⋅ 2 Y G 4 d ee 2 (d 2 − ee 15 2 ) El momento polar de ambas secciones sería: I o = I y + I z; Tanto en el caso del punto C como en el del D, utilizaremos el criterio de Rankine para el dimensionamiento: σ max =σ adm c.s. =σ x 2 + σ 2 x 4 2 +τ ; Siendo, Mz ⋅ y I τ = M ⋅z ; I σ x = max max ; z T max o Resolviendo estas ecuaciones anteriormente planteadas, nos quedan los siguientes resultados (en el anexo III se encuentran las tablas de excel utilizadas para resolver estas ecuaciones): dii = [11,999; 12] mm; dee = [15,45; 15,451] mm; Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 29 A primera vista podría parecer que estos valores son demasiado pequeños, pero hemos de recordar en este punto que los chasis, son chapas de 5mm de espesor, lo cual dota al conjunto de una muy buena resistencia. Para los planos, y con el fin de establecer una seguridad superior sobre lo ya propuesto (c.s. = 1,5), aproximaremos los diámetros así calculados al número entero en milímetros más cercano. Monopatín Motorizado 1.3.2. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 30 ESTUDIO DE POTENCIA DEL MOTOR Previamente a entrar en el desarrollo teórico del problema, recordaremos cuáles eran las especificaciones que el patinete debía cumplir, a saber: 20 Km/h; 10 kg de peso. Capacidad para soportar 100 kg. Autonomía de 5 Km. Máxima plegabilidad. De las anteriores sólo las tres primeras formarán parte de este análisis. Una de las condiciones que añadiremos a estas tres es el ángulo máximo de subida, que lo estableceremos en 15º. Así pues nos encontramos en un problema típico de cinemática y dinámica, en el cuál debemos calcular la potencia que debe suministrar un motor, de tal forma que un vehículo de tracción delantera de 110 Kg de peso (peso máximo de la persona y peso máximo del patinete (se ha conseguido rebajar)) sea capaz de remontar una pendiente de 15º a una velocidad constante de 20 Km/h. Primeramente realizaré el esquema de una máquina generalizada que equivalga a lo expuesto anteriormente: η=80% Jm Caja Mm i=6 Jres Mres Imagen 9 En la máquina generalizada expuesta anteriormente la caja hace referencia a la correa que se utiliza en el patinete para transmitir la potencia del motor a la corona dentada solidaria a la rueda que transmite la potencia hasta ésta. El momento resistente vendrá dado por las fuerzas externas que actúan sobre el vehículo, que son: Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 31 Gravedad. Resistencia del viento (modelada según el anexo IV). Fuerza de rozamiento. Por lo tanto, haciendo un análisis de estas fuerzas, representadas en la figura 10: Imagen 10 Independientemente de cómo se reparta la Froz entre las 3 ruedas y de otros efectos que no se pueden evaluar a este nivel de cálculo: ∑F ∑F x y = 0; ⇒ N = m ⋅ g ⋅ cos α ; = 0; ⇒ F roz − m ⋅ g ⋅ senα − F v = 0; La fuerza del viento la modelaremos, como se sugiere en el anexo IV como (introduciendo la velocidad en m/s y suponiendo el caso más desfavorable Ae = 0,6 (ven anexo IV): F v = 2 A ⋅v ; e Por lo tanto, obtenemos los siguientes valores: N = 1041,26 N; Froz = 297,52 N; Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.3-PROTOTIPO EN ALUMINIO: 32 Tomando un valor razonable para el coeficiente de rozamiento entre las ruedas y el asfalto (µ = 0,3): Froz < µN = 312,38 N, por lo tanto, no patina. Analizando la rueda: M res − F roz ⋅ R = J res ⋅ α = 0; Así pues, Mres = 29,752 Nm; Para calcular Jres: 1 1 2 2 2 = m v ; ⇒ J res = m ⋅ R ; J res ω R 2 2 Por lo tanto, Jres = 1,1 N*m2. Pasando al estudio en la máquina generalizada, deberemos trasladar Mres y Jres al eje del motor, y resolver el problema: M M , (J m − M res = m −M ω res r ω M ω M = η ω η + J res ⋅ res r m , res 2 ωr = 0; η ω m ≈J m m ) ddtω ≈ J , m = res M η res 1 ⋅ ; i Quedándonos finalmente Mm = 6,2 Nm; Así pues, la potencia del motor será: P = M ⋅ω m m m v = M m ⋅ i ⋅ω r = M m ⋅ i ⋅ ; R Pm = 206,6666 W; ⋅ dω ; dt Monopatín Motorizado 1.4. 1.4.1. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 33 PROTOTIPO EN ACERO CONSTRUCCIÓN PROTOTIPO: Una vez realizado el diseño conceptual, los planos, y los cálculos de resistencia y potencia del motor de forma que cumplían con las especificaciones planteadas al comienzo de este proyecto, se procedió a la construcción de un prototipo para comprobar que todo lo calculado numéricamente, en efecto se cumplía en la realidad. A la hora de construir el prototipo, la primera idea fue adaptar al patinete de aluminio comercial sin motor, el motor y demás accesorios al mismo para que el patinete estuviese motorizado. Dada la poca similitud que dicho patinete podía guardar con el diseñado en los planos se pensó a continuación que se podía construir un patinete como el de los planos en aluminio, pero realizando las operaciones de unión mediante tornillería, ya que la soldadura de aluminio es un proceso altamente complicado que requiere de soldadura MIG o TIG. Finalmente, y dada la posibilidad de trabajar en el taller de carpintería metálica Félix López Fernández se decidió proceder a la construcción del patinete en acero, con la pérdida de ligereza que ello conllevaba, pero con la ventaja de poder obtener un diseño lo más parecido al de los planos, y por lo tanto una plegabilidad como la esperada. Previo al montaje, y debido a la carencia en dicho taller del material necesitado, se procedió a la realización de un pedido de material a un almacén. Dada la estandarización en medidas, y la no existencia de dichos diámetros para los tubos, se procedió simplemente a buscar 4 tubos que fuesen concéntricos unos con otros. Uno de los problemas que aquí se encontraron fue la no existencia de tubos calibrados para todas las medidas, lo cual supuso a la postre la necesidad de fresar todos estos tubos por su interior, o de aplicarles un raspado con la radial por la parte exterior, de tal forma que el acabado superficial se mejorase posibilitando una fricción menor en el desplazamiento relativo de unos sobre otros. Además, para conseguir que unos fuesen exactamente concéntricos con los otros, se tuvo que utilizar como tubo de inferior diámetro exterior, un tubo macizo con los inconvenientes de aumento de peso que ello conllevó. Las chapas se buscaron de un espesor inferior al previsto a priori, ya que el acero puede soportar más carga que el aluminio, y para diferentes partes en las que se suponía una mayor carga, o bien, dado la dificultad de trabajar en algunos puntos con Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 34 espesores pequeños (la soldadura provocaba puntos a temperaturas muy dispares, originando tensiones internas que terminaban doblando la chapa) se utilizó pletina de mayor grosor. Los materiales que finalmente se utilizaron fueron los siguientes: - Chapa de acero de 1,5 mm de espesor. - Pletina de 6 mm de espesor. - Tubo calibrado macizo de 15 mm de diámetro. - Tubo de diámetro interior 30 mm y exterior 22 mm. - Tubo de diámetro interior 42,4 mm y exterior 30,3 mm. Una vez conseguidos los materiales se comenzó el proceso de fabricación. El primer conjunto a fabricar fue la zona central del patinete, constituido por el chasis delantero, las correderas para el plegado del manillar y los tubos interiores sobre los cuales deslizan los pertenecientes a la parte posterior (ver imagen 1). Imagen 1 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 35 Para la realización de este conjunto se procedió a cortar el chasis con una radial como la mostrada en las imágenes 2a y 2b, repasando los bordes con la radial fija (ver imagen 3) para eliminar las posibles rebabas. En todos los cortes realizados con la radial móvil se procedió siempre a un fijado previo de la pieza mediante gatos (como el de la imagen 4) a una superficie fija, de modo que la seguridad no quedaba mermada. Imagen 2 b Imagen 2 a Imagen 4 Imagen 3 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 36 Para la fabricación de las correderas para el plegado de la parte delantera sobre el cuerpo del patinete (ver imagen 5), se utilizó una cortachapas como la mostrada en las imágenes 6a y 6b para el corte exterior del perfil. Para la realización de la corredera interior, por donde debe circular el pasador, se utilizaron nuevas herramientas. Pese a la posible sencillez a priori que estas piezas podía mostrar, se demostraron posteriormente en el proceso de fabricación como las piezas más difíciles de producir dados los medios poseídos. Para su creación, se procedió a marcar los diferentes Imagen 5 Imagen 6 a Imagen 6 b puntos por donde pasaría el pasador al describir el arco de circunferencia y se procedió a realizar taladros en todos ellos utilizando un taladro fijo como el mostrado en la imagen 7. Posteriormente se recortó con una pequeña sierra accionada neumáticamente (herramienta neumática con variedad de cabezales, pudiendo usarse como fresadora (ver imagen 8) o sierra colocando el cabezal requerido (ver imagen 9)) los trozos de acero intermedios entre agujero y agujero, creándose la corredera, y finalmente se limpió de rebabas la pieza entera utilizando la radial fija de la figura 3. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 37 Imagen 8 Imagen 7 Imagen 9 Una vez acabada la fabricación de las piezas, procedimos al soldado entre ambas mediante un proceso de soldadura MIG, utilizando el aparato mostrado en la figura 10. Para obtener una sujeción adecuada, y que esta fuese a 90º se utilizó una escuadra cuyos bordes son imanes (ver figura 11), posibilitando una fácil maniobra, dentro de la complejidad existente por usar herramientas cuyo objetivo normalmente son estructuras y piezas de mucho mayor tamaño. Fue aquí uno de los puntos donde se notó de forma más acusada que al usar chapas Imagen 10 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 38 tan finas (1,5 mm) se producían deformaciones causadas por tensiones internas, causadas a su vez, por la soldadura, dado que la maquinaria utilizada está diseñada para usos a mayor escala Cuando las deslizaderas se soldaron al chasis, corrigiendo las posibles deformaciones mediante el uso de un martillo y un yunque, se procedió a soldar al chasis las barras que harían de tubos telescópicos interiores para la parte de atrás. Para cortar el tubo se utilizó una sierra fija con refrigeración como la mostrada en la imagen 12. Imagen 11 Imagen 12 La parte trasera del patinete se compone de diferentes piezas (ver imagen 13), como son chasis, tubos telescópicos exteriores que se sitúan por encima de los de la parte media, tubos de sujeción entre chasis trasero y apoyos de los pies, y los propios apoyos de los pies. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 39 Primeramente se procedió al corte de la chapa que formaba el chasis y los apoyos para los pies de manera análoga a como se había realizado anteriormente con la parte delantera, asegurando siempre una buena sujeción de la chapa a un punto fijo con gatos. Tras el corte de ambas piezas y su desbarbado, se cortaron 2 tubos de 270 mm de longitud del tubo de 22x15, que constituirían las guías por donde se introducirían los tubos pertenecientes a la parte delantera ya construida, se desbarbaron y se continuo realizando la ranura por la cual debería pasar el chasis delantero. Para ello, se soldaron 2 chapas en forma de ángulo a la chapa fija apoyada sobre dos caballetes que eran usados como mesa de trabajo, de tal forma que estas chapas servían de apoyo para la radial a la hora de hacer la ranura. Cuando se hubo terminado con ello, se realizó el soldado de estas barras al chasis posterior, como se había realizado anteriormente con la parte delantera. Imagen 13 Fue aquí donde se encontró el mayor problema de toda la construcción; las tensiones térmicas provocadas por la soldadura, habían desalineado los tubos con el eje del chasis, y por ende, los tubos no deslizaban bien unos dentro de los otros. Para solucionar este problema se volvió a utilizar, como ocurrió previamente al soldar las deslizaderas de la Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 40 dirección al chasis delantero, martillo y yunque. Tras un largo rato, se consiguió que unos tubos fuesen concéntricos con otros asegurando el correcto deslizamiento de los unos sobre los otros. Se debían construir ahora los soportes donde irían las barras sobre los cuales iban a ir los pies (ver imagen 14) para lo cual se procedió al corte y desbarbado de 2 pequeños cilindros de tubo de 22x15 de 2 cm de longitud, que constituirían la argolla por dentro de la cual iría la barra de diámetro 15. Para la construcción de los nervios se utilizó pletina de 6mm de espesor que se corto en la forma indicada en los planos, aunque más tarde se cayó en la cuenta de que estas medidas eran demasiado grandes y se procedió al corte de los nervios. Tras el corte y desbarbado de todos los nervios, se soldaron los nervios con las argollas entre sí, necesitando para ello distintos tipos de sujeciones y siendo lo más precisos posibles teniendo en cuenta el pequeño tamaño de las piezas a soldar y el gran tamaño comparativo de las herramientas. Imagen 14 Se necesitaba en este punto incluir los ejes que pasarían por dentro de las argollas, pero visto la dificultad, de que a posteriori, las barras incluidas en los apoyos de los pies (ver imagen 14) quedasen perfectamente concéntricas, en vez de soldarlo, se prefirió roscar las argollas, e introducir un prisionero, de tal forma que quedase una pequeña holgura, que permitiese extraer y volver a introducir el apoyo de los pies sobre estas barras de forma Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 41 sencilla y sin necesidad de hacer ajustes con el martillo como en el caso anterior. Así pues, colocando el chasis trasero entero con las dos argollas y los nervios soldados, se procedió a realizar agujeros sobre éstas, con el taladro mostrado en la figura 7. Una vez realizado el taladro, se continuo con la creación de una rosca en el agujero para lo cual se utilizó un escareador, un cabeigual o cilíndrico y otro macho intermedio (ver imágenes 15 a,15b y 15c). Imagen 15 a Imagen 15 c Imagen 15 b Tras haber realizado las roscas y haber encontrado prisioneros de dicho tamaño, se cortaron unas barras de tubo de 15mm calibrado de 180 mm de longitud (posteriormente se observó que introduciendo unas de mayor longitud (250 mm) se aseguraba una mayor resistencia sin añadir un peso excesivo), se desbarbaron y se creó un avellanado en el centro con el taladro colocando una broca de diámetro grande comparativamente hablando. Una vez fijadas las barras a las argollas mediante los prisioneros, se procedió a la construcción de unos apoyos para los pies mejorados, incluyendo chapas soldadas en los bordes que hacían que la pieza ganase mucha más rigidez (en las imágenes 16 a y 16b se puede ver la diferencia entre planos y prototipo, observando el reborde añadido, que además de dar resistencia da mejor apariencia y limita el peligro por corte con el borde). Monopatín Motorizado Imagen 16 a 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 42 Imagen 16 b Para acabar de completar el apoyo de los pies, se recortaron cuatro tubos de 100 mm de medidas 22x15 y se soldaron a las plataformas, habiéndolos colocados en la posición que aparece en la imagen 16 b de tal forma que el problema por no estar alineados correctamente se eliminaba (ayudando el uso de los prisioneros a este efecto). Finalmente se procedió al taladro de 4 agujeros para el fijado del eje trasero, que había sido tomado de un monopatín para niños. Para finalizar, se incluyeron 4 prisioneros en los apoyos de los pies, permitiendo la posibilidad de poder bloquear el movimiento de deslizamiento. Los avellanados sobre los tubos calibrados de 15 mm se realizaron a dos longitudes diferentes permitiendo una regulación de la distancia entre los pies a la hora de ir sobre el patinete. Una vez completadas estas dos partes se pasó a fabricar la parte sobre la cual se sustenta manillar y rueda delantera (ver imagen 17) . Dicha pieza fue de las más sencillas de construir, pero sin embargo, requirió bastante tiempo, ya que por no estar los tubos de diámetros mayores calibrados, hizo falta el uso de la fresadora manual por accionamiento neumático de la figura 8. Esta herramienta se paso por el interior de todo el tubo de 42,4x30,3 de longitud 80 que se había cortado previamente con la ayuda de la sierra, y posteriormente desbarbado. A este tubo, después del proceso de limado interior, se le soldó una chapa de espesor 6mm con las dimensiones especificadas en los planos, a la cual se le realizaron dos taladros, el primero para la introducción del tornillo que deslizaría por la corredera, y el segundo para el Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 43 emplazamiento de una pequeña varilla que serviría una vez soldada al chasis delantero, como punto de rotación sobre el que giraría la dirección a la hora del plegado. Pieza a construir Imagen 17 Toca ahora la construcción de la horquilla. Fue en esta pieza donde más difiere el prototipo de los planos a partir de los cuales se planteó el diseño. La complejidad a la hora de construir aquello que en los planos venía especificado con las herramientas y material del que se disponía lo convirtió en una labor imposible. Además el hecho de que la rueda utilizada como tractora, proveniente del patinete comercial (ver anexo II), poseyera piñón y freno solidario con ella, convertía la labor de construir algo a imagen y semejanza de lo mostrado en los planos en una tarea imposible (ver imágenes 18 a, 18 b, 18 c, 18 d, 18 e y 18f). Por lo tanto, para la construcción de la horquilla simplemente se procedió a construir algo que se pareciese a lo que en los planos aparecía, intentando simplificar la estructura lo más posible. Así que partiendo de la altura, y anchura que debía tener en la realidad, para que aquello fuese fácilmente plegable, se comenzó a soldar pletinas de 6mm de espesor de diferentes tamaños hasta formar una estructura como la de las figuras. El doblado se hizo también de una forma manual, mediante el uso de un gato fijo y un martillo. Fue por lo tanto esta pieza la que menos se adecuó a los planos, realizándola de un modo completamente Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 44 libre, debido, como se menciona anteriormente, a la dificultad para realizar la pieza con los medios en aquel momento disponibles. En las pletinas en las que debía ir el eje de la rueda, se procedió a crear las rendijas, mediante la realización de un taladro y de dos cortes tangentes al taladro desde la parte inferior de la pletina. De esta forma se posibilitaba el uso de los pretensores tomados del patinete comercial. Imagen 18 b Imagen 18 a Imagen 18 d Imagen 18 c Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 45 Imagen 18 f Imagen 18 e Una de las dudas que surgieron fue la posibilidad de quitar el disco de freno del eje de la rueda, ya que desde la fase teórica en la cual se tomaron las decisiones básicas, se había decidido el uso de un freno por fricción ya que parecía a priori suficiente para frenar el patinete, además de ser más sencillo y ligero. Finalmente se dejó este disco ya que el prototipo no iba a contar con freno, y en posteriores modificaciones se podía finalmente decidir incluir dicho elemento. Una vez creada la horquilla, se soldó ésta a un tubo de 30x22 de 250 mm de longitud, que previamente había sido cortado y desbarbado con las herramientas de las imágenes 12 y 3 respectivamente. El problema con la horquilla así creada es que la pieza sobre la cual rota la horquilla en el movimiento de dirección (la mostrada en la imagen 17) quedaba demasiado baja. Debido a ello, se procedió a recortar y desbarbar un trozo de tubo de 42,4x30,3, de una altura tal que sirviera de casquillo para levantar dicha pieza hasta una altura en la cual el chasis del patinete quedase horizontal con respecto al suelo. Dicha longitud resultó finalmente ser de 100 mm. Se volvió a encontrar en este punto el problema de que tanto el tubo de 42,4x30,3 como el de 30x22 no estaban calibrados, y por lo tanto, tanto para introducir el casquillo en el tubo de horquilla como para pasar dicho tubo por Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 46 dentro de la pieza central que sirve como eje de revolución, hubo que utilizar la fresadora de la imagen 8 para aumentar el radio interior de los tubos, y la radial mostrada en las figuras 19 a y 19 b (se diferencia de la mostrada en la figura 2 a y 2 b en el tamaño y en la dureza del disco), para disminuir el radio exterior del tubo de menor diámetro. Una vez montado sobre el chasis ya construido, se debía proceder a la disposición de un tope en la parte superior. Para ello, se corto otro casquillo de tubo de 42,2x30,3, se desbarbó y se fresó por el interior. Posteriormente se le hizo un taladro y se le pasaron los machos, para crear una superficie roscada en la cual se introduciría un prisionero, de forma análoga a como se había hecho anteriormente en el chasis trasero para el fijado de las barras. Para concluir, se realizó un avellanado sobre el tubo sobre el cual iba soldada la horquilla. Esta construcción con prisionero en vez de soldado se realizó para posibilitar el añadido posterior de rodamientos,... o simplemente para posibilitar el desmontaje. Imagen 19 a Imagen 19 b Llegó el momento de fabricar el manillar. Esta fue una operación relativamente sencilla, ya que consistía única y exclusivamente en el corte y desbarbado de dos tubos de 250 mm y de espesor 22x15 y 15 calibrado respectivamente. A ambos tubos se les crearon un agujeros roscados en la parte superior, y avellanados en la inferior. Para acoplar este tubo telescópico así creado, hubo nuevamente, que fresar la superficie interior del tubo al cual iba unida la horquilla debido al problema del no calibrado. Además, a este tubo se le practicó un agujero roscado en la parte superior para permitir el uso de un prisionero como elemento de unión entre horquilla y manillar (en las imágenes 20 a y 20 b se puede apreciar el resultado final). Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 47 Imagen 20 b Imagen 20 a Para la parte superior del manillar, se había propuesto en los planos, una parte central a la cual iban unidos los dos manguitos, de manera que se pudiesen extraer en el plegado. Por sencillez operativa, y dada la poca importancia que esta pieza podía tener a la hora de realizar las pruebas, se decidió construirlo de una sola pieza. Como vemos en las figuras 21 a y 21 b , aunque existen diferencias aparentes, la importancia de éstas es realmente pequeña. Imagen 21 a Imagen 21 b Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 48 Las diferencias más notables se observan en el proceso de plegado, ya que el patinete según los planos debería tener un manillar capaz de plegarse como aparece en la figura 22, y tal y como se ha construido el prototipo, el plegado debería llevarse a cabo extrayendo la parte superior del manillar de una pieza, no siendo posible el doblado de ésta. Para crear el manillar, simplemente se procedió al corte y desbarbado de un tubo de 22x15 de una longitud de 320 mm, al cual se soldó un casquillo que previamente había sido agujereado y roscado de tal forma que mediante prisioneros, al igual que el resto del manillar, podía ser expandido y contraído. Imagen 22 El uso de prisioneros se limita exclusivamente al prototipo, ya que pese a dar consistencia son lentos de apretar y soltar (además los primeros prisioneros utilizados no poseían mariposas, necesitando llaves para su apretado o aflojado). Las mejoras sobre el uso de otros elementos para conseguir el plegado y desplegado del patinete se reflejan en Futuros desarrollos, donde se exponen además de éstas, otras mejoras posibles para otros de los problemas encontrados en el funcionamiento del prototipo. Sólo faltaba la fabricación de lo que sería la base sobre la cual iría fijado el motor. En el patinete comercial era el motor el que poseía las roscas que posibilitaban que los tornillos con cabeza Allen, fijasen el motor contra su soporte. En el prototipo, dada la dificultad al acceso a estos tornillos estando las roscas en el motor (debido al diseño buscando el mínimo espacio al ser plegado (ver Desarrollo Conceptual), se decidió que las roscas fuesen en la base. Así pues se eliminaron las roscas del motor, pasando un taladro de mayor diámetro que la superficie roscada. La fabricación de esta pieza fue sumamente sencilla, ya que simplemente se procedió a cortar una chapa del tamaño del motor, realizarle los agujeros correspondientes, roscarlos, y soldarla al casquillo que previamente nos había servido para que la pieza mostrada en la figura 17 se encontrase a una altura tal que tanto el chasis delantero como el trasero se encontrasen a la misma altura. El montaje de la correa que une motor y corona dentada hubo de hacerse a posteriori ya que hubo que encargar y Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 49 comprar una correa de mayor longitud que la que venía en el patinete comercial, ya que en dicho patinete el motor no se encontraba en el plano de simetría del patinete (no necesitaba estarlo, ya que era de tracción trasera y el desequilibrio de pesos en este tipo de modelos no es tan perjudicial como en los de tracción delantera, como es el caso de nuestro prototipo). La correa instalada fue una correa de temporización Synchropower t 5/575 de 1,6 cm de ancho y una longitud de 575 mm. Quedaba así, por lo tanto, acabada la estructura del patinete, y asimismo, alcanzados los objetivos marcados para el proyecto en un origen. Como continuación, se procedió a instalar todo el cableado procedente del patinete comercial, de forma que se pudiese comprobar cómo se comportaba el patinete cuando el motor tiraba de él, no sólo su comportamiento al ser utilizado mediante empuje autónomo. Previo a este proceso se habían realizado fotos del cableado del patinete comercial (ver anexo II) de tal forma que se conocía como los cables iban interconexionados entre sí. A la construcción ya realizada hubo que hacerle unos soportes para luz, claxon, variador de velocidad e indicadores de nivel de carga y luces. Los soportes de luz, claxon y variador de velocidad se colocaron sobre el casquillo de fijación para la dirección (ver Imagen 23) y el soporte de los indicadores se soldó sobre la pieza superior del manillar (ver Imagen 24), como es lógico. Dichos soportes se realizaron con cortes de pletina de 6mm, taladrando posteriormente en los sitios indicados para poder introducir los elementos de fijación. El único que resultó diferente en su construcción fue el que sustenta la luz, ya que además de la pletina, para el fijado, se hubo de soldar a ésta un pequeño tubo. Imagen 23 Imagen 24 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 50 De esta forma se finalizó la construcción del prototipo tal y como está ahora (ver imágenes 25, y 26). Imagen 25 Imagen 26 Monopatín Motorizado 1.4.2. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 51 ESTUDIO DE ESFUERZOS Este apartado se realizará de forma análoga a como se hicieron los estudios sobre los planos del prototipo para la optimización de sus dimensiones. Aunque esta vez los datos estructurales y de medidas son conocidos, y lo que se buscará calcular es el peso máximo que con las suposiciones adoptadas dicho patinete puede soportar. Dado que hay una única incógnita (el peso que puede soportar el patinete) y 4 ecuaciones (las dadas por la carga máxima admisible en el diámetro interior y el exterior, tanto en las barras de soporte traseras, como en las que sirven para el plegado de la parte delantera sobre la trasera), simplemente procederemos a calcular la carga máxima en cada uno de los 4 puntos críticos (las 4 posibles ecuaciones) viendo en cual de ellos la carga es más restrictiva. Los cuatro puntos críticos serán los mismos que los identificados en el caso del prototipo en aluminio, aunque debido a la imposibilidad técnica a la hora de construir el prototipo, las medidas de las diferentes piezas serán diferentes. De la misma forma, establecemos los siguientes supuestos: - Supondremos que el peso se reparte de la misma forma, es decir, 20% en manillar y 80% en pies (reparto que parece a priori razonable), estando en los talones el 65% de este peso, y en las plantas el 35%6. - Análogamente volveremos a considerar el caso más desfavorable, es decir, cuando todo el peso se sitúa en el extremo de la barra de los pies y lo hace de forma puntual. - Volveremos a considerar la argolla como empotramiento (opción más desfavorable). - Las barras esta vez no se encuentran completamente extendidas y soldadas, pero sí en la posición de anclaje más lejana de las dos posibles (ver Construcción del prototipo). - El valor de la máxima tensión será el de un acero normal (210 MPa7). Deberemos pues, resolver un problema de resistencia de materiales cuya incógnita es la carga. Sabiendo que la carga es el 65% del 80% de una carga de valor P desconocido, podemos concluir que la carga será 0,52P; por lo tanto haciendo sumatorio de fuerzas respecto al eje vertical (y) igual a 0 y sumatorio de momentos respecto a A igual a 0 obtenemos: 6 7 Información extraída de www.podologo.cl Dato sacado del ASM Handbook [METAxx] Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 52 ∑F = 0 ; 0,52P − R = 0 ; R = 0,52P ; ∑M = 0 ; 0,52P ⋅ (71 + 84) − M = 0 ; M = 0,52P ⋅ (71 + 84) = 80,6P ; y A A A A A Realizando el gráfico de cortantes y flectores, equivalente al hecho en el cálculo de resistencia sobre los planos: Imagen 1: Diagrama de cortantes y flectores. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 53 Identificamos por lo tanto, dos puntos de momento flector máximo, uno para cada perfil. En un principio podría pensarse que por haber un tercer perfil en este caso en el que las barras no están completamente extendidas (el que forman las dos barras al superponerse una sobre otra), debería haber otro tercer punto, pero analizándolo desde la experiencia, se ve rápidamente que es una zona donde el momento de inercia es mucho mayor y además el momento flector es menor que en el punto A, siendo por lo tanto de gran resistencia y no sirviendo como punto crítico. El momento en el punto B, lo calcularemos usando triángulos semejantes: 80,6P M B ; = 155 81 M = 42,12 PKg * mm; B Procederemos ahora al cálculo del momento máximo soportado por dichos tubos, mediante la aplicación de la siguiente fórmula: σ max = σ adm = c.s. Mz ⋅ y I max max z De tablas8 obtenemos los momentos de inercia de una corona circular: I I 0 z = = π ⋅D 32 I y = 4 ( ⋅ 1− m π ⋅D 64 4 4 ( ) ⋅ 1− m 4 ) m = d/D; 8 Extraído del Schaum [SCHA00] Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 54 Y también de tablas, los momentos de inercia de un círculo (recordar que ahora las barras de diámetro inferior son macizas): I0 = I z = π ⋅D 32 I = y 4 ; π ⋅D 64 4 ; La ecuación a resolver para el punto A será (siendo D = 15mm): σ = max 21 80,6 P D = ⋅ ; 4 2 c.s. π ⋅D 64 Al resolverla, el valor de P nos sale: P = 57,55 Kg; Este resultado es del todo insatisfactorio, ya que según el mismo, sólo niños de edad muy reducida podrían utilizar este patinete, no siendo ese el cliente objetivo del mismo. Este valor ha resultado tan pequeño debido a las excesivas restricciones que en las hipótesis hemos realizado (hemos considerado empotramiento, carga en el extremo y apoyo sobre un solo pie). Procederemos pues a la repetición de estos cálculos relajando las condiciones impuestas, y supondremos que en cada apoyo irá apoyado la mitad del peso que sobre la parte trasera se apoya, es decir, consideraremos que el apoyo es sobre los dos pies. La idea de relajar las hipótesis y considerar sólo la mitad del peso no es tan descabellada puesto que el momento en el que se carga todo el peso sobre un apoyo es en el de subida al patinete, el cual puede considerarse como un transitorio. Además hemos considerado que todo el peso estaba aplicado en el extremo, lo cual no es cierto, ya que se distribuye por toda la superficie del pie constituyendo las pruebas sobre el prototipo la comprobación empírica de lo anteriormente expuesto. La ecuación a resolver para este caso es: Monopatín Motorizado σ max = 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 55 20 40,3P D = ⋅ 4 2 c.s. π ⋅D 64 Y el resultado de la misma es: P = 115,1 Kg; Pasamos ahora a calcular la misma carga, pero para el punto B. En principio lo lógico sería que saliese una carga mucho mayor. Recordar que como se han cambiado las suposiciones, ahora el momento en B es MB = 21,06 P kg*mm, y que la sección del perfil en B es una corona circular de radio interior 15mm y exterior 22mm, cambiando por lo tanto el momento de inercia de la sección. Por lo tanto la ecuación a resolver es: σ 21,06P = σ adm = 4 max c.s. π ⋅D 64 ( ⋅ 1− m ⋅ 4 ) D ; 2 siendo D = 22mm, y m = D/d = 0,6818; Y el resultado de la misma es: P = 544,74 Kg; Se comprueba, como sugería la lógica, que el punto a priori más delicado es el punto A, ya que se observa como el punto B posee una resistencia casi 5 veces mayor. Continuaremos ahora con el cálculo de dichas cargas máximas en los puntos críticos del chasis, volviendo a las hipótesis iniciales de carga, que repercuten en estas ecuaciones en la magnitud del torsor a considerar, siendo éste un valor determinante en dicha resistencia máxima. La suposiciones a utilizar en este caso serán las siguientes: El punto de unión entre el manillar y el chasis, es decir, las deslizaderas por donde corre el bulón, se consideraran empotramiento ya que es el caso más desfavorable y se trasladarán a dicho punto la fuerza sobre el manillar en forma de fuerza más momento. Supondremos el caso más desfavorable de torsor, es decir, cuando todo el peso se encuentra sobre sólo uno de los apoyos. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 56 La unión entre los tubos no se supondrá soldada, sino que habrá una distancia en la cual ambos chasis se superponen (no lo tomaremos como una tercera ecuación, ya que razonando de la misma forma que en el caso anterior, al ser un perfil con mayor momento de inercia y estar sometido a un momento flector menor, no supondrá un punto donde la resistencia sea crítica). Se supondrá el reparto de pesos en los pies antes mencionado (35% en planta, y por tanto en la barra delantera, y 65% en los talones, y por tanto, en la barra trasera). De la misma forma que se realizó en el estudio de resistencia sobre los planos, primeramente calcularemos las normales en ambos trenes, delantero y trasero, utilizando para ello la imagen 2 (es la misma que en el estudio sobre los planos, pero cambiando las cotas), y teniendo en cuenta que P1 = 0,2P, P2 = 0,28P, y P3 = 0,52P. Para calcular dichas normales estableceremos sumatorio de fuerzas respecto al eje vertical (y) igual a 0, y sumatorio de momentos respecto al punto A igual a 0. Por lo tanto, las ecuaciones a resolver son las siguientes: ∑F = 0 ; R +R −P −P −P =0 ; R +R =P ; ∑M = 0 ; R ⋅ 632 − P ⋅ 330 − P ⋅ 435 − P ⋅ 690 = 0 R = 0,8648 P Kg ; R = 0,1352 P Kg ; y A B A B 1 2 3 A B 1 3 B A Imagen 2 2 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 57 De la misma manera que se procedió en el caso anterior, se aislará el manillar para ver cómo la fuerza P1 aplicada en el manillar, pasa al punto C como fuerza más momento flector (ver Imagen3): ∑F = 0 ; R +R −P =0 ; R = 0,06487 P Kg ; ∑M = 0 ; R ⋅ 150 + P ⋅ (330 − 150) − M M = 56,26 P Kgmm; y A C 1 C C A 1 C =0 ; C Imagen 3 Por lo tanto, nos encontramos en posición de poder calcular el diagrama de cortantes y flectores de chasis delantero y trasero. Una vez realizados dichos diagramas, podremos proceder a identificar los puntos críticos, y finalmente las cargas críticas que se podrán tener en esta estructura. Tras hallarlas, procederemos a evaluar cuál de los puntos es el más crítico. En un principio cabría dudar cuál de entre B y C es el punto de máxima tensión para el perfil del chasis trasero, pero como ya se demostró en el análisis sobre el patinete desarrollado en los planos, es el punto B el punto más cargado. La carga para este punto se calcula de la siguiente manera: Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO Imagen 4: Diagrama de cortantes y flectores Se calcula la ley de variación del momento flector: M ( x) = 56,26 P − 0,06487 P ⋅ x(m) y se procede a sustituir el valor adecuado de la x; en este caso, para el punto D(x = 285): MD = 37,772PKg*mm; 58 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 59 Como se ha dicho anteriormente en los supuestos, al momento flector le debemos añadir el momento torsor proveniente de el desequilibrado en el peso sobre los apoyos traseros. De la misma forma que realizado anteriormente, se llevará al caso extremo en el cual sólo se apoya el peso sobre uno de los pies. Este momento torsor será el mismo que el flector utilizado anteriormente en el cálculo de las cargas críticas, esto es: MT = 80,6 P Kg*mm; Procediendo de manera análoga, procederemos ahora a calcular los momentos de inercia de las diferentes secciones. Comenzaremos con la sección en el punto C, que es la mostrada en la imagen 5. Imagen 5 Para calcular los momentos de inercia de la sección necesitaré conocer los momentos de inercia de un círculo(utilizados anteriormente), de una corona circular (también utilizados anteriormente) y de un rectángulo: Para un rectángulo tenemos: y h I I 3 = 1 ⋅b ⋅ h 12 3 = 1 ⋅ h ⋅b z 12 y z b Para el cálculo de la sección mostrada anteriormente necesitaremos aplicar el teorema de Steiner: Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 60 2 π ⋅ 4 2 π ⋅ 3 D D h 1 D = ⋅ ⋅ + 2 ⋅ + + ⋅ ; I y 12 b h 2 2 4 64 ( ) 4 1 ⋅ ⋅ 3 + 2 ⋅ π ⋅ D ; = I z 12 h b 64 ZG = 0; YG = 0; Para el caso del punto D debemos calcularnos el momento de inercia de la sección de la imagen 6. Como hipótesis simplificativa, aproximaremos los tubos serrados por tubos cerrados sin ningún corte. Nuevamente aplicaremos Steiner: (( ( ) )) 2 2 2 ⋅ b + D ⋅π ⋅ D − d Y G = 2 ⋅2π ⋅ 2 2 −4 2 + b ⋅ h ; 4 D d Z G = 0; ( ) 4 2 2 1 ⋅ ⋅ 3 + 2 ⋅ π ⋅ D ⋅ 1 − 4 + h + D ⋅ π ⋅ D ; = m I y 12 b h 64 2 2 4 π ⋅ 4 2 3 4 2 1 I z = 12 ⋅ h ⋅ b + Y G ⋅ b ⋅ h + 2 ⋅ 64D ⋅ 1 − m + b 2 + D 2 − Y G ⋅ π 4 ⋅ ( )( ) ( )( ) (D − d ); 2 2 El momento polar de ambas secciones sería: I o = I y + I z; Tanto en el caso del punto C como en el del D, utilizaremos el criterio de Rankine para el dimensionamiento: σ max =σ Siendo, adm c.s. =σ 2 x + σ 2 x 4 2 +τ ; Monopatín Motorizado Mz ⋅ y I τ = M ⋅z ; I σ x = max max 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.4-PROTOTIPO EN ACERO 61 ; z T max o Sustituyendo en estas ecuaciones para el punto C: σ 56,26 P ⋅ 7,5 = 8,4634 E − 2 P; 4985,566 80,6 P τ= ⋅ (55 + 15) = 7,3872 E − 3P; 2 463703 x = Y resolviendo: P = 164,17 Kg; No es por tanto el punto más problemático de toda la estructura. Sustituyendo en estas ecuaciones para el punto D: σ x τ= = 37,772 P 31021 80,6 P 424177,21 ⋅ 2,8471 = 3,4668 E − 3P; ⋅ (40) = 7,6 E − 3P; Y resolviendo: P = 1501,94 Kg No siendo tampoco punto crítico problema. Por lo tanto podemos afirmar lo siguiente: - El prototipo construido será capaz de soportar pesos de hasta 115,1 kg (punto de máxima restricción) siempre que este peso se encuentre repartido entre los dos pies, no importando la distancia a la cual éstos se sitúen del centro del patinete. Monopatín Motorizado 1.5. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.5-CONCLUSIÓN: 62 CONCLUSIÓN: En un primer momento, los objetivos marcados para este proyecto eran: - Realización de un estudio de viabilidad (baterías, peso, materiales, motor, potencia, precio para grandes series, etc.) - Construcción de un prototipo. - Realización de pruebas de autonomía, transporte, etc en funcionamiento real. Dichos objetivos fueron posteriormente concretizado en algunos de sus puntos, como fueron la definición de plegabilidad de una forma más explícita, pasándose del plegado en forma de una maleta con ruedas a el posterior plegado en una mochila; y como fue también la materialización del concepto ligereza en una determinación de 10 kg como peso máximo. Primeramente se realizó una fase de diseño conceptual y determinación de características básicas del patinete a desarrollar, en la cual, en una primera etapa se usó Internet como fuente de información para realizar labores de benchmarking y estudio del estado del arte (ver Anexo I), y posteriormente realizaron una serie de sesiones de brainstorming, en las cuales se fueron determinando los parámetros fundamentales de este patinete como número de ruedas, tipo dirección, tipo frenos, diámetro de las ruedas, sistema de plegado,.... (ver Desarrollo conceptual) Una vez llegado a este punto, y tras la compra de los patinetes de los cuales se tomarían algunas de las piezas fundamentales para la construcción del prototipo, se procedió al diseño de los planos del prototipo. Al desarrollar dichos planos se comprobó que la tarea de lograr un plegado adecuado había sido alcanzada. Como el motor, baterías y sistema eléctrico se tomó del patinete comercial que poseía las características de potencia que se pedían en los requisitos, baterías, motor y potencia estaban también determinadas cumpliendo todas ellas los requisitos especificados en el enunciado del proyecto. A lo largo del proyecto se ha realizado un realimentación continua sobre cada una de las fases, ya que fases posteriores en el desarrollo requerían la modificación de fases situadas antes cronológicamente (este ha sido el caso de la modificación de los planos ya realizados Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.5-CONCLUSIÓN: 63 tras calcular los diámetros óptimos para las condiciones de trabajo). Asemejando el proceso a un diagrama de bloques, podríamos describir el proceso de la realización de este proyecto como: Estado del arte. Decisiones elementales Elaboración planos feedback Cálculos optimización Construcción prototipo Una vez obtenidos los planos correctos desde el punto de vista de la optimización, se procedió a comprobar mediante el uso del programa Solid Edge, que posibilita una opción de calcular el peso de las piezas según una densidad dada (ver anexo V), que el patinete, en el caso de ser construido con aluminio y siempre que las pesadas baterías de plomo usadas en el prototipo se cambiasen por unas de polímero de litio (ver anexo VI), cumpliría las especificaciones marcadas de 10 kg. Dichos resultados se presentan a continuación en una tabla: Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.5-CONCLUSIÓN: Estructura aluminio 2,985 Motor 2,025 Rueda 1,080 Eje trasero 0,695 Baterías 0,792 Total patinete 7,577 64 Se conseguía así cerrar el primero de los requisitos propuestos para este proyecto (peso máximo de 10 kg) a falta de incluir los dispositivos electrónicos para el control de velocidad, luces, .... El segundo requisito contemplaba la construcción de un prototipo. Dicho prototipo se realizó en hierro, debido a la mayor facilidad a la hora de trabajar con este material, ya que la posibilidad de trabajar con aluminio incluía el uso de herramientas de las que en el momento no se disponía. Además, el único problema a la hora de que el prototipo cumpliese con los requisitos era la imposibilidad de cumplir con el peso establecido, factor que quedaba totalmente descartado incluso en la fabricación con aluminio, ya que no se disponía de las baterías de bajo peso (Li-po) que podían ajustar el valor del peso a los 10 kg (recordar en este punto que las baterías del patinete comercial que se incluyeron posteriormente en el prototipo pesaban 7735gr, el motor 2025gr, la rueda 1080gr y el eje trasero 695 gr (ver anexo II e introducción), quedando descartado completamente la obtención de dicho peso). Este desajuste en el peso no traía mayores consecuencias, ya que lo que deseaba comprobar con el prototipo es que el diseño dimensional era correcto, que el plegado logrado era aceptable y que comportamiento dinámico y estático eran los adecuados. Fue tras la fabricación de este prototipo cuando salieron a la luz problemas como la excesiva inestabilidad (mejorada tras la introducción de unos casquillos de metal en vez de los de plásticos incorporados en el eje del monopatín) y la falta de sistemas de plegado rápido (ver capítulo “Desarrollos futuros”). Quedaba de esta forma finalizado el segundo y tercer requisito y finalizado por lo tanto el proyecto. Las conclusiones extraídas de un proyecto como este en el cual se han logrado todos los requisitos expuestos en un primer momento es que el diseño de un patinete que alcance Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.5-CONCLUSIÓN: 65 los 20 Km/h, que pese 10 Kg, con una autonomía aproximada de 5km (se supone que la autonomía del prototipo fabricado será parecida a la del comercial, ya que sus pesos son similares y utilizan mismo motor y baterías) , y que sea capaz de soportar 100 kg de carga es perfectamente realizable, y de hecho con el prototipo, a excepción del excesivo peso por ser en hierro y el haber usado baterías de gel de plomo que poseen un peso demasiado grande, se han alcanzado. Los resultados obtenidos en cuanto a potencia del motor han parecido adecuados a lo esperado. Pese a que la mayoría de los patinetes encontrados en Internet poseían potencias mayores, bien es cierto que sus pesos también eran mucho mayores, y en ningún caso su plegabilidad podría equiparase a la obtenida en el prototipo. La labor de la obtención de unos diámetros óptimos, de tal forma que se utilizasen los tubos más pequeños posibles que fuesen capaces de cumplir las exigencias, requirió el cálculo de momentos de inercia, momentos polares y centros de gravedad de perfiles no estandarizados. Se necesitó por lo tanto, la consulta de libros de resistencia de materiales para obtener los conocimientos necesarios a este fin. Los diámetros obtenidos para los tubos, pueden parecer a primera vista escasos, pero hemos de tener en cuenta que dichos tubos van soldados sobre placas de aluminio de 5 mm de grosor, siendo el aporte de dichas placas algo fundamental para que el torsor que se crea, no sea en ningún momento de riesgo. La parte del proyecto que ha arrojado mayores conclusiones, como se preveía en un principio, ha sido la construcción del patinete, ya que se han observado fallos que no se habían tenido en cuenta en la fase de diseño. Una de las conclusiones extraídas ha sido la baja estabilidad del patinete, debido a tres causas fundamentales: - La inclusión para el eje trasero de un eje de monopatín cuyo fundamento para el giro se basa en la torsión de una pieza interna a este eje, pero que al ser utilizada en un patinete con mayor distancia entre los pies provoca el giro excesivo y una inestabilidad manifiesta. - La distancia excesivamente corta de las ruedas traseras entre sí, que provoca que los pies caigan fueran de la vertical marcada por las ruedas y que provoca la falta de apoyo de una de las ruedas cuando se carga el peso sobre la otra. Monopatín Motorizado - 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.5-CONCLUSIÓN: 66 La utilización de una pletina excesivamente delgada para las correderas por las cuales se pliega la dirección posibilitando al chasis un retorcimiento no deseado. La primera de estas causas puedo resolverse realizando la sustitución de las piezas de goma por elementos de aluminio que hacían ganar resistencia al eje trasero, pero no llegaba a resolver por completo el problema de la inestabilidad. La solución completa para este problema, consistente en una reingeniería sobre el eje trasero viene reflejada en el apartado Futuros desarrollos. Otra de las conclusiones extraídas sobre el prototipo fue el excesivo tiempo que se empleaba en el cierre y la apertura del patinete. Pese al cambio de los prisioneros normales, por unos con cabeza de mariposa, lo cual posibilitaba la apertura y cierre manual, el tiempo de apertura y cierre seguía resultando excesivo. Las posibles mejoras a incluir sobre este aspecto también se encuentran recogidas en el epígrafe Futuros desarrollos. Conclusiones más generalistas se pueden sacar de todo el proceso de desarrollo, en el cual se ha desarrollado un labor continua de feedback. Dicha labor se ha vuelto imprescindible y se le reconoce la importancia en un proceso de mejora continua de un producto. Por lo tanto, queda abierto como continuación de este proyecto la inclusión de un sistema eléctrico basado en baterías Li-po de un peso reducido, y el estudio de la posibilidad de la realización en serie a precios competitivos con lo visto en el mercado. Monopatín Motorizado 1.6. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.6-FUTUROS DESARROLLOS: 67 FUTUROS DESARROLLOS: Como ya se ha comentado previamente en alguna otra sección de este documento, el proyecto aquí presentado se caracterizó por una fuerte labor de realimentación o feedback entre cada una de las partes en las cuales por convenio se ha dividido el mismo. Así pues, debido a esta labor prolongada a lo largo de todo el año, se ha conseguido una mejora continua en todas las facetas del proyecto. Primeramente, hubo mejoras en los planos, debido a la presencia de errores en las piezas, que solamente pudieron ser observados al construir los conjuntos. Posteriormente, debido a la realización de una optimización de cada pieza atendiendo a criterios de resistencia de materiales, hubo que volver a modificarlos, de tal forma que los planos estuviesen conforme con aquello que se había obtenido sobre la hoja de cálculo. Todos estos errores que se repararon en la fase de diseño conllevaron a un ahorro grande de tiempo, esfuerzo y dinero, ya que como bien es sabido, los costes debidos a la reparación de un error, se dividen entre 10 a medida que retrocedemos etapas en el proceso de creación de dicho bien. Pese a todos los esfuerzos, hubo errores que no se detectaron hasta la fabricación del patinete, como por ejemplo la inclusión del eje trasero de un monopatín. En un primer momento se pensó que la flexibilidad que dicho elemento proporcionaba al patinete sería algo ventajoso a la hora de tomar una curva, pero a la postre, y tras haber realizados ensayos sobre el prototipo, demostró ser un elemento que introducía una gran inestabilidad en el patinete y por lo tanto debía ser reducida. A esta inestabilidad debida a la flexibilidad de los materiales con los que el eje trasero estaba realizado, se le unía la excesiva distancia entre ambos pies en comparación con la distancia entre ruedas, que favorecía esta inestabilidad. Dada la fecha en la que se terminó el prototipo (última tarea a realizar en el proyecto a excepción de la revalida), dicha inestabilidad sólo se pudo ver rebajada mediante el cambio de algunas piezas de goma de dicho eje por piezas de las mismas formas y dimensiones, pero realizadas en aluminio, favoreciendo la rigidez, pese a no contar con una distancia entre ruedas suficientes. Dado que un eje de una distancia tal entre ruedas sería muy voluminoso a la hora de plegarlo, se deja como futura mejora la idea de que las ruedas traseras pasen a ser locas, estando cada una unida a su plataforma para los pies, de tal forma que cuando el Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.6-FUTUROS DESARROLLOS: 68 patinete esté desplegado se obtenga una distancia entre ruedas suficiente, sin ocupar un volumen excesivo al estar plegado. Otro error detectado tras la construcción y prueba del prototipo fue la debilidad que las deslizaderas sobre las cuales se pliega la dirección poseen. En el prototipo han sido realizadas con chapa de 1,5 mm, pero debido a la torsión a la que dichos elementos se encuentran sometidos, el grosor de dichas chapas debería verse incrementado notablemente. Además la operación de apertura y cierre sobre este elemento no es lo suficientemente rápida ni cómoda. Se recomienda pues, el uso de una corredera con diferentes posiciones, estando el bulón central unido al chasis mediante un muelle, de tal forma que para el movimiento de dicho bulón haya que tirar de él para conseguir la extensión del muelle (como se observa en la figura 1). Queda pues para una futura mejora el rediseño de esta pieza y la reconstrucción de la misma usando una pletina de mayor grosor de tal forma que la torsión a la que la pieza se ve sometida, no llegue nunca a ocasionar la rotura, proporcionando al mismo tiempo una rigidez de la que ahora mismo carece. Imagen 1 El prototipo realizado para este proyecto ha sido realizado en hierro, y por lo tanto excede el peso marcado en los objetivos, que sólo podrían ser alcanzados en el caso de utilizar un material más ligero, como es el caso del aluminio. Por lo tanto, una de las mejoras que se podrían llevar a cabo, es la construcción de una segunda versión del patinete realizada en aluminio. Además, el prototipo construido no incluye rodamientos para la dirección, ni elementos que permitan el rápido plegado y desplegado, pese a haberse mejorado éste aspecto mediante el cambio de los prisioneros normales que debían ser apretados y aflojados con llaves, por prisioneros con cabeza de mariposa, posibilitando la operación manual. El uso de estos elementos de rápida apertura y cierre viene recogido en la primera parte de este proyecto, pero debido a la extensión del mismo, se deja dicha tarea (la de la inclusión de elementos de cierre y apertura rápidos) para futuras mejoras. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.6-FUTUROS DESARROLLOS: 69 Uno de los problemas que este patinete tiene y del cual ya se ha hablado previamente, es el gran diámetro que la rueda delantera posee, y que es determinante a la hora de conseguir un buen plegado, pese a haberse encontrado uno muy satisfactorio. El cambio de esta rueda por una de menor diámetro supondría una mejora sencilla para un futuro desarrollo. Otro posible elemento a mejorar en el futuro sería la inclusión de un carenado, de tal forma que la correa quede fuera del alcance de cualquier objeto, de tal forma que se mejore la seguridad en el uso del patinete. El freno ha sido caracterizado sólo de una forma conceptual y por lo tanto, podría ser introducido en el diseño de una versión siguiente del prototipo. El disco de freno ha sido dejado en la rueda delantera, por lo tanto, cabe la posibilidad del desarrollo de un freno de disco accionado manualmente. Finalmente, como desarrollo futuro, aunque es una parte del desarrollo del patinete motorizado que no incluye este proyecto, se debe realizar un sistema eléctrico adecuado, incluyendo baterías y variador de velocidad, de tal forma que se puedan sustituir las baterías de plomo utilizadas actualmente por unas más ligeras (Li-po), que permitan ajustar el peso del conjunto final a los 10kg, objetivo de este proyecto. Monopatín Motorizado 1.7. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 70 ANEXOS El siguiente apartado contará con todos los anexos de información adicional acerca del proyecto. Se subdividirá en los siguientes apartados: o 1.7.1 Anexo I: Estado del arte o 1.7.2 Anexo II: Desmontaje del patinete comercial o 1.7.3 Anexo III: Resolución de las ecuaciones de resistencia de materiales o 1.7.4 Anexo IV: Rendimiento de una bicicleta o 1.7.5 Anexo V: Propiedades físicas de las diferentes partes del patinete y cálculo del peso de la estructura o 1.7.6 Anexo VI: Análisis de las baterías Monopatín Motorizado 1.7.1. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS ANEXO I: ESTADO DEL ARTE 1.7.1.1 Glider: motor eléctrico: 380w9 Glider, motor eléctrico 380w, con suspensión completa Referencia: SG04 Datos técnicos Estructura Estructura de metal ligero (Aleación de alumino para aviones). Estribo de aleación de aluminio reforzado Frenos 2 frenos independientes, delantero: freno V-brake, trasero: freno de tambor Ruedas 12,5"-Llantas con radios con neumáticos de moto de goma endurecida Tracción HTD-Tracción trasera con correa Peso 25 kg, Peso total soportado: 130 kg Motor Motor eléctrico de 380w, 24 Voltios Baterías Dual 12V 10 Ah Baterías de gel de plomo (sin efecto memoria), aislado con un revestimiento de acero Dimensiones Largo: 1195, Ancho: 50, Altura: 1100 Regulación velocidad Mando de giro en el manillar Asiento incl. asiento con portamaletas Precio en CHF 1790.- Rendimiento 9 Velocidad máxima aprox. 20 km/h Alcance 15-20 km Tiempo de carga 3 h con cargador original de 2A, 1,5 h con cargador rápido de 5A Información extraída de www.swissroller.ch (10/04) 71 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 1.7.1.2 Comfort: motor eléctrico 400w10 Comfort, motor eléctrico 400w, con suspensión completa Referencia: SR-GT01 Datos técnicos Estructura Estructura de doble tubo de acero(aleación cromo molibdeno) Estribo de aleación de aluminio reforzado Frenos 2 frenos independientes, delantero: freno V-brake, trasero: freno de tambor Ruedas 12,5"-Llantas con radios con neumáticos de moto de goma endurecida Tracción Tracción trasera con cadena (protegida) Peso 22 kg, Peso total soportado: 130 kg Motor Motor eléctrico de 400w, 24 Voltios Baterías Dual 12V 10 Ah Baterías de gel de plomo (sin efecto memoria), aislado con un revestimiento de acero Dimensiones Largo: 1250, Ancho: 52, Alto: 1100 Regulación velocidad Palanca controlada con el pulgar en el manillar Acoplamiento libre incl. acoplamiento libre incluido, por lo que también puede ser accionado sin motor. El alcance puede por lo tanto ser aumentado considerablemente. Asiento Asiento con cesto opcional Precio en CHF 1390.- Rendimiento Velocidad máxima aprox. 20 km/h Alcance 15-20 km Tiempo de carga 3 h con cargador original de 2A, 1,5 h con cargador rápido de 5A 10 Información extraída de www.swissroller.ch (10/04) 72 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 1.7.1.3 Cross: motor eléctrico 500 w11 Cross, motor eléctrico 500w, con suspensión completa Referencia: SR-GT03 Datos técnicos Estructura Estructura de doble tubo de acero(aleación cromo molibdeno) Estribo de aleación de aluminio reforzado Frenos 2 frenos independientes, delantero: freno V-brake, trasero: freno de tambor Ruedas 12,5"-Llantas con radios con neumáticos de moto de goma endurecida Tracción Tracción trasera con cadena (protegida) Peso 28 kg, Peso total soportado: 135 kg Motor Motor eléctrico de 500w, 24 Voltios Baterías Dual 12V 10 Ah Baterías de gel de plomo (sin efecto memoria), aislado con un revestimiento de acero Dimensiones Largo: 1280, Ancho: 52, Alto: 1100 Regulación velocidad Palanca controlada con el pulgar en el manillar Acoplamiento libre incl. acoplamiento libre incluido, por lo que también puede ser accionado sin motor. El alcance puede por lo tanto ser aumentado considerablemente. Asiento Asiento con cesto opcional Precio en CHF 1790.- Rendimiento Velocidad máxima aprox. 20 km/h Alcance 12-15 km Tiempo de carga 3 h con cargador original de 2A, 1,5 h con cargador rápido de 5A 11 Información extraída de www.swissroller.ch (10/04) 73 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 1.7.1.4 Marathon: motor eléctrico 500 w12 Marathon, motor eléctrico 500w, con suspensión completa y gran alcance Referencia: SR-GT02 Datos técnicos Estructura Estructura de doble tubo de acero(aleación cromo molibdeno) Estribo de aleación de aluminio reforzado Frenos 2 frenos independientes, delantero: freno V-brake, trasero: freno de tambor Ruedas 12,5"-Llantas con radios con neumáticos de moto de goma endurecida Tracción Tracción trasera con cadena (protegida) Peso 32 kg, Peso total soportado: 135 kg Motor 500 Watt Hi-Tech Elektromotor, 24Volt Motor Motor eléctrico de 500w, 24 Voltios Baterías Dual 12V 18 Ah Baterías de gel de plomo (sin efecto memoria), aislado con un revestimiento de acero Dimensiones Largo: 1310, Ancho: 52, Alto: 1100 Regulación velocidad Palanca controlada con el pulgar en el manillar Acoplamiento libre incl. acoplamiento libre incluido, por lo que también puede ser accionado sin motor. El alcance puede por lo tanto ser aumentado considerablemente. Asiento Asiento con cesto opcional Precio en CHF 1790.- Rendimiento Velocidad máxima aprox. 20 km/h Alcance 30-35 km Tiempo de carga 5 h con cargador original de 2A, 3 h con cargador rápido de 5A 12 Información extraída de www.swissroller.ch (10/04) 74 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 75 1.7.1.5 Easy-Glider: motor eléctrico 360w13 Easy-Glider, el último descubrimiento suizo Referencia: SG013 Datos técnicos Estructura Estructura de reja (Aleación de cromo molibdeno) Estribo de aleación de aluminio reforzado Bremsen 2 unabhängige Bremsen, vorn: V-Felgenbremse, hinten: zwei Trommelbremsen Ruedas 20" Tracción Electrónica Peso 30 kg, Peso total soportado: 130 kg Motor Motor eléctrico de 360w, 24 Voltios Baterías Dual 12V 20 Ah Baterías de fieltro-plomo (sin efecto memoria), 100 % revestidas Medidas en mochila plegado (LxBxH) 80 x 60 x 40 Medidas en funcionamiento (LxBxH) 150 x 46 x 100 Regulación velocidad Mando de giro sin escalonar en el manillar Disponibilidad no disponible por el momento, a partir de marzo 2005 otra vez disponible Precio en CHF 1390.- Rendimiento Velocidad máxima aprox. 20 km/h Alcance 20 km 13 Información extraída de www.swissroller.ch (10/04) Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 76 1.7.1.6 Mongoose Pro Fusion14: motor eléctrico 600w Velocidad: 15 MPH Alcance: 15 Miles Suspensión delantera Frenos duales Incluye asiento y cesto Motor eléctrico 600w Transmisión directa por cadena Acelerador mediante mando de giro Especificaciones: • Motor: Motor exclusivo de corriente continuad e 24 V y controlador de modulación electrónica del ancho del puso (PWM) que incluye protección de baterías de bajo voltaje, protección contra sobrecalentamiento del motor, protección contra picos de intensidad, protección contra parada, limitación de velocidad, e inhibición del freno. • Acelerador: variación de velocidad mediante mando de giro. • Fuente de potencia: Dual 12-V, 18-Ah baterías de acido de plomo selladas en una caja de acero, en formato de pack de baterías . • Estructura: Estructura de New Hi-Ten con ensamblaje para el asiento easyon, easy-off, caja para baterías en acero, y consola con encencido incluído, indicador de potencia por luz, y canal para el cargado. • Cubierta monocasco de ABS con guardabarros moldeado • Horquilla: 12" Hi-Ten Unicrown • Indicadores: magnificados, cromados • Manillar: barra telescópica de altas prestaciones y vástago con agarres GT Krayton. • Freno: delantero Caliper and trasero de banda de 90 mm • Palancas de freno: aleación, tres dedos estilo MTB • Eje delantero: estilo Parallax, 24H enroscado, cromado • Eje trasero: 24H enroscado y aleado, para aceleración con mano derecha y freno con izquierda • Radios: F-14G inoxidables • Llantas: aleación 12 x 1.75 estilo 6N, ruedas con radios de 24H • Neumáticos y cámaras: neumático negro de calle Kenda K-909 12 x 2.125 con cámaras resistentes contra los pinchazos 14 Información extraída de www.electrikmotion.com/mongoosefusion.htm Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 77 1.7.1.7 Schwinn X-Ce15l: motor eléctrico 600w Velocidad: 15 MPH Alcance: 15 Miles Suspensión delantera Frenos duales Incluye asiento y cesto Motor eléctrico 600w Transmisión directa por cadena Acelerador mediante mando de giro Especificaciones: • Motor: Motor exclusivo de corriente continuad e 24 V y controlador de modulación electrónica del ancho del puso (PWM) que incluye protección de baterías de bajo voltaje, protección contra sobrecalentamiento del motor, protección contra picos de intensidad, protección contra parada, limitación de velocidad, e inhibición del freno. • Acelerador: variación de velocidad mediante mando de giro. • Fuente de potencia: Dual 12-V, 18-Ah baterías de acido de plomo selladas en una caja de acero, en formato de pack de baterías . • Estructura: Estructura de New Hi-Ten con ensamblaje para el asiento easyon, easy-off, caja para baterías en acero, y consola con encencido incluído, indicador de potencia por luz, y canal para el cargado. • Cubierta monocasco de ABS con guardabarros moldeado • Horquilla: 12" Hi-Ten Unicrown • Indicadores: magnificados, cromados • Manillar: barra telescópica de altas prestaciones y vástago con agarres GT Krayton. • Freno: delantero Caliper and trasero de banda de 90 mm • Palancas de freno: aleación, tres dedos estilo MTB • Eje delantero: estilo Parallax, 24H enroscado, cromado • Eje trasero: 24H enroscado y aleado, para aceleración con mano derecha y freno con izquierda • Radios: F-14G inoxidables • Llantas: aleación 12 x 1.75 estilo 6N, ruedas con radios de 24H • Neumáticos y cámaras: neumático negro de calle Kenda K-909 12 x 2.125 con cámaras resistentes contra los pinchazos 15 Información extraída de www.scooterbiker.com/SchwinnXCelElectricScooter Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 1.7.1.8 Go Motorboard 1500X16: motor eléctrico 750w Especificaciones: Dimensiones plegado: 31"x9.5"x7" Velocidad máxima: 15 mph Alcance: 5-10 miles Peso neto: 22 lbs con baterías Motor: motores gemelos que generan 750 w Eso máximo admisible: 260 lbs Indicador del nivel de batería: Si Variador de velocidad: Si Frenos: frenada regenerativa (recarga las baterías durante el frenado) además de freno de mano trasero Cargador rápido incluido. 16 Información extraída de www.outletzones.com 78 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 79 1.7.1.9 Amplifier A717: motor eléctrico 350w Especificaciones – motor sin escobillas de 350w, sistema de 24V 8Ah con controlador electrónico, acelerador variable con el pulgar, medidor de carga iluminado, encendido con llave, freno trasero de disco, suspensión delantera, gomas neumáticas, velocidad máxima 14mph, alcance 6 millas, tiempo de recarga 3-4 horas, peso 34lbs, 300lbs de peso máximo admisible, palanca de freno ajustable, manillar plegable regulable en altura en forma de T! Capacidad excelente para superar desniveles, incluye cargador de alta potencia. Calidad garantizada. Color negro con anodizados azules y detalles en amarillo. 17 Información extraída de http://www.electric-scooter-world.com Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 80 1.7.1.10 2003 Tiger Electric Scooter18: motor eléctrico 400w Sistema eléctrico del Tiger: • Tipo de motor: PowerCat, motor eléctrico sin escobillas de 24V, 400W contínua/800W pico, controlador electrónico de modulación del ancho del (PWM) • El mando para la variación de velocidad tiene integrados LEDs para mostrar el nivel de la batería. • Pack de baterías/dos baterías de acido de plomo de 12V, descarga de 10Ah (recargable hasta 300-350 veces con uso adecuado) • Componentes de cableado de alta calidad • Monitor central muestra el nivel de la batería. • Cargador de 2 amp que evita la sobrecarga • Tiempo de recarga de 3 a 7 horas Sistema de tracción: 18 • Sistema de tracción: tracción trasera mediante cadena • Sistema de liberación de rueda que permite el funcionamiento autopropulsado. • Velocidad 15 MPH—usar siempre un casco! Información extraída de www.sd-electric-scooters.com/Tiger-Electric-Scooters.html Monopatín Motorizado • 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 81 Llantas / neumáticos llantas de radios de aleación, tamaño del neumático de goma 12" x 2.125" Neumáticos negros que proveen gran adherencia sobre todo tipo de superficies Características de la la estructura y el carenado: • Construcciónd e la estructura: acero tubular • Con carenado y carcasa de una sola pieza • Asiento extraíble • Pintura: Negro/Naranja • Material de la carcasa: aluminio Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 82 1.7.1.11 CMP-CG119: motor eléctrico 250 w Motor: Eléctrico de 250 Wat. Baterías: De 24 V. / 24Ah. Tracción: Por cadena. Freno: Trasero de tambor accionado por maneta. Ruedas: De goma, 12 1/2 x 2,50.. Velocidad: Aproximadamente 20 Km/h. Autonomía: Aproximadamente 20 - 25 Km. Tiempo de recarga: Aproximadamente 4 horas. Peso: 20 Kg. Carga máxima: 80 Kg. Asiento: 19 Información extraída de http://sermotor.es/catalogo Ajustable en altura. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 1.7.1.12 Schwinn F-1820: 16.5 mph – Velocidad media 8-10 millas – Alcance medio Control de velocidad mediante pulgar Tubos y neumáticos standar! Cargador standar de 2 amperios 3-4 horas – Tiempo de carga Cargadores rápidos opcionales 250 lbs – Peso máximo del conductor Mono-shock suspensión trasera Suspensión delantera mono-horquilla de elastómeros Freno delantero: V-Brake Freno trasero: freno de banda Corta para seguridad en el frenado Ruedas de clavos spoke 1 Asiento y cesto incluido 20 Información extraída de http://store.nycewheels.com 83 Monopatín Motorizado 1.7.2. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 84 ANEXO II: DESMONTAJE DEL PATINETE COMERCIAL El desmontaje del patinete comercial constituyó una tarea relativamente importante en la elaboración total del patinete, ya que a partir de este patinete se obtendrían piezas tan importantes para el prototipo final como el motor, el variador de velocidad, los controles de velocidad e iluminación, las baterías, la rueda delantera con su correspondiente corona y freno y la correa aunque al final hubiese que desecharla por longitud insuficiente. El proceso de montaje se intentó llevar a cabo sin romper nada, de tal forma que, en el caso de no ser capaz de construir el prototipo, pudiese volver a ser montado de nuevo con los mínimos inconvenientes y pérdidas posibles. Este proceso también reveló los puntos débiles del patinete comercial que podrían ser mejorados en el prototipo a realizar. Uno de los puntos mas débiles de este patinete era el peso, por lo que se procedió al pesado de las piezas que posteriormente se incluirían en el prototipo, para comprobar de una manera aproximada que no excedía el limite de 10000 gr marcados en la motivación. Los pesos de estas piezas fueron: correa: 25 gr; baterías: 7735 gr; rueda: 1080 gr; motor: 2025 gr; El pesado de estas piezas se realizó con una báscula situada en el laboratorio de fluidos y calor con un peso máximo admisible de 60 kg y una precisión de 5 gr. Otro de los puntos débiles era la poca plegabilidad que el diseño del patinete comercial ofrecía. Esta falta de plegabilidad se debía al chasis rígido construido en acero, a la presencia del sillín y al manillar de una única pieza. El gran diámetro de las ruedas constituía también un problema, el cual se trasladó en parte al prototipo, ya que la rueda delantera de éste, procedía del patinete comercial. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 85 Por lo demás, el patinete comercial cumplía con los requisitos marcados en los objetivos, es decir, poseía una autonomía de mas de 5 km, una velocidad máxima superior a 20 km/h y soportar un peso de 100 kg. Por ello, fue por lo que se decidió conservar el motor, las baterías y el sistema eléctrico, ya que si este era capaz de ofrecer estas características en el chasis de este patinete de 23 kg, cumpliría de forma más satisfactoria sus funciones en un chasis mucho más ligero. A continuación pueden observarse diferentes parámetros técnicos del patinete comercial: 1.- Tamaño del producto.................................................................1120x360x950 mm 2.- Tamaño del producto embalado.................................................1170x325x430 mm 3.- Potencia del motor eléctrico............................................................................250w 4.- Velocidad máxima......................................................................................20 km/h 5.- Peso máximo...................................................................................................80 kg 6.- Frecuencia de carga..................................................................................300 veces 7.- Tiempo de carga...........................................................................................7-8 hrs 8.- Autonomía en tiempo.............................................................................90-120 min 9.- Autonomía de recorrido.............................................................................20-25 km 10.- Diámetro de la rueda..................................................................................200 mm 11.- Tipo de rueda.........................................................................................Neumática 12.- Material de la estructura metálica............................................................Aluminio 13.- Material de la carcasa.............................................................Acero lacado en rojo 14.- Voltaje del cargador.............................................................................110V-220V 15.- Tipo de batería......................................................................................12AH-24V 16.- Transmisión.................................................................................................Correa 17.- Peso neto.......................................................................................................23 Kg 18.- Peso bruto.....................................................................................................25 Kg Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 86 Foto 1 El proceso de desmontaje empezó con las piezas que, de por sí estaban pensadas para ser desmontadas en el patinete, es decir manillar y sillín. En la foto 1 se observa como era el sistema de anclaje del sillín al carenado y al chasis, mientras que en la 2 se puede ver como el manillar y los medidores de batería y luces estaban unidos: Foto 2 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 87 Posteriormente se procedió al desmontaje del carenado para lo cual se requirió quitar un par de tornillos y cortar los cables de las luces traseras, el del encendido y el del fusible de la batería. Para dejar todo documentado, se procedió a tomar fotos de todos los elementos cortados. En la foto numero 3 aparecen todos los cables que se cortaron para poder desmontar el carenado: Foto 3 Una vez desmontado el carenado se continuó con el proceso de toma de fotos de todas las uniones entre los cables, ya que para poder seguir desmontando el patinete y en vistas a poder adaptar todo el sistema eléctrico al prototipo, se debía poder reconectar a posteriori todos los cables de la misma forma que estaban dentro del carenado. Para todo esto, se tomaron las siguientes fotos: Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS Foto 4 Foto 5 88 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS Foto 6 Foto 7 89 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 90 Foto 8 Tras haber desmontado todo el sistema eléctrico y el cableado del patinete comercial, se procedió finalmente a la extracción del motor y de la rueda trasera motriz, que sería, a la postre, la rueda motriz delantera del prototipo. En esta rueda se observaron unas piezas que se utilizarían posteriormente en el prototipo. Estas piezas eran unos tornillos con arandelas soldadas al final que servían como tensores para la correa, de tal forma que se aseguraba una tensión suficiente para la correcta transmisión de la potencia. Para extraer la rueda por completo, se necesitó desmontar el freno, no pudiendo extraer el disco de freno del eje de la rueda y provocando que la horquilla del prototipo quedase modificada respecto a lo que en los planos figuraba. Finalmente no se pudo incluir freno en el prototipo, ya que no resultaba sencillo y suponía una complejidad en el montaje no accesible a los medios de producción. Como conclusión se podría decir que el proceso de desmontaje supuso no sólo una labor para el aprovechamiento de las piezas del patinete comercial, sino también toda una labor de reingeniería, ya que a partir de esta fase del proyecto, se fue capaz de incluir en éste muchas mejoras que de otra forma hubiesen pasado inadvertidas, como fue el caso de los tensores de la correa de transmisión. En cuanto al comportamiento dinámico de este patinete Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 91 se observó que en parado o a bajas velocidades, la estabilidad era insuficiente para personas a partir de una cierta edad; siendo, sin embargo, muy estable a velocidades medias altas, y más estable a mayor velocidad. Es por ello que se decidió poner una tercera rueda en el prototipo, ya que se conseguía de esta forma, estabilidad tanto dinámica como estáticamente. Monopatín Motorizado 1.7.3. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 92 ANEXO III: RESOLUCIÓN DE LAS ECUACIONES DE RESISTENCIA DE MATERIALES Dada la complejidad de las ecuaciones a resolver y no siendo posible una resolución que no fuese por métodos numéricos, se procedió a la resolución de las mismas mediante Microsoft Excel dando valores arbitrarios a los diámetros y viendo para que valor el error era más cercano a cero. Ampliando el número de decimales se lograban resoluciones más exactas, afinando el resultado. La ecuación a resolver en el caso del cálculo del diámetro interior para los tubos sobre los cuales se apoyaban los pies era: σ max = 16 = c.s. 15200 π⋅ (15) ⋅ 1− d ii 4 64 4 ⋅ 7,5 15 Y la tabla resolutiva adoptada21: 1-m4 Iz (mm4) sigma(kg/mm2) error hierro error aluminio dii (mm) m 14 0,93333333 0,24116543 599,307885 190,219423 176,219423 179,5527563 13 0,86666667 0,4358321 1083,06406 105,256931 91,25693145 94,59026479 12 0,8 0,5904 1467,17285 77,7004562 63,70045621 67,03378954 11 0,73333333 0,71079506 1766,36046 64,539488 50,53948798 53,87282132 10 0,66666667 0,80246914 1994,17502 57,1664969 43,16649688 46,49983021 9 0,6 0,8704 2162,98654 52,704905 38,70490504 42,03823837 8 0,53333333 0,91909136 2283,98694 49,9127197 35,91271971 39,24605305 7 0,46666667 0,95257284 2367,19006 48,1583638 34,15836379 37,49169713 6 0,4 0,9744 2421,43162 47,0795868 33,07958677 36,4129201 5 0,33333333 0,98765432 2454,36925 46,4477787 32,44777871 35,78111204 4 0,26666667 0,99494321 2472,4825 46,1075053 32,10750532 35,44083866 3 0,2 0,9984 2481,07279 45,9478659 31,94786593 35,28119926 2 0,13333333 0,99968395 2484,26347 45,8888525 31,88885249 35,22218582 1 0,06666667 0,99998025 2484,99978 45,8752555 31,87525552 35,20858886 0 0 1 2485,04887 45,8743493 31,87434934 35,20768268 21 La dureza de hierro (21 Kg/mm2) y aluminio (16Kg/mm2) fueron sacadas del ASM Handbook [ASMH90] Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 93 Como se observa, los valores del error son muy grandes, y por lo tanto, bajo las hipótesis utilizadas, la estructura rompería. Por lo tanto, cambiando las hipótesis, las ecuación queda: σ max = 16 = c.s. 7600 π⋅ (20) ⋅ 1− d ii 4 64 4 ⋅ 7,5 20 Y las tablas resolutivas: dii (mm) m 10,4 10,6 10,8 11 11,2 11,4 11,6 11,8 14,2 14,4 14,6 14,8 15 15,2 15,4 15,6 1-m4 Iz (mm4) sigma(kg/mm2) error hierro error aluminio 0,52 0,92688384 7279,72714 10,43995173 -3,560048265 -0,226714932 0,53 0,92109519 7234,2632 10,50556192 -3,49443808 -0,161104746 0,54 0,91496944 7186,15168 10,575897 -3,424103003 -0,090769669 0,55 0,90849375 7135,29174 10,65128137 -3,348718631 -0,015385298 0,56 0,90165504 7081,58065 10,73206728 -3,267932719 0,065400614 0,57 0,89443999 7024,91379 10,8186381 -3,181361901 0,151971432 0,58 0,88683504 6965,18467 10,91141206 -3,088587937 0,244745396 0,59 0,87882639 6902,28489 11,01084658 -2,989153417 0,344179916 0,71 0,74588319 5858,15166 12,9733753 -1,026624701 2,306708632 0,72 0,73126144 5743,31272 13,23278109 -0,767218913 2,566114421 0,73 0,71601759 5623,58783 13,51450396 -0,485496043 2,84783729 0,74 0,70013424 5498,84032 13,82109601 -0,178903987 3,154429347 0,75 0,68359375 5368,93164 14,15551642 0,155516421 3,488849754 0,76 0,66637824 5233,72137 14,52121629 0,521216289 3,854549622 0,77 0,64846959 5093,06719 14,9222457 0,922245703 4,255579037 0,78 0,62984944 4946,8249 15,36338994 1,363389945 4,696723278 Siendo los números en azul la solución para el hierro (al ser sólo como dato orientativo, no se afinará más el resultado) y los números en rojo para el aluminio. Continuando hasta el segundo y el tercer decimal: m dii (mm) 14,89 14,9 14,91 14,92 14,908 14,909 14,91 14,911 1-m4 Iz (mm4) sigma(kg/mm2) error hierro 0,7445 0,6927734 5441,02846 13,96794751 -0,032052485 0,745 0,69194725 5434,53986 13,98462464 -0,01537536 0,7455 0,69111943 5428,03817 14,00137537 0,001375369 0,746 0,69028994 5421,5234 14,01820013 0,018200133 0,7454 0,69128513 5429,33956 13,99801931 -0,001980686 0,74545 0,69120229 5428,68893 13,99969697 -0,000303028 0,7455 0,69111943 5428,03817 14,00137537 0,001375369 0,74555 0,69103656 5427,38729 14,00305451 0,003054507 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 94 Siendo la solución por lo tanto: dii = [14,909; 14,91] mm; Respecto de las ecuaciones calculadas en un principio para los diámetros exteriores para estos tubos, de forma análoga como se ha realizado anteriormente, deberemos cambiar las hipótesis con las que se comenzaron, quedando la siguiente ecuación a resolver: σ max = 16 = c.s. 4000 π⋅ 4 20 (d ee) ⋅ 1− 64 d ee 4 ⋅ d ee 2 Y las tablas resolutivas son: dee4(mm4) m Iz(mm4) sigma(Kg/mm2) error aluminio error hierro 21 194481 0,95238095 1692,53221 24,81488962 14,14822296 10,8148896 21,2 201996,314 0,94339623 2061,42842 20,56826203 9,901595367 6,56826203 21,4 209727,362 0,93457944 2440,91416 17,53441421 6,867747546 3,53441421 21,6 217678,234 0,92592593 2831,19017 15,25860059 4,591933926 1,25860059 21,8 225853,058 0,91743119 3232,45907 13,48818316 2,821516497 -0,51181684 22 234256 0,90909091 3644,92538 12,07157773 1,404911068 -1,92842227 22,2 242891,266 0,9009009 4068,79548 10,91232041 0,245653746 -3,08767959 22,4 251763,098 0,89285714 4504,27767 9,94610085 -0,720565816 -4,05389915 22,6 260875,778 0,88495575 4951,58211 9,128395522 -1,538271145 -4,87160448 22,8 270233,626 0,87719298 5410,92086 8,42740103 -2,239265637 -5,57259897 dee(mm) Afinando hasta el segundo y tercer decimal: Iz(mm4) sigma(Kg/mm2) error Al error Fe dee(mm) dee4(mm4) m 22,23 244206,855 0,89968511 4133,37243 10,75634988 0,089683213 -3,24365012 22,24 244646,57 0,89928058 4154,95626 10,70528719 0,038620528 -3,29471281 22,25 245086,879 0,8988764 4176,56922 10,65467796 -0,011988711 -3,34532204 22,26 245527,782 0,8984726 4198,21134 10,60451615 -0,062150519 -3,39548385 22,246 244910,684 0,89903803 4167,92054 10,67486763 0,008200958 -3,32513237 22,247 244954,724 0,89899762 4170,08227 10,66981348 0,003146809 -3,33018652 22,248 244998,77 0,89895721 4172,2443 10,66476382 -0,001902849 -3,33523618 22,249 245042,821 0,89891681 4174,40661 10,65971865 -0,00694802 -3,34028135 Siendo la solución por lo tanto: dee = [22,247; 22,248] mm; Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 95 Se procederá ahora al cálculo de los diámetros óptimos de los tubos que sirven para plegar el chasis delantero sobre el trasero. Estos cálculos son ostensiblemente más difíciles ya que se debe incluir en el cálculo el momento torsor. Las suposiciones hechas son el el caso más desfavorable, cuando el momento torsor es máximo. Las ecuaciones a resolver en el caso del diámetro interior serán el siguiente sistema: σ max =σ adm c.s. =σ 2 Mz ⋅ y I τ = M ⋅z ; I σ x = x max max + σ 2 2 x +τ ; 4 ; z T max o π ⋅ 15 4 3 1 = ⋅ 5 ⋅ + 2 ⋅ I y 12 55 64 4 3 π ⋅ 15 1 = ⋅ 55 ⋅ + 2 ⋅ I z 12 5 64 4 2 2 2 d ii 55 + 15 ⋅ π ⋅ ⋅ 1− + − d ii 15 2 15 4 ( ) ( ) 4 d ii ⋅ 1− 15 Cuyas tablas resolutivas son: 4 4 4 m 1-m Iz(mm ) Iytotal (mm ) Iztotal σ ζ raiz σadm e Fe e Al dii 11,400 0,760 0,666 1655,982 255507,880 3884,882 8,973 2,490 26,332 9,618 -4,382 -1,049 11,600 0,773 0,642 1596,253 246537,245 3765,423 9,258 2,581 28,088 9,929 -4,071 -0,738 11,800 0,787 0,617 1533,354 237406,336 3639,624 9,578 2,680 30,116 10,277 -3,723 -0,390 12,000 0,800 0,590 1467,173 228114,931 3507,262 9,939 2,789 32,476 10,669 -3,331 0,002 12,200 0,813 0,562 1397,599 218662,807 3368,115 10,350 2,910 35,246 11,112 -2,888 0,445 12,400 0,827 0,533 1324,518 209049,735 3221,953 10,820 3,043 38,527 11,617 -2,383 0,950 12,600 0,840 0,502 1247,814 199275,483 3068,545 11,360 3,193 42,457 12,196 -1,804 1,529 12,800 0,853 0,470 1167,369 189339,816 2907,655 11,989 3,360 47,226 12,867 -1,133 2,200 13,000 0,867 0,436 1083,064 179242,495 2739,045 12,727 3,550 53,096 13,650 -0,350 2,984 13,200 0,880 0,400 994,777 168983,276 2562,470 13,604 3,766 60,449 14,577 0,577 3,910 13,400 0,893 0,363 902,384 158561,912 2377,684 14,661 4,014 69,850 15,688 1,688 5,022 13,600 0,907 0,324 805,760 147978,152 2184,436 15,958 4,302 82,175 17,044 3,044 6,378 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 96 Al igual que anteriormente, los resultados en azul son los diámetros óptimos para la construcción en hierro, y por ser de valor sólo indicativo, no se continua con la afinación del intervalo. Afinando hasta segundo y tercer decimal: dii m 1-m4 Iz(mm4) Iytotal (mm4) Iztotal σ 11,980 0,799 0,593 1473,942 229051,300 3520,800 11,990 0,799 0,592 1470,562 228583,317 3514,040 12,000 0,800 0,590 1467,173 228114,931 3507,262 12,010 0,801 0,589 1463,776 227646,144 3500,468 11,998 0,800 0,591 1467,851 228208,640 3508,619 11,999 0,800 0,591 1467,512 228161,788 3507,941 12,000 0,800 0,590 1467,173 228114,931 3507,262 12,001 0,800 0,590 1466,834 228068,070 3506,584 ζ raiz σadm e Al 9,901 2,778 32,223 10,627 -0,0395 9,920 2,783 32,349 10,648 -0,0189 9,939 2,789 32,476 10,669 0,0018 9,959 2,795 32,604 10,689 0,0227 9,936 2,788 32,451 10,664 -0,0023 9,937 2,788 32,464 10,666 -0,0002 9,939 2,789 32,476 10,669 0,0018 9,941 2,790 32,489 10,671 0,0039 Por lo tanto, la resolución de la ecuación es dii = [11,999; 12]; Las ecuaciones para calcular el diámetro exterior óptimo son: σ max =σ adm c.s. =σ 2 Mz ⋅ y I τ = M ⋅z ; I σ x = x max max σ + 2 2 x +τ ; 4 ; z T max o Z Y G G = 0; = d π 2 ⋅ 3 + ee ⋅ ⋅ 2 2 4 2⋅ π 4 ⋅ (d 2 ee (d 2 2 ee 2 −15 ) ) ; −15 + 80 ⋅ 3 4 π ⋅ d ee 3 1 ⋅3⋅ = + 2 ⋅ I y 12 80 64 15 4 + 80 − d ee ⋅ 1 − 2 d ee 2 4 π ⋅ d ee 3 2 1 I z = 12 ⋅ 80 ⋅ 3 + 80 ⋅ 3 ⋅Y G + 2 ⋅ 64 2 π ⋅ ⋅ 4 (d 2 − ee 15 2 ) 2 15 4 π + 3 + d ee − ⋅ 1 − ⋅ ⋅ 2 Y G 4 d ee 2 (d 2 − ee 15 2 ) Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 97 Y las tablas resolutivas para dichas ecuaciones son: dee YG dee4 m Iy Iy total Iz total σ ζ raiz σadm e Al e Fe 15,55 0,919 58468 0,965 385,003 156177,34 2995,499 7,535 3,820 28,786 9,133 -1,534 -4,867 15,50 0,839 57720 0,968 348,268 153610,12 2740,096 8,291 3,889 32,309 9,830 -0,837 -4,170 15,45 0,759 56978 0,971 311,886 151043,96 2484,668 9,204 3,960 36,861 10,673 0,007 -3,327 15,40 0,678 56244 0,974 275,856 148478,88 2229,188 10,327 4,034 42,935 11,716 1,049 -2,284 15,39 0,662 56098 0,975 268,692 147966,00 2178,083 10,583 4,049 44,397 11,955 1,288 -2,045 15,35 0,596 55517 0,977 240,176 145914,90 1973,628 11,742 4,111 51,368 13,038 2,371 -0,962 15,34 0,580 55373 0,978 233,081 145402,24 1922,504 12,070 4,127 53,452 13,346 2,679 -0,654 15,33 0,563 55229 0,978 226,001 144889,62 1871,375 12,416 4,143 55,703 13,672 3,005 -0,328 15,32 0,547 55085 0,979 218,934 144377,05 1820,242 12,782 4,159 58,141 14,016 3,349 0,016 15,31 0,530 54941 0,980 211,881 143864,53 1769,104 13,169 4,175 60,786 14,381 3,715 0,381 Aproximando al segundo y tercer decimal: dee YG dee4 m Iy Iy total Iz total σ ζ raiz σadm e Al 15,470 0,791 57274,493 0,970 326,397 152070,303 2586,844 8,817 3,931 34,891 10,315 -0,351 15,460 0,775 57126,545 0,970 319,134 151557,114 2535,757 9,007 3,946 35,848 10,491 -0,176 15,450 0,759 56978,884 0,971 311,886 151043,967 2484,668 9,204 3,960 36,861 10,673 0,007 15,440 0,743 56831,509 0,972 304,652 150530,864 2433,577 9,409 3,975 37,934 10,864 0,197 15,452 0,762 57008,393 0,971 313,335 151146,593 2494,886 9,164 3,957 36,654 10,636 -0,031 15,451 0,761 56993,637 0,971 312,611 151095,280 2489,777 9,184 3,959 36,757 10,655 -0,012 15,450 0,759 56978,884 0,971 311,886 151043,967 2484,668 9,204 3,960 36,861 10,673 0,007 15,449 0,758 56964,133 0,971 311,162 150992,655 2479,559 9,224 3,962 36,965 10,692 0,025 Siendo la solución por lo tanto: dee = [15,45; 15,451]mm; Monopatín Motorizado 1.7.4. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 98 ANEXO IV: EL RENDIMIENTO DE UNA BICICLETA22: El rendimiento de una bicicleta se ve afectado por dos clases de resistencia la aerodinámica: resistencia de presión (o forma) y la resistencia de fricción. La de presión se produce cuando el flujo de aire no logra adaptarse al contorno del objeto que se mueve. Esta separación del aire hace que la distribución de presión varíe sobre el objeto, esta se produce hacia la parte de atrás de la bicicleta, haciendo que la presión del aire allí sea menor que en la superficie delantera, produciendo resistencia. La resistencia de fricción se debe a la viscosidad del aire. Las formas romas, tales como cilindros, esferas, y otras formas habituales en una bicicleta, resultan ineficaces desde el punto de vista aerodinámico, por la razón de que el flujo de aire se separa de ellas, formándose zonas de baja presión detrás de estos objetos, produciendo una resistencia de presión centenares de veces mayor que la de fricción. Ocurriendo todo lo contrario en las formas aerodinámicas, donde el aire fluye suavemente, cerrándose detrás del objeto. La resistencia de presión se reduce bastante pero la resistencia de fricción cobra mayor importancia. Para una eficiencia máxima, los vehículos deberán diseñarse minimizando la transferencia de energía que se le da al aire debido a estas dos clases de resistencia. Con las actuales tecnologías, la resistencia aerodinámica absorbe del 40 al 50 por ciento de la energía del combustible consumido por el automóvil o un camión a 88 kilómetros por hora. Puesto que la bicicleta tiene menor potencia, peso y resistencia a la rodadura y una pobre aerodinámica, la resistencia absorberá, un porcentaje mayor de la energía consumida a velocidades superiores a 16 kilómetros por hora. El coeficiente de resistencia designa el rendimiento aerodinámico de un perfil. Un perfil ineficiente, una esfera tendrá un coeficiente de, 1,3, mientras que una forma aerodinámica, la de una gota, tendrá uno menor de 0,1. En los vehículos terrestres, la resistencia aerodinámica es, casi, directamente proporcional al producto del área frontal por 22 Extraído de www.nodari.com.ar/tips-ptofesionales.php Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 99 el coeficiente de resistencia. Por convenio se le llamara área frontal efectiva a este producto. Para saber cuál de los vehículos tiene menor resistencia aerodinámica, no basta comparar sus coeficientes, también hay que tener en cuento el tamaño de la maquina. Esto se consigue con el concepto de área frontal efectiva. Una bicicleta corriente , con su ciclista tendrá un área frontal eficaz entre 0,3 y 0,6 metros cuadrados, mientras que fuselados puede no llegar a 0,045 metros cuadrados. La fuerza de resistencia aerodinámica aumenta con el cuadrado de la velocidad. Y como la potencia es proporcional al producto de la fuerza de resistencia por la velocidad; así, la potencia necesaria para conducir un objeto a través del aire aumenta con el cubo de la velocidad. Por lo tanto, un pequeño incremento de velocidad requiere un gran aumento de resistencia, es decir, cuando un ciclista dobla repentinamente su potencia cuando va a 32 kilómetros por hora solo aumentara su velocidad hasta unos 42 kilómetros por hora. En cambio, la reducción de la resistencia aerodinámica tiene un gran efecto en el aumento de su velocidad. Si a 32 kilómetros por hora , la resistencia del aire se reduce a la mitad , un ciclista que no varíe su potencia aumentara su velocidad a 39kilómetros por hora. La razón es que la resistencia de rodadura permanece constante. En conclusión, las velocidades altas exigen un rendimiento aerodinámico extremadamente alto. Monopatín Motorizado 1.7.5. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 100 ANEXO V: PROPIEDADES FÍSICAS Y CÁLCULO DEL PESO A continuación se muestran los documentos relativos a las propiedades físicas de cada de una de las piezas que constituyen la estructura del patinete obtenidos mediante el software Solid Edge: Zona trasera: Apoyo pies: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 112260,185789 mm^3 Masa = 0,303103 kg Área superficial = 77623,168087 mm^2 Barra telescópica corta exterior: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 10131,636308 mm^3 Masa = 0,027355 kg Área superficial = 13711,481137 mm^2 Barra telescópica corta interior: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 28839,820560 mm^3 Masa = 0,077868 kg Área superficial = 19546,989491 mm^2 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS Chasis trasero: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 95515,695846 mm^3 Masa = 0,257892 kg Área superficial = 55761,103535 mm^2 Barra telescópica larga exterior: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 5886,476957 mm^3 Masa = 0,015893 kg Área superficial = 23874,664262 mm^2 Zona delantera: Barra telescópica larga interior: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 17176,657834 mm^3 Masa = 0,046377 kg Área superficial = 23029,444947 mm^2 Articulación: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 95035,301360 mm^3 Masa = 0,256595 kg Área superficial = 49099,620010 mm^2 101 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS Soporte eje delantero: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 33230,036035 mm^3 Masa = 0,089721 kg Área superficial = 24919,380831 mm^2 Horquilla delantera y motor: Horquilla delantera: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 262352,850861 mm^3 Masa = 0,708353 kg Área superficial = 76690,310260 mm^2 Soporte motor: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 83244,317353 mm^3 Masa = 0,224760 kg Área superficial = 56856,073290 mm^2 Manillar: Barra telescópica interior: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 23392,116209 mm^3 Mass= 0,063159 kg Área superficial = 31338,892422 mm^2 102 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 103 Barra telescópica exterior: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 22148,228208 mm^3 Masa = 0,059800 kg Área superficial = 29752,453226 mm^2 Manguito: Densidad = 2700 kg/m^3 Volumen = 60923,208805 mm^3 Masa = 0,164493 kg Área superficial = 11562,784578 mm^2 Juntando todos estos datos en una tabla y sumándoles a todos ellos los pesos de las piezas extraídas del patinete comercial y el eje del monopatín obtenemos: Grupo Zona trasera Elemento Barra telescópica corta interior Barra telescópica corta exterior Chasis trasero Barra telescópica larga exterior Apoyo pies Subtotal Peso (kg) 0,078 0,027 0,258 0,016 0,303 1,161 Zona delantera Articulación Soporte eje delantero Barra telescópica larga interior Subtotal 0,257 0,090 0,046 0,439 Horquilla delantera y motor Horquilla delantera Soporte motor Subtotal 0,708 0,225 0,933 Manillar 0,060 0,063 0,164 0,452 Total estructura aluminio Barra telescópica exterior Barra telescópica interior Manguito Subtotal 2,985 Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 104 Estructura aluminio Motor Rueda Eje trasero 2,985 2,025 1,080 0,695 Total patinete (sin baterías) 6,785 Quedando, por lo tanto, 3215 gr para baterías y sistema electrónico de control de motor, luces, nivel de batería, ..... Monopatín Motorizado 1.7.6. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 105 ANEXO VI: ANÁLISIS DE LAS BATERÍAS Previamente se realizará una breve comparación entre los diferentes tipos de baterías, comentando las ventajas y los inconvenientes de cada uno23 y resumiendolos al final en un cuadro: Plomo (Pb): Son las de tecnología más antigua, muy contaminantes y muy pesadas. Se usan como fuentes de alimentación para los cargadores. Son las típicas de los coches y, en formato pequeño, para cajas de vuelo o para casa, suelen ser de "gel", que no necesitan mantenimiento (agua destilada). El voltaje típico es de 12V, formados por 6 vasos o elementos de 2V cada uno. La ventaja que tienen es su gran capacidad. Niquel-Cadmio (NiCd): Hasta hace pocos años eran las únicas recargables. Son bastante contaminantes. De hecho, en Europa quedará prohibida su venta dentro de poco. Un elemento tiene como nominal 1,2V. Tienen efecto memoria y en teoría se pueden cargar hasta 1000 veces. La ventaja principal es que admiten, según tipos, ratios de carga muy altos. Tienen una resistencia interna relativamente baja, lo que permite descargas a altas intensidades (para motores). Las hay en múltiples formatos. Prácticamente han quedado relegadas por las NiMh, conforme esta tecnología ha ido superando sus defectos iniciales. Metal-Hidruro (NiMh): Más recientes que las anteriores, han venido a sustituirlas. Como ventajas: admiten mayor capacidad para el mismo volumen y peso (alrededor de un 50% más) y son menos contaminantes. Como desventajas son más sensibles a sobrecargas o descargas excesivas. En teoría no admiten cargas ni descargas tan rápidas como las anteriores (cada vez hay menos 23 Información extraída de www.miliamperios .com (05/05) Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 106 diferencia). El elemento típico es de 1,2V, como las NiCd y tienen la misma flexibilidad de formatos. Polímero de Litio (LiPo): Tecnología muy novedosa y en fuerte evolución. Su ventaja principal es un mayor ratio de capacidad para un mismo volumen y peso, lo que las hace ideales para aeromodelismo. Las hay en múltiples formatos y capacidades. por ser muy novedosas tienen numerosos inconvenientes: el elemento es de 3,7V (los primeros 3,6V), lo que limita un poco la flexibilidad de voltajes que se pueden obtener; en carga no se puede superar 1C; la descarga máxima también está muy limitada, aunque actualmente este problema cada vez es menor (ya hay elementos capaces de descargar a 15C constantes); la cantidad de ciclos carga-descarga que pueden realizar es la mitad o menos que las NiMh; y, sobre todo, son supersensibles a sobrecargas y sobredescargas, llegando a arder e incluso explotar, lo que hace que se deban tomar muy en serio las instrucciones de uso. Plomo (Pb) Niquel-Cadmio (NiCd) Metal-Hidruro (NiMh) Polímero de Litio (LiPo) Ventajas Inconvenientes - No necesitan - Contaminantes y pesadas mantenimiento - Gran capacidad - Hasta 1000 recargas - Bastante contaminantes - Ratios de carga altos - Tienen efecto memoria - Descargas a altas intensidades - Han sustituido a las de - Poco contaminantes NiCd - Sensibles a cargas o - Altísimos ratios de descargas excesivas carga - Flexibilidad de formatos - Mayor ratio de carga - Elementos de 3,7V para mismo volumen y (voltajes poco flexibles) peso - Bajo nivel de carga (1C) - Bajo numero de ciclos de - Peso muy bajo - Nivel de descarga carga y descarga medio (15C) - Hipersensibilidad a sobrecargas y sobredescargas Dada las características de bajo peso que el proyecto aquí desarrollado debe alcanzar, las baterías que serán usadas serán las Li-Po. Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 107 Buscando en Internet se encontraron diferentes tipos constructivos de packs de LiPo escogiendo los packs prefabricados llamados BestiaPacks24 ya que ofrecen las mejores características de capacidad, potencia y estabilidad. Todos los BestiaPacks están montados con elementos de muy alta descarga. Lla construcción del pack es diferente y exclusiva: - Terminales soldados directamente - Cable de silicona (protegido contra tirones) - Conector de equilibrado (protegido contra tirones) - Encapsulados en Neopreno de baja densidad (bajo peso) y célula cerrada que protege al pack de golpes y de humedad o salpicaduras - El aislamiento lo protege de bajas temperaturas y perdida de temperatura durante su utilización - En Los BestiaPacks grandes el mismo pack es flexible para protegerlo de deformaciones - Tamaños desde 600mAh a 6200mAh A continuación se muestra una lista de los BestiaPacks comercializados: Referencia Especificaciones Tamaños disponibles (mm) Peso BP600-7,4 600mAh 7,4V 15C (8A) 11x37x55 24gr BP1200-7,4 1200mAh 7,4V 15C (16A) 19x37x55 / 11x37x110 / 19x70x55 48gr BP1800-7,4 1800mAh 7,4V 15C (24A) 27x37x55 / 15x37x110 / 11x37x165 72gr PVP 19,85 € 39,20 € 58,10 € BP600-11.1 600mAh 11,1V 15C (8A) 15x37x55 36gr 29,40 € BP1200-11.1 1200mAh 11,1V 15C (16A) 27x37x55 / 15x37x110 / 11x37x165 72gr 58,10 € BP1800-11,1 1800mAh 11,1V 15C (24A) 38x37x55 / 15x37x165 108gr 85,50 € BP600-14,8 600mAh 14,8V 15C (8A) 19x37x55 48gr 39,00 € BP1200-14,8 1200mAh 14,8V 15C (16A) 34x37x55 / 11x37x220 / 19x37x110 96gr 76,00 € BP1800-14.8 1800mAh 14,8V 15C (24A) 50x37x55 / 15x37x220 / 27x37x110 144gr 108,00 € BP1550-7,4 BP3100-7.4 BP4650-7,4 BP6200-7.4 24 1550mAh 7,4V 10C (15A) 3100mAh 7,4V 10C (30A) 4650mAh 7,4V 10C (45A) 6200mAh 7,4V 10C (60A) 10x58x90 66gr 18x58x90 / 10x58x180 132gr 25x60x90 / 14x58x180 / 10x58x270 198gr 32x60x90 / 18x58x180 / 10x58x360 264gr Comercializados por www.RCmaterial.com (05/05) Avd. Acapulco 6, Edf. Las Torres 1 – 1º D Fuengirola 29640 Málaga España. 33,80 € 59,80 € 85,80 € 111,00 € Monopatín Motorizado 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 108 BP1550-11.1 1550mAh 11,1V 10C (15A) 14x58x90 99gr BP3100-11.1 3100mAh 11,1V 10C (30A) 25x60x90 / 10x58x270 / 14x58x180 198gr BP4650-11.1 4650mAh 11,1V 10C (45A) 36x60x90 / 14x58x270 297gr BP6200-11.1 6200mAh 11,1V 10C (60A) 47x60x90 / 18x58x270 / 25x60x180 396gr 46,80 € 85,80 € 124,00 € 165,00 € BP1550-14.8 1550mAh 14,8V 10C (15A) 18x58x90 132gr BP3100-14.8 3100mAh 14,8V 10C (30A) 32x60x90 / 18x58x180 / 10x58x360 264gr BP4650-14.8 4650mAh 14,8V 10C (45A) 47x60x90 / 25x60x180 / 14x58x360 396gr BP6200-14.8 6200mAh 14,8V 10C (60A) 62x60x90 / 34x60x180 / 26x60x270 528gr 59,80 € 111,00 € 165,00 € 218,00 € BP4650-10S Big Models / F3A pack BP6200-10S Big models / F3A pack BP7750-10S Big models / F3A pack BP9300-10S Big models / F3A pack Consult. Consult. Consult. Consult. 990gr 409,00 € 1320gr 532,00 € 1650gr 655,00 € 1970gr 778,00 € Por lo tanto, para accionar el patinete, que utiliza un motor de 250w que funciona a 24V, necesitaremos encontrar una batería que sea capaz de suministrar aproximadamente diez amperios durante el tiempo de desplazamiento. Este tiempo será el tiempo necesario para que el patinete, yendo a su velocidad máxima (20 Km/h) recorra los 5 Km previstos de autonomía (los cálculos se realizarán con un coeficiente de seguridad de 1.5). El tiempo así calculado son 0.375 horas, por lo tanto, funcionando a 10 A se necesitarían baterías de 3750mAh, por lo cual se utilizarán las inmediatamente superiores, es decir, las de 4650mAh. Dado que el voltaje de funcionamiento son 14.8, se deberán incluir 2 elementos en serie (se debería incluir un mecanismo para ajustar el voltaje (uno de los inconvenientes mostrados en las baterías LiPo)). Por lo tanto, el peso a añadir por baterías será de 792gr (2*396gr). A continuación se muestran unas series de normas para el uso de estos packs: Normas de uso para los BestiaPacks: - Inspeccione los elementos / pack especialmente sí el modelo ha sufrido un accidente. Si esta deformado no lo utilice y deshágase de él como se indica en la sección de cómo deshacerse de baterías de Polímero de Litio. - No intente reparar elementos dañados. - No cargar dentro de un automóvil, especialmente mientras conduce. - No cargar baterías de Polimero de Litio bajo la luz directa del sol. - Cargar en un contenedor y zona ignifuga. Nunca en el modelo. Monopatín Motorizado - 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 109 No cargar Baterías de Polímero de Litio desatendidamente. Todas las baterías pueden ventilar independientemente de su química (NiCd, NiMh, Li-ion, Lipo etc.) NiCd y NiMh tienen una abertura en uno de sus extremos para ello si fuera necesario, eso no es así con las baterías de Li-ion o Lipo si necesitan ventilar por una sobrecarga o sobre descarga el elemento pueden romperse e incendiarse. - Asegúrese perfectamente de programar correctamente el cargador para el pack que se va a cargar tanto en voltaje como en intensidad. - No cargue sus baterías de Polímero de Litio por encima con intensidad mayor a 1C. - Hacerlo reducirá la capacidad y vida de sus baterías con muy poco ahorro en tiempo de carga. Otras cosas a tener en cuenta: - No descargue los elementos por debajo de 3V sin carga o 2.5 con carga. Sobrepasar este limite solo una vez causara daños irreparables a la batería. Recomendamos el uso siempre de un avisador de voltaje mínimo o de un regulador de motor para Lipo o con corte de motor regulable a Lipo. - No utilizar los elementos/packs por encima de su descarga máxima. - No golpee, pinche doble o deforme los elementos de cualquier manera. Las baterías de Polímero de Litio no tienen un envoltorio rígido. Deformaciones pueden causar cortocircuitos internos y causar un incendio. - Si una batería / elemento esta deformado o su envoltura rota deshágase de él como se describe mas adelante. - No seguir utilizando ningún elemento que halla incrementado su volumen (parecido a un globo). Elementos que se han hinchado, se han dañado y son un posible riesgo de incendio. Deshágase de los elementos como se describe mas adelante. - Las baterías de Lipo no deben exceder 70ºC/160ºF. Si ocurre la vida del elemento se reduce y el riesgo de fuego aumenta. Hemos probado que tan solo con una descarga que se alcance 90ºC/120ºF el elemento pierde un 20% de su capacidad nominal. - No montar packs de elementos de capacidad desconocida o diferente en serie. Hacer eso provoca un pack desequilibrado y consecuentemente el fallo en los elementos y puede terminar en un incendio del pack. Monopatín Motorizado - 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.7-ANEXOS 110 No guarde sus baterías donde niños o animales puedan acceder. El Litio tiene un olor dulce que puede hacer pensar a los niños o animales que se trata de un dulce. El Litio es toxico si se ingiere. - Se debe tener siempre mucho cuidado de no cortocircuitar los elementos / packs de Lipo. Si eso ocurre la corriente que pasa a través de los terminales, cables o conectores los sobrecalentara en una fracción de segundo y es posible que las partes aislantes de los cables se funda si son de PVC debido a eso siempre recomendamos el uso de cable con funda de silicona cuando se montan packs. - No coloque elementos sueltos en un bolsillo o cajón donde se puedan cortocircuitar contra otros objetos o sus terminales presionarse entre ellos mismos. - No colocar elementos sueltos en una superficie conductiva, como una mesa metálica. - Si el electrolito que tiene la batería toca su piel lavarla con abundante agua y jabón. Si entrase en sus ojos lávelos con agua fría y busque ayuda medica. - Deje las baterías de Polímero de Litio a media carga, entre 3.5/3.8V, o completamente cargadas cuando no las utilice, nunca vacías. Monopatín Motorizado 1.8. 1-MEMORIA DESCRIPTIVA 1.8-BIBLIOGRAFÍA 111 BIBLIOGRAFÍA [BARR96] Barrada, Luis. “Introducción a la dinámica del automóvil”, Octubre 1996. [ORTI02] Ortiz Berrocal, Luis. “Resistencia de materiales”. McGraw Hill Interamericana de España, segunda edición 2002 [RESI02] Apuntes de la asignatura “Elasticidad y resistencia de materiales”. Primer cuatrimestre, 3º Curso, Ingeniería Superior Industrial ICAI [SCHA00] “Fórmulas y tablas de matemática aplicada”, Colección Schaum McGraw Hill, Murray R. Spiegel, John Liu, Lorenzo Abellanas, segunda edición 2000. [TRAN05] Apuntes de la asignatura “Ingeniería del transporte”. Segundo cuatrimestre, 5º Curso, Ingeniería Superior Industrial ICAI [ASMH90] ASM Handbook – Volume 1 – Propperties and Selection: Irons, Steels and High performance Alloys. ASM International Handbook Committee, ASM International – The materials information society 1990 Monopatín Motorizado 2. PLANOS 2.-PLANOS 112 Monopatín Motorizado 2. 2.-PLANOS 113 PLANOS _____________________________________________________112 2.1. DESPIECE PATINETE COMPLETO ________________________114 2.2. PARTE TRASERA EXPLOSIONADA _______________________115 2.3. APOYO PIES _____________________________________________116 2.4. BARRA TELESCÓPICA CORTA INTERIOR_________________117 2.5. BARRA TELESCÓPICA CORTA EXTERIOR ________________118 2.6. BARRA TELESCÓPICA LARGA EXTERIOR ________________119 2.7. CHASIS TRASERO _______________________________________120 2.8. PARTE CENTRAL EXPLOSIONADA _______________________121 2.9. ARTICULACIÓN _________________________________________122 2.10. BARRA TELESCÓPICA LARGA INTERIOR_______________123 2.11. SOPORTE EJE DELANTERO ____________________________124 2.12. PARTE DELANTERA EXPLOSIONADA __________________125 2.13. HORQUILLA DELANTERA _____________________________126 2.14. SOPORTE MOTOR _____________________________________127 2.15. BARRA TELESCÓPICA MANILLAR EXTERIOR __________128 2.16. BARRA TELESCÓPICA MANILLAR INTERIOR ___________129 2.17. MANGUITO ___________________________________________130 Monopatín Motorizado 2.1. 2.-PLANOS DESPIECE PATINETE COMPLETO 114 Monopatín Motorizado 2.2. 2.-PLANOS PARTE TRASERA EXPLOSIONADA 115 Monopatín Motorizado 2.3. 2.-PLANOS APOYO PIES 116 Monopatín Motorizado 2.4. 2.-PLANOS BARRA TELESCÓPICA CORTA INTERIOR 117 Monopatín Motorizado 2.5. 2.-PLANOS BARRA TELESCÓPICA CORTA EXTERIOR 118 Monopatín Motorizado 2.6. 2.-PLANOS BARRA TELESCÓPICA LARGA EXTERIOR 119 Monopatín Motorizado 2.7. 2.-PLANOS CHASIS TRASERO 120 Monopatín Motorizado 2.8. 2.-PLANOS PARTE CENTRAL EXPLOSIONADA 121 Monopatín Motorizado 2.9. 2.-PLANOS ARTICULACIÓN 122 Monopatín Motorizado 2.10. 2.-PLANOS BARRA TELESCÓPICA LARGA INTERIOR 123 Monopatín Motorizado 2.11. 2.-PLANOS SOPORTE EJE DELANTERO 124 Monopatín Motorizado 2.12. 2.-PLANOS 125 PARTE DELANTERA EXPLOSIONADA Monopatín Motorizado 2.13. 2.-PLANOS HORQUILLA DELANTERA 126 Monopatín Motorizado 2.14. 2.-PLANOS SOPORTE MOTOR 127 Monopatín Motorizado 2.15. 2.-PLANOS BARRA TELESCÓPICA MANILLAR EXTERIOR 128 Monopatín Motorizado 2.16. 2.-PLANOS BARRA TELESCÓPICA MANILLAR INTERIOR 129 Monopatín Motorizado 2.17. 2.-PLANOS MANGUITO 130 Monopatín Motorizado 3.-PRESUPUESTO 3. PRESUPUESTO 131 Monopatín Motorizado 3.-PRESUPUESTO 132 El presupuesto final sería la suma de varios presupuestos parciales, en los que habría que incluir el patinete comercial a partir del que se extrajeron algunas de las piezas para el prototipo creado, el presupuesto de ámbito técnico resultante del uso de un material y de unas instalaciones durante algún tiempo, y el presupuesto proveniente del tiempo dedicado al diseño y la amortización del programa informático dedicado a tal efecto. La factura recibida por el taller mecánico fue la siguiente: Nº de factura FACTURA Cliente Varios Nombre Dirección Ciudad Marcos Domínguez López Ava. San Marcos 42 Leon CP 24002 Teléfono 636097706 Fecha 30/05/2005 Nº de pedido Representante FOB (franco a bordo) Descripción calibrado de 15m.m barra perforada de 22x15 barra peforada de 30x22 barra perforada de 42,4x30,3 horas de trabajo taller Precio unitario 2,00 € 3,00 € 6,50 € 12,50 € 20,00 € TOTAL 4,00 € 6,00 € 6,50 € 12,50 € 600,00 € Subtotal Envío 629,00 € Cantidad 2 2 1 1 30 Seleccio Medio de pago ne uno… Comentarios Marcos Nombre Domínguez Nº T. crédito Caducidad Impuestos 16,00% TOTAL 100,64 € 729,64 € Monopatín Motorizado 3.-PRESUPUESTO 133 A esta factura se le deben añadir por lo tanto, los costes en materia prima para la realización del patinete que no están incluidos en la estructura metálica, es decir, los provenientes de motor, rueda delantera, baterías, cableado, eje trasero y el de la correa que hubo de ser adquirida debido a las diferencias en tamaños entre la correa del patinete comercial y el del prototipo (precio de la correa 14,95 €). Dado que el precio del patiente comercial fue de 129 €, incluiremos esta cifra como valor de la materia prima. Tenemos por lo tanto, el valor del prototipo en sí, faltando solamente incluir en el presupuesto los costes de la labor de diseño. Estos costes se calcularan fijando un precio por hora, y cuantificando el número de horas dedicadas al diseño, añadiendo un coste de amortización del programa informático a 100 proyectos (precio de venta del programa Solid Edge 4250€). Por lo tanto el presupuesto final será: Cantidad Descripción 2 calibrado de 15m.m 2 barra perforada de 22x15 1 barra peforada de 30x22 1 barra perforada de 42,4x30,3 30 horas de trabajo taller 1 1 1 200 motor, baterías, eje trasero, cableado, rueda correa synchropower Amortización Solid Edge a 100 proyectos horas de trabajo de diseño Precio unitario 2,00 € 3,00 € 6,50 € 12,50 € 20,00 € TOTAL 4,00 € 6,00 € 6,50 € 12,50 € 600,00 € 120,00 € 14,95 € 120,00 € 14,95 € 42,50 € 10,00 € 42,50 € 2.000,00 € Subtotal Envío 16,00% 2.806,45 € TOTAL 3.255,48 € 449,03 €