Kolo |
Úvod | Vítám Vás u dokumentace dalšího technického projektu od ZWZ! Seznámíte se s výrobou domácího elektrického pohonu na jízdní kolo. Tento koncept není nový, ale komerčně dostupná kola jsou buď špatných parametrů, nebo neúměrně drahá. Zde představený postup umožní skutečně ušetřit určité peníze a získat unikátní kousek techniky, ovšem pokud se rozhodnete zde uvedené samostatně realizovat, budete muset investovat mnoho času a sáhnout si na dno svých kutilských schopností. |
Díly |
Než začnete s nákupem dílů, zkontrolujte parametry svého kola, aby bylo s projektem kompatibilní. Ideální je samozřejmě dohlédnout na tyto předpoklady už při koupi. • Pánský rám s trojúhelníkovým tvarem. Toto většinou vylučuje rámy s odpruženým zadním kolem. Pokud trváte na netrojúhelníkovém rámu, budete potřebovat zadní nosič s kufříkem na baterie. Ve všech ostatních případech vyberte rám s velkým trojúhelníkovým tvarem. • Ráfkové brzdy. Způsob náhonu vylučuje montáž společně s kotoučovou brzdou. • Přední vidlice válcového tvaru (odpružená). Pravidelnější tvar odpružených vidlic usnadňuje výrobu vhodných úchytů k nim oproti klasickým železným prohnutým vidlicím. Navíc lze lépe odhadnout volný prostor pro budoucí ozubení nebo řemenici, protože tlumiče jsou rovnoběžné, zatímco pevná vidlice se může směrem nahoru zúžovat. (Místo přišroubovaných úchytů je však možné k neodpružené vidlici lože motoru navařit; neodzkoušeno!) • Vybrání zevnitř u konců vidlice pro volnoběh a ozubení. Např. Suntour NEX 4000. • Počet drátů, pro který existuje zadní náboj se závitem a se stejným počtem děr. Do předního kola bude nutné vplést nový náboj určený původně pro zadní kola. Je třeba ohlídat si počet děr (já jsem měl 36). Dále je třeba vyměnit osu tohoto náboje, aby pasoval včetně rychloupínání do přední vidlice. Světlost je 100mm, což doladíte podložkou M10 mezi „kuželíkovou“ maticí a maticí s vroubkovanou těsnicí plochou ven na pravé straně náboje s náhonem. • Stejná velikost kotouče s dírami pro dráty, v opačném případě budete potřebovat i jiné dráty. Pokud už máte kompatibilní kolo, můžete se pustit do nákupu samotných dílů pohonu: • Motor. Výběru této části věnujte zvláštní pozornost. Vzhledem k netradičnímu pojetí tohoto pohonu budu popisovat pouze použití modelářských oběžek, tento návod nezahrnuje nábojové motory. Snaží se jim cenově a výkonově konkurovat. Osobně jsem zjistil, že minimem pro dobrou jízdu je motor AXI 4130/20 (levný ekvivalent je Turnigy TR 50-65-C, pozor na jiný průměr hřídele), ovšem sportovnější jízdu nebo provoz v hornaté krajině nabídnou spíše typy Turnigy TR 63-54-A, případně extrémní Turnigy C63-74. U výrobce Turnigy se bohužel nelze spoléhat na proud a výkon uváděný na webu, proto si zjistěte hmotnost motoru a berte maximální proud 1A na každých 10g motoru. Do AXI dodávejte max. 76% proudu, který udávají jako maximální po dobu 60 sekund. • Zadní náboj se závitem nebo planetová převodovka (ta nevyžaduje níže uvedené volnokolečko). • Volnoběžné kolečko 18z určené pro zastaralá kola bez převodů. Vnitřní závit pasuje na náboj, vnější rozměr válcové části u zubů 59,3mm se hodí k přírubové části kola na výkresu níže. • Zakázková ozubená kola nebo řemenice. Moje výkresy jsou zde pro verze bez řemenu a bez převodovky, proto může být nutné navrhnout vlastní design, chcete-li řemen a převodovku použít. U pastorku je uvedena díra 6H7, kterou budete muset pro Turnigy změnit na 8H7. Dále pro silné Turnigy v rovinaté krajině zvyšte počet zubů pastorku, aby byl výkon využit. • Baterie. Najděte laciného prodejce lithium-polymerových baterií. Já jsem koupil tyto na DealExtreme [SKU 41208], pokud ale budete potřebovat jiný počet článků než 3 nebo 6, zkuste sehnat samotné články od čínského výrobce BYD typu CSL6844127D nebo podobné. Vyplňte články efektivně prostor v trojúhelníku rámu nebo v kufříku. Rovněž můžete zakoupit baterie B-Grade od HobbyKing. Mají příliš vysoký vnitřní odpor pro modely, ale jelikož na kole bude pracovat okolo 10 baterií paralelně, zátěž se rozloží a lze očekávat dobrou životnost. • Střídavý modelářský regulátor. Použil jsem 85ampérový regulátor řady Mystery Blue, avšak zdá se, že jeho firmware má problémy se startovacím algoritmem při vyšším počtu článků než 3 až 4. • Konektory a kabely. Dbejte na dostatečný průřez. Použil jsem 4×1,5mm2 mědi a 2× faston pro každý pól. Ztráty na vedení jsou okolo 3%. • Nabíječka. Používám výrobek Xtrema, který ale nemá dotažený firmware a má nevýhodný poměr kvalita/cena. Přesto nabízí nejvyšší proud na trhu: 8A. Lithiové baterie nikdy nenabíjejte autonabíječkami pro olověné baterie! • Servotester. Volte nejobyčejnější typ ovládaný jen potenciometrem. Tento obvod přijímá na vstupu napětí z potenciometru mezi 0 a 5V a vysílá impulzy s proměnlivou šířkou do samotného regulátoru k řízení plynu (výkonu). Obvod je třeba modifikovat - vypájet potenciometr a připojit vlastní potenciometr plynu a především omezovač proudu. Ten se po četných pokusech ukázal jako nezbytný k provozu motoru v této aplikaci. |
Instalace |
Jelikož kamenem úrazu při shánění dílů se u Vás pravděpodobně stanou ozubená kola, zkuste je zajistit co nejdříve. Kola ale závisejí na náhonu náboje a na osičce motoru, proto nejdříve připravte náboj s volnokolečkem nebo planetovou nábojovou převodovku (vyžaduje změnu ve výkresu). Rozhodněte se pro motor (AXI 4130 - díra pastorku 6mm, ostatní 8 a 10mm). Připravte si osu do nového náboje nebo převodovky tak, aby šla do přední vidlice. Ujistěte se, že volnokolečko nedře o pravou vnitřní část vidlice. Pak získejte kola přibližně podle těchto výkresů:   Případné úpravy zahrnují změnu díry pastorku na 8 nebo 10mm pro Turnigy, změnu díry velkého kola pro upevnění ke vstupu planetové převodovky a případně změnu počtu zubů pastorku. Aktuální počet zubů je optimalizován pro 300Kv motor, skutečný trvalý max. proud 42A, 4článkovou baterii a sycení 50% (=použitý počet článků / maximální počet článků pro daný motor). Dává rychlost 32km/h po rovině s neutrálním větrem. Snížené sycení je důležité, protože sice snižuje výkon získaný z motoru, ale zase nemusíte použít tak velký převodní poměr a hlavně je pak motor tolerantnější k běhu v nižších otáčkách pod zátěží. Například když motor s nejvyšším možným sycením dosáhne maximálního proudu při zpomalení zatížením na 81% nezatížených otáček, při provozu s polovičním napětím, tedy s 50% sycením, můžete motor zpomalit zátěží až na 62% otáček (ze základu při polovičním napětí), aniž by se přetížil. To dává velkou flexibilitu provozu bez převodovky. Příklad přepočtu zubů pastorku: Přejdeme od 300Kv k 200Kv motoru, od 4 k 6článkové baterii a od proudu 43A k 86A. Sycení se mění z 50% na 75%, takže snížíme kroutící moment o čtvrtinu. Zde je přepočet: Začínáme s 10 zuby, ×1,5 (převrácené Kv), ×2/3 (převrácené napětí), ×2 (dvojnásobný proud), ×0,75 (vyšší sycení - smíme méně zatěžovat). Výsledkem je 15 zubů pro motor Turnigy C63-74. Po získání potřebných ozubených kol můžete nasadit zkusmo do vidlice náboj s našroubovaným velkým ozubeným kolem a navrhnout polohu upevnění motoru. Já jsem využil očko určené pro drát od blatníku pro spodní konec lože motoru (součást s velkou dírou pro pastorek, ke které je přímo přišroubován motor, na snímcích modře) a tuto jsem dále připevnil pomocí vyrobených svorek k válcové části tlumiče vidlice. Svorky jsou zelené. Lože motoru jsem vyrobil z 5mm pásoviny, šířka mi dostačovala 50mm, ale rozhodnete-li se pro silný typ motoru, budete zde potřebovat pásovinu širokou 60mm. Svorky jsem vyrobil z 10mm silné oceli, která byla k mé škodě tvrdá a špatně se opracovávala. Na druhou stranu je výsledkem spolehlivější konstrukce. Přesné řešení upevnění lože motoru nechám na Vás, bude individuální podle vidlice, motoru, převodního poměru a použití řemenu. Dále připevněte na tlumič vidlice poblíž motoru regulátor. Fáze do motoru se nemají prodlužovat, prodlužte tedy kabely k baterii a tenký 3žilový kablík k servotesteru. Z konektoru, ke kterému se bude připojovat baterie, vyveďte slabým vodičem odbočku ze záporných kontaktů. Pokud používáte jako já více paralelních pinů pro každý pól, zapojte ke každému pinu (fastonu) odpor 4R7 a teprve druhé strany odporů spojte se zmíněným vodičem. Ten bude sloužit k měření odebíraného proudu, přičemž vedení mezi konektorem a regulátorem bude využito jako bočník. Zde přikládám schéma nadproudové ochrany pro kutilské využití modelářských motorů:  Schéma aktualizováno 10.5.2011. Toto řešení ochrany je velmi jednoduché, levné a spolehlivé. Lze použít i v jiných hobby aplikacích; mnozí chtějí montovat oběžky do různých Dremel vrtaček a pohonů všeho druhu. Ochrana před přetížením je zde více než na místě. Popsaný obvod jsem odladil do současné podoby, podrobil testování a plně vyhověl. Proud se v celém rozsahu bržděného běhu pohyboval na ±2% nastavené hodnoty. Zavedením kondenzátoru 10μF do zpětné vazby koncových invertorů (dolní propust) se dále podařilo odstranit nepříjemné oscilace systému. Obvod jsem nastavil na správný mezní proud víceotáčkovým trimrem za použití modelářského wattmetru. Kolo jsem držel ve vzduchu, přibržďoval a odečítal proud. Ochranný obvod je realizován na univerzálním plošném spoji a je uzavřen společně se servotesterem. Piny kontaktů i patice jsou pozlacené, potenciometr je víceotáčkový, pájená strana je pokryta lepidlem z tavné pistole. Dovnitř vedou 3 žíly z regulátoru (napájení a výstup), 1 žíla z konektoru baterie a 3 žíly z potenciometru plynu. Další náročnou součástí pohonu je baterie. Jelikož jsem nenašel jiný vhodný obchod s bateriemi než uvedený DX a zároveň jsem potřeboval k motoru 4článkovou baterii, musel jsem koupené baterie rozebírat a zapojovat je do 4 článků v sérii. Zde bych Vám doporučil využít 6článkový systém, jak je uvedeno v příkladu přepočtu pastorku. Chcete-li méně živý pohon, zapojte baterie paralelně tak, jak přišly (systém bude 3článkový) a AXI motor volte 4130/16, aby nebyl příliš líný s tak malým napětím. Následně jsem baterie spojil do jedné velké, která se vešla do rámu. V baterii jsou samozřejmě pospojovány a vyvedeny všechny odbočky mezi články, aby bylo možno používat balancér. Celá baterie je poslepovaná isolepou a tavnou pistolí. Dále je z vnějšku vybavena popruhy a trojzubcovými sponami k přichycení na rám. Jelikož na spodní straně trubky vedou bowdeny, musel jsem ještě vyrobit z plechu ochranu, která brání přitisknutí baterie na lanka. Vodiče baterie jsou zakončeny blokem automobilových faston konektorů. Každý pól je vyveden na paralelní fastony dvěma silikonovými modelářskými kabely 12 AWG (3mm2) a balancérové odbočky po jednom 0.75mm2 vodiči. Poslední nepopsanou součástí je potenciometr plynu. Může mít libovolnou hodnotu mezi 1k a 10k. Já jsem měl to štěstí, že jsem získal tlačítkový potenciometr STILL z řídítek manipulačního vozíku. Je utěsněn proti nečistotám a odporová dráha je na kvalitním keramickém podkladu. Byla však nutná úprava vodivým lakem, protože tento potenciometr 2k má z výroby laserem kalibrované dorazy okolo 500Ω, což se servotesterem nefunguje správně. Tento potenciometr zřejmě neseženete, takže opět doporučím improvizovat. |
Jízda |
Kolo má konečně vše potřebné a můžeme se vydat na cestu. Nejslabší zmíněný motor jede v příznivých podmínkách přibližně 32km/h, nejsilnější typ slibuje dle výpočtu rychlost až 45km/h! Převody jsou vypočteny pro provoz na rovině. Při rozjezdu (do 15km/h) nebo pokud pojedete do kopce, musíte počítat s tím, že zasáhne proudová ochrana a budete muset buď pomoci šlapáním, nebo podřadit, máte-li instalovanou planetovou převodovku. Pokud počítáte s provozem v kopcovité krajině a neinstalujete převodovku, doporučuji od začátku snížit počet zubů pastorku. Snížení by mělo být asi o třetinu, tedy 10 zubů s nejsilnějším motorem. Méně zubů nelze realizovat s ohledem na průměr osy motoru a nedokonalou geometrii ručně dělaného ozubení.
|
Galerie |
 Pohled na kolo  Detail převodu  Srovnání oběžek - vlevo výchozí motor z Blade400 (vyměněn za silnější) |
Některá práva vyhrazena.