TRICICLO BIPOSTO A PEDALATA ASSISTITA - Provincia di Pistoia

TRICICLO BIPOSTO A PEDALATA
ASSISTITA
DIPARTIMENTO DI MECCANICA
PRATO
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Dati tecnici
Massa a vuoto veicolo: 43 Kg
Lunghezza: 2985 mm
Larghezza: 1240 mm
Altezza max: 890 mm
Altezza selle: 520 mm
Raggio di sterzata: 3 m
Diametro dischi freno: 180 mm
Cambio Shimano 6 rapporti
Motore brushless da 250 W in funzione fino a 25 Km/h attivato da un sensore
ad effetto Hall
Rapporto di trasmissione fra i ciclisti: 1:1
Storia del progetto e scelte tecniche
Il progetto è partito con il prof. ing. A. Zanco, che ha guidato di un gruppo di ragazzi
di quarta e quinta dell’indirizzo meccanico, coadiuvato dal prof. ing. C. Scardazzi e
dal Prof. V. Carosella. Le idee fin dall’inizio non sono mancate, alcune sono state
immediatamente scartate per scarsa efficienza o elevata difficoltà di realizzazione in
relazione ai tempi strettissimi di progettazione e realizzazione del prototipo. La
prima decisione ha riguardato la scelta del numero di ruote che il veicolo avrebbe
dovuto avere. La scelta è caduta su un triciclo, avendo a disposizione una sola ruota
motrice. Immediatamente accantonata l’idea della ruota motorizzata sterzante
all’anteriore e della trazione a catena sul posteriore, a causa della difficoltà di
installare un differenziale sull’asse posteriore, si è passati a un progetto “invertito”:
le ruote anteriori sarebbero state due e sterzanti, mentre al posteriore ci sarebbe
stata la ruota motorizzata abbinata alla trazione a catena. Il problema dello sterzo è
stato risolto adottando un sistema a quadrilatero diretto ripreso dalla tecnologia in
uso sui kart da competizione.
L’idea sviluppata in partenza per questa nuova soluzione era quella di istallare i
sedili appaiati. Una revisione al progetto è stata però necessaria. L’ubicazione dei
sedili uno a fianco all’altro imponeva tre fondamentali limiti:
l’ingombro frontale elevato e di conseguenza un’elevata resistenza
aereodinamica, senza avere vantaggi apprezzabili sulla lunghezza del veicolo e
quindi sulla sua manovrabilità;
la carenza di carico sull’asse anteriore, messo in luce dallo studio dinamico del
veicolo, comportante la mancanza di grip in fase di curvatura;
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la stabilità statica e dinamica e conseguentemente la sicurezza del veicolo
vengono garantite solo se i conducenti sono approssimativamente dello
stesso peso. In caso contrario si riscontrerebbero degli squilibri. Inoltre
risulterebbe impossibile guidare il veicolo con una sola persona a bordo a
causa dell’elevata possibilità di ribaltamento anche in curve a bassa velocità.
Pertanto nel progetto definitivo i sedili sono stati disposti in linea stile “tandem”,
posizionando le selle a circa 520 mm da terra in modo da favorire una posizione
del baricentro bassa.
Il telaio è stato realizzato con tubolari in acciai da costruzione. La scelta di questo
tipo di materiale, abbinato alla sezione da noi scelta per la costruzione del
veicolo, è stata dettata dalla facilità di reperirlo, di lavorarlo (è infatti facilmente
saldabile), oltre a presentare tutte le caratteristiche meccaniche da noi ricercate.
A seguito di circa 80 ore di progettazione, durante le quali sono stati eseguiti
studi dinamici (es. calcoli su foglio elettronico sotto riportato) del veicolo e
A 964 mm
L1 800 mm
L2 1035 mm
C 78 mm
Passo P 1835 mm
hg 650 mm
Rotazione ruota esterna (alfa) 0,07 rad
Delta 0,30 rad
Gamma 0,04 rad
Raggio curva 25,0 m
Velocità 36,00 km/h
Accelerazione centrifuga 4,00 m/s2
Massa totale (veicolo+persone) 180 kg
Forza centriguga 720,0 N
Momento ribaltante 441581 Nmm NON RIBALTA
Momento allineante 533454 Nmm
Reazione verticale posteriore 552 N
Reazione verticale anteriore 1213 N
Forza trasversale posteriore 306 N OK
Forza trasversale anteriore 415 N OK
Aderenza
fa(v=0) 1,1 adi
fa(v) 0,788 adi
calcoli strutturali sia secondo i metodi classici della scienza delle costruzioni che
calcoli agli elementi finiti, ne sono seguite altrettante per la realizzazione.
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Di seguito vengono presi in considerazione, in maniera più dettagliata, i singoli
aspetti dello ZEV (Zero Emission Vehicle).
Ergonomia
L’ergonomia del veicolo ha occupato una buona parte del tempo di
progettazione. La difficoltà maggiore è stata quella di far sedere in comodità,
mantenendo l’efficienza della pedalata, i due piloti, rientrando nel limite
massimo di lunghezza dei 3000 mm. I comandi (freni, cambio, comando
centralina) sono estremamente raggiungibili e comodi da utilizzare. Il sistema di
sterzo diretto è estremamente gestibile e non affatica. Per il pilota occupante il
sedile posteriore sono state montate due maniglie per sorreggersi durante la
marcia e scaricare sui pedali la massima potenza in tutta sicurezza.
Sicurezza
Per garantire la sicurezza è stato istallato un paraurti frontale che protegge i piedi
del pilota che siede sul sedile anteriore in caso di urto. Inoltre anteriormente e’
stata montata una barra posizionata a circa 100 mm dal fondo stradale rivestita
in neoprene con la funzione di evitare che gli arti inferiori possano venire
trascinati sotto al veicolo in caso di scivolamento dal pedale e/o di appoggio a
terra dei piedi con veicolo in movimento. L’utilizzo notturno è reso sicuro
dall’istallazione di fari a batteria. Per garantire la sicurezza degli occupanti del
veicolo si consiglia l’utilizzo del casco.
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Sistema frenante
E’ stato fatto uno studio di dinamica della frenata al fine di avere dei riferimenti
sul valore di decelerazione ottenibile utilizzando tre freni a disco (es. calcolo su
foglio elettronico sotto riportato). Dai calcoli la decelerazione massima ottenibile
con 180 kg di massa è di circa 6
.
Massa totale 180 kg
Peso 1766 N
Decelerazione di calcolo 6,33 m/s2
Decelerazione reale 6,33 m/s2
L1 800 mm
Passo P 1835 mm
Altezza baricentro da terra hg 650 mm
L2 = B 1035 mm
Ruote frenate 3 adi
Carico vert. ruote anteriori/cad. 700 N
Carico vert. ruota posteriore 366 N
Forza trasm. per aderenza /cad. ant. 451 N
Forza trasm. per aderenza post. 236 N
Il sistema frenante ci è stato gentilmente fornito da “Formula Disck Brakes”.
L’impianto frenate è costituito da 3 freni a disco. Le leve di comando sono due ed
ognuna agisce su un’asse. La particolarità di questo impianto sta nei due freni
anteriori. Formula ha infatti realizzato in esclusiva uno sdoppiatore che con una
sola pompa permette l’azionamento contemporaneo di due pinze.
Trasmissione
La trasmissione è realizzata mediante catena che collega rigidamente le pedivelle
dei due ciclisti. Mentre al posteriore è presente un cambio a 6 rapporti e sistema
di ruota libera. L’azionamento del cambio è fatto mediante sistema a due
pulsanti posto sullo sterzo. La disposizione delle pedivelle è stata sfasata di 90°,
questo permette di compensare in parte la fase non utile della pedalata
permettendo la trasmissione del momento torcente in modo più uniforme.
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Ringraziamenti
Ringrazio tutti coloro che hanno partecipato alla progettazione e alla
realizzazione di questo prototipo. In particolare devo ringraziare i colleghi prof.
ing. Carlo Scardazzi e prof. Vincenzo Carosella ed i ragazzi della 4M - 4N - 5M- 5N
che si sono alternati nelle varie fasi di sviluppo del prototipo ZEV con grande
dedizione ed impegno. Infine ringrazio gli sponsor tecnici e le ditte che con noi
hanno collaborato.
Il coordinatore del Dipartimento di Meccanica
Prof. Ing. Alessandro Zanco
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