ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΣ ΜΟΤΟΣΥΚΛΕΤΑΣ ΠΟΛΗΣ

Abstract

Το παρόν τεύχος αποτελεί την πτυχιακή εργασία που εκπονήθηκε στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πελοποννήσου και αναφέρεται στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας ηλεκτροκίνητης μοτοσυκλέτας πόλης. Η μελέτη αυτή, γίνεται με την αξιοποίηση και την ανάλυση επιστημονικών δεδομένων. Η εν λόγω εργασία αρχίζει μελετώντας την έννοια του όρου όχημα, και το πως αυτό χρησιμοποιείται ώστε να καλυφθεί μια από τις σημαντικότερες ανάγκες του ανθρώπινου είδους, αυτή της μετακίνησης και μεταφοράς αγαθών. Επίσης, γίνονται αναφορές σε πρόσωπα που με την εργασία τους συνέβαλλαν στην τεχνολογική ανάπτυξη των οχημάτων αλλά και στην εκβιομηχανοποίηση της παραγωγής τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο, μελετάται η βιομηχανία μετακινήσεων και μεταφορών του σήμερα ενώ δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην κατανόηση των αναγκών ενός ατόμου που κινείται σε αστικά περιβάλλοντα και αναφέρονται δράσεις βιώσιμου σχεδιασμού για την βελτίωση της αστικής κινητικότητας. Η μεγάλη κλίμακα μετακινήσεων, ειδικά στα αστικά κέντρα όπου υπάρχει συσσώρευση ανθρώπων έχει ως αποτέλεσμα την ρύπανση. Στο τρίτο κεφάλαιο αναφέρονται κάποιες δράσεις περιορισμού των εκπομπόμενων ρύπων με κύρια την Λευκή Βίβλο των Μετακινήσεων, ενώ εναλλακτικές μορφές πρόωσης οχημάτων μελετώνται όπως αυτή της υδρογονοκίνησης και της υβριδικής τεχνολογίας. Στην συνέχεια παρουσιάζεται με μια σύντομη ιστορική αναφορά η τεχνολογία των ηλεκτρικών οχημάτων και η βασική αρχή λειτουργίας τους. Γίνεται μια σύγκριση ποιοτικών χαρακτηριστικών συμβατικών οχημάτων που φέρουν ΜΕΚ και ηλεκτρικών, ενώ μελετώνται και άλλες πτυχές που καθιστούν τα ηλεκτρικά οχήματα μια όχι και τόσο βιώσιμη λύση για μετακίνηση σήμερα. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή στην μοτοσυκλέτα και υπογραμμίζονται τα πλεονεκτήματα που έχει κάποιος χρησιμοποιώντας ένα δίκυκλο ως μέσο μετακίνησης στα αστικά κέντρα. i Από το έκτο κεφάλαιο και έπειτα, η εργασία εστιάζει στην ανάπτυξη και το σχεδιασμό ενός ηλεκτροκίνητου δίκυκλου για μετακίνηση σε αστικά περιβάλλοντα, ενώ η αυτή η προσπάθεια υλοποιείται –μέχρι το σημείο που είναι πρακτικά εφαρμόσιμο- με διατάξεις και συσκευές που υπάρχουν αυτή την στιγμή στην αγορά. Πιο συγκεκριμένα, η διαδικασία αρχίζει με κάποιες σχεδιαστικές παραδοχές ώστε το υπό σχεδιασμό δίκυκλο να είναι χρηστικό για εντός του αστικού ιστού. Στα ακόλουθα κεφάλαια επιλέγονται δυο από τις σημαντικότερες διατάξεις που θα φέρει το όχημα, αυτή του ηλεκτρικού κινητήρα και αυτή της μονάδας των ηλεκτρονικών ισχύος (ελεγκτή). Πριν γίνουν οι υπολογισμοί για την επιλογή ενός ηλεκτρικού κινητήρα στο σχεδιαζόμενο δίκυκλο της εργασίας παρουσιάζονται, η αρχή λειτουργίας των εν λόγω διατάξεων, διάφοροι τύποι κινητήρων και οι πρακτικές εφαρμογές τους, αλλά και το ποιοι από αυτούς χρησιμοποιούνται ως μέσο παραγωγής ισχύος στην αυτοκίνηση. Όσον αφορά την μονάδα των ηλεκτρονικών ισχύος, πέρα από την επιλογή της, μελετάται ο τρόπος λειτουργίας της και η σκοπιμότητα της αλλά και το πως αυτή συνεργάζεται με τις υπόλοιπες διατάξεις που φέρει το δίκυκλο ώστε να δημιουργούνται βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας. Ένα ακόμη σημαντικό σύστημα που πρέπει να υπολογισθεί είναι αυτό της μετάδοσης κίνησης της μοτοσυκλέτας. Αρχικά επιλέγονται οι τροχοί και τα ελαστικά που θα φέρει το δίκυκλο και στην συνέχεια μελετώνται οι χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας του κινητήρα, με μετρήσεις που παρέχει ο κατασκευαστής. Αξιοποιώντας τις εν λόγω καμπύλες εξάγονται πολύτιμα συμπεράσματα για την παραγώμενη ροπή και ισχύ του κινητήρα, αλλά και για την απόδοση του, δεδομένα που μας επιτρέπουν να συνεχίσουμε στον σχεδιασμό και την τρισδιάστατη απεικόνιση του συστήματος μετάδοσης κίνησης. Το ενδέκατο κεφάλαιο, εστιάζει στον σχεδιασμό του συστήματος συσσωρευτών του δικύκλου. Αφού εκτιμηθεί η καταναλισκόμενη ενέργεια υπό συνθήκες πλοήγησης σε αστικά περιβάλλοντα και οι συνολικές απώλειες ενέργειας κατά την λειτουργία της μοτοσυκλέτας, επιλέγονται οι κατάλληλες μονάδες μπαταριών ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή της αυτονομία. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την οπτικοποίηση της ολότητας του συστήματος συσσωρευτών. ii Στο επόμενο κεφάλαιο ακολουθεί ο σχεδιασμός του πλαισίου της μοτοσυκλέτας και επιλέγονται τα υποσυστήματα της. Μελετώνται παράμετροι φυσικής εργονομίας και επιλέγεται το κατάλληλο υλικό και γεωμετρία του σχεδιαζόμενου πλαισίου. Έπειτα καθορίζονται τα κατάλληλα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της ολότητας του δικύκλου, προκειμένου να είναι λειτουργικό σε συνθήκες αστικής πλοήγησης αλλά και ξεκούραστο για τον αναβάτη του. Ακολουθεί ο σχεδιασμός του ψαλιδιού της μοτοσυκλέτας. Έχοντας πλέον αυτά τα αριθμητικά δεδομένα μπορεί να υπολογισθεί η κατανομή βάρους της μοτοσυκλέτας. Στο τέλος αυτού του κεφαλαίου, σχεδιάζεται το πλαίσιο και γίνεται έλεγχος της αντοχής του υπό στατικά φορτία. Στο δέκατο τρίτο κεφάλαιο, και αφού έχει προηγηθεί η επιλογή και ο υπολογισμός όλων των αναγκαίων διατάξεων και συστημάτων του οχήματος, απεικονίζεται το ολοκληρωμένο μοντέλο της μοτοσυκλέτας. Η πτυχιακή εργασία έγινε υπό την επίβλεψη του καθηγητή κ. Νικολάου Μπατσούλα, τον οποίο ευχαριστώ για την καθοδήγηση που μου προσέφερε. ABSTRACT The continuously growing needs of human kind for mobility and transportation of goods, in relation with the environmental sustainability and the evolving economical processes, are pushing the industry to develop alternative means. The aim of this project, is to understand the needs of the moving human in urban areas, the impact of conventional and alternative means of mobility in the environment and in the greater standards of living, and the understanding of the new era laws that impose a more sustainable future. Then a practical effort is made to design an electric motorbike that aims to cover the needs of a person who moves in urban environments. The development of the two wheeler is implemented – in cases that is possible – with existing devices at the market at the time given.