ЭЛЕКТРОЦИКЛ

Экология и защита окружающей среды становятся всё более актуальными темами во всём мире. Постоянно ужесточаются требования по выбросам вредных веществ транспортными средствами. Поэтому основные их производители разрабатывают и начинают выпуск электро- и гибридных автомобилей. Доходят эти веяния и до нашей страны.

И если эволюционное направление развития автомобилестроения определено и им занимаются профессионалы, то в категории вспомогательных транспортных средств — непаханное поле для исследований, анализа и создания новых видов техники для активного отдыха, хозяйственных работ, первоначального обучения и т.д.

Для последней из перечисленных целей в конструкторском объединении Центра детского (юношеского) технического творчества г. Белорецк Башкортостана приняли решение сконструировать экологически чистое, простое, надёжное и безопасное в эксплуатации транспортное средство. По общему мнению, таковым должен был стать электроцикл.

В качестве силового агрегата выбрали электродвигатель с вклеенными магнитами от списанной вычислительной машины; он привлёк наше внимание качеством изготовления и высоким кпд (при работе почти не нагревается).

Напряжение питания было определено мотору в 24 вольта — оно является совершенно безопасным для человека. Его обеспечивали две автомобильные аккумуляторные батареи ёмкостью по 50 А*час. Перед установкой на электроцикл батареи упаковывали в полиэтиленовый пакет.

Управление электродвигателем осуществляется от контроллера с нейтральным положением, в которое его рычаг переходит автоматически, как только прекращается управляющее воздействие на него. Тормозная система — от мотоцикла «Восход».

При разработке конструкции хотелось обойтись одноступенчатой передачей на ведущее колесо: и делать проще, и КПД наивысший, и масса небольшая. Чтобы уложиться в тяговоскоростные параметры, установили на вал электромотора звёздочку с z=11, а на ведущее колесо звёздочку с z=59.

Приводное колесо использовали небольшого диаметра — 4×10” (покрышка и диск взяты от мотороллера «Тулица»).

С помощью тахометра замерили обороты холостого хода электродвигателя, а с учётом заданного передаточного числа трансмиссии и диаметра покрышки вычислили скорость электроцикла — 16 км/ч при 24 вольтах. Эти параметры вполне нас устраивали, чтобы решиться на данную трансмиссию. Определившись с основными параметрами, перешли к решению компоновочных задач.

Основой электроцикла стала рама от списанного мотоцикла «Восход», освобождённая от всего лишнего. Однако агрегаты на неё не компоновались, так как хотелось установить аккумуляторные батареи и электродвигатель так, чтобы получить возможно более низкий центр тяжести. Раму переделывать было нежелательно — для этого потребовался бы стапель (при сварочных работах изделие коробится).

И всё-таки нашёлся простой (можно сказать, даже красивый) вариант увеличения базы электроцикла — маятниковую вилку заднего колеса сдвинули назад и закрепили в проушинах задних подножек. А два съёмных аккумуляторных ящика, сваренных из уголка 25×25, разместили перед подножками, справа и слева от основной трубы рамы и даже на 50 мм ниже её.

Электродвигатель разместили в задней части рамы, под сиденьем водителя, что позволило использовать совсем короткую приводную цепь, а её натяжение производится небольшим перемещением оси заднего колеса в пазах вилки.

Кронштейны крепления двигателя приварили по месту. А для этого временно закрепили на раме заднее колесо и двигатель со звёздочкой и набросили на звёздочки цепь так, чтобы между их осями не было перекоса.

Сиденье использовали от мотоцикла «Урал», переднюю вилку и переднее колесо — от мотоцикла «Минск».

Серьёзных работ потребовала и переделка заднего ведущего колеса. Ступицу использовали от заднего колеса мотоцикла «Восход». Её освободили от спиц и проточили на токарном станке для получения посадочного места под установку центрующей втулки с колёсным диском, соединённых между собой с помощью сварки.

Для обода колеса по краю колёсного диска делается центровочная проточка. После сборки колеса головки болтов, крепящих обод, привариваются к колёсному диску.

Принципиальная электрическая схема позаимствована от болгарского электрокара. Отличие в том, что вместо диода установили контакт, который позволяет переключать напряжение, подаваемое на электродвигатель, с 24 вольт на 12 или наоборот.

Трогание с места и первоначальный разгон осуществляются на пониженном напряжении, когда замкнуты контакты К2 и КЗ. Пониженное напряжение используется также для рекуперации энергии при торможении и движении на спусках. При установившемся движении контакты К2 и КЗ разомкнуты, а замкнут контакт К1 — при этом на электродвигатель подаётся полное напряжение.

Впервые в нашем конструкторском объединении находится в эксплуатации электроцикл, поэтому интересно было на практике определить параметры потребления им тока и работу его электродвигателя в режиме рекуперации. Замеры проводились амперметром АП — 110 (ГОСТ 1700-66) с «0» в центре шкалы.

Было установлено, что наибольший бросок тока происходит при трогании с места: при напряжении 24 В — до 30 А , а при 12 В — до 15 А. При установившемся режиме потребляемый ток составляет 10 А при 12 В и 15 А — при 24 В. Однако нас озадачил тот факт, что при движении на 8%-ный подъём сила потребляемого тока составила 20 — 22 А при 24V, а на том же самом спуске в режиме рекуперации ток зарядки АКБ составлял всего 20А при 12V. При этом электроцикл двигался с небольшим замедлением.

Объяснение столь значительных потерь электроэнергии (около 50% при столь экономичном двигателе) можно объяснить неучтёнными большими затратами электроэнергии в трансмиссии, сопротивлением качению колёс, а также неэффективным режимом работы двигателя на пониженных оборотах.

Представляется весьма привлекательным установить в эти же аккумуляторные ящики пару батарей по 24 В от грузовых автомобилей, которых хватило бы на 1,5 — 2 часа езды при резком улучшении ходовых качеств машины, если при этом не изменились бы масса, центр тяжести, а следовательно, и управляемость… Но это наша дальнейшая творческая задача.

Особенно важно отметить и то, что ребята приобрели азы конструирования и трудовые навыки, опыт создания нового. Машина постоянно модернизируется и улучшается. За этот учебный год мы сделали раму разборной — на фланцевых соединениях, что позволило перевозить электроцикл в багажнике легкового автомобиля. Сделана более жёсткая передняя вилка.

Главное преимущество транспортных средств с электроприводом, особенно для начального обучения, — постоянная готовность машины к действию. Садишься, нажимаешь левой ногой на рычаг контроллера — и поехал. И при этом — заметьте — практически бесшумно и не загрязняя окружающую среду.

«Моделист-конструктор» № 11’2010, А. КОПЬЕВ, г. Белорецк, Башкортостан