Екологія та захист довкілля стають дедалі актуальнішими темами в усьому світі. Постійно посилюються вимоги щодо викидів шкідливих речовин транспортними засобами. Тому основні їх виробники розробляють і починають випуск електро- та гібридних автомобілів. Доходять ці віяння і до нашої країни.
І якщо еволюційний напрям розвитку автомобілебудування визначено і ним займаються професіонали, то в категорії допоміжних транспортних засобів — незоране поле для досліджень, аналізу та створення нових видів техніки для активного відпочинку, господарських робіт, початкового навчання тощо.
Для останньої з перелічених цілей у конструкторському об’єднанні Центру дитячої (юнацької) технічної творчості м. Білорецьк Башкортостану вирішили сконструювати екологічно чистий, простий, надійний і безпечний в експлуатації транспортний засіб. За загальною думкою, таким мав стати електроцикл.
1 — переднє напрямне колесо (від мотоцикла ММВЗ-125); 2 — передня вилка (від мотоцикла ММВЗ-125); 3 — кермо (від мотоцикла ММВЗ-125); 4 — рама (від мотоцикла «Восход», доопрацьована); 5 — електродвигун Electromotorenwerk Harthf (N=4 кВт, п=1200 об/хв, U=48 В. I= 80 А); 6 — сідло (від мотоцикла «Урал»); 7 — розпірка (труба Ø22); 8 — заднє ведуче колесо (від моторолера «Туліца», доопрацьоване); 9 — вилка заднього колеса (маятниковий важіль мотоцикла «Восход»); 10 — підніжка; 11 — контролер (від болгарського електрокара); 12 — педаль керування контролером; 13 — акумуляторна батарея (від легкового автомобіля, 55 А·год, 2 шт.); 14 — акумуляторний ящик (кутник 25×25, 2 шт.); 15 — ведуча зірочка (z=11); 16 — приводний ролико-втулковий ланцюг (t=12,7); 17 — ведена зірочка (приводна заднього колеса) (z=59); 18 — захисний диск (дюралюміній, лист s1); 19 — гальмівна система
Як силовий агрегат обрали електродвигун із вклеєними магнітами від списаної обчислювальної машини; він привернув нашу увагу якістю виготовлення та високим ККД (під час роботи майже не нагрівається).
Напругу живлення визначили для мотора в 24 вольти — вона є цілком безпечною для людини. Її забезпечували дві автомобільні акумуляторні батареї ємністю по 50 А·год. Перед установкою на електроцикл батареї пакували в поліетиленовий пакет.
Керування електродвигуном здійснюється від контролера з нейтральним положенням, у яке його важіль переходить автоматично, щойно припиняється керуючий вплив на нього. Гальмівна система — від мотоцикла «Восход».
Під час розробки конструкції хотілося обійтися одноступеневою передачею на ведуче колесо: і робити простіше, і ККД найвищий, і маса невелика. Щоб укластися в тягово-швидкісні параметри, встановили на вал електромотора зірочку з z=11, а на ведуче колесо — зірочку з z=59.
Приводне колесо використали невеликого діаметра — 4×10” (покришку і диск взято від моторолера «Туліца»).
За допомогою тахометра заміряли оберти холостого ходу електродвигуна, а з урахуванням заданого передавального числа трансмісії та діаметра покришки обчислили швидкість електроцикла — 16 км/год при 24 вольтах. Ці параметри цілком нас влаштовували, щоб наважитися на цю трансмісію. Визначившись з основними параметрами, перейшли до розв’язання компонувальних завдань.
Основою електроцикла стала рама від списаного мотоцикла «Восход», звільнена від усього зайвого. Однак агрегати на неї не компонувалися, бо хотілося встановити акумуляторні батареї та електродвигун так, щоб отримати якомога нижчий центр ваги. Раму переробляти було небажано — для цього знадобився б стапель (під час зварювальних робіт виріб коробиться).
І все-таки знайшовся простий (можна сказати, навіть красивий) варіант збільшення бази електроцикла — маятникову вилку заднього колеса зсунули назад і закріпили в провушинах задніх підніжок. А два знімні акумуляторні ящики, зварені з кутника 25×25, розмістили перед підніжками, праворуч і ліворуч від основної труби рами і навіть на 50 мм нижче за неї.
1 — маточина (від моторолера «Туліца»); 2 — диск колеса (від моторолера «Туліца», доопрацьований); 3 — болт кріплення обода колеса до диска (штатний); 4 — обод колеса (складений); 5 — шина; 6 — болт кріплення диска колеса до маточини (штатний); 7 — підшипник (штатний, 2 шт.); 8 — дистанційна втулка (2 шт.); 9 — вилка заднього колеса; 10 — вісь (від мотоцикла ММВЗ-125); 11 — гайка осі; 12 — пружинна шайба (2 шт.)
Електродвигун розмістили в задній частині рами, під сидінням водія, що дало змогу використати зовсім короткий приводний ланцюг, а його натяг здійснюється невеликим переміщенням осі заднього колеса в пазах вилки.
Кронштейни кріплення двигуна приварили за місцем. А для цього тимчасово закріпили на рамі заднє колесо й двигун із зірочкою та накинули на зірочки ланцюг так, щоб між їхніми осями не було перекосу.
Сидіння використали від мотоцикла «Урал», передню вилку і переднє колесо — від мотоцикла «Мінськ».
Серйозних робіт потребувала й переробка заднього ведучого колеса. Маточину використали від заднього колеса мотоцикла «Восход». Її звільнили від спиць і проточили на токарному верстаті для отримання посадкового місця під установку центрувальної втулки з колісним диском, з’єднаних між собою за допомогою зварювання.
Для обода колеса по краю колісного диска робиться центрувальна проточка. Після складання колеса головки болтів, що кріплять обод, приварюються до колісного диска.
Паралельне вмикання АКБ — контакти К2 і К3 замкнені; контакт К1 розімкнений — рушання з місця та розгін електроцикла.
Послідовне вмикання АКБ — контакт К1 замкнений — контакти К2 і К3 розімкнені — основний режим руху.
Принципову електричну схему запозичено від болгарського електрокара. Відмінність у тому, що замість діода встановили контакт, який дає змогу перемикати напругу, що подається на електродвигун, з 24 вольтів на 12 або навпаки.
Рушання з місця та початковий розгін здійснюються на зниженій напрузі, коли замкнені контакти К2 і К3. Знижена напруга використовується також для рекуперації енергії під час гальмування та руху на спусках. При усталеному русі контакти К2 і К3 розімкнені, а замкнений контакт К1 — при цьому на електродвигун подається повна напруга.
Уперше в нашому конструкторському об’єднанні перебуває в експлуатації електроцикл, тому було цікаво на практиці визначити параметри споживання ним струму та роботу його електродвигуна в режимі рекуперації. Заміри проводилися амперметром АП — 110 (ГОСТ 1700-66) з «0» у центрі шкали.
Було встановлено, що найбільший кидок струму відбувається при рушанні з місця: при напрузі 24 В — до 30 А, а при 12 В — до 15 А. При усталеному режимі споживаний струм становить 10 А при 12 В і 15 А — при 24 В. Однак нас спантеличив той факт, що під час руху на 8%-ний підйом сила споживаного струму становила 20 — 22 А при 24 В, а на тому самому спуску в режимі рекуперації струм заряджання АКБ становив лише 20 А при 12 В. При цьому електроцикл рухався з невеликим сповільненням.
Пояснення таких значних втрат електроенергії (близько 50% при такому економічному двигуні) можна пояснити неврахованими великими затратами електроенергії в трансмісії, опором коченню коліс, а також неефективним режимом роботи двигуна на знижених обертах.
Видається вельми привабливим установити в ці самі акумуляторні ящики пару батарей по 24 В від вантажних автомобілів, яких вистачило б на 1,5 — 2 години їзди за різкого покращення ходових якостей машини, якщо при цьому не змінилися б маса, центр ваги, а отже, і керованість… Але це наше подальше творче завдання.
Особливо важливо відзначити й те, що хлопці здобули ази конструювання та трудові навички, досвід створення нового. Машина постійно модернізується й покращується. За цей навчальний рік ми зробили раму розбірною — на фланцевих з’єднаннях, що дало змогу перевозити електроцикл у багажнику легкового автомобіля. Зроблено жорсткішу передню вилку.
Головна перевага транспортних засобів з електроприводом, особливо для початкового навчання, — постійна готовність машини до дії. Сідаєш, натискаєш лівою ногою на важіль контролера — і поїхав. І при цьому — зауважте — практично безшумно і не забруднюючи довкілля.
«Моделист-конструктор» № 11’2010, А. КОП’ЄВ