Poradnik budowy e-buggy

Część 1

Budowa ramy

Poradnik jest przeznaczony dla osób, które chcą samodzielnie zbudować jednoosobowy, czterokołowy pojazd elektryczny, napędzany dwoma silnikami BLDC zamontowanymi w osi tylnych kół, zasilany akumulatorem litowo-jonowym.

Prowadzi on krok po kroku od zakupu potrzebnych elementów po pierwszą jazdę. Opisuje w sposób prosty i zrozumiały nawet dla osób, które nie miały dotąd nic wspólnego z obróbką metalu, mechaniką, czy elektroniką.

Zamieszczone 26 rysunków i 9 zdjęć dodatkowo ułatwiają zrozumienie przebiegu prac. Umieszczenie silników w osi kół nie wymaga zastosowania przeniesienia napędu, wyklucza więc pasek zębaty, czy łańcuch. Ogranicza to opory mechaniczne.

Źródło zasilania stanowi pakiet litowo-jonowy o napięciu 48 V, który pozwala na kilkugodzinną nieprzerwaną jazdę, po której możemy go ponownie naładować z domowego gniazdka lub ze źródeł odnawialnych. Czterokołowiec posiada wielowahaczowe zawieszenie i amortyzatory. Zawieszenie ma skok 12 cm. Daje to duży komfort jazdy w trudnym, wyboistym terenie. Bieg wsteczny realizowany jest za pomocą przełącznika.

Pojazd posiada hamowanie regeneracyjne. W chwili wciśnięcia pedału hamulca dodatkowo uruchamiane jest hamowanie silnikami elektrycznymi.

Czterokołowiec może być wyposażony w oświetlenie z przodu i z tyłu, światła stop, deskę rozdzielczą wraz z prędkościomierzem, amperomierzem i woltomierzem. Miernik informuje o chwilowym poborze prądu i o aktualnym napięciu akumulatora, a więc o stopniu jego rozładowania.

Masa całkowita pojazdu to 87 kg.

 

Poradnik ten stanowi pierwszą część serii złożonej z 4 części. Wyjaśnia, jak zbudować ramę pojazdu.

 

Kompletny poradnik to cztery części o następujących podtytułach:

1. Budowa ramy

2. Budowa układu zawieszenia

3. Budowa układu kierowniczego

4. Budowa systemu elektrycznego i uruchomienie pojazdu

 

Podstawowe informacje techniczne

Na wstępie kilka ważnych uwag na temat zasilania i zasięgu pojazdu. Paliwem dla niego jest energia elektryczna. Ta z kolei jest zmagazynowana w akumulatorze. Czym jest większe obciążenie silników, tym jest większe zużycie prądu.

Energia elektryczna zgromadzona w akumulatorze w końcu się kiedyś skończy. Dlatego projektując pojazd, powinieneś się skupić na jego ciężarze. Lekki pojazd będzie miał mały pobór prądu, a to            z kolei zwiększy jego zasięg. Kolejna rzecz to korzyść wynikająca ze zwiększenia pojemności akumulatora dla uzyskania większego zasięgu. Co prawda działanie takie spowoduje, że pojedziesz dalej na jednym ładowaniu, ale pamiętaj również, że zwiększając pojemność, jednocześnie zwiększasz jego ciężar. Większy ciężar to większe zużycie prądu. Większe zużycie prądu to szybsze rozładowanie akumulatora. Dlatego warto zbudować pojazd tak lekki, jak tylko to jest możliwe. Konstrukcja musi być solidna, ale pamiętaj również o jej małym ciężarze.

Następnym czynnikiem wpływającym na zasięg pojazdu będą dodatkowe odbiorniki elektryczne. Montaż oświetlenia dużej mocy, czy dużej mocy nagłośnienia spowoduje, że część energii będzie zużywana do ich zasilania, a to skróci zasięg czterokołowca.

Ostatnia rzecz to dobór właściwych silników. Musisz na początku ustalić, w jakim terenie najczęściej będziesz jeździł. Oczywiście silniki charakteryzują się dużą elastycznością i pracują w dużym zakresie prędkości obrotowych. Jednak dobrze dobrane odwdzięczą nam się małym poborem prądu i dużym momentem obrotowym.

Na rynku jest dostępnych kilka typów silników BLDC, o różnych nawojach uzwojeń, które pracują  w różnych zakresach prędkości obrotowych:

- silniki wolnobieżne

- silniki o pośrednich obrotach

- silniki wysokoobrotowe

Mimo że mogą być tej samej mocy, ich uzwojenia nawinięte są różnymi grubościami drutu. Co prawda pedał gazu pozwala na płynną regulację prędkości, ale tylko w pewnym zakresie. Każdy z tych silników będzie miał inną prędkość maksymalną i inną charakterystykę pracy.

Silnik wolnobieżny nie rozpędzi pojazdu, do dużej prędkości, ale z kolei ma duży moment obrotowy przy małych prędkościach. Doskonale spisuje się w trudnym, miękkim terenie i na podjazdach.

Silnik wysokoobrotowy rozpędza pojazd do dużych prędkości, ale przy małych prędkościach jest słabszy od silnika wolnobieżnego. Spisuje się lepiej na równym i twardym terenie. Nie powinien być również stosowany przy szerokich oponach. Eksploatowany przy małych prędkościach, kiedy nie będzie mógł rozpędzić się do prędkości znamionowej, będzie się grzał, marnując niepotrzebnie cenną energię elektryczną. Tak. Skoro silnik się grzeje, to znaczy, że marnuje energię. Część energii elektrycznej pobieranej z akumulatora przez silnik nie jest wykorzystana na jego pracę, lecz jest bezpowrotnie wypuszczana w powietrze w postaci ciepła. Jeśli mówimy o grzaniu się i o stratach, to silniki BLDC są obecnie najlepszym wyborem na rynku, Posiadają wysoką sprawność, i efekt nagrzewania się jest minimalny. Zawdzięczamy to budowie silnika. Nie posiada on kłopotliwych szczotek, które trą o komutator i zużywają się. Jedyne siły tarcia, jakie występują w silniku BLDC to tarcie na łożyskach kulkowych.

 

 

Materiały i narzędzia potrzebne do budowy ramy

 

Do budowy ramy potrzebujesz następujące materiały:

- Profil stalowy zamknięty kwadratowy o boku 25 mm

- Płaskownik stalowy 25 x 5 mm

- Blacha stalowa 5 mm

 

Do budowy ramy potrzebujesz następujące narzędzia:

- Ołówek

- Miarka taśmowa

- Kątownik ślusarski

- Piłka do metalu

- Szlifierka kątowa

- Pilnik płaski

- Pilnik półokrągły

- Spawarka

- Elektrody

- Wiertarka

- Wiertła

 

Cięcie elementów

Do cięcia elementów używaj ręcznej piłki do metalu, szlifierki kątowej lub piły ramowej. W przypadku cięcia ręcznego użyj imadła do mocowania ciętych elementów. Szczęki imadła powinny być zaciśnięte najbliżej jak to możliwe, miejsca cięcia. Ułatwi to pracę, poprawi jakość cięcia i sprawi, że będzie mniej hałasu.

 

 

 

Z profilu zamkniętego 25 x 25 mm utnij 4 odcinki na długość 1800 mm, obydwa końce każdego odcinka zetnij pod kątem 45°, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

 

 

 

100 mm od każdego końca przewierć otwór o średnicy 12 mm w jednej ściance profilu, zgodnie  z poniższym rysunkiem. Otwory będą służyły do przeprowadzenia wewnątrz ramy instalacji elektrycznej

Z profilu zamkniętego 25 x 25 mm utnij cztery odcinki na długość 220 mm, obydwa końce każdego odcinka zetnij pod kątem 45°, zgodnie z poniższym rysunkiem

Z profilu zamkniętego 25  x 25 mm utnij cztery odcinki na długość 170 mm, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

 

Z profilu zamkniętego 25 x 25 mm utnij 8 odcinków na długość 100 mm, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

Spawanie ramy

Połączenia elementów konstrukcyjnych będą wykonane za pomocą spawania łukowego. Dlatego na wstępie kilka słów na temat tej metody.

Podczas spawania łukowego (metodą MMA) pomiędzy końcem elektrody a spawanym materiałem wytwarzany jest łuk elektryczny. Zajarzenie tego łuku ma charakter kontaktowy. Inicjujesz je poprzez dotknięcie końcem elektrody do materiału spawanego. Elektroda topi się i stopiony metal elektrody przenoszony jest poprzez łuk spawalniczy do płynnego jeziorka spawanego metalu, tworząc po ostygnięciu spoinę.

Należy dosuwać elektrodę w miarę jej stapiania do spawanego przedmiotu tak, aby utrzymać łuk       o stałej długości. Jednocześnie trzeba też przesuwać jej topiący się koniec wzdłuż linii spawania. Otulina elektrody podczas topienia wydziela gazy, które chronią płynny metal przed wpływem atmosfery, następnie krzepnie i tworzy na powierzchni jeziorka żużel. Ten z kolei chroni krzepnący metal spoiny przed wpływem otoczenia.

Tak wykonane połączenie jest niejednokrotnie trwalsze, niż same łączone elementy.

 

 

Ułóż elementy na równej powierzchni, zgodnie z poniższym rysunkiem.

 

 

Upewnij się, że pomiędzy prostopadle ułożonymi elementami jest zachowany kąt 90°. Przymocuj detale, żeby się nic nie przesunęło i wykonaj spawy przyczepne. Podczas stygnięcia metal się kurczy i odkształca nieprzymocowane detale. Dopiero po wykonaniu spawów przyczepnych        w punktach styku wszystkich elementów wykonaj spawy na całej długości łączenia detali. Po zespawaniu element powinien wyglądać jak na rysunku poniżej.

 

W analogiczny sposób wykonaj drugi element.

Usuń nadwyżki spoiny za pomocą szlifierki kątowej po jednej stronie każdego prostokąta, po stronie, z której są przewiercone otwory. Do szlifowania użyj tarczy korundowej lub tarczy listkowej.

Połącz ze sobą obydwa prostokąty za pomocą 8 łączników o długości 100 mm w taki sposób, żeby otwory były skierowane do wewnątrz ramy (otwory w dolnym profilu skieruj do góry, otwory w górnym profilu skieruj do dołu). Pamiętaj o zachowaniu kąta 90° między prostopadle złożonymi elementami. Po zespawaniu całość powinna wyglądać jak poniżej.

Wykonana w ten sposób kratownica mimo niedużej masy posiada wysoką wytrzymałość na zginanie i skręcanie. Będzie stanowiła bazę do zamocowania układu zawieszenia, układu kierowniczego, pakietu zasilającego i fotela kierowcy.

Wykonanie i montaż uchwytów fotela

Potrzeba wykonać 36 sztuk uchwytów, po 4 sztuki na każdy wahacz i 4 sztuki do mocowania fotela.

Z płaskownika o wymiarach 25 x 5 mm utnij 36 odcinków o długości 50 mm. W odległości 25 mm od końca i na środku szerokości płaskownika przewierć otwór o średnicy 8 mm.

Przyspawaj 32 elementy do ramy górnej i do dolnej części ramy w odległości 240 mm od siebie, zgodnie z poniższym rysunkiem.

 

 

Kolejne 4 płaskowniki przyspawaj poziomo do górnego prostokąta ramy, zgodnie z poniższym rysunkiem. Będą stanowiły mocowanie fotela kierowcy. Rozstaw między płaskownikami ustal zgodnie z rozstawem otworów w prowadnicy fotela

 

Budowa i montaż podstawy kolumny kierowniczej

Z płaskownika o wymiarach 25 x 5 mm utnij 2 dwa odcinki po 400 mm. Obydwa końce płaskowników zetnij pod kątem 80°, zgodnie z poniższym rysunkiem.

Blachę o  grubości 5 mm napunktuj. Wstaw w to miejsce cyrkiel i odrysuj 2 okręgi, jeden o średnicy 35 mm wewnątrz drugiego okręgu o średnicy 70 mm, zgodnie z poniższym rysunkiem

Wewnątrz wywierć otwór o średnicy 40 mm. Jeśli nie masz otwornicy w tym rozmiarze, to po wewnętrznej  linii okręgu wywierć otwory wiertłem 4 mm, jeden otwór obok drugiego. Następnie zmień wiertło na 8 mm i rozwierć każdy otwór. Teraz środek powinien wypaść. Za pomocą pilnika półokrągłego rozpiłuj nierówności po wierceniu, aby uzyskać wewnątrz regularny okrąg.

Do tak wykonanego pierścienia przyspawaj 2 płaskowniki o długości 400 mm, w taki sposób, aby odległość między końcami płaskownika była równa szerokości ramy, czyli 200 mm.

 

 

Przyspawaj podstawę kolumny kierowniczej do ramy, w odległości 500 mm od przodu, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

Z profilu prostokątnego 50 X 25 mm utnij odcinek długości 200 mm, zgodnie z poniższym rysunkiem

Przyspawaj go do górnej części ramy 400 mm od przodu ramy, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

Budowa podnóżków

Z  profilu zamkniętego 25 x 25 mm utnij 6 elementów o długości 200 mm

2 elementy zetnij na końcach pod kątem 45°, a 4 elementy zetnij po kątem 45° tylko z jednej strony, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

 

Z płaskownika o wymiarach 50 x 5 mm utnij odcinek długości 70 mm., zgodnie z poniższym rysunkiem

Zespawaj 2 profile w kształt litery „C”. Do jednego elementu przyspawaj płaskownik o wymiarze 50 x 70 mm w odległości 3 cm od boku, zgodnie z poniższym rysunkiem

 

 

Gotowe elementy przyspawaj do ramy zgodnie z poniższym rysunkiem. Po prawej stronie ma być element z płaskownikiem o wymiarach 70 x 50 mm. Będzie on służył do zamocowania pedału gazu.

 

Budowa i montaż wsporników amortyzatorów

Z profilu zamkniętego 25 x 25 mm utnij 4 odcinki po 100 mm i 2 odcinki po 200 mm. 4 odcinki po 100 mm zetnij z obydwóch stron pod kątem 70°, zgodnie z poniższym rysunkiem

Zespawaj je ze sobą, w taki sposób, żeby szerokość podstawy była równa szerokości ramy, czyli 200 mm, zgodnie z poniższym rysunkiem

Z płaskownika o wymiarach 25 x 5 mm utnij 4 odcinki po 80 mm. Przewierć w nich po 1 otworze o średnicy 8 mm., zgodnie z poniższym rysunkiem

 

 

Przyspawaj płaskowniki po obydwóch stronach górnej belki, zgodnie z poniższym rysunkiem

Tak przygotowane wsporniki przyspawaj do ramy zgodnie z poniższym rysunkiem.

 

Szlifowanie spoin spawalniczych.

Spoiny spawalnicze wyszlifuj za pomocą szlifierki kątowej z grubą tarczą ścierną lub ściernicą listkową. Szlifuj tylko te miejsca, które wymagają płaskiej powierzchni. Pozostałych miejsc nie ruszaj, żeby nie osłabiać niepotrzebnie połączenia spawalniczego. Ściernicę pochyl w zakresie od 5 do 35° w stosunku do szlifowanej powierzchni (w zależności od użytej ściernicy). Pamiętaj o stałym nacisku nacisku zarówno w ruchu do przodu, jak i do tyłu, aby uzyskać równe wykończenie. Podczas szlifowania nie zatrzymuj się w jednym miejscu, żeby nie porobić ubytków.

 

 

Malowanie ramy

Najtrwalszą mechanicznie powłokę lakierniczą uzyskamy przez lakierowanie proszkowe, które wymaga zlecenia specjaliście. Jednak możemy również samodzielnie polakierować ramę używając gotowych lakierów w spraju lub pistoletu do lakierowania. Należy pamiętać, że oszlifowaną ramę należy dobrze oczyścić i odtłuścić za pomocą rozpuszczalnika nitro lub benzyny ekstrakcyjnej. Następnie nakładamy farbę podkładową. Po jej wyschnięciu nakładamy lakier właściwy, w kolorze, który wybraliśmy. Najlepiej jest nakładać kilka cienkich warstw, w kilkuminutowych odstępach czasu, zamiast jednej warstwy grubej. Zapobiegnie to robieniu się zacieków. Unikaj malowania w dużej wilgotności i w pełnym słońcu. Pełna wytrzymałość lakieru po malowaniu ręcznym będzie osiągnięta po około 2 tygodniach.

 

 

Przykładowe zdjęcia z etapów budowy

     

     

     

Zakończenie

Budowa ramy jest najbardziej złożonym i pracochłonnym etapem z wszystkich prac podczas budowy pojazdu. W kolejnych częściach poradnika opisane będą:

 

2. Budowa układu zawieszenia

3. Budowa układu kierowniczego

4. Wykonanie instalacji elektrycznej

 

Najwięcej trudności podczas budowy może sprawić spawanie. Jeśli nie posiadasz spawarki i nigdy nie spawałeś możesz tą czynność zlecić spawaczowi, dostarczając mu wszystkie przygotowane przez Ciebie elementy.

Gwarantuję, że radość z jazdy samodzielnie zbudowanym pojazdem będzie ogromna i zainspiruje Cię do realizacji kolejnych projektów. A przy obecnej dostępności nowoczesnych podzespołów, możliwości techniczne są nieograniczone. Jedyne ograniczenie znajduje się w Twojej głowie.

Życzę sukcesów w realizacji Twojego pierwszego projektu i tworzenia kolejnych, o wiele lepszych, niż ten, który  przedstawiam.

Zachęcam Cię również do przeczytania poradnika: „Jak ładować swój pojazd elektryczny z własnych modułów fotowoltaicznych”.