PAKS – opis projektu

Projekt PAKS 2011

 

W listopadzie 2009 roku została powołana grupa do pracy nad projektem o roboczej nazwie Urban 2011. Urban 2011 jest to pojazd tworzony do startu w zawodach Shell Eco Marathon, w których będzie rywalizować w klasie UrbanConcept. UrbanConcept to kategoria pojazdów przypominających wyglądem i budową małe auta miejskie. Celem startu w zawdoach jest przejechanie jak największej odległości na jak najmniejszej ilości paliwa. Cały zespół wkłada wiele trudu w to, by pojazd mógł konkurować z czołówką. Niedawno ustalono oficjalną nazwę naszego projektu: PAKS.

 

Rama
Głównym elementem pojazdu jest sztywna rama. Dążymy do maksymalnej redukcji masy pojazdu dlatego zdecydowaliśmy się na wykonanie spawanej ramy ze stopów aluminium. Kierujemy podziękowania dla Instytutu Energetyki w Białymstoku, który podjął się trudnego zadania wykonania dla nas tego elementu.  Konstrukcja ramy została zaprojektowana z wykorzystaniem systemów CAD/CAM/CAE, m.in. analizy wytrzymałościowej Metodą Elementów Skończonych, tak by spełniała kryteria wytrzymałościowe oraz funkcjonalne. Zaprojektowanie ramy było bardzo trudnym zadaniem, gdyż od jej kaształtu zależała dalsza część projektu. Projektowanie miało charakter procesu iteracyjnego - kolejne koncepcje powstawały w miarę ewolucji poszczególnych elementów -  np. elemteny układu kierowniczego wymagały zmiany, co ciągnęło za sobą zmianę wymiarów ramy.

Karoseria

Zaprojektowanie bryły pojazdu cechującej się małym oporem aerodynamicznym jest trudne i pracochłonne, dlatego prace nad projektem wciąż trwają. Aerodynamika pojazdu odgrywa znaczącą rolę w zmniejszeniu zużycia paliwa, warto więc poświęcić czas na dopracowanie jej do perfekcji. Oszacowanie wartości sił aerodynamicznych działających na pojazd zostało dokonane przy użyciu programów służacych do numerycznej analizy przepływu.
Bardzo istotnym zagadnieniem jest opracowanie prostego i skutechnego procesu technologicznego wykonania nadwozia. Dzięki doświadczeniom przy pracy nad Mikrusem, możemy uniknąć problemów przy wykonaniu bryły.

 

Przednie zawieszenie

Rywalizacja w zawodach Shell Eco-Marathon odbywa się na torze wyścigowym. Pojazdy poruszają się po nim z niewielkimi prędkościami. W PAKSie nie było konieczności zastosowania żadnych elementów amortyzujących. Podzespoły zostały zaprojektowane z myślą o przeniesieniu obciążeń pochodzących z kół bezpośrednio na ramę nośną pojazdu. Minimalna masa, a jednocześnie wysoka wytrzymałość elementów zapewnione zostaną przez wykorzystanie w konstrukcji odpowiednich stopów aluminium. Elementy zawieszenia zostały stworzone od podstaw na potrzeby projektu. Nie wzorowano się na rozwiązaniach spotykanych w seryjnie produkonaych samochodach. Na przykładzie poprzedniego samochodu z kategorii UrbanConcept - Mikrusa - pokazaliśmy że wykonanie innowacyjnego zawieszenia jest możliwe i bardzo dobrze się sprawdza.


 

Układ Kierowniczy
W układzie kierowniczym stawiamy na prostotę i funkcjonalność, co nie znaczy, że całość będzie prezentować się mniej okazale niż reszta pojazdu. Specjalnie dla nas Pan Krzysztof Bobiński, pracownik ITLiMS, wykonał minimaglownicę, która zapewni lepszą charakterystykę pracy układu. Dzięki zastosowaniu stopów aluminium i ultra lekkich materiałów lotniczych, zapewniliśmy sobie małą masę układu, ale również bardzo dużą wytrzymałość komponentów. Elementy układu kierowniczego muszą być bardzo precyzyjnie wykonane, aby nie wystąpiły nieoczekiwane opory tarcia lub problemy ze współosiowością wzajemnie współpracujących elementów. Dlatego też niezbędne jest wykorzystanie do zrobienia tych podzespołów na wysokiej klasy obrabiarek lub  centr obróbkowych sterowanych numerycznie. Dzięki firmie METEX udało nam się wykonać zwrotnice, które wymagały dużej dokładności wykonania. Dziękujemy firmie Metex za współpracę. Udało się wykonanać mocowania zwrotnic, które wymagały jeszcze bardziej zaawansowanej obrabiarki CNC ( 5 osiowej). Firma GGG podjęła się zrobienia tego detalu. Efekty prac mozna zobaczyć w galerii. Po wykonaniu mocowań możemy zakończyć etap tworzenia układy kierowniczego.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Silnik i mocowanie silnika

Dysponujemy skromną jednostką napędową o mocy 5 KM od skutera Honda DAX. Układ dolotowy to gaźnik + filtr stożkowy powietrza. Mamy w planach przeprowadzenie badań i optymalizacji układu dolotowego i wydechowego. Silnik zaopatrzony jest w wewnętrzną dwustopniową skrzynię biegów. Dzięki pracy Pana Krzysztofa Bobińskiego wykonany został układ zmiany biegów.

Wykonaliśmy mocowanie silnika, które ma zapobiec przekazywaniu drgań pochodzących od jednostki napędowej na ramę pojazdu. W projektowaniu mocowania bardzo ważne było dokładne spozycjonowanie silnika i określenie położenia otworów mocujących silnik. 
Podobnie jak i inne elementy konstrukcyjne mocowanie jest badane wytrzymałościowo.  Dodatkowym problemem są niesymetryczne i nieregularne obciążenia, które będą wprowadzały problem zmęczeniowy badanej konstrukcji. Mocowanie (użyliśmy stali) było spawane techniką MIG-MAG. Dzięki zrobieniu mocowania i umiejscowieniu silnika mogliśmy przystąpić do wykonywania tylnej osi.

 

Tylna oś
Bardzo ważny podzespół pojazdu odpowiedzialny za przeniesienie napędu. Początkowym problemem była decyzja czy napęd przekazywany będzie na jedno lub oba koła.  Zdecydowaliśmy się na najbardziej kompromisowe rozwiązanie, tzn. napęd przenoszony będzie na jedno koło. Istnieje koncepca że w przyszłosci za pomocą sprzęgła Cardana napędzana będzie druga oś.

 


 

 

Koła

 

Koła to jeden z najbardziej innowacyjnych elementów naszego pojazdu, ale przez to najbardziej problemowy fragment projektu. Chcemy wykonać koła kompozytowe zbrojone włóknem szklanym. Materiał ten ma nam zapewnić minimalną masę oraz dużą wytrzymałość. Dodatkowo możemy lepiej zapoznać się z technologią materiałów kompozytowych. Wykonaliśmy już pierwsze próby laminowania kół, co pozwoliło na wyeliminowanie pewnych błędów powstałych w fazie projektu. Bardzo dużym problemem okazało się zrobienie odpowiednich foremników do laminowania. Wykonanie takich foremników wymaga bardzo precyzyjnej dokładności, przez to niezbędne jest użycie obrabiarki sterowanej numerycznie.

 

Siedzisko

Wykonaliśmy samodzielnie fotel dla kierowcy. Nie był to jeden z najważniejszych elementów projektu, gdyż można było pójść po najmniejszej linii oporu i kupić gotowy fotel. Postanowiliśmy jednak wykorzystać swoje doświadczenie w pracy z kompozytami i wykonać ten element samemu. Ważnym problemem okazało się znów wykonanie foremnika do laminowania. Bardzo pomocny okazała się forma, na której wylaminowane było siedzisko do Kropelki. Udało się nam ustalić optymalne i najbardziej ergonomiczne ustawienie kątów pozycjonowania fotela. Niezbędne było wykonanie wzmocnień struktury fotela i wykonania wręg w których można było wykonać mocowanie do ramy pojazdu. Strukturę konstrukcji fotela poprawiliśmy poprzez odpowiednie ułożenie włókna węglowego (użyliśmy splotu skośnego 2-2 ),dodatkowo umieściliśmy usztywniającą półkę oraz wzmocniliśmy krawędzie głównych wręg Rowing'iem (grube "włosy" włókna węglowego, które mają bardzo dobrą wytrzymałość na rozciąganie). Bardzo ciekawą okazała się koncepcja mocowania fotela do ramy pojazdu. Koncepcja polegała na wykonaniu elementów dzięki którym fotel będzie mógł uzyskać posuw wzdłuż podłużnic pojazdu. Odpowiednio wyfrezowane kątowniki aluminiowe zapewniły nie tylko żądany posuw, ale również rozłożenie ciężaru kierowcy na większej powierzchni.