Dopęd do roweru

- tym razem prototyp

Swego czasu opisałem pomysł na napęd do roweru w zakładce ZAJAWKI pod linkiem Napęd do roweru. Pisałem tam, że mam pomysł na dwa rozwiązania. Od tamtej pory pojawiły się kolejne pomysły na dopęd ale ze względu na prostotę konstrukcji opiszę jedno z przytoczonych tam rozwiązań. W tym przypadku nie będzie to tylko pomysł potwierdzony jedynie przypuszczeniami i teorią. Wynalazek w liczbie sztuk - jeden (prototyp) ujrzał światło dzienne. Zanim przejdę do konkretnego opisu technicznego, powiem że prototyp miał być wykonany wyłącznie w celu potwierdzenia przypuszczeń, czyli w celu czysto naukowym. W związku z tym, że przypuszczenia i obliczenia moje w dużej mierze okazały się trafne, wynalazek (mimo tego, iż nie jest dopracowany) jest używany.

Budowa wynalazku:
Jak widać na poniższych zdjęciach wynalazek wykonany jest z silnika wysoko obrotowego pożyczonego z wkrętarki akumulatorowej o napięciu znamionowym 18V, prądzie 6,5A i prędkości obrotowej około 13 750 obr/min. Silnik połączony jest z dwustopniową przekładnią planetarną, która redukuje jego obroty w sumie 25 razy. Silnik zamocowany jest do widelca amortyzatora poprzez zacisk. Silnik przekazuje napęd na piastę roweru poprzez stożkową przekładnię zębatą, zapożyczoną od szlifierki kątowej o mocy 2000W. Przekładnia redukuje obroty silnika ko kolejne 3,6 razy. Przekładnia przymocowana jest do piasty poprzez wolnobieg stosowany standardowo do napędu rowerów typu BMX.

Działanie wynalazku:
Zacznę od tego, że nieco podniosłem moc dopędu ponieważ zastosowałem akumulator o napięciu 24 V zamiast 18 V. Zastosowałbym silnik o napięciu 24 V ale niestety wszystkie silniki od wkrętarek pracujące na napięcie 24V mają obroty na wyjściu z przekładni minimum 1100 obr/min. Jednakże silnik 18V sprawdza się całkiem dobrze. Są to zadziwiająco wytrzymałe silniki. Fakt, że silnik traci część energii na wielokrotnym przełożeniu rekompensuje niemalże stały moment obrotowy przekazywany na koło przy całym zakresie prędkości. Bez obciążenia silnik rozpędza koło roweru do prędkości 24 km/h. Przy masie rowerzysty wraz z rowerem około 90 kg rozpędza rower (na prostej i bez wiatru) do prędkości 18 km/h.
Założenie było takie, że dopęd ma za zadanie dodać mi nieco energii podczas jazdy pod górę o wzniosie nie większym niż 10%. Moc silnika wynosi jedynie 170W! Dzięki temu stosując tanie (choć ciężkie) żelowe akumulatory kwasowo-ołowiowe można dopędzać rower całkiem długo. Ja jestem zwolennikiem raczej nowych technologii i w dopędzie używam akumulatorów Ni-MH jednakże do testów używałem właśnie akumulatorów żelowych aby mieć pewność że dostarczą odpowiednią ilość prądu. Przyznam, że przy jeździe na małe odległości i one by się sprawdziły. Dwa akumulatory 12V o pojemności 4 Ah ważą tylko 2 kg. W dopędzie z silnikiem o mocy 500W ledwo nadążyłyby prądowo, jednakże w moim dopędzie jadąc po prostej i używając samego dopędu przy temperaturze otoczenia 20 st. C rozładowywały się po około 30 minutach co daje przejechany dystans około 9,5 km. Utrzymując prędkość 22 km/h (jazda praktycznie bez żadnego wysiłku) rozładowywały się po około 50 minutach, co w sumie dało przejechany dystans (praktycznie bez zmęczenia) powyżej 18 km. Pokonując wzniesienia dystans oczywiście będzie mniejszy. Akumulatory Ni-MH przy tej samej masie mogą mieć nawet 3 razy więcej energii co umożliwia już wykonanie całkiem ładnej wycieczki. Są niestety dużo droższe.

Dopęd nie jest idealny. Nie wykorzystuje w pełni mocy silnika bo nie ma stopniowanych przełożeń. W planach miałem zastosowanie piasty z przekładnią planetarną o trzech przełożeniach. Przełożenia przekładni piast dostępnych na rynku wyglądają następująco: 1 bieg - 0,75, 2 bieg - 1, 3 bieg - 1,33. Zakres przełożeń wynosi więc 177%. Nie jest to dużo w przypadku gdy rower napędza człowiek, w zupełności wystarcza jednak dla silnika. Problem jest jednak taki, że wszystkie piasty są wykonane do tylnego koła roweru. Przerobienie piasty tak żeby móc zastosować ją do koła przedniego jest możliwe ale dość skomplikowane. Zastosowanie takiej piasty ułatwiłoby znacznie jazdę pod górę o większym wzniosie oraz umożliwiło jazdę po prostej przy prędkości powyżej 30 km/h bez większego zmęczenia. Idealnym rozwiązaniem byłaby przekładnia o pięciu przełożeniach ale wtedy człowiek przestawałby panować nad zmianą biegów w przekładni dopędu i przekładni napędu roweru. Należałoby wykonać elektroniczny system sterowania, który sam panowałby nad optymalnym przełożeniem. Jednakże przekładnia taka umożliwiłaby dopędzanie roweru przy jeździe pod górę o dużym wzniosie.

Sterowanie dopędem.
Do sterowania dopędem użyłem standardowego włącznika wkrętarki. Umożliwia on płynną regulację obrotów, choć podczas używania dopędu prawie przez cały czas używa się maksymalnej jego mocy. Zmiana prędkości odbywa się poprzez zaadoptowaną manetkę obrotową - grip z przedniej przekładni roweru. Stosując dopęd, aby ułatwić jadę na rowerze zrezygnowałem z przedniej przekładni. Z tyłu zastosowałem również piastę z przekładnią, tym razem z ośmioma biegami. Piasta ma przełożenia o zakresie 307% co przy jeździe miejskiej jest w zupełności wystarczające.

Do czego ja stosuję dopęd.
Niemalże codziennie jeżdżę rowerem do pracy. Często przyjeżdżałem spocony a w pracy nie mam ani możliwości wzięcia prysznica ani nawet możliwości przebrania się. Dopęd okazał się wybawieniem bo nie męczę się pokonując wzniesienia. Jadąc powrotem dopędu nawet nie włączam, chyba, że jestem naprawdę wyczerpany. Ponad to zastosowań dopędu może być wiele. Na przykład gdy jeździmy na wycieczki rowerowe i jeździ z nami ktoś, kto nie zawsze nadąża i trzeba na niego czekać.

Na koniec zalety i wady.
Zalety:
- niska masa (całość, nie licząc akumulatorów i przedniej piasty waży mniej niż 1 kg),
- dopędu prawie nie widać, ci którzy dopęd zauważą przeważnie nie orientują się nawet do czego to urządzenie służy. (Przeważnie ludzie myślą, że to jakiś miernik),
- prosta obsługa,
- z racji małej mocy, długi czas działania (oczywiście zależny od pojemności akumulatorów),
- prosta konstrukcja.

Wady:
- Jedyną wadą, jest fakt, że dopęd nie jest całkiem cichy. Wynika to z faktu zastosowania przekładni od szlifierki kątowej. (Oczywiście w porównaniu do popędów, w których użyty jest silnik spalinowy, mój jest dużo cichszy). Głośność pracy to jedyna rzecz, której nie przewidziałem. Byłem przekonany, że jak zastosuje wolne obroty (prawie 10 razy mniejsze od obrotów szlifierki kątowej) to przekładni słychać nie będzie. Myliłem się, słychać ją wyraźnie. Dopęd można jednak trochę wyciszyć stosując osłony przekładni.

Gdzie można dostać to urządzenie.
Niestety jak na razie żadnego dopędu mojego pomysłu nie można kupić. Oczywiście można go sobie wykonać samemu. Trzeba mieć dostęp do maszyn do obróbki stali, smykałkę techniczną i około 20 roboczogodzin czasu. Plusem jest fakt, że urządzenie można wykonać bardzo tanim kosztem. Ja za wszystkie materiały zapłaciłem około 250 zł. Zapraszam do eksperymentowania.

Poniżej dwie fotki urządzenia: