Помощь студентам в учебе
Проектирование учебной модели персонального электрического транспортного средства типа «Моноколесо»
|
Введение 10
1. Обзор литературы 13
2. Расчёт необходимых параметров 16
3. Разработка эскиза, проектируемого моноколеса 21
4. Разработка структурной схемы 22
5. Разработка функциональной схемы 25
6. Выбор необходимых элементов 27
6.1 Микроконтроллер 27
6.2 Двигатель 28
6.3 Драйвер 29
6.4 Гироскоп 30
6.5 Акселерометр 31
6.6 Преобразователь логических уровней для Arduino 32
6.7 Аккумуляторная батарея 33
7. Разработка зубчатой передачи 34
8. Проектирование 3Б-модели в Autodesk Inventor 38
9. Конструкторская документация 40
9.1 Сборочный чертёж 40
9.2 Принципиальная электрическая схема 41
10. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 43
ресурсосбережение
11. Социальная ответственность 66
Заключение 85
Список публикаций студента 87
Список использованной литературы 88
Приложение А. Принципиальная электрическая схема 95
Приложение Б. Сборочный чертёж 96
1. Обзор литературы 13
2. Расчёт необходимых параметров 16
3. Разработка эскиза, проектируемого моноколеса 21
4. Разработка структурной схемы 22
5. Разработка функциональной схемы 25
6. Выбор необходимых элементов 27
6.1 Микроконтроллер 27
6.2 Двигатель 28
6.3 Драйвер 29
6.4 Гироскоп 30
6.5 Акселерометр 31
6.6 Преобразователь логических уровней для Arduino 32
6.7 Аккумуляторная батарея 33
7. Разработка зубчатой передачи 34
8. Проектирование 3Б-модели в Autodesk Inventor 38
9. Конструкторская документация 40
9.1 Сборочный чертёж 40
9.2 Принципиальная электрическая схема 41
10. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 43
ресурсосбережение
11. Социальная ответственность 66
Заключение 85
Список публикаций студента 87
Список использованной литературы 88
Приложение А. Принципиальная электрическая схема 95
Приложение Б. Сборочный чертёж 96
Вопрос перегруженности дорог в городе сегодня является очень существенной проблемой. По статистическим данным за 2014 год [1] в крупных городах России (Москва, Санкт-Петербург) уровень загруженности дорог с 8:00 до 20:00 находится в диапазоне выше 6 баллов (серьёзные пробки).Данная ситуация обусловлена целым рядом причин, одной из которых является перенасыщенность городского пространства личным автотранспортном. Это влечёт за собой множество проблем, связанных не только с состоянием загруженности дорог, но и с их состоянием, а также с экологией окружающей среды.
Для решения подобных проблем ещё в 2001 году было представлено электрическое самобалансирующееся экологически чистое транспортное средство - Segway (рисунок 2), получившее большую популярность во многих странах [2].
Оно обладает целым рядом преимуществ перед автомобилями: во- первых, это цена - около 70 - 100 тыс. рублей; во-вторых, не требует постоянного технического обслуживания; в-третьих, экономит средства на топливе. Можно также добавить, что Segway позволяет владельцу значительно экономить время при поиске парковочных мест (ведь его можно оставить и в офисе), а главное, это транспортное средство позволяет избежать многочисленных пробок и вовремя добраться до места назначения.
Однако наряду с достоинствами перед автомобилями данного транспортного средства (экологичность, мобильность, малые габариты, манёвренность и т.д.) имеется и ряд недостатков: малый заряд батареи (рассчитан примерно на 20 километров пути), сравнительно низкая скорость (около 20 км/ч), незащищённость ездока от плохих погодных условий [3].
О «низкой» скорости можно сказать следующие: во время пика загруженности дорог в крупных городах России средняя скорость автомобиля не превышает 18 км/ч [1]. В следствие этого замечания можно сделать вывод, что Segway позволит добраться, например, от окраины Москвы до центра быстрее, чем на автомобиле.
После Segway в 2012 году была представлена новая разработка - Solowheel [4]. Solowheel или Моноколесо - это электрический самобалансирующийся моноцикл с одним колесом, и расположенными по обе стороны от колеса подножками.По сравнению с Segway данное транспортное средство значительно улучшило свои характеристики. Улучшение показателей произошло в основном за счёт уменьшения габаритов, что позволило увеличить скорость (до 30 км/ч) и расстояние, которое колесо может преодолеть (до 30 км) [5].
Также можно выделить ряд преимуществ моноколёс по сравнению с «сигвеями» [6]:
1. Меньшая цена - в среднем на 10 - 20 тыс. руб.;
2. Большая скорость - в среднем на 5 - 10 км/ч;
3. Меньшие габариты;
4. Больший запас хода;
5. Большая скорость заряда батареи - в среднем на 0.5 - 1 час.
Важно отметить, что моноколесо, также как и сигвей, способно
перевозить массу до 120 кг [6].
В настоящее время в России электрические транспортные средства только набирают популярность, но рост интереса к ним с каждым годом всё больше и больше. Особенно это заметно в последнее время, после значительного увеличения цен на горючее топливо и ухудшения ситуации с загруженностью дорог в крупных городах нашей страны.
Для решения подобных проблем ещё в 2001 году было представлено электрическое самобалансирующееся экологически чистое транспортное средство - Segway (рисунок 2), получившее большую популярность во многих странах [2].
Оно обладает целым рядом преимуществ перед автомобилями: во- первых, это цена - около 70 - 100 тыс. рублей; во-вторых, не требует постоянного технического обслуживания; в-третьих, экономит средства на топливе. Можно также добавить, что Segway позволяет владельцу значительно экономить время при поиске парковочных мест (ведь его можно оставить и в офисе), а главное, это транспортное средство позволяет избежать многочисленных пробок и вовремя добраться до места назначения.
Однако наряду с достоинствами перед автомобилями данного транспортного средства (экологичность, мобильность, малые габариты, манёвренность и т.д.) имеется и ряд недостатков: малый заряд батареи (рассчитан примерно на 20 километров пути), сравнительно низкая скорость (около 20 км/ч), незащищённость ездока от плохих погодных условий [3].
О «низкой» скорости можно сказать следующие: во время пика загруженности дорог в крупных городах России средняя скорость автомобиля не превышает 18 км/ч [1]. В следствие этого замечания можно сделать вывод, что Segway позволит добраться, например, от окраины Москвы до центра быстрее, чем на автомобиле.
После Segway в 2012 году была представлена новая разработка - Solowheel [4]. Solowheel или Моноколесо - это электрический самобалансирующийся моноцикл с одним колесом, и расположенными по обе стороны от колеса подножками.По сравнению с Segway данное транспортное средство значительно улучшило свои характеристики. Улучшение показателей произошло в основном за счёт уменьшения габаритов, что позволило увеличить скорость (до 30 км/ч) и расстояние, которое колесо может преодолеть (до 30 км) [5].
Также можно выделить ряд преимуществ моноколёс по сравнению с «сигвеями» [6]:
1. Меньшая цена - в среднем на 10 - 20 тыс. руб.;
2. Большая скорость - в среднем на 5 - 10 км/ч;
3. Меньшие габариты;
4. Больший запас хода;
5. Большая скорость заряда батареи - в среднем на 0.5 - 1 час.
Важно отметить, что моноколесо, также как и сигвей, способно
перевозить массу до 120 кг [6].
В настоящее время в России электрические транспортные средства только набирают популярность, но рост интереса к ним с каждым годом всё больше и больше. Особенно это заметно в последнее время, после значительного увеличения цен на горючее топливо и ухудшения ситуации с загруженностью дорог в крупных городах нашей страны.
Результатом выполнения данной выпускной квалификационной работы является подтверждение актуальности создания и развития персонального экологически чистого транспорта. На основе изученной литература и патентов зарубежных компаний производителей разработана учебная модель данного транспортного средства.
Каждый раздел данной выпускной квалификационной работы раскрывает процесс разработки «Моноколеса». Основная её часть посвящена разработке структурной и функциональной схем. Здесь подробно раскрывается каждый блок и элемент, описывается её функции и назначение в системе. Выбор и сравнение необходимых технических элементов системы стабилизации подробно описан в соответствующем разделе. К каждому элементу системы предъявляются определённые технические требования, которые и служили основанием для его приобретения.
Следующие раздел посвящены разработке зубчатой передачи моноколеса. Здесь представлен расчёт редуктора, их обоснование и результаты. Далее отведено место процессу 3 D-моделирования разрабатываемого транспортного средства. В этой части представлены этапы разработки и его результаты.
Результатом работы служит конструкторская документация - а именно, принципиальная электрическая схема системы стабилизации и сборочный чертёж разработанной 3D-модели колеса.
В разделе «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» рассмотрена экономическая целесообразность разработки: проанализирован целевой потребительский рынок, оценена стоимость ресурсов научного исследования (материально-технических, финансовых, информационных и человеческих), определены возможные альтернативы исследования и выбран наиболее рациональный путь с экономической точки зрения. Разработан план-график научно-исследовательских работ и сформирован бюджет исследований. Более того, проведено сравнение с потенциальными конкурентами и определена общая экономическая эффективность проекта.
В разделе «социальная ответственность» проведён анализ рабочего места сотрудника (студента) на предмет возникновения вредных и опасных факторов, негативное воздействие на окружающую среду, а также возможные чрезвычайные ситуации. Результатом проделанной работы являются обнаруженные вредные и опасные факторы, а также нормы определённые для каждого из них.
В результате разработана учебная модель электрического персонального транспортного средства типа «Моноколесо». Разработка выполнена в соответствии с техническим заданием. Следующим этапом является разработка алгоритма управления, написание программного кода, проектирование корпуса транспортного средства.
Полученные знания и опыт по разработке подобных транспортных средств планируется использовать в профессиональной производственной деятельности и научных работах.
Каждый раздел данной выпускной квалификационной работы раскрывает процесс разработки «Моноколеса». Основная её часть посвящена разработке структурной и функциональной схем. Здесь подробно раскрывается каждый блок и элемент, описывается её функции и назначение в системе. Выбор и сравнение необходимых технических элементов системы стабилизации подробно описан в соответствующем разделе. К каждому элементу системы предъявляются определённые технические требования, которые и служили основанием для его приобретения.
Следующие раздел посвящены разработке зубчатой передачи моноколеса. Здесь представлен расчёт редуктора, их обоснование и результаты. Далее отведено место процессу 3 D-моделирования разрабатываемого транспортного средства. В этой части представлены этапы разработки и его результаты.
Результатом работы служит конструкторская документация - а именно, принципиальная электрическая схема системы стабилизации и сборочный чертёж разработанной 3D-модели колеса.
В разделе «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» рассмотрена экономическая целесообразность разработки: проанализирован целевой потребительский рынок, оценена стоимость ресурсов научного исследования (материально-технических, финансовых, информационных и человеческих), определены возможные альтернативы исследования и выбран наиболее рациональный путь с экономической точки зрения. Разработан план-график научно-исследовательских работ и сформирован бюджет исследований. Более того, проведено сравнение с потенциальными конкурентами и определена общая экономическая эффективность проекта.
В разделе «социальная ответственность» проведён анализ рабочего места сотрудника (студента) на предмет возникновения вредных и опасных факторов, негативное воздействие на окружающую среду, а также возможные чрезвычайные ситуации. Результатом проделанной работы являются обнаруженные вредные и опасные факторы, а также нормы определённые для каждого из них.
В результате разработана учебная модель электрического персонального транспортного средства типа «Моноколесо». Разработка выполнена в соответствии с техническим заданием. Следующим этапом является разработка алгоритма управления, написание программного кода, проектирование корпуса транспортного средства.
Полученные знания и опыт по разработке подобных транспортных средств планируется использовать в профессиональной производственной деятельности и научных работах.