Naša stredoškolská práca sa zaoberá konštrukčným návrhom a výrobou driftovacej trojkolky pre rekreačné účely.
Už od nepamäti patria automobilové športy k jedným z najnáročnejších športov aké tento svet pozná. K takýmto športom, a zvlášť k automobilom, máme veľmi blízko už od narodenia. Keďže obom nám svet driftovania veľmi učaril, lenže finančná náročnosť tohto športu nám nedovoľovala sa tomuto športu venovať, začali sme premýšľať. Rozmýšľali sme ako driftovať v rámci našich finančných možností. Potom ako sme videli na internete videá Drift Trike sme si vraveli, že také niečo chceme aj my.
V amerických štátoch sa dá takýto Drift Trike kúpiť kompletný alebo ako skladačka. Lenže dovoz a samotný Drift Trike od firiem z Ameriky bol finančne pre nás nereálny. A tak nás napadlo, že využijeme naše nadobudnuté zručnosti a vedomosti a Drift Trike si vyrobíme. To boli ciele, ktoré nás viedli k tomu, aby sme si driftovaciu trojkolku postavili sami.
Cieľom našej práce bolo konfrontovať získané vedomosti a zručnosti, ktoré sme získali štúdiom odboru strojárstvo so zameraním na stavbu automobilov.
Išlo nám o skonštruovanie driftovacej trojkolky podľa našich predstáv, ktorá by bola finančne nenáročná na výrobu..
V práci je priblížený náš projekt Drift Trike, kde je aj podrobne opísaný postup prác a zoznam komponentov. Naša trojkolka je postavená na oceľovom ráme rôznych profilov a hrúbok. Prednú časť rámu tvorí bicyklový rám a predné koleso typu BMX. Zadnú časť rámu tvorí nami navrhnutý rám ktorý je vyrobený z profilu 40x40mm štvorcového prierezu. O pohon sa stará jednovalcový piestový spaľovací motor, ktorý prenáša krútiaci moment na zadné kolesá pomocou reťazového prevodu ktorý je tvorený reťazou, spojkou na prenos krútiaceho momentu a ozubeného kolesa. Z reťazového prevodu sa krútiaci moment prenáša cez hriadeľ na zadné kolesá, ktoré sú pôvodom z motokáry. Súčasťou práce je aj prototyp driftovacej trojkolky.
Motor: štvortaktný, vzduchom chladený, ručné štartovanie, zapaľovanie TCI tranzistorové.
Obsah: 192ccm
Maximálny výkon: 4800W (6,5 HP)
Stály výkon: 4000W (5,3 HP) / 3600 ot./min.
Obsah palivovej nádrže: 3,6l
Spotreba paliva na 1 hod.: 0,8l (bezolovnatý benzín)
Mazanie: SAE 10W30
Obsah mazacieho oleja: 0,6l
Sviečky: BPR6ES (NGK) alebo W20EPR-U (DENSO)
Priemer hnacieho hriadeľa motora: 19x50mm
Hmotnosť motora: 16kg
Konštrukcia: zváraná Bmx GT a štvorcový profil 40x40mm
Uloženie hriadeľa: domcové ložiská UCP 205
Hnaný hriadeľ: ťahaná oceľ 25mm
Predné koleso a riadidlá: Bmx GT
Predná brzda: bicyklová čeľusťová ovládaná oceľovým lankom
Sedadlo: Hliníkové anatomické
Motorová spojka: suchá odstredivá
Zadné kolesá: motokárové kolesá aj s pneumatikami vložené do PVC rúr
Uloženia zadných kolies: ťahaná oceľ
Uloženie ozubeného kolesa na hnanom hriadeli: ťahaná oceľ
Ozubené koleso: reťazové koleso 420/37 zubový
Reťaz: typ 428
Ovládanie otáčok motora: oceľové lanko s páčkou brzdy
Celý náš projekt odštartoval tým, že sme museli zohnať zadné kolesá. Tie museli byť špecifické a bolo náročné ich získať. Po rozmýšľaní a hľadaní na internete sme zistili koľko stoja takéto kolesá úplne nové, a preto sme sa rozhodli nájsť kolesá použité. Kontaktovali sme dve firmy, ktoré prevádzkujú motokárovú dráhu s požiadavkou, či by nám nevedeli predať použité motokárové kolesá. Ako prvá nám odpísala košická firma Cassovia Ring, ktorá má na starosti motokárovú dráhu v Košiciach. Po príchode do firmy a popísaní nášho plánu boli z neho všetci veľmi nadšení. Zo skladu nám vybrali staršie kolesá s pneumatikami, ktoré pre nich už nemali využitie. Po otázke „Koľko sme dlžní?“ sme dostali odpoveď, že nič. Táto odpoveď nás veľmi prekvapila a potešila a bolo to veľmi dobré naštartovanie nášho projektu.
Po úspešnom získaní kolies nasledovalo rozhodovanie, aký materiál si zvolíme na zhotovenie rámu a hriadeľa. Na výrobu hriadeľa sme sa rozhodli použiť oceľovú kruhovú tyč s priemeru 25 mm a dĺžky 0,9 m, a to z dôvodu, že stredová diera zadných kolies má rovnaký priemer a to 25mm. Na výrobu rámu sme sa rozhodli použiť oceľovú kruhovú trúbku s priemerom 40mm a dĺžky 6m.
Po zvolení a kúpe materiálu na výrobu rámu, sme rám začali navrhovať a vyrábať. Pokým sa všetky práce mohli začať, potrebovali sme navrhnúť rozmery a tvar rámu. Po hodinách presedených pri internete a čítaní viacerých článkov a diskusií venujúcich sa problematike Drift Trike, sme navrhli náš prvý rám. Rozmery neboli presne navrhnuté. Nechali sme si dostatočnú rezervu s tým, že rám môžeme v prípade potreby rozmerovo upraviť. Ako prvú sme začali vyrábať zadnú časť rámu, na ktorej je upevnený motor s celým pohonným ústrojenstvom a kolesá. Po narezaní trúbky sme začali riešiť prvý problém, a to ako dosiahnuť pravouhlé zahnutia rámu. Prvý plán bol rúru ohnúť na školskej ohýbačke v dielňach. Tak sa trúbka narezala na požadované rozmery a začalo sa s ohýbaním. Po ohnutí prvého oblúka sme prišli na to, že ohýbačka nám nedokáže ohnúť rúrku tak, ako by sme si predstavovali. Oblúk síce vznikol, ale kruhový priemer sa zdeformoval a konečný efekt sa nám nepáčil. Nasledovalo premýšľanie, ako trúbku ohnúť bez toho, aby sa jej kruhový priemer zdeformoval. Prvé nápady boli trúbku naplniť pieskom a na oboch stranách prizvárať pliešky, aby sa piesok z trúbky nevysypal. Táto možnosť ale v našich podmienkach bola nereálna, keďže sme nemali prístup k piesku. Ako druhá možnosť nás napadla trúbku nahriať na vysokú teplotu a tak ohnúť. Táto možnosť bola reálna. Trúbku sme pomocou vyhne a horáka nahriali na požadovanú teplotu a znova ohli na školskej ohýbačke. Tento pokus bol trošku úspešnejší, ale rúrka sa opäť zdeformovala. Síce už menej ako v predošlom prípade, ale aj tak bol kruhový priemer zdeformovaný. Nasledovalo rozmýšľanie ako získať požadovaný pravý uhol a to bez stratenia kruhového prierezu. Ohýbaním sme tento uhol získať nedokázali. Napadlo nás riešenie, a to kúpa dvoch vodárenských kolien s priemerom rovnakým ako má trúbka a prizváraním týchto kolien na konce narezaných trubiek. Po nákupe kolien a privarení ich na trúbky sme konečne získali požadovaný tvar rámu.
Hnaný hriadeľ má byť nielen poriadne pripevnený k rámu, ale musí aj prenášať krútiaci moment od motora. Na toto pripevnenie sme použili domcové ložiská, ktoré sú k rámu pripevnené skrutkami a poistnými maticami. Aby tieto ložiská bolo možné k rámu pripevniť, museli sme na rám prizvárať dva držiaky z pásoviny, do ktorých sme navŕtali diery podľa rozstupu dier uloženia ložiska.
Hriadeľ je k rámu pripevnený a začína premýšľanie o tom ako pripevniť kolesá k hriadeľu. Najjednoduchší spôsob by bol kúpiť originálne uloženia používané na motokárach. Lenže toto riešenie bolo dosť finančne náročné. Tak sme sa rozhodli vyrobiť si vlastné uloženia kolies z odpadových materiálov, ktoré sme našli v sústružníckej dielni. Tieto polovýrobky sme pomocou školských sústruhov prispôsobili rozstupu kolies. Keďže náboje boli dosť ťažké, tak sme pomocou sústruhov upravili ich priemer metódou odstupňovaných priemerov s ohľadom na pevnosť a funkčnosť nábojov. Aby sme na náboje mali ako pripevniť kolesá, vyvŕtali sa do nábojov diery a do troch z nich sme narezali závit závitníkom. Ostatné diery sú tam z dôvodu maximálneho odľahčenia nábojov. Následne po tom sme narezali závitovú tyč, ktorú sme na jednom konci prizvárali. Tieto závitové tyče nám slúžia ako takzvané kolíky, na ktoré sme priskrutkovali poistnú maticu. Tak sme zaručili spojenie náboja s kolesom, respektíve kolesa s celým pohonom. Kolesá už boli s nábojmi pevne spojené a zostávalo nám vyriešiť otázku spojenia nábojov a hriadeľa.
Za riešenie tohto spojenia sme zvolili perový spoj. Rozhodovali sme sa aj medzi možnosťou náboje na hriadeľ prizvárať. Po konzultáciách s naším konzultantom sme prišli k záveru, že perový spoj bude lepšie riešenie, hlavne kvôli rozobrateľnosti spoja do budúcnosti.
Aby sme perový spoj vytvorili, potrebovali sme vyrobiť aj drážku pre tesné pero. Podľa Strojníckych tabuliek sme zvolili vhodnú drážku pre daný priemer. Drážku pre pero v nábojoch sme vyrobili pomocou školskej obrábačky a špeciálneho prípravku ktorý nám vyrobil Mgr. Jozef Švač. Po vyrobení drážky v nábojoch nasledovala výroba drážky v hriadeli. Pre výrobu tejto drážky sme použili drážkovú kotúčovú frézu so šírkou 7 mm, ktorá mala rovnakú šírku ako bola šírka tesného pera použitého pre požadovaný perový spoj.
Keďže hnaný hriadeľ je poháňaný reťazovým rozvodom s ozubeným kolesom, ozubené koleso musíme k hriadeľu pevne a efektívne pripevniť. Na toto pripevnenie sme použili riešenie výroby takzvaného unášača. Tento unášač sme vyrobili rovnako ako náboje kolies a to z odpadových materiálov zo školských dielní pomocou sústruhov. Priemer tohto unášača je opäť odstupňovaný a do najväčšieho z priemerov sme vyvŕtali diery s rozstupom, ktorý je rovnaký ako rozstup dier na ozubenom kolese. Unášač a ozubené koleso sme potom spojili štyrmi skrutkami, ktoré sme zoskrutkovali s poistnými maticami. Rovnako ako náboje kolies aj ozubené koleso muselo byť k náboju riadne pripevnené. Na tento spoj sme použili rovnakú techniku a postup ako pri výrobe spoja náboja s hriadeľom. Na obrážačke sme najskôr do unášača vyrobili drážku pre tesné pero. Následne sme v hriadeli znova pomocou 7 mm širokej kotúčovej frézy vyfrézovali drážku pre tesné pero rovnako ako pri predošlom postupe výroby perového spoja.
Ako väčšinu súčiastok bolo veľmi náročné kvôli ich špecifickosti kúpiť. Aj tesné perá pre náboje a unášač ozubeného kolesa sme si museli vyrobiť. V školských dielňach sme našli štvorcový profil rozmerov 8 x 8 mm. Keďže nami požadované perá mali rozmery 7 x 7 mm, tak sme pomocou čelnej frézy ofrézovali tento profil. Potom sme ho nerezali na požadované dĺžky a všetky tieto tri spoje skompletizovali.
Na dokončenie prednej časti a vlastne celého riadenia Drift Trike nám poslúžil starší, ale stále funkčný bicykel typu RMX 20. Na tomto bicykli sme odrezali prednú časť v mieste, kde sa nachádzajú riadidlá s prednou vidlicou a predným kolesom. Pre lepšiu ovládateľnosť nám poslúžili špeciálne držiaky na nohy, ktoré sme si vyrobili z odpadových materiálov zo školských dielní. Na spojene prednej a zadnej časti rámu nám poslúžila trúbka, ktorú sme použili aj pri výrobe rámu a ohli sme ju na školskej ohýbačke do uhla 45°. Túto trúbku sme prizvárali na prednú a zadnú časť rámu a tak vznikol predbežný tvar budúceho rámu. Na túto trúbku sme chceli neskôr pripevniť posuvné sedadlo, aby si náš Drift Trike mohli užiť ľudia rôznych vzrastov. V zlomových častiach rámu sme mali v pláne spevnenie, a to trojuholníkovými polovýrobkami z plechu, ktoré by sa v zlomových a kritických miestach prizvárali na spevnenie tohto rámu.
Bezpečnosť bola veľmi silným aspektom pri výrobe projektu tohto typu, keďže vďaka pomeru výkonu a váhy dokáže trojkolka dosiahnuť rýchlosť okolo 50 km/h. Brzdy sú preto veľmi dôležitou súčasťou. Lenže vymyslieť a zrealizovať brzdový systém, ktorý by brzdil zadnú nápravu, bol finančne aj technicky veľmi náročný. Zvolili sme najjednoduchšiu variantu, a to brzdenie predného kolesa. Na brzdenie predného kolesa sme použili klasickú čeľusťovú brzdu, ktorá je ovládaná páčkou na riadidlách a je prepojená kovovým lankom, čo je fakticky bežné riešenie, ktoré používajú bicykle.
Aj keď bol rám už z veľkej časti hotový a dokončený, po tuhom rozmýšľaní a konzultáciách sme prišli na to, že rám nevyhovuje podmienkam pevnosti a rozmerovo nie je tak presný, ako sme potrebovali a požadovali. Takže začalo znova plánovanie a premýšľanie ako rám bude vyzerať a z akého materiálu bude. Rozhodnutie nakoniec padlo také, že zadná časť rámu bude zo štvorcového profilu 40 x 40 a predná časť rámu bude z bicykla typu BMX. Aj napriek tomu, že rám z trubkového profilu sa nám z estetického hľadiska páčil oveľa viac, museli sme uprednostniť bezpečnosť pred estetikou. Štvorcový profil bol oveľa funkčnejší pre naše potreby. Takže výroba ďalšieho rámu začala navrhnutím a narezaním štvorcového profilu na potrebné dĺžky. Pri predošlom ráme sme riešili pravé uhly rámu. Pri štvorcovom profile sme konce narezali na uhlovej píle pod uhlom 45° a tieto konce zvárali. V mieste, kde sa nachádza motor, sme prizvárali kvôli lepšej pevnosti 2 profily vedľa seba. Do stredu týchto dvoch profilov sme prizvárali upevnenie motora, ktoré je z plechu. Má v sebe vyrezané 4 pozdĺžne diery pre upevnenie motora. Diery sú pozdĺžne z dôvodu posúvania motora, aby sme docielili požadované napnutie poháňanej reťaze. Na prepojenie s prednou časťou rámu sme použili tyč toho istého profilu ako je zadná časť rámu. Keďže v tomto mieste bol spoj veľmi kritický, potrebovali ho čo najviac spevniť. Na zadnej časti rámu sme zvolili spevnenie pomocou rovnakého štvorcového profilu 40 x 40 mm s tým, že tento profil bol narezaný tak, aby bol medzi spojovacou tyčou rámu a zadnou časťou rámu pod uhlom 45°. Takého spevnenie sme použili z oboch strán z hľadiska pevnosti, tak aj z hľadiska estetiky. Druhý kritický bod bol medzi prednou časťou rámu a stredovou tyčou rámu. Na spevnenie tohto bodu sme použili plech tvaru trojuholníka, ktorý sme prispôsobili uhlu, ktoré zviera predná časť rámu s prepojovacou tyčou. Tento trojuholníkový medzikus sme prizvárali, a tým sme zabezpečili pevnosť rámu v druhom kriticky namáhanom mieste. Na prepojovacej tyči, ktorú sme prizvárali k prednej a zadnej časti je uložené sedadlo, podobne ako to bolo pri prvom ráme. To znamená, že táto stredná časť má priskrutkované uloženie sedadla, ktoré je z plechu a má v sebe 2 pozdĺžne diery, vďaka čomu sme docielili pevné a zároveň posuvné uloženie sedadla. Dôvodom bolo, aby si jazdu na trojkolke dokázali užiť osoby rôzneho vzrastu. Predná časť rámu je vyrobená z bicykla typu BMX, z ktorej sme kúpili len súčiastky, ktoré sme potrebovali. Rám BMX sme odrezali v mieste, kde sa nachádza tzv. stred. Je to časť, kde sú pedále a od tejto časti až po prednú vidlicu sa prizvárala predná časť rámu k prepojovacej tyči rámu. Keďže rám BMX tvorí tak ako väčšinu bicyklov dvojica trúbok, jedna vedie k už spomínanému stredu, kde sú pedále a druhá vedie k trúbke, kde je umiestnené sedadlo. Trúbku, ktorá viedla od volantu k sedadlu, sme skrátili a pod určitým uhlom zrezali a prizvárali ju k trúbke, ktorá vedie k stredu. Trúbku, ktorá vedie k sedadlu bicykla, a vlastne na nej aj sedadlo je upevnené, sme odrezali úplne spolu so zadnou časťou bicykla, na ktorej je upevnené zadné koleso bicykla. Opäť sa nám ukázala výhoda rámu zo štvorcového profilu. Na tento profil sa dali oveľa ľahšie pripevniť ložiská, v ktorých je uložený hriadeľ, pretože na rovnú plochu štvorca dosadlo uloženie hriadeľa. Čiže do rámu sme len vyvŕtali diery na požadovaný rozstup dier obalu ložísk, ktoré sme k rámu priskrutkovali rovnako ako k predošlému rámu.
Väčšina vecí bola skompletizovaná a ostávalo nám už len spojazdniť motor a hnacie ústrojenstvo. Motor a spojka bola kúpená a tieto komponenty boli nové a presné, ostávalo nám len motor prepojiť reťazou s hnaným hriadeľom. Na motor bolo potrebné vyrobiť výfuk, keďže pôvodný s tlmičom nevyhovoval naším požiadavkám na zvuk a ohnivé efekty. Výfuk sme vyrobili z oceľovej trúbky, ktorú sme našli v školských dielňach. K nej sme prizvárali uloženie a tento výfuk sme pripevnili na motor pomocou skrutiek. Aby sme mohli otáčky motora ovládať, tak sme použili otočnú rukoväť, ktorá je na riadidlách a s motorom je spojená pomocou lanka. To nám zaručuje že v daný moment si vieme regulovať množstvo krútiaceho momentu potrebného pre udržanie trojkolky v drifte. Trojkolka bola jazdy schopná, tak sme ju začali testovať. Chýbali určité detaily ako PVC rúry na kolesách. Trojkolka fungovala podľa našich predstáv a počas jázd sme dolaďovali detaily ako plynové lanko, ktoré sa nevracalo. To sme vyriešili pružinkou pripevnenou k motoru. Trojkolka bola funkčná a pojazdná. Lenže po niekoľkých testovacích jazdách to náš motor vzdal. V hlave motora vznikla obrovská diera, z ktorej vytiekol olej a motor sa tzv. zadrel. Tým pádom je naša trojkolka momentálne nefunkčná. Čo bude s trojkolkou sa nateraz nevie. Aj napriek nefunkčnému motoru sme trojkolku dokončili tak ako sme chceli, keďže farba na finálnu povrchovú úpravu bola zakúpená. Takže trojkolku sme znova rozobrali. Zvary a chyby sme zatmelili, súčiastky a rám sme poriadne pripravili na povrchovú úpravu. Najprv sme naniesli sprejmi základný lak, neskôr sme na základný lak naniesli vrstvu finálnej farby zo spreja.
Po niekoľko mesačnej námahe, premýšľaní, prácach a aj nejakých úrazoch je Drift Trike hotový a funkčný. Pri tejto práci sme si odskúšali naše schopnosti, či už teoretické – návrh tesného pera, rozmerov, voľba materiálov, alebo praktické – zváranie, sústruženie, frézovanie, obrážanie, rezanie, povrchová úprava materiálu, spojazdnenie a skonštruovanie funkčného hnacieho ústrojenstva a mnoho iných v našom obore životu potrebných schopností.
Pri stavbe našej driftovacej trojkolky sme museli meniť naše pôvodné návrhy týkajúce sa konštrukcie. Pôvodný rám, ktorý sme vyrobili z tyče kruhového prierezu a vodárenských trubiek, sme v zadnej časti nahradili štvorcovým profilom 40 x 40 mm a prednú časť rámu rámom z bicykla typu BMX. Dôvodom bola nedostatočná presnosť rámu. Problémom bol aj hnací hriadeľ motora, ktorý mal priemer iný ako bol priemer diery spojky. Ďalším problémom bolo aj plynové lanko, ktoré ovládalo otáčky motora z riadidiel trojkolky. A mnoho ďalších malých detailov, nad ktorými sme museli dlho premýšľať, aby sme ich vyriešili presne podľa našich predstáv. Z obrázkov a videí, ktoré sme videli na internete, to vyzeralo jednoduchšie ako to v skutočnosti bolo. Aj napriek veľkej nepríjemnosti, ktorá nám skoro zničila celý projekt a všetky plány a vízie do budúcna, nás práca veľa naučila.
Vo výsledku celý nás tento projekt stál niečo cez 500€, niekoľko desiatok až stoviek hodín študovania, hľadania dielov, navrhovania dielov a samotnej výroby trojkolky.
Výsledkom našej niekoľko mesačnej práce je hotový, funkčný, a pojazdný Drift Trike. Táto trojkolka má mnohoraké využite. Dá sa použiť ako učebná pomôcka, pre zábavu alebo prezentáciu automobilového športu.
Už teraz vieme, že by sme niektoré veci zmenili. Testovaním našej trojkolky by sme urobili malé úpravy v konštrukcii a použili by sme iné komponenty. Náš Drift Trike však plní funkciu ktorú má. Ani zničenie predošlého motora nás neodradilo od dokončenia nášho projektu. Našim cieľom do budúcna je udržiavanie trojkolky a samozrejme užívanie jej potenciálu čo najviac pokiaľ to budú podmienky a situácia dovoľovať.
