Uresničujemo prihodnost.

Čista moč

3. del (izdelovanje e-steze)

Tek je v grobem sestavljen iz dveh faz: faze leta in faze kontakta. V fazi leta je tekač z obema nogama v zraku, medtem ko se med fazo kontakta z eno nogo dotika tal. Pri teku na tekaški stezi to pomeni, da tekač trak potiska samo del časa, medtem ko nekaj časa potisne sile ni. Da bi omogočili čim bolj konstantno hitrost vrtenja e-steze, smo morali vgraditi tudi vztrajnik, za čim bolj optimalno delovanje steze pa prilagoditi tudi prestavno razmerje. Poglejte video in se seznanite s podrobnostmi izdelave e-steze.

Poglej video

O vztrajniku, prestavnem razmerju in materialih

Pripravila: Urban Pavlovčič, doktor strojništva in triatlonec
Bruno Blatnik, vodja izvedbe

1. Uvod

Tek je v grobem sestavljen iz dveh faz: faze leta in faze kontakta. V fazi leta je tekač z obema nogama v zraku, medtem ko se med fazo kontakta z eno nogo dotika tal. Če z nogo zadene ob tla pred težiščem telesa, na nogo delujeta dve sili: sila navzgor, ki poskrbi, da se lahko tekač znova odrine v zrak, in sila, ki je nasprotna smeri gibanja in tako tekača zavira. Zato je pomembno, da se noga dotakne tal pod telesom in ne pred njim. Ko je noga v položaju za težiščem, sila deluje v smeri gibanja in poskrbi, da se tekač premika naprej. Dober tekač teče s približno 180 koraki na minuto, kar pomeni, da je med dvema korakoma 300 milisekund, kontaktni čas pa okoli 170 milisekund, torej je v zraku slabo polovico časa, 130 milisekund.

2. Vztrajnik

Pri teku na tekaški stezi to pomeni, da tekač trak potiska samo del časa. Če trak, po katerem teče tekač, ne bi imel vztrajnosti, bi se ta v trenutku, ko bi se noga z njega dvignila, ustavil. V našem primeru, ko s steze še jemljemo energijo s pomočjo elektromotorja, je ta pojav še toliko bolj izrazit.
S podobnim izzivom se srečujejo tudi številni stroji, na primer motor z notranjim izgorevanjem (bencinski ali dizelski). Da je hitrost vrtenja pri tovrstnih strojih vseeno čim bolj konstantna, se uporabljajo vztrajniki.

V osnovi je vztrajnik rotirajoča masa. Ko na gred delujemo z dodatnim momentom, da bi jo hitreje zavrteli, del energije porabimo tudi za to, da pospešimo vztrajnik. Ko pa dodatnega momenta ni več, se hitrost rotacije zmanjšuje počasneje, saj vztrajnik energijo oddaja. Koliko energije vztrajnik ima, je odvisno od njegove oblike, mase in hitrosti vrtenja. Energijo vztrajnika izračunamo kot:

kjer je E kinetična energija vztrajnika, Iz vztrajnostni moment telesa okoli osi vrtenja in ω kotna hitrost vrtenja. Vztrajnostni moment valja, ki se vrti okoli simetrijske osi, pa izračunamo kot

pri čemer je Jz vztrajnostni moment, m masa valja (vztrajnika) in r radij valja.
V našem primeru z vztrajnikom zagotovimo, da se v času, ko je tekač v zraku, hitrost traku vsaj nekoliko ohrani.

3. Prestavno razmerje

Elektro-motor pretvarja mehansko energijo v električno, ko vrtimo njegovo gred. Da pa se gred zavrti, je treba nanjo delovati z momentom. Moment (ali navor) je enak produktu sile in dolžini ročice. Če torej za vrtenje motorja potrebujemo 10 Nm navora, lahko na 1 m dolgi ročici pritiskamo z 10 N sile ali pa na ročici dolgi 10 m, s silo 1 N. Predstavljajte si primer, ko želite odviti močno privit vijak: to je precej lažje storiti z dolgim kot s kratkim ključem.

Jermenski prenos je namenjen prenosu momenta z ene gredi na drugo. V našem primeru z gredi, ki jo vrtimo s tekom po tekaški stezi (odgonska gred), na gred elektromotorja (pogonska gred). Razmerje polmerov jermenic (jermenica je strojni element, ki poganja jermen, ekvivalent verižniku (po domače zobniku) pri verižnem prenosu) na obeh gredeh pa nam določa prestavo. Če je prestava 1:2, se bo gred na motorju zavrtela 2-krat, medtem ko se bo v istem času gred, ki jo poganja tekač, zavrtela 1-krat. Motor se vrtenju upira z določenim momentom. Tega lahko premagujemo bodisi tako, da imamo nizko prestavno razmerje, kar pomeni, da bo treba na trak tekaške steze delovati z veliko silo, a počasi ali pa z visokim prestavim razmerjem, kjer je ta sila lahko manjša, a je zato treba hitreje vrteti trak.

4. Zunanjost e-steze

Da smo v stezo lahko implementirali vse elemente, je sledil 3D načrt z dimenzijami in prerezi.

Temu je sledil načrt za izvedbo. Izvedba je vključevala laserski izrez pločevine, ki mu je sledilo ukrivljanje. Vse sestavne dele je bilo treba privariti skupaj, čemur je sledilo še barvanje končnega izdelka.

Z laserjem smo izrezali še akrilno steklo, iz katerega je narejena fronta steze in površina ročaja.

Razvoj e-steze po fazah

Teorija energije

Človeško telo je neverjetna naprava, ki zmore veliko - posebej telo maratonca, ki je pripravljeno do popolnosti in lahko zdrži neverjetne napore. Tekača "poganja" energija, ki se pri teku porablja. To energijo bi v celoti lahko pretvorili v električno energijo in z njo poganjali vsakodnevne naprave. Poglejte video in se seznanite s teoretičnim ozadjem projekta Čista moč.

Preberi več

Načrtovanje e-steze

Tekaško stezo je mogoče predelati tako, da mehansko energijo teka pretvarja v električno energijo. Elektromotor mora v tem primeru generirati električno energijo, namesto, da ga le-ta poganja. Da pa energijo, ki jo pretvarja v električno, e-steza tudi shranjuje, so potrebne še ostale predelave jedra steze. Poglejte video in se seznanite z načrtovanjem projekta Čista moč.

Preberi več

Izdelovanje e-steze

Ker je tekač med tekom v fazi leta z obema nogama v zraku, pri teku na tekaški progi to pomeni, da tekač trak potiska samo del časa. Zato je izdelovanje e-steze vključevalo vgraditev vztrajnika in korigiranje prestavnega razmerja, kar je vplivalo tudi na zunanjost e-steze. Poglejte video in se seznanite s podrobnostmi izdelave e-steze.

Preberi več

Testiranje e-steze

30 minutni test e-steze z Nejo Kršinar, državno prvakinjo v polmaratonu, je pokazal, da je v tem času shranila toliko električne energije, da bi ta zadostovala za 2 uri in pol napajanja 6.5 W LED žarnice, za 1 uro in pol poslušanja glasbe iz 10 W baterijskega ter za privijačenje 60 vijakov z baterijskim vijačnikom. Poglejte si video in se seznanite s podrobnostmi zaključka projekta Čista moč.

Preberi več

Uresničujemo prihodnost.

e-Golf