Difference between revisions of "Adaptation du design du Long André"

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(→‎Evaluation du comportement en flexion)
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Revision as of 16:11, 19 August 2015

page externalisée pour alléger la page principale du projet Long_André.

complément: énumération des avantages et inconvénients de plusieurs types de décisions lors du choix d'un vélo de transport

Prioritaire

Modifications de la direction

cf. Modifications de la direction (page du wiki Werkstatt Lastenrad).

Résistance du dispositif de direction

Bras court de direction

"soudure 08+16" (fourche+bras court de direction) réputée critique, idée retenue pour améliorer la sécurité en ce point, si c'est considéré nécessaire: acheter des fourches pour longjohn (fourches Bullitt).

Long bras de direction / cône-siège des roulements

Teil 11... Dieses wird von einer Gabel recyclet und je nach Gabel kann es sein, dass diese Teil aus 2 ineinander gesteckten/verpressten/hartgelöteteten Rohren besteht. Für das Lenkrohr wird das äußere/unterere Rohr mit dem Hebel (#12) und das oberere/innerer Rohr mit der Stange (#10) verschweißt. Beim Einstellen des Steuerlagers oder über Zeit zieht sich dann das innere aus dem äußeren Rohr heraus, so geschehen hier bei 2 Lastenrädern - aber zum Glück beidemal rechtzeitig bemerkt...! Wie erkennen: Wenn hier ein feiner Ring (=Grenze zwischen den beiden Rohren) erkennbar ist handelt es sich um eine solche gesteckte Gabel. Wie beheben: Einfach eine Schweißnaht entlang der Grenze ziehen und dann erst den Hebel ranschweißen.

Ajout d'un amortisseur de direction

Freins

Variantes prévue: frein à disque avant seulement:

  • cf. 4 freins à disques avant
  • frein arrière V-brake (selon cadre original)
  • fourche 20" faite pour:
    • 1er exemple, permet d'éviter la soudure critique du bras court de direction, demande travail d'adaptation.

Variantes envisagée: frein à disque avant avec fourche récupérée

modification d'une fourche pas faite pour: voir Scheibenbremsaufnahme nachrüsten (allemand)

Variantes envisagée: freins à disques avant+arrière:

  • cadre de vélo récupéré fait pour freins à disques ou alors modifié pour
  • plus "harmonieux" (matériel d'un seul type pour la maintenance, etc.)

Variante à assistance électrique: frein moteur

cf. Assistance électrique.

Les différents moteurs ont des performances de freinage différentes, il vaut la peine de se pencher dessus (cf. notamment Projet Remorque Solaire pour Vélo de l'ADER/Daniel Lador).

Matériaux

Voir quels sont les choix disponibles d'aciers, leurs coûts, performances...

cf. Acier_pour_3_BikeBenches_et_4_Long_Andrés

groupe 1.00xx, aciers de base

désignation DIN/EN no. de mat. VDI réf. limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques normes EN associées
S235JRH 1.0039 [1] 235 10210 (profils formés à froid)

10219 (profils formés à chaud)


groupe 1.03xx, aciers avec C < 0,12% ou Rm < 400 MPa

désignation DIN/EN no. de mat. VDI réf. limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques normes EN associées
E235 1.0308 [2] +U: 300 (selon steelnumber.com)

+N: 235

+AR: 235 (selon steelnumber.com)

+SR: 325 (selon steelnumber.com)

10296 (tubes ronds soudés)

10297 (tubes ronds sans soudure)

10305 (tubes de précision)


groupe 1.72xx, Cr-Mo(-B) avec Mo < 0,35%

désignation DIN/EN no. de mat. VDI réf. limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques normes EN associées
25CrMo4 1.7218 steelnumber

Deutsche Edelstahlwerke (diagramme de trempe p. 4 correspondant au diagramme de la fig. 1f de EN 10083-3)

infos MIL-HDBK-5-H (§2.3), download MIL-HDBK-5-J (complet, aller au §2.3)

Lucefin

+QT: 700

+A: 440

"AISI SAE 4130", "FE-PL1505"

utilisé pour les vélos, ainsi que dans l'aviation et les véhicules

exemples de tubes carrés et rectangulaires vendus en Amérique:

selon EN 10083-3 Aciers pour trempe et revenu - conditions techniques de livraison des aciers alliés, la trempe se fait entre 840°C (eau) et 900°C (huile) (période d'austénitisation au moins 30 minutes, essai Jominy à 850°C), le recuit entre 540 et 680 °C (période de recuit au moins 60 minutes)

états de livraisons (US, examiner): Hot Rolled, Normalized, Soft Annealed, Condition N, CDSR

Heat Treater's Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels: pp. 309-313

10083 (aciers trempables),

10132 (bandes roulées à froid),

10216 (tubes pour hydraulique),

10250 (aciers pour forgeage),

10263 (barres extrudées à froid),

10269 (aciers pour visserie, propriétés à HT/BT),

10297 (tubes ronds sans soudure),

10305 (tubes de précision)

groupe 1.77xx, Cr-Mo-V

désignation DIN/EN no. de mat. VDI réf. limite élastique Rp0,2 [MPa] remarques normes associées
15CrMoV6 1.7734 Aubert et Duval

infos Böhler

Thyssen France

Brütsch & Rüegger, pp. 41-42

550-1100 "15CDV6", "FE-PL1502"

utilisé dans l'aviation et les véhicules

nuances (examiner):

  • 1.7734.4
  • 1.7734.5
  • 1.7734.6

taille de grain selon EN 103-71 (généralement 5 ou plus fin)

LN 9369

DIN 29657

AIR 9160/C

Etats de livraison / conditions de traitement

Soudabilité selon extrait de normes VSM:

symbole état de livraison soudabilité
+C étiré blanc/dur restreinte
+A recuit doux bonne
+N normalisé bonne
+U non traité restreinte

Etats de livraison selon EN 10305-5 Tubes soudés calibrés avec section carrée et rectangulaire:

symbole désignation description
+CR1 généralement non traité, mais apte à être recuit normalement non traité thermiquement mais adapté au recuit final (satisfera aux exigences +A/+N)
+CR2 généralement non traité, mais apte à être recuit destiné à ne pas être traité thermiquement après la passe de soudage et de calibrage (ne satisfera pas forcément aux exigences +A/+N)
+A adouci par recuit les tubes sont recuits en atm. contrôlée après la passe de soudage et de calibrage
+N normalisé les tubes sont normalisés en atm. contrôlée, après la passe de soudage et de calibrage

Liste exhaustive des conditions de traitement selon Tableau 18 de EN 10027-1 (à définir si besoin):

+A +AC +AR +AT +C +Cnnn +CPnn +CR +DC +FP +HC +I +LC +M +N +NT +P +Q +QA +QO +QT +QW +RA +S +SR +T +TH +U +WW

Amélioration de la visserie

Voir pour faciliter/accélérer la manipulation: passage en torx ou éventuellement imbus, suppression du six pans

Éventuellement: passage de M8 (BikeBench) + M10 (Long André) à M10 partout

Révision de la rigidification du tube inférieur

  • Méthode originale: cf. Anschweißen des Verstärkungsband et Bandstahl zur Aussteiffung.
  • Discussion:
    • André: also bei meinem Rahmen hatte ich unten einen senkrechten Flachstahl drangesetzt...ist statisch nicht so sinnvoll( danke RadCam). Besser an den entsprechenden Stellen Bleche flach auf beiden Seiten, also gegenüberliegend, anschweißen. Wird bei LKW Fahrgestellen auch so gemacht.
    • dsc0080: Flachstahl seitlich anschweißen ist ein super Idee, das mache ich vielleicht. Das Thema mit Verstärkung senkrecht vs. vertikal hatte ich schon gelesen, ich hätte jetzt glaube ich einfach ein relativ breites U-profil genommen und flach unten draufgeschweisst. Mal sehen.
    • Clemens ("RadCam"): Nicht seitlich, sondern das Flacheisen oben und unten auflegen. Dein Unterrohr ist technisch gesehen ein reiner Biegebalken. Deshalb muß dein Interesse sein, möglichst viel Querschnitt oben und unten in möglichst großem Abstand vom Profilschwerpunkt anzuordnen. Die Schweißnähte dann seitlich legen und auf Quernähte an den Enden der Flacheisen verzichten. So wär's jetzt richtig. Richtiger wäre es jedoch gewesen, das Profil gleich hochkant zu stellen.
  • Conclusion: remplacer le profil creux carré 40 x 40 x 1,5 mm par un rectangulaire 40 x h x e mm pour le tube inférieur, avec h > 40 et e = env. 1,5.
  • Exemple Debrunner: 40 x 50 x 2 mm

Evaluation du comportement en flexion

Evaluer comportement en flexion avec divers cas de chargement pour 100-150 kg (cas de dimensionnement de la Mise en Bière) ou plus.

Rigidité en flexion

  • rigidité proportionnelle à E*I*l^-3 avec le module d'élasticité E [MPa], le moment d'inertie de la section de la pièce I [mm4] et la longueur entre appuis l [mm]
  • E = env. 210 GPa pour tous les aciers, variations faibles sont négligées
  • il n'est pas prévu de changer la longueur l = env. 1500 mm
  • dans le cadre des modifications envisagées, seule la géométrie de la section a donc une influence sur la rigidité, à travers le moments d'inertie I [mm4] = (B*H^3-(B-2t)*(H-2t)^3)/12:
    • version originale, avec un centre de gravité 10,5 mm plus bas que le centre du profil carré: I = env. [(40^4 - 37^4)/12 + 10,5^2*(40^2 - 37^2)] + [3*20^3/12 + 19,5^2*3*20] = [5.7e4 + 2.5e4] + [2e3 + 2.3e4] = 1.1e5 mm4
    • la masse linéique mu [kg/m] est proportionnelle à l'aire de section F [mm2]: version originale: F = env. 40^2 - 37^2 + 20*3 = 291 mm2
    • profils carrés et rectangulaires simples, cf. tableau suivant:
B x H [mm] t [mm] I [mm4] F [mm2] matériau typique disponibilité remarques
38 x 38 1,65 5.3e4 240 25CrMo4 acceptable (1.5") aux USA (et chez les importeurs), notamment Factory Steel et A.E.D. Motorsport Products, Ltd. seulement si on est prêt à sacrifier la rigidité au profit de la légèreté
40 x 40 1,5 5.7e4 231 E235 classique juste pour voir ce que ça donne sans bande de rigidification
44,5 x 44,5 1,65 8.7e4 283 25CrMo4 rare: Factory Steel autant passer directement à 51 x 51 mm
50 x 40 2 1.2e5 344 E235 classique un peu lourd
50 x 50 1,5 1.1e5 291 E235 rare: bieber marburg (D) intéressant
51 x 51 1,65 1.3e5 326 25CrMo4 rare: Factory Steel seul inconvénient (mineur): légèrement plus lourd,
55 x 55 1,5 1.5e5 321 E235 classique très intéressant
60 x 40 1,5 1.5e5 291 E235 rare: bieber marburg (D) très intéressant

Charge admissible

  • la contrainte admissible sigma_adm = Rp0,2/S_F avec Rp0,2 la limite élastique du matériau et S_F le facteur de sécurité. prenons S_F = 1,5 pour le moment. Rp0,2 = env. 235 MPa pour la matière S235/1.0039 et env. 700 MPa pour la matière 25CrMo4+QT/1.7218. ainsi:
    • sigma_adm,1.0039 = 157 MPa
    • sigma_adm,1.7218 = 467 MPa
  • en flexion simple, la contrainte maximale sigma_max [MPa=N/mm2] = y_max [mm]*M_max [N*mm]/I [mm4], avec y la distance à la fibre neutre (y_max sa valeur à la position la plus éloignée), M_max le moment de flexion maximal et I le moment d'inertie de la section. donc M_max [Nm] = sigma_max [MPa]*I [mm4]/(1000*y_max [mm]). y_max = H/2 dans le cas d'un profil rectangulaire et le moment de flexion maximal admissible est M_adm [Nm] = sigma_adm [MPa]*I [mm4]/(500*H [mm]):
    • dans le cas original (profil 40 x 40 x 1,5 mm et bande de rigidification 20 x 3 mm en S235), M_adm = 157*1.1e5/(1000*30) = env. 576 Nm
    • dans le cas d'un profil 40 x 40 x 1,5 mm en S235, M_adm = 157*5.7e4/(500*40) = env. 447 Nm
    • dans le cas d'un profil 51 x 51 x 1,65 mm en 25CrMo4+QT, M_adm = 467*1.3e5/(500*51) = env. 2380 Nm
  • deux cas de chargement "poutre sur deux appuis" sont évalués:
    • charge ponctuelle (verticale vers le bas) au milieu de la pièce (sur l'axe de déplacement du véhicule) P [N]. M_max [Nm] = P_max [N]*l [m]/4 donc la charge admissible P_adm [N] = 4*M_adm [Nm]/l [m]
    • charge répartie (verticale vers le bas) p [N/m], d'équivalent ponctuel P_eq [N] = p*l. M_max = p_max*l^2/8 = P_eq,max*l/8 donc la charge admissible P_eq,adm [N] = 8*M_adm [Nm]/l [m]

le tableau suivant donne des évaluations de charges admissibles:

profil M_adm [Nm] flèche [mm] pour P=2 kN charge P_adm [kN] ponctuelle (*) charge P_eq,adm [kN] = p*l répartie (**)
40 x 40 x 1,5 mm et bande de rigidification 20 x 3 mm en S235 576 6 1,5 3,1
40 x 40 x 1,5 mm en S235 447 12 1,2 2,4
50 x 40 x 2 mm en S235+CR1 ... ... ...
51 x 51 x 1,65 mm en 25CrMo4+QT 2380 5 6,3 12,7

(*): charge admissible P_adm [N] ponctuelle au milieu de la "poutre sur deux appuis" de longueur l = 1,5 m

(**): charge P_eq,adm [N] = p_adm*l avec la charge répartie admissible p_adm [N/m] sur la "poutre sur deux appuis" de longueur l = 1,5 m

Assistance électrique

cf. Normes_et_homologations_du_Long_André

Intéressant (démontré avec le Bullitt de Défi Vélo), surtout dans les régions au relief accidenté.

Avantages:

  • aide précieuse à la montée
  • aide appréciable sur les longues distances (créneau où le carénage serait plus judicieux)
  • frein additionnel (en plus régénératif) non-négligeable dans les grandes descentes

Inconvénients:

  • surcoût, notamment de conso électrique [serait intéressant à évaluer]
  • complexification du système (conséquences en maintenance, réparation, etc.)
  • poids
  • freinage quand les batteries sont à plat (situation très handicapante)
  • certains produits peuvent décevoir en autonomie et en dégradation
  • risque de développer une "mentalité d'assisté", impliquant notamment une négligence (quantitative et/ou qualitative) de l'entretien et de la maintenance, puisque les effets d'une telle négligence sont moins ressentis
  • danger augmenté
  • [à évaluer] conséquences juridiques (véhicule motorisé)

L'assistance électrique est presque plus intéressante sur un vélo de transport que sur un vélo normal, puisque son impact relatif sur les points cités précédemment peut être considéré moindre.

Exemples de produits:

produit estimation du coût pour 1 Long André
BionX ...
Nine Continent ...
Crystalyte ...
i4wifi.eu (vendeur dont Marc a l'habitude, voir marques) ...
sous-traitance de la conception et/ou de la production à des spécialistes (exemple: Ökozentrum Langenbruck (BL)) ...

Selon Daniel Lador:

  • éviter Golden Motor et si je l'ai bien compris, aussi éviter BionX
  • pour des utilisations comme celles de la Mise en Bière (Lausanne, chargement d'une centaine de kg), la puissance de beaucoup de systèmes n'est pas satisfaisante

Méthode adoptée par Daniel Lador:

  • fourniture séparée des moteurs et des cellules (batteries) ainsi que des contrôleurs de charge
  • batteries Li-Fe et non Li pour sécurité (combustion violente, explosion)
  • Bullitts: batteries logées dans un caisson sur mesure:
    • intégré à la surface de chargement (entre les deux barres principales)
    • fait de plaques de laminé stratifié "multiplex revêtu" ("maritime") dessus+dessous: 12 mm, latéral: 8 mm.

Ressources

Priorité moyenne

Pare-boues

50 CHF chez Obst&Gemüse

Béquille double

exemple de fabrication maison: Ladeflächenständer

sinon devrait facilement se trouver dans le commerce. exemples:

déterminer si ça implique des travaux et lesquels.

Transmission optimale

suggestions de points de départ:

peut-être un truc à essayer: Kettenschutzrohre: Gardena Micro-Drip-System „Verlegerohr“, Artikel/Bestell-Nr.: 1346-20

Câbles de rigidification en torsion

Examiner la possibilité de tirer deux câbles en croix à quelques dizaines de cm au-dessus de la surface de chargement. Effet escompté: rigification en torsion.

Il est nécessaire de trouver un système qui allie rapidité/facilité de (dé)montage et facilité de réglage de la tension. Déterminer les tensions recommandée et admissible.

Points d'attache

Lors de la fabrication du prototype ou alors avant, réfléchir aux possibilités d'ajouter des points d'attache (avant la peinture).

Exemples sur des vélos standard:

  • points d'attache à la fourche pour porte-bagages avant
  • points d'attache pour porte-gourdes
  • ...

idées:

Autres réflexions sur la surface de chargement

Certains domaines (utilisateurs de vélos de transport) emploient des emballages de dimensions bien déterminées. Exemples:

Moins prioritaire

Prolongation montante du tube inférieur: modification pour loger le phare avant

La trouvaille d'une solution augmentant le niveau de protection du phare est probablement "proche", cf. Prolongation montante du tube inférieur: perçage en biais et coupe en biais.

Clignoteurs/indicateurs

Puisqu'il peut être plus délicat de lâcher le guidon qu'avec un vélo léger non-chargé, il pourrait être intéressant d'installer des clignoteurs.

Loi

Exemples:

Carénage

Pas prioritaire mais si quelque chose de "spécial" devait être tenté, c'est probablement assez haut dans la liste.

Avantages:

  • Moins de traînée aérodynamique: efficacité nettement améliorée aux vitesses plutôt rapides
  • Protection partielle ou quasi-totale de la pluie (contribue à remplacer l'utilisation de la voiture)

Inconvénients:

  • Véhicule plus cher, plus compliqué à faire globalement
  • Augmentation plus ou moins importante de l'encombrement, légère augmentation du poids
  • Diminution plus ou moins importante de la facilité du (dé-)chargement et des dimensions du chargement transportable
  • Normalement pas, mais si certains choix sont mal faits, le confort de conduite pourrait être diminué (mobilité, visibilité, surchauffe)

Le carénage est presque plus intéressant sur un vélo de transport que sur un vélo normal, puisque son impact relatif sur les points cités précédemment peut être considéré moindre.

Points de départ concernant le carénage:

Possibilité de plier/démonter le véhicule

Intéressant mais la réunion des 4 conditions suivantes semble peu probable:

  1. bientôt
  2. assez bon marché
  3. assez performant
  4. assez solide

Exemple de longjohn démontable, plus d'infos.

Calculs de résistance

  • au cas où la solidité suffisante d'une certaine géométrie est mise en doute
  • ou alors si des allégments sont envisagés (moins de matière à certains endroits)

... alors des calculs de résistance sont envisageables. il est possible (mais pas garanti) que certains logiciels MEF de l'industrie puissent être employés. ce genre de travail est conséquent. il implique aussi de caractériser les sollicitations.

Idées

Autres longjohns autoconstruits, à consulter:

En allemand

En anglais

Instructables:

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