Încadrarea produsului in context [309571]

Introducere

Lucrarea prezintă modul în care este proiectata o bicicletă, [anonimizat], modul în care se adaptează mediului urban și cerințelor clientului până la metodologia de construcție.

[anonimizat]. [anonimizat]-[anonimizat]. [anonimizat] a-mi construi mie una. În urma căutărilor mai multor variante și moduri de realizare, m-[anonimizat] a o [anonimizat] o metodologie sau sistem de fabricație care se poate improviza cu ușurință.

[anonimizat] a țesăturii de fibră de sticlă pe un schelet construit în prealabil dintr-o țeavă sau realizarea cadrului printr-o [anonimizat], [anonimizat], ceramică, metal spraying cu aliaje cu puncte joase de topire. Însă trebuie găsită o [anonimizat], mai industrializată pentru a putea transpune eventual și la producția în serie mică sau mijlocie a cadrului de bicicletă pentru posibilitatea de a nu rămâne doar la prototip.

Soluția este fabricarea de țevi drepte în matriță. Problema pe care o ridică această metodă este cum se pot asambla cap la cap țevile din fibră de sticlă ca să formeze un cadru. O [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]. Ulterior mi-a venit ideea să folosesc elemente de prindere realizate din bare de oțel inoxidabil sudate. [anonimizat] a rezulta o continuitate a suprafețelor barelor după asamblare. Lungimea de strunjire reprezintă suprafață de contact dintre cele doua elemente.

[anonimizat]. Se formează prin ea o [anonimizat] o [anonimizat]. [anonimizat] o [anonimizat].

Un obiectiv important al lucrării este acela de a [anonimizat]. [anonimizat] o bicicletă care acționează în mediul urban nu este atât de solicitată. Nu se justifica pe deplin nici greutatea specifică redusă cum este cazul bicicletelor de viteză. Ca o concluzie: [anonimizat], ceea ce face că acest material să fie perfect pentru scopul lucrării.

Încadrarea produsului in context

Sursă de inspiratie

Produsul reprezintă o rematerializare a unei idei biciclete de oraș clasice. Bicicleta de oraș este o bicicletă care a fost gândită pentru drumuri scurte și frecvente prin zone urbane relativ plane. Este cel mai comun tip de bicicletă, ce poate fi găsit în întreaga lume, fiind construită să faciliteze călătoritul zilnic în haine normale, în condiții meteo variabile. Prin urmare, este o bicicletă concepută pentru transport practic, spre deosebire de celelalte tipuri de biciclete cum ar fi bicicletele de tip mountain bike, touring, racing (cursiere). În statele moderne, acestea pot fi deținute de persoane individuale, dar pot fi și închiriate public.

Bicicletele de oraș derivă de la cele de tip mountain bike, având elemente comune cum ar fi: utilizarea pinioanelor și foilor multiple pentru schimbarea vitezei, un cadru ușor dar rezistent, roți de 26 inch, poziție ridicată a șeii, cauciucuri medii-late (1.5 – 1.95 inch), cauciucuri groase realizate pentru a face fața pericolelor urbane, cum ar fi bucăți de sticlă sparta. De obicei, acestea folosesc cadre sudate de crom sau aluminiu. Design-ul acestora este gândit pentru a avea o manevrabilitate destul de rapidă și de previzibilă. În general sunt echipate cu aparate de protecție pentru condițiile meteorologice neprielnice. De asemenea, acestea vin echipate de obicei și cu sistem de iluminare pentru față și spate, pentru folosirea în timp de noapte. Acestea se focuseaza mai mult pe confort și aplicație practica, decât pe viteză și eficiență. În general au mânere ușor curbate de formă aproximativ planară. Ele au mai puține viteze decât se găsesc pe bicicletele de viteza.

Bicicleta

Lucrarea de față cercetează modalități de realizare a cadrelor de bicicletă într-o varietate mare de forme, cu tehnologii ieftine și ușor de folosit, cu materie primă cât mai ieftină, astfel încât să poată fi realizate cu ușurință în propriul garaj, dar și să poată fi transpuse ușor într-o serie mică sau mijlocie de fabricație.

Cadrul va avea o înfățișare simplă, ceea ce înseamnă că va avea bare cu secțiune rotundă. Forma obiectului este astfel influențată de acest concept de rotunjime care se poate îmbină armonios cu porțiuni drepte. Bicicleta are o mare legătură cu conceptul de „rotund”, datorita roților sale și nu numai. Până și acestea pot avea cauciucuri cu profil rotund. Nu rămâne decât cadrul cu ale sale proporții să fie un element de echilibru între conceptul de „rotund” și „drept”.

Cadrul vă fi construit din bare drepte, având secțiunea rotundă. „Haina noua” pe care o primește este materialul compozit. Îmbinarea lor se va face cu elemente de prindere realizate din bare sudate din oțel inoxidabil. Astfel, noul cadru va arăta trecerea spre o nouă eră a materialelor, prin prezența barelor din material compozit, rezultatul fiind unul inedit, cadrul fiind mai ușor și mai rezistent.

Cercetare Documentară

Documentarea tehnică și tehnologică este o etapă foarte importantă în dezvoltarea de produse industriale și trebuie făcută în mod obligatoriu de către proiectant sau echipa de proiectare atunci când se dorește scoaterea unui produs pe piață, respectând în același timp legea „Drepturilor de autor”. Documentarea tematică este un mod de informare asupra ultimelor tehnologii folosite în fabricarea de produse sau o informare asupra nivelului competitorilor direcți produsului care urmează a fi proiectat.

Sursele de documentare sunt variate, unele dintre ele pot fi schimbate însă unele dintre ele sunt obligatorii: cum ar fi legislația națională și internațională în vigoare și standardele și normativele ce țin de proiectarea pentru interschimbabilitatea pieselor componente ale noului produs. Altă sursă ar putea fi orice material documentar, în format fizic sau electronic, care poate furniza informații veridice despre natura și caracteristicile tehnice ale produselor concurente, pentru a ști care este nivelul de performanță al competitorilor direcți.

În ceea ce privește tehnologia de fabricație, se pot utiliza brevetotecile Statelor Unite ale Americii, cât și cele ale Comunității Europene, unde se pot găsi patente din diferite domenii, în care se explică, cu lux de amănunte, cu schițe și desene relevante modul de realizare a diferitelor produse și tehnologia care face posibilă acest lucru.

În lucrarea de față am utilizat brevetoteca SUA în privința realizării cadrelor de bicicletă din material compozit. Studiul despre biciclete, tipurile lor, performanțe, producători, standardele folosite, a fost făcut pe internet pe site-urile producătorilor, pe forumuri de pasionați sau site-uri specializate în vânzarea de piese.

În paginile ce urmează voi prezenta o scurtă istorie a bicicletei, o clasificare după funcționalitatea fiecărui tip de bicicletă, iar în continuare voi prezenta câteva din brevetele în care se descriu metode de fabricare a cadrelor de bicicletă din material compozit.

Scurtă istorie a bicicletelor

O bicicletă poate fi definită în general că fiind un vehicul rutier cu două roți așezate în linie, una în spatele celeilalte, puse în mișcare prin intermediul a două pedale acționate cu picioarele.

În 1818, baronul germal Karl Drais construiește „drezina” sau „mașina care aleargă”, care are roata din față orientabilă, iar șaua e plasată la jumătatea distanței dintre roata din față și roata din spate. Aceasta a fost construită pentru a soluționa o problema foarte serioasă: deficitul cailor, venind ca o alternativă la transportul călare.

Ea cântarea peste 23 de kilograme și era realizată din două roți de lemn atașate unui cadru tot din lemn. Cel care o folosea se așeza pe o șa bătută în cuie de cadru și ghida vehiculul cu un ghidon rudimentar de lemn. Neexistând pedale, utilizatorul împingea aparatul înainte cu picioarele.

În 1849, mecanicul german Heinrich Fischer a montat pedale la roata din față, asigurând astfel propulsia prin acționarea directă a vehiculului, nu prin atingerea pământului. Istoria acestei invenții este controversată. Unii spun că frații Ernest și Pierre Michaux din Paris aveau la reparat o dreziană și s-au gândit să monteze un sprijin pentru picioare. La început au folosit o prelungire a axului roții din față, apoi inspirându-se dupa modelul manivelei cu care ei acționau piatra de ascuțit cuțite, au montat niște pedale asemănătoare cu cele de azi.

In 1865, frații Michaux inventează velocipedul, sau biciclul, care era o bicicletă din lemn cu două roți inegale, roata din față fiind prevăzută cu pedale. De asemenea, era mai mare decât cea din spate, iar șaua era plasată deasupra roții mari.

În 1873 este inventat triciclul care seamănă cu tricicleta de astăzi, utilizată de copii. Putem spune că această invenție este funcțională și astăzi, numai că este adaptata la dimensiunile copiilor de 2-3 ani.

Trecerea de la biciclu la bicicletă se datorează englezului Lawson, care în 1879 a inventat roata din spate cu lanț de transmisie, cadru cu pedalier și sistemul ghidon-furcă și compatriotului sau J.K.Starly, care în 1885 construiește bicicletă cu roți egale și cadrul din tuburi metalice, având toate elementele bicicletelor moderne. Ultima perfecționare esențială este realizată de John Boyd Dunlop, în 1877, prin utilizarea pneului de cauciuc. De atunci s-au realizat sute de îmbunătățiri, dar elementele de bază sunt aceleași.

Ceea ce este uimitor este că oamenii nu au uitat niciodată de bicicletă, în ciuda apariției automobilului; mai mult decât atât, au implicat-o în competiții sportive, de viteză, anduranță, coborâri montane, sporturi extreme, competiții care au modificat configurația fiecăreia dintre bicicletele sportive, aducând noi caracteristici de formă, în funcție de solicitările la care trebuiau să reziste.

Clasificarea bicicletelor si funcționalitatea lor

În ziua de astăzi există câte un tip de bicicletă pentru un anumit tip de activitate cotidiană sau sportivă, ceea ce înseamnă că avem o multitudine de forme și configurații, după cum urmează:

Bicicleta Cursieră

Bicicleta semi-cursieră

Mountain Bike

Biciclete Downhill

Biciclete BMX

MTB Dirt / Street

Cruiser

Documentare tehnologică asupra realizarii cadrelor de bicicletă din material compozit

Patent US 6 270 104 B1

Metoda de realizare al cadrului din material compozit conform Patent US 6 270 104 B1

Cadrul bicicletei din invenție (figura de mai sus) este format prin selectarea și unirea prin lipire a tuburilor fabricate și polimerizate (în prealabil) cu elementele de prindere. Elementele de prindere polimerizate sunt formate separat din mai multe straturi de țesătură din fibră de sticlă sau carbon, impregnate cu rășină, așezate într-o semimatrița și acoperite de straturile din cealaltă semimatriță. Între cele doua semimatrițe (figura următoare) se află un balon/element elastic care odată umflat, obligă straturile de rașină pe care îl înconjoară să ia forma cuibului pe care acesta îl umple, presând astfel straturile de țesătură de fibră de pereții matriței. Baloanele rezista la 200 de formări la presiuni de peste 200 pounds/inch^2. Prin acest procedeu rezultă piese cu pereți subțiri și uniformi, compacte, dure. Fiecare element de prindere se termina cu o porțiune (moș) care se potrivește la asamblare cu orice țeavă (baba). Astfel de țevi sunt fabricate acoperind o semimatriță. Este un procedeu similar elementelor de prindere, în jurul unui fus și polimerizate. Straturile de acoperire sunt obiectul unei presiuni prin comprimare, astfel că rezultă o țeavă cu pereți subțiri și foarte duri pentru a forma cadrul bicicletei.

Patent US 7 407 619 B2

Metoda de realizare al cadrului din material compozit conform Patent US 7 407 619

O metodă de a face cadre de bicicletă include pasul în care se pregătește țesătura din fibră de carbon, unde baloanele gomflabile sunt inserate în piesele inițiale și sunt aranjate după dorință. Aceste piese aranjate sunt așezate în matrița care este încălzită la o anumită temperatura. Baloanele sunt supuse unei presiuni de aer pentru a obliga țesătură de fibră de carbon să ia forma cuibului matriței. Fibra de carbon se solidifică, formând astfel prima parte a cadrului de bicicletă. Partea din spate a cadrului bicicletei sau întreagă bicicletă poate fi fabricata prin aceasta metodă.

Patent US 5 346 237

Metoda de realizare al cadrului din material compozit conform Patent US 5 346 237

Cadrul de bicicletă este realizat din bare interconectate împreună prin conectori de metal la ambele capete. Fiecare bara este din fibra de carbon și conține la ambele capete conectori de metal. Fiecare conector de metal este blocat în locașul sau. Țevile se infileteaza de conectorii din metal prin învârtirea celor 2 gauri din manșon, care este prevăzut cu un gât filetat și care se înfundă în țeavă de fibra de carbon cu un inel blocant. Manșonul și capătul conectorului se poate suda pentru a nu se desface.

Legislație privind circulația pe drumurile publice

Conform OUG 195/2002 (Ordonanța de Urgență nr. 195 din 12 decembrie 2002 privind circulația pe drumurile publice – Cod rutier) cu regulamentul de aplicare aprobat prin HG 1391/2006 (Hotarare de Guvern nr. 1391 din 2006), legislația rutieră specifică pentru biciclete prevede:

Art. 14. – În circulația pe drumurile publice bicicletă trebuie să fie:

A) prevăzută cu dispozitiv de frânare eficace;

B) prevăzută cu un sistem adecvat, funcțional, de direcție;

C) dotată cu sistem de avertizare sonoră; se interzic echiparea și folosirea sistemelor de avertizare sonoră specifice autovehiculelor;

D) echipată în față cu lumină de culoare albă sau galbenă, iar în spate cu lumină de culoare roșie și cu cel puțin un dispozitiv fluorescent reflectorizant, vizibil, de aceeași culoare;

E) echipată cu elemente sau dispozitive care, în mișcare, formează un cerc continuu, fluorescent reflectorizante de culoare portocalie fixate pe spițele roților.

Art. 15. – Remorca atașată unei biciclete trebuie să fie echipată, în partea din spate, cu un dispozitiv fluorescent reflectorizant de culoare roșie, iar dacă lumina din spate a bicicletei este obturată de remorcă, aceasta trebuie să fie echipată și cu o lumină de culoare roșie.

Utilizarea părții carosabile

Art. 100. – Vehiculele trebuie conduse numai pe drumurile, părțile carosabile, benzile sau pistele stabilite pentru categoria din care fac parte. În cazul în care pe drumurile publice nu sunt amenajate benzi sau piste speciale pentru mopede, biciclete și celelalte vehicule fără motor, acestea pot fi conduse și pe acostament în sensul de mers, dacă circulația se poate face fără pericol.

Art. 142. – Se interzice oprirea voluntară a vehiculelor:

K) pe pistele obligatorii pentru pietoni și/sau bicicliști ori pe benzile rezervate unor anumite categorii de vehicule, semnalizate ca atare;

Reguli pentru alți participanți la trafic:

1. Circulația bicicletelor și a mopedelor

Art. 160. + (1) Bicicletele și mopedele, atunci când circulă pe drumul public, trebuie conduse numai pe un singur rând.

(2) Persoanele care nu posedă permis de conducere pot conduce mopede pe drumurile publice numai dacă fac dovada că au absolvit un curs de legislație rutieră în cadrul unei unități autorizate de pregătire a conducătorilor de autovehicule.

(3) Dacă pe direcția de deplasare există o pistă pentru biciclete, semnalizată ca atare, conducătorii vehiculelor prevăzute la alin. (1) sunt obligați să circule numai pe această pistă. Se interzice circulația altor participanți la trafic pe pistă pentru biciclete.

(4) Se recomandă ca, în circulația pe drumurile publice, biciclistul să poarte cască de protecție omologată.

Art. 161. – (1) Se interzice conducătorilor de biciclete sau de mopede:

A) să circule pe sectoarele de drum semnalizate cu indicatorul având semnificația "Accesul interzis bicicletelor";

B) să învețe să conducă biciclete sau mopede pe drumurile intens circulate;

C) să circule pe trotuare, cu excepția cazului când pe acestea sunt amenajate piste speciale destinate lor;

D) să circule fără a ține cel puțin o mână pe ghidon și ambele picioare pe pedale;

E) să circule în paralel, cu excepția situațiilor când participă la competiții sportive organizate;

F) să circule în timp ce se află sub influența alcoolului, a produselor ori substanțelor stupefiante sau a medicamentelor cu efecte similare acestora;

G) să se țină de un vehicul aflat în mers ori să fie remorcat de un alt vehicul sau împins ori tras de o persoană aflată într-un vehicul;

H) să transporte o altă persoană, cu excepția copilului până la 7 ani, numai dacă vehiculul are montat în față un suport special, precum și a situației când vehiculul este construit și/sau echipat special pentru transportul altor persoane;

I) să circule pe partea carosabilă în aceeași direcție de mers, dacă există o cale laterală, o potecă sau un acostament practicabil, ce poate fi folosit;

J) să transporte sau să tragă orice fel de obiecte care, prin volumul ori greutatea lor, stânjenesc sau periclitează conducerea vehiculului ori circulația celorlalți participanți la trafic;

K) să circule pe aleile din parcuri sau din grădini publice, cu excepția cazurilor când nu stânjenesc circulația pietonilor;

L) să circule pe timp de noapte sau când vizibilitatea este redusă, fără să îndeplinească condițiile prevăzute la art. 14 și 16;

M) să circule atunci când partea carosabilă este acoperită cu polei, gheață sau zăpadă;

N) să circule cu defecțiuni tehnice la sistemele de frânare sau cu un vehicul care nu este prevăzut cu avertizor sonor;

O) să traverseze drumurile publice, pe trecerile destinate pietonilor, în timp ce se deplasează pe bicicletă sau pe moped;

P) să circule pe alte benzi decât cea de lângă bordură sau acostament, cu excepția cazurilor în care, înainte de intersecție, trebuie să se încadreze regulamentar pentru efectuarea virajului la stânga;

R) să circule fără a purta îmbrăcăminte cu elemente fluorescent-reflectorizante, de la lăsarea serii până în zorii zilei sau atunci când vizibilitatea este redusă;

S) să conducă vehiculul fără a menține contactul roților cu solul.

(2) Pe timpul circulației pe drumurile publice, conducătorii de biciclete sunt obligați să aibă asupra lor actul de identitate, iar conducătorii de mopede sunt obligați să aibă, în plus, certificatul de absolvire a cursurilor de legislație rutieră și certificatul de înregistrare a vehiculului.

Analiza Competitorilor

Analiza modelelor pe piață

Kona Splice 2020

Dotări:

Cadru din aluminiu

Pedalier cu mai multe foi: 22/32/42t

Pinioane: 11-34t 8spd

Frană față/spate: Tektro HDM275 160mm

Jante: Kona double-wall alloy 28”

Anvelope: Vee Tire Rail

Furca telescopică: Suntour NEX

Schimbatoare față/spate: Shimano Tourney

Pret: 3355 lei

Cannondale Quick CX 3 2020

Dotări:

Cadru din aliaj

Pedalier cu mai multe foi: 30/46t

Pinioane: 11-34t 8spd

Frană față/spate: Shimano MT200 160mm

Jante: Cannondale double-wall

Anvelope: Kenda Piedmont 28”

Furca telescopică: SR Suntour NEX

Schimbatoare față/spate: Shimano Tourney/Shimano Altus

Pret: 3875 lei

Kona Dew Plus

Dotări:

Cadru din aluminiu

Pedalier cu mai multe foi: 26/36/48t

Pinioane: 11-34t 9spd

Frana față/spate: Tektro HDM275 160mm

Jante: Cannondale double-wall

Anvelope: WTP Horizon 28”

Furca fixă: Kona Project Two

Schimbatoare față/spate: Shimano Altus/Shimano Acera

Pret: 3355 lei

Focus Whistler 3.5 EQP

Dotări:

Cadru din aluminiu

Pedalier cu mai multe foi: 24/34/42t

Pinioane: 12-32t 9spd

Frana față/spate: Shimano MT200 160mm

Jante: FOCUS

Anvelope: Impac Ridgepac 27.5”

Furcă telescopică: SR Suntour XCT DS

Schimbatoare față/spate: Shimano TY700/Shimano Acera M360

Pret: 3199 lei

Analiza producătorilor actuali de biciclete

Cannondale

Firma Cannondale a început să producă cadre din aluminiu pentru biciclete de racing și touring în anul 1983, iar cele de mountain bike puțin mai tărziu. Modelele anterioare aveau tuburi de aluminiu supradimensionate pentru o rigiditate crescuta, rezultând cadre care erau super rigide și super eficiente. Ulterior au dezvoltat cadre compozite din fibra de carbon.

Componentele cadrelor de biciclete Cannondale au fost fabricate în Bedford, Pennsylvania, dar acum sunt fabricate în mai multe fabrici din Asia.

Primele cadre produse de aceasta firma au fost disponibile în doua culori, roșu și alb. Cannondale a obținut distincția de a deveni primul producător cu volum mare de cadre din aluminiu. Anterior, numai cadrele din otel erau produse în masa, în timp ce cadrele din aluminiu erau lucrate manual în volume mici.

În 1992, Cannondale a introdus cadrul cu seria 2.8, bazat pe CAD și analiza elementului finit pentru a face un cadru ce cântarea doar 1,27 kg. Aceasta a comercializat ulterior cadre cu denumirea CAAD („Cannondale Advanced Aluminium Design”) care au apărut pentru prima data în seria de biciclete de munte. În 1997, a fost introdus cadrul CAAD3, care prezinta în cea mai mare parte design-ul din seria 2.8. Generația actuala de cadre Cannondale din aluminiu este cunoscuta sub numele de CAAD13 care reprezintă evoluția continua a designului cadrului din aluminiu sudat de la Cannondale.

Kona

Kona este o companie de biciclete cu sediul în nordul Americii. Compania a fost fondata în 1988 de Dan Gerhard și Jacob Heilbron în Vancouver. Aceasta este o marca globala recunoscuta instantaneu, fiind încă deținută de fondatorii originali. Aceasta nu este o entitate uriașa în comparație cu alte mărci globale de biciclete, dar se bucura de un status iconic. Kona este cel mai cunoscuta drept o companie de biciclete „Freeride”, dar dar au făcut și biciclete de strada încă de la început. Bicicletele lor de oraș sunt unele din cele mai frumoase și cele mai practice opțiuni.

La început, cofondatorii au lucrat cu Joe Murray, biciclist cu istorie în America, pentru a crea biciclete custom din otel. În timp ce riding-ul a evoluat, Kona a evoluat și ea, construind biciclete pentru rideri care împingeau limitele mountain biking-ului.

Focus

Focus este un producător de biciclete care își are sediul în Germania și construiește biciclete sport, cum ar fi biciclete electronice, biciclete de racing, mountain bike-uri dar și biciclete de oraș.

Compania a fost fondata în 1993 de către Mike Kluge, campion mondial la Cyclo-cross.

În 1994 a scos prima linia de producție cu 6 modele de mountain bike.

În 1995, compania s-a extins pentru a produce biciclete de touring.

În 2003, aceștia au început să producă biciclete de tip racing.

În 2006, au produs primele lor cadre din fibra de carbon.

În 2009, compania a infintat filiale la nivel european începând de asemenea o campanie publicitara pe canalul TV Eurosport.

Stabilirea cerințelor de design

Scop

Scopul specificației de design este acela de a dezvălui ideile în jurul cărora vă lua ființă produsul și de a clarifica anumite detalii legate de produs pentru a înțelege mai bine necesitatea acestuia pe piață și în viață de zi cu zi.

Este ușor vizibil că străzile orașelor devin din ce în ce mai aglomerate, chiar daca aproape fiecare producător de mașini dezvolta mașini cu gabarit redus pentru a mari fluiditatea traficului din marile centre urbane. Oricât de mult s-ar strădui, nu s-ar rezolva problema locurilor de parcare, a gradului ridicat de poluare din zonele centrale sau a vitezei medii foarte scăzute în trafic.

S-a constatat că viteza medie de deplasare a autovehiculelor în orașele aglomerate este egala sau mai mica decât viteza media cu care un biciclist parcurge același traseu. Cu alte cuvinte, bicicleta este mai rapida decât un taxi.

Traficul foarte aglomerat face că participanții la trafic să fie foarte solicitați atât fizic cât și nervos. De aceea este nevoie de confort și de o proiectare ergonomica a bicicletei pentru o acționare cât mai simpla, care implica efort minim. Un exemplu de solicitare ar putea fi mersul cu întreruperi periodice în care biciclistul nu se poate stabili pe un raport de transmisie pentru că imediat trebuie să frâneze, iar apoi să accelereze imediat, fortandu-se astfel să plece rapid pentru a nu enerva participanții la trafic cu accelerări slabe.

Funcționalitate

Produsul va fi folosit pentru deplasarea economică si eficientă a unei singure persoane in spațiul urban.

Sarcină maximă admisă – 150 kg.

Viteză maximă – 40 km/h.

Pantă maximă – 30%.

Performanțe

Valoarea țintă a greutății cadrului se dorește a fi sub greutatea bicicletelor realizate din bare de aliminiu. Justificarea este micșorarea efortului uman la deplasare.

Cadrul va fi realizat din material compozit, având valoarea durității cadrului superioară cadrelor realizate din bare de aluminiu. Acest lucru este benefic in condițiile de circulație pe drumurile naționale, dar și pe terenurile neamenajate sau denivelate usor. În plus, materialul nu intampină efectul de oxidare. Durata de viață a produsului are de caștigat.

Dotări:

Pentru optimizarea forței de deplasare, s-a optat pentru foi multiple si un butuc cu mai multe pinioane. S-a optat pentru acest tip de sistem deoarece se poate adapta usor oricarui stil de pedalat.

Pentru mărirea siguranței in deplasare atât a biciclistului cât și a participanților la trafic s-a optat pentru frâne pe disc, deoarece eficacitatea lor este mare.

Pentru o aderență maxima pe majoritatea tipurilor de drumuri urbane s-a optat pentru cauciucuri late cu striații si puțin adânci.

Pentru imbunătațirea confortului in timpul utilizării, s-a optat pentru o furca telescopică cu rolul de a amortiza denivelările.

Ergonomie

Este realizată prin forma cadrului, care oferă biciclistului o poziție cu spatele drept ușor aplecat spre față. In plus, aceeași poziție oferă posibilitatea biciclistului de a purta un ghiozdan în spate, neexistând riscul ca acesta sa provoace dureri de umeri sau să loveasca biciclistul in timpul frânării.

Reglarea șeii pe verticală face ca distanța dintre șa si pedalier să se micșoreze sau să se mareasca in funcție de necesități.

Schimbatul, ajustarea corectă a vitezei, optimizarea forței de pedalare sunt rezolvate de către sistemul de foi si pinioane multiple.

Esteticul produsului, înfățișarea si finisajul

Forma cadrului va avea caracteristici ale bicicletelor de oraș, cât mai simpliste, îmbinate cu cele de mountain bike – furcă telescopică.

Cadrul va fi disponibil in mai multe culori (alb, negru, albastru, roșu, verde); culorile pot fi lucioase, mate sau se poate utiliza gelcoat colorat și transparent pentru a se vedea țesatura.

Doar cadrul va fi fabricat, restul componentelor vor fi achiziționate.

Calitate și fiabilitate

Sentimentul de High Quality trebuie să fie prezent asupra întregului produs.

Se acordă garanție pentru cadru pentru o perioada de 1 an, timp in care cadrul este inlocuit gratis daca cedeaza.

Suprafața rezultată in urma procesului de fabricație este inspectată la fiecare cadru in parte

Dimensiuni cadru

1000m x 150mm x 410mm (L x l x h)

Materiale utilizate

Pentru realizarea cadrului s-a ales material compozit (fibră de sticlă si rașină epoxidică) datorită raportului greutate specifică / rezistență specifică superior materialelor metalice clasice.

Restul componentelor sunt confecționate din oțel inoxidabil, aluminiu, cauciuc.

Influența condițiilor de mediu asupra materialelor din componența cadrului

Mediul influențeaza numai prin umiditate in faza de formare; dupa polimerizare, țevile de material compozit nu mai sunt influențate de condițiile de mediu.

Elementele de prindere, care sunt confecționate din bare de oțel, se recomanda a fi supuse cat mai puțin la condiții umede.

Întreținere

Se recomandă a fi șlefuite si curățate cu acetonă barele din material compozit.

Se recomanda ca partea metalica sa fie protejată de zgârieturi.

Durata de viață

Țevile din componența cadrului, confecționate din material compozit, nu oxidează și nu sunt influențate de temperatură.

Reciclare

Materialul compozit utilizat in execuția cadrului, fiind un material termorezistent, nu se poate reintroduce in circuit (nu se poate topi și reprelucra), dar se poate macina și introduce ca material de adaos în diferite materiale folosite in construcții civile.

Concurența

Printre firmele concurente, pe plan internațional, se afla producatorii: Cannondale, Kona, Focus.

Modele de biciclete concurente: Kona Splice 2020, Cannondale Quick CX 3 2020, Kona Dew Plus, Focus Whistler 3.5 EQP

Preț

Prețul bicicletei dotate complet se doreste a fi sub prețul concurentilor (in jur de 3500 lei)

În cazul pasionaților de biciclete custom, pentru cei care doresc sa iși construiască propria bicicletă neavând nevoie ca restul pieselor sa fie furnizate de noi, s-ar putea comercializa doar cadrul. De asemenea, ținta pentru prețul cadrului astfel realizat se dorește a fi sub cea a concurenței.

Utilizatorul

Utilizatorul țintă are vârsta cuprinsa între 16-80 de ani și nu sunt neapărat persoane cărora le place să faca sport, dar sunt pasionate de mersul pe bicicletă și folosesc acest produs pentru a se deplasa in orice condiții de trafic.

Siguranța

Bicicleta este dotată cu sisteme de franare pe disc, ultima tehnologie din domeniul frânelor de bicicleta.

Cauciucurile sunt de asemenea adaptate mediului urban, adică mersului preponderent pe asfalt. Acestea au o aderență optimă in condiții climatice bune. În cazul unui carosabil umed sau cu polei se recomandă atenție sporită.

Cadrul bicicletei este realizat din material compozit, ceea ce conferă o rezistență superioara si crește siguranța.

Este recomandat ca utilizatorul sa cunoasca drepturile si obligațiile pe care un biciclist le are în trafic. Este obligat să cunoască și să respecte regulile și semnele de circulație, sa cunoască legea acordării priorității. Un biciclist participant la trafic trebuie sa cunoască regulile semnalizării intențiilor si să posede pe bicicletă elemente reflectorizante vizibile pe timp de noapte.

Testarea

Încă din stadiul realizării prototipului 3D prin analiza elementului finit se face testarea virtuală.

Pe produsul final se face testare la încărcarea maximă pentru care a fost proiectat (150kg).

Pe parcursul unui traseu se vor schimba in mod repetat vitezele, utilizându-se toate foile și pinioanele.

Se vor testa franele, acționând cu intensitați diferite pe fiecare roata in parte.

Se va observa comportamentul bicicletei în curbe, fiind testate diferite posibilitați de acționare în cazul virajelor la diferite viteze.

Se va analiza amanunțit cadrul si modul in care a fost facută asamblarea.

Patente

Dintr-un numar mare de patente existente au fost studiate amanunțit si prezentate 3 dintre acestea. Acestea ofera soluții diferite de realizare a cadrului de bicicletă dar se incadrează pe direcția confecționării elementelor de tip bară din material compozit, de diferite secțiuni.

Instalare/Reglare

Se va asigura o documentație adecvată pentru produs. Documentația nu face subiectul acestor specificații si nici al proiectului.

Reglarea se poate face de catre oricine cu condiția să fie facută conform documentației.

Împachetare și livrare

Cadrul împreună cu brațele pedalierului, fără pedale, se va infășura in folie de nylon pentru a fi protejat de zgârieturi.

Cauciucurile vor fi montate pe jante; acestea vor trebui să fie umflate.

Restul pieselor vor fi montate pe bicicleta, în afară de ghidon, pentru a reduce volumul pachetului; acesta va fi montat de către utilizator.

Toate piesele vor veni într-o cutie de carton de formă paralelipipedică umplută cu biluțe de polistiren.

Livrarea se va face printr-o firmă de curierat în urma unei comenzi primite online sau pe telefon.

Fabricarea

Toate componentele in afară de cadru, care este obiectul lucrării, vor fi achiziționate de la furnizori in regim angro pe baza de contract si vor fi furnizate pe baza de comanda.

Vânzarea și promovarea

Vânzarea se poate online sau în magazine specializate pe profilul de biciclete, articole sportive.

Se poate face un site oficial care să conțină informații despre bicicletă, calitatea componentelor, modul de realizare a acesteia precum și un forum de discuții.

Se pot face filmulețe demonstrative care pot fi vizualizate pe internet.

Proiectarea conceptuală

Specificații de proiectare

Cerințele tehnice reprezinta metodele tehnice prin care sunt rezolvate nevoile utilizatorilor.

În tabelul de mai jos în partea din stanga sunt reprezentate nevoile utilizatorilor, iar în partea din dreapta cerințele tehnice.

Performanțe așteptate

Scopul acestei biciclete este să mențină viteza constanta de deplasare, să se poată atinge 30-40 km/h cu ușurință și să se poată parcurge distante de 3-4 km de drum fară să devina obositor.

Că problema de rezistenta a cadrului luam în considerare în principal menținerea fiabilității pe o durata de viață cât mai lunga, deoarece astfel de biciclete nu sunt supuse unor rele tratamente în utilizare, ele fiind folosite cu preponderenta în mediul urban.

Proasta întreținere a cadrului bicicletei afectează mai mult decât tratamentele dure aplicate. Astfel, cadrele din otel pot oxida mai repede din cauza zgârieturilor. De aceea, folosirea de materiale compozite este binevenita atât în problema greutății cât și în problema duratei de viață și a rezistentei cadrului.

Punctele forte ale acestui tip de bicicleta cu cadru din materiale compozite sunt : greutatea scăzută, durata lunga de viață, ergonomicitatea, confortul și adaptabilitatea la un mediu urban de folosință.

Pentru că dezvoltarea unui produs presupune atingerea de noi ținte, tabelul următor cuprinde valorile metrice sau tipul pentru subansamblurile produsului proiectat.

Generarea ideilor de design

Prezentarea conceptului

Aceasta faza – realizarea schiței – este una dintre cele mai importante pentru viitorul produs, deoarece îi definește forma. Aceasta bicicleta a avut că sursa de inspirație bicicletele normale de oraș, combinate cu elemente de mtb dirt/street (pipa și ghidonul), datorita aspectului mai plăcut, al controlului mai bun asupra bicicletei, al greutății reduse. Rotile au mărimea de 27.5”, conform celor de oraș. Furca este telescopica, iar foile, pinioanele sunt multiple pentru asigurarea unui număr mai mare de rapoarte de viteze.

Transpunerea metodei de fabricație

În figura de mai sus este schițată ideea metodei de fabricație. Segmentele hașurate în roșu reprezintă elementele din otel, iar cele verzi reprezintă barele realizate din material compozit. Nici unul dintre segmentele din material compozit nu intra în contact direct deoarece acestea sunt asamblate prin elemente intermediare realizate din țevi de otel îndoite și sudate. Atât țevile din otel cât și cele realizate din material compozit au același diametru la îmbinare.

Ansamblarea țevilor din material compozit se realizează astfel:

Țeava din oțel se strunjește cu adâncimea corespunzatoare grosimii peretelui țevii din material compozit; între cele 2 elemente se află rașină epoxidică, astfel asamblarea are loc prin lipire.

Dezvoltarea conceptului

Pentru moment avem trăsăturile/caracteristicile definitorii viitorului produs la nivel de schiță. Este știut faptul că nici un produs nu ajunge în producție exact în forma pe care acesta o are în faza de schiță deoarece elementele pot fi modificate/condiționate de tehnologia de fabricație, ori trebuiesc corectate anumite dimensiuni funcționale care în momentul schițării scapă cu ușurință din vedere. Cel mai important lucru este acela de a pastra caracteristicile produsului și trăsăturile de forma.

În continuare este prezentat modelul 3D, realizat în Autodesk Inventor, pentru cadrul bicicletei:

Elementele componente

Modul de unire al elementelor

Rendere finale – Cadru

Rendere finale – Bicicletă

Soluții tehnice de realizare a țevilor din material compozit

Tehnologii de fabricație

Obținerea tuburilor din materiale compozite in matriță, prin presare interioară cu element elastic tubular

Acest procedeu are la baza formarea pieselor tubulare în matrița închisă, mandrina fiind eliminata. Locul acesteia este luat de un element elastic tubular asupra căruia i se aplica o presiune interioara. Astfel se realizează o presare a materialului compozit de pereții matriței. Prin eliminarea mandrinei interioare avem posibilitatea obținerii unor tuburi cu grosimi variabile a pereților în funcție de grosimea materialului de armare. Procedeul ne permite obținerea unor piese tubulare calibrate pe exterior de matrița utilizata. Prin variația presiunii aplicate asupra elementului elastic, putem să obținem grade de armare diferite. În cazul acestui procedeu se utilizează un material de armare de forma tubulara, special conceput pentru obținerea pieselor tubulare.

Materialul de armare este introdus pe elementul flexibil tubular și impregnat cu matrice. În cazul de fata se utilizează un material tubular din fibra de carbon de 22.6 g/m. Aceasta țesătură are un unghi de 45° a filamentelor fata de direcția longitudinala. Numărul straturilor utilizate este de 2, acestea fiind suprapuse, pentru a obține o grosime a tubului de 1 mm. În funcție de grosimea dorita a peretelui, se pot suprapune mai multe straturi din materialul de armare tubular.

Matricea utilizada a fost epoxidica de tip Epiphen RE/DE. Elementul flexibil a fost un furtun din cauciuc vulcanizat. Diametrul exterior al acestuia a fost de 15mm, iar grosimea peretelui de 1mm. Acesta este prevăzut la capăt cu un dop, iar la celalalt capăt cu o piesa de cuplare la sursa de presiune.

După impregnare, materialul compozit este așezat în concavitatea matriței. Matrița se închide prin intermediul unor șuruburi după care se introduce presiune în elementul elastic de la un compresor. Imediat după aplicarea presiunii, se observa că surplusul de rășina este eliminat prin zona planului de separație. Presiunea aplicata în cazul de fata a fost de 7 bar. Polimerizarea materialului se poate desfășură în etuva sau prin racordarea la o sursa de apa calda. În cazul de fata, datorita dimensiunii reduse a matriței, s-a utilizat pentru polimerizare o etuva termostatata. Temperatura de polimerizare a fost de 60°C timp de 4 ore.

După polimerizare, matrița se lasă să se răcească lent până ajunge la temperatura camerei. Se deconectează elementul elastic de la presiune, după care matrița se deschide. Tubul din material compozit de demulează de pe matrița. După cum se observa în figura , acesta prezinta un surplus de rășina polimerizata în zona planului de separație. Aceasta e înlăturată ușor printr-o prelucrare mecanica.

Urmează apoi demularea elementului elastic din interiorul tubului și prelucrarea capetelor acestuia. Tubul obținut are un aspect plăcut, structura este compacta, iar suprafață exterioara lucioasa. Nu se obseva apariția bulelor de aer pe suprafață acestuia. În cazul tubului, s-a obținut un grad de armare de 65%, iar grosimea peretelui de 1mm.

Avantajele utilizării acestui procedeu:

Piesele tubulare se obțin ușor, manopera fiind redusă

Se obțin piese calibrate pe exterior cu o suprafață neteda

Tuburile au o structură compactă si omogenă

Se pot obține grade de armare diferite in funcție de presiunea aplicată în interiorul tubului elastic

Dezavantaje:

Diametrul exterior este condiționat de dimensiunile matriței

Diametrul interior nu este calibrat

Materialul de armare trebuie să fie de formă tubulară

Obținerea tuburilor prin procedeul de presare cu element elastic

Obținerea tuburilor prin procedeul de presare cu element elastic are la baza procedeul de formare a tuburilor pe o mandrina, prin formare manuala. Materialul compozit în stare nepolimerizata se presează pe mandrina prin intermediul unui element elastic. Prin presare se înlătură surplusul de rășina și, odată cu acesta, bulele de aer din materialul compozit.

Se urmărește obținerea unor grade de armare cât mai ridicate, comparabile cu procedeele prin presare. De asemenea, se urmărește obținerea unor suprafețe netede lucioase atât pe exterior cât și pe interior, aspectul fiind o calitate esențială a produselor. Eliminarea matrițelor în procedeul de formare este tot o cauza pentru care se dorește adoptarea altor soluții mai simple, de presare a materialului. Costurile unei matrițe și necesitatea unui personal cu înalta calificare ridica prețul produsului.

Suprafață dintre materialul compozit și elementul elastic este preluata de o folie de polipropilena de înalta densitate, de grosime de 0,2mm. Folia este demulata de pe suprafață tubului compozit după polimerizare. Suprafață exterioara a tubului copiază suprafață foliei aceasta fiind lucioasa. Astfel se obține o suprafață neteda lucioasa, bine compactizată.

Principiul procedeului este redat in figura _ , unde s-a notat:

Mandrină

Strat demulant

Material compozit

Folie de polipropilenă

Element elastic

Pentru fabricația tuburilor se utilizeaza ca material de armare o țesatură biaxiala echilibrata din fibre de carbon de 200g/m^2. Matricea utilizată este una epoxidică de tip Epiphen RE 4020/DE 4020.

Etapele procesului de formare a tuburilor prin presare cu element elastic sunt:

a) Depunerea materialului compozit pe fus (mandrină). Acesta poate fi depus prin rularea țesăturii pe fus sau utilizarea unei țesături tubulare. Matricea este introdusă in exces in materialul de armare, realizand o buna impregnare a filamentelor (figura _). După păstrarea acestuia aproximativ 10 min in materialul de armare, acesta se elimină prin intermediul unui material absorbant (hartie absorbantă) (figura _). Fusul impreună cu materialul de armare impregnat se înfasoara cu o hartie absorbantă. Procedeul de inlăturare a surplusului de rașină se executa pana cand hârtia absorbantă dispusă pe materialul compozit ramane uscată și nu mai absoarbe rașina.

b) Montarea pe suprafața materialului compozit al unei folii din polipropilenă de grosime de 0,2 mm. Se utilizeaza aceasta folie deoarece este rigida si are o suprafață lucioasa. Prin intermediul acestei folii se realizează și presarea compozitului. Aceasta nu aderă la suprafața compozitului, realizand o demulare buna după polimerizare. Folia se montează cu muchia dispusă pe generatoarea fusului prin intermediul unei benzi adezive (figura _).

c) Montarea elementului elastic (figura _). Elementul elastic utilizat este din cauciuc (latex) vulcanizat sub formă de fir de secțiune dreptunghiulară. In cazul de față este utilizat un fir de cauciuc. Acesta prin tensionare se alungește de aproximativ 9 ori la o forță aplicată de 35N. Firul de cauciuc se rupe la o forță maxima de 40N. La forța de 35N, firul din cauciuc are o lățime de 1mm (la alungire, lățimea firului scade de la 3 la 1mm).

Dispunerea firului in jurul mandrinei se realizează prin intermediul unui dispozitiv care realizează o mișcare de rotație a fusului. Pentru a realiza mișcarea de rotație a fusului, este utilizat un strung orizontal.

Prin rotirea mandrinei, firul din cauciuc pretensionat se depune spiră langa spiră (matisare), legand folia demulantă pe materialul compozit. Se realizează o presare a materialului compozit pe fus in funcție de elasticitatea firului si nivelul de pretensionare.

d) Desfacerea firului de cauciuc după polimerizare. Dupa polimerizarea tubului se desface firul de cauciuc, se demulează folia de polipropilena și este demulat de pe fus.

Prin această metodă se obțin tuburi cu suprafața netedă si lucioasa atât la exterior cât și la interior, având o duritate ridicată.

Concluzii

In cazul structurilor din materiale compozite, un rol important îl reprezintă gradul de armare. Cu cât acesta este mai ridicat, cu atat cresc proprietățile mecanice ale structurilor compozite. Un factor important îl reprezintă aranjamentul materialului de armare. Nu este suficient un grad de armare ridicat daca materialul de armare nu este poziționat pe direcția solicitarilor mecanice ale structurii. Tehnologia de fabricație a structurilor din materiale compozite influențează atat gradul de armare cat si dispunerea corectă a materialului.

Tehnologia de formare trebuie aleasă cu atenție în cazul formării tuburilor.

În cazul tuburilor obținute prin tehnologia de presare a acestora cu element elastic se pot obține rezultate notabile. Se elimină matrița care este o investitie importantă. Aceasta tehnologie se poate adapta ușor la o serie mai mare de dimensiuni ale tuburilor compozite fara investiții majore și permite realizarea unor produse de calitate superioară.

Prin utilizarea metodei de metal spraying in cazul folosirii unor matrițe obținem o suprafață compactă, dură, care se finiseaza usor. Toate acestea duc la obținerea unor piese de calitate si a unor suprafețe cu un aspect placut.

Analiza structurală al cadrului

Programul utilizat pentru realizarea simulării in vederea analizei a fost Autodesk Inventor.

Mai jos sunt prezentate datele de ieșire asa cum au fost generate de program.

Informații fizice:

Materiale utilizate:

Discretizare:

Noduri: 49605

Elemente: 25253

Condiții de utilizare:

Forța Maxima

Constrângeri – se identifică pe figură in culoarea albastră

Rezultatele simulării:

Detaliarea și interpretarea rezultatelor este reprezentată in figurile următoare pentru fiecare factor analizat:

Von Mises Stress

1st Principal Stress

3rd Principal Stress

Displacement

Safety Factor

Safety factor reprezintă raportul dintre rezistența materialului și stresul maxim aplicat. Dacă această valoare este subunitară, atunci rezultă că stresul este mai mare și materialul poate ceda. În cazul nostru, safety factor-ul are valori medii intre 8 si 15, acest lucru rezultând o buna rezistență a cadrului.