Проекты

Popsicle skateboard with an electronic kit made of ultralight composite materials / Модель скейтборда «Эскимо» с электронным набором, выполненная из сверхлëгких композиционных материалов

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Экология и природопользование (секция на английском языке)»

Направление работы: Композиционные материалы, Стритспорт
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1532
Предметы: Физика, Информатика, Английский язык, Робототехника
Классы: 10 и 11 классы
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

Мир не стоит на месте, инновации меняют наше будущее, нововведения не обошли стороной и активно развивающийся уличный спорт. Постоянно меняется снаряжение, область его применения. За последние 20 лет популярным для многих стал скейтборд.

В 1959 году Роллер Дерби выпустил первый официальный скейтборд с новыми техническими характеристиками. Роликовая доска стала более маневренной, что позволило выполнять на ней новые трюки.

Изучив все аспекты, авторы пришли к выводу, что для комфортного катания, а также под разные стили катания нужно сделать универсальную доску-трансформер, которая выдерживала бы большие нагрузки, не боялась бы влаги, имела хорошую упругость, была бы легче уже существующих дек, а также более долговечна, что существенно сэкономило бы бюджет спортсмена. В прошлом году у авторов уже был успешный опыт создания лонгборда из углеволокна с нуля. Тогда был определен следующий этап развития проекта – переход от мускульной тяги к электродвигателю.

Авторы решили разработать максимально удобный для городских условий экологичный транспорт – электрический композитный скейтборд, при этом изготовив новую деку из композиционных материалов под размер классического скейтборда.

Цель

Создание принципиально новой универсальной модели деки для скейтборда из облегченных композиционных материалов с индивидуальным дизайном.

Задачи

  1. Сделать расчеты максимальной и средней скорости, дальности хода, энергопотребления, необходимой мощности двигателя.
  2. Сделать расчёт скорости самостоятельной подзарядки электроборда от встроенной солнечной панели.
  3. Выбрать схему передачи движения от двигателя скейтборду.
  4. Определить перечень электронных компонентов, необходимых для сборки устройства, и разработать схему подключения.
  5. Разработать систему управления скейтбордом посредством переноса центра тяжести оператора.
  6. Разработать систему управления посредством пульта дистанционного управления.
  7. Разработать систему управления посредством мобильного приложения.
  8. Разработать систему определения расстояния до препятствия по курсу движения и предусмотреть систему экстренного торможения. 

Оснащение и оборудование, использованное в работе

  • ЧПУ
  • Пресс
  • Autocad
  • Automill
  • ПО Autodesk Inventor Professional 2020

Описание

В ходе работы были изучены существующие модели дек лонгбордов, изучены стили катания, характеристики существующих дек, проведен сравнительный анализ, определен способ моторизировать скейтборд, выбрана траектория создания проекта с учетом следующих параметров:

  • максимальная нагрузка (для самостоятельного катания)
  • вес
  • влагостойкость
  • упругость
  • долговечность
  • универсальность
  • «щелчок» при выполнении трюков
  • электронный набор для моторизации
  • возможность заряжать борд от солнечной батареи

Изготовление скейтборда состояло из четырех основных этапов, которые включали множество вспомогательных операций:

1. Для моделирования деки использовалось ПО Autodesk Inventor Professional 2020. Авторы создали пространственную 3D-модель поверхности, на которой будет стоять райдер, добавили нижнюю утолщенную площадку, которая служит усилением между опорами подвесок в конструкции скейтборда. После этого построили геометрию расположения отверстий для установки стандартной подвески скейтборда и создали 3D-модель формы оснастки для изготовления лонгборда, которая формирует изделие путем вакуумной инфузии. Была осуществлена визуализация оснастки и последовательной укладки слоев.

2. Следующим этапом было изготовление оснастки. Авторы подготовили материал для фрезеровки на станке с ЧПУ, создали управляющую программу в ПО Autodesk PowerMill Ultimate 2019, провели процессы пропитки оснастки смолой, термообработку, чистовую обработку, заполнение пор.

3. На следующем этапе авторы приступили к изготовлению изделия. Авторы раскроили материал согласно чертежу, нанесли разделительный состав на оснастку с последующей полировкой каждого слоя. Подготовили связующий слой (смешали эпоксидную систему и смолы с отвердителем в весовой пропорции 100:30) и провели пропитку.

4. Последний этап – сборка–установка и настройка-отладка подвесок и колес скейтборда. На последнем этапе изготовления скейтборда деку покрыли лаком, собрали полный комплект: приклеили шкурку (наждачную бумагу) с лицевой стороны, а с обратной стороны к деке прикрутили подвески и колёса.

Результаты работы/выводы

В результате работы была создана дека POPSICLE для скейтборда из сверхлегких композиционных материалов с уникальным дизайном. Строение деки универсально и подходит под любой стиль катания, достаточно заменить подвески и колеса. Также такой скейтборд легче переносить за счет композитов, вес деки равен 1,1 кг, что легче всех предложенных решений на рынке скейтбордов.

Благодаря составу дека влагоустойчивая, что позволяет передвигаться на таком скейтборде даже в дождливую погоду на длинные расстояния. Помимо этого, дека выдерживает нагрузку до 300 кг при агрессивном катании, в то время как обычные деки выдерживают нагрузку до 100 кг максимум. При этом сохраняется хорошая упругость во время катания и исполнения трюков, дека обладает отличным щелчком.

По всем параметрам дека из сверхлегких композиционных материалов долговечна и бюджетна. На рынке есть несколько производителей дек из композитов, но в их составе чаще всего присутствует древесина, что утяжеляет деку и делает ее менее прочной по сравнению с разработанным вариантом.

Также авторами расписан план по созданию и усовершенствованию съёмного электронного набора для передвижения по городу с возможностью подзаряда от солнечной батареи.

Перспективы использования результатов работы

В будущем авторы планируют моторизировать деку, система будет подходить как к скейтборду, так и к лонгборду. Это позволит передвигаться по городу в любое время года при доступном для катания покрытии.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Технопарк «Инжинириум МГТУ им. Н.Э. Баумана».

Мнение автора

«Мы довольны нашим проектом, он уже пользуется спросом среди райдеров».