DISEÑO DE UN VEHÍCULO DE PROPULSIÓN HUMANA TERRESTRE PARA LA COMPETENCIA SUR AMERICANA DE ASME 2018 / Design of a human powered land vehicle ASME South American Challenge 2018

• Javier Vargas La Universidad del Zulia
• Royni Abud La Universidad del Zulia
• Leonardo González La Universidad del Zulia
• Ricardo Villareal La Universidad del Zulia
• Paul Hernández La Universidad del Zulia
• Andrea Picón La Universidad del Zulia

Palabras clave: Vehículo de propulsión humana, Ergonomía, Metamodelo y Carenado, HPV, Ergonomics, Metamodel y Fairing.

Resumen

RESUMEN

Los vehículos de propulsión humana (HPV) para las competencias de la ASME internacional (HPVC), motiva, el diseño de vehículos ligeros en respuesta a las competencias de dicha prueba. De esta manera, el estudio técnico de este diseño se basó en cuatro áreas: ergonomía, transmisión, estructura y aerodinámica. Se realizó una prueba ergonómica para obtener geométricos que se ajustaron a las exigencias técnicas, asegurando la comodidad y buen desempeño en atención a las características de los pilotos. La geometría se aplica utilizando el enfoque de Patterson y Leone para garantizar un diseño con buenas cualidades de manejo. El objetivo de este estudio fue diseñar un vehículo de propulsión humana terrestre con dimensiones geométricas y cualidades de manejo adecuado, con los principios ingenieriles para el desarrollo de medios de transporte alternativo y sustentable. La metodología se inscribe en la modalidad de proyecto factible. El diseño y análisis del proyecto fue respaldado por software es computacionales CAD y CAE. Para obtener un arreglo geométrico resistente, se desarrolló una optimización topológica con las restricciones dadas por la prueba ergonómica, luego se recurrió a la simulación por metamodelo para obtener las especificaciones finales del chasis, basado en aluminio 6063 T5. Una vez que se definió la geometría, se desarrolló un carenado utilizando un enfoque aerodinámico para garantizar una buena reducción del arrastre por medio de la herramienta de CFD. Finalmente, se seleccionó a partir de la configuración disponible de tren de engranajes para la transmisión de dos etapas, pertinentes para proporcionar una mayor aceleración y velocidad máxima.

ABSTRACT

Design of Human Powered Vehicles (HPV) to compete in ASME International’s Human Powered Vehicle Challenge (HPVC), motivates design of lightweight vehicles capable to stand the event’s challenges. The technical study was based on four areas: ergonomics, transmission, structure and aerodynamics. An ergonomic test is made to design the geometry to fit to team member’s measures and adjust the pilot to an ergonomic position. Then the geometry is completed using the approach of Patterson and Leone to ensure a design with good handling qualities. The methodology for the design and analysis of the project was supported by CAD/CAE software. To achieve the mass reduction a topological optimization is done with the constraints given by the ergonomic test then metamodel simulation is used to obtain the final structure of the frame, which is made from aluminum 6063 T5. Once the geometry was defined the team developed a fairing using an airfoil approach to ensure a good drag reduction, using CFD software to analyze the results. Finally, the team selected from the available configuration of gear train to design the most suitable two stage transmission capable of give great acceleration and top speed.

Citas

ASME (2018) Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos de la Universidad del Zulia.

Archibald, Mark (2006). Design of Human-Powered Vehicles. Nueva York, Estados Unidos. ASME Press.

Brown, Charles, (1986), “Pedal Height and Crosswind Effect”, Human Power. The Technical Journal of the IHPVA. Volumen 5. Número 2. p 11.

Çengel, Y. & Cimbala, J., (2006), Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, McGraw- Hill, Mexico. Pp 561-699.

Friedman, Linda Weiser (1996). The Simulation Metamodel. Massachusetts, Estados Unidos. Kluwer Academic Publishers.

Ortiz, Sergio (2017). Diseño del marco estructural de un trike recumbente por medio de la técnica de optimización topológica. Trabajo final de máster. Alcoy, España. Universidad Politécnica de Valencia.

Patterson, William b. y Leone, George L. (2010), The application of Handling Qualities to Bicycle Design. Proceedings, Bicycle and Motorcycle Dynamics 2010. Symposium on the Dynamics and Control of Single Track Vehicles. Delft, Netherland. pp 1-10.

Rincón, Alfredo y Rosario, Rafael (2010). Rediseño del banco de pruebas biomecánicas de la Escuela de Mecánica de la Universidad del Zulia”. Trabajo especial de grado. Facultad de Ingeniería. Maracaibo, Venezuela. Universidad del Zulia.

Zwikker, Bernd, (1990), “Riding position and speed on unfaired recumbents”. Human Power. The Technical Journal of the IHPVA. Volume 8. Number 2. pp 1-13.