viernes, 11 de agosto de 2023 · 0 min read
Medición de fuerza en un marco de aluminio de triciclo de nieve
La empresa eslovena Hillstrike comenzó fabricando un nuevo tipo de bicicleta de nieve, bicicleta que trae toda una nueva experiencia en el descenso en nieve. Sin embargo, se necesitaban pruebas para garantizar que el triciclo fuera apto para andar y diseñado para soportar las extremas condiciones de uso. Con la ayuda de Dewesoft, se validaron las características de conducción y la robustez de la bicicleta de nieve.
"Esquiar" con el manubrio de la bicicleta delante no es nada nuevo. A lo largo de los años y décadas, se ha desarrollado en diferentes direcciones en diferentes partes de los Alpes, Escandinavia, América del Norte y otros lugares, con diversas formas de motos de nieve y bicicletas de esquí.
Un scooter de nieve es el diseño más simple. Consiste en dos tablas de snowboard unidas, una tras otra. Una manija vertical larga para la dirección está en la parte delantera del tablero frontal. Sin asiento, el 0snow scoot combina un scooter de calle y una tabla de snowboard.
Una bicicleta de esquí es un análogo a una bicicleta para el esquí alpino. Tiene el marco y la suspensión como una bicicleta pero con esquís en lugar de ruedas. Puede incluir un asiento pero tiene clavijas en lugar de pedales.
¡Y todo se trata de velocidad! La velocidad real de los patines de nieve y las bicicletas de esquí dependerá de la inclinación de la pendiente, las condiciones de la nieve y el nivel de habilidad del ciclista. Los ciclistas avanzados pueden alcanzar velocidades superiores a 100 km/h (62 mph) o más en pendientes pronunciadas y bien preparadas.
Cómo frenar una bicicleta de esquí o un patinete de nieve depende del modelo y diseño específico. Sin embargo, como en cualquier forma de esquís para hacer que las tablas se hundan en la nieve, crear arrastre es la forma más común de reducir la velocidad; ya sea por arado - el conductor empuja hacia abajo la parte delantera del vehículo – o tallando - el jinete haciendo giros bruscos.
El triciclo de nieve
La idea de la “bicicleta de nieve” se ha vuelto bastante común en los últimos años, gracias a la marca eslovena Hillstrike. Hoy en día, la empresa de Trbovlje es famosa por sus dispositivos llamados "triciclos de nieve". Motos de nieve que tienen un esquí delante con manillar de dirección y dos esquís paralelos detrás conectados en un paralelogramo que permite girar mediante la inclinación. ¡Triciclos de nieve!
La empresa Hillstrike comenzó en 2011 cuando el fundador Matic Hribar, un ciclista de montaña apasionado y entusiasta de los deportes extremos, tuvo la idea de llevar el ciclismo de montaña a la nieve. El mismo año se creó el primer "prototipo" de triciclo de nieve Hillstrike.
El sistema de esquí trasero puede simular la acción de esquiar en la parte inferior del cuerpo. El centro de gravedad es como el de una bicicleta de montaña porque el sistema de pedales está donde suele estar el juego de bielas. La ventaja de este diseño es un paralelogramo en la parte trasera con dos esquís frente al único esquí aplicado por la competencia. Esta configuración proporciona un ángulo adecuado donde las paredes laterales de los esquís pueden tener agarre y agregar un efecto de tallado en lugar de simplemente deslizarse.
Con el triciclo de nieve Hillstrike, te sentirás como andar en bicicleta de montaña sobre la nieve. Tendrás el control en los giros y podrás dominar tus derrapes. El Hillstrike es lo suficientemente estable como para sobrevivir a los movimientos más salvajes y trucos geniales.
En los años siguientes, Matic reunió a un grupo de amigos con la misma pasión por el deporte y con diferentes conocimientos. Juntos han hecho un nuevo prototipo cada año. Lo que comenzó como diversión se convirtió en un negocio serio en 2015 cuando Hillstrike d.o.o. fue fundada en Trbovlje.
Mediciones
La cooperación del equipo de Hillstrike con Dewesoft se remonta a cuando este grupo de lugareños quería hacer un triciclo de nieve que proporcionara características de manejo superiores en comparación con una bicicleta de esquí o un patinete de nieve.
El fundador y gerente de producto de Hillstrike, Matic Hribar, dice: “Primero nos acercamos a Dewesoft cuando diseñamos nuestro marco de aluminio. Nuestro cuadro de triciclo es similar al cuadro de una bicicleta BMX. Se ha realizado una gran cantidad de investigación de desarrollo en bicicletas BMX, y puedes encontrar datos sobre las fuerzas que trabajan en ellas. Sin embargo, para un producto único como nuestro triciclo de nieve Hillstrike, no es el caso”.
Al desarrollar su prototipo inicial, el equipo de Hillstrike utilizó dispositivos Dewesoft para medir las fuerzas ejercidas sobre el marco de aluminio. El propósito de estas pruebas fue garantizar que el triciclo no solo sea fácil de manejar, sino que también esté diseñado para soportar las condiciones extremas de uso.
Matic afirma: “Sabíamos que si queríamos saber exactamente qué fuerzas se ejercen sobre el marco, tendríamos que medirlas. Y no hay mejor manera que usar los dispositivos de medición de Dewesoft”.
Se montaron tres módulos KRYPTON 3xSTG en un triciclo para medir las cargas del chasis. Alimentados por un paquete de baterías DS-BP2i, los módulos adquirieron señales de medidores de tensión configurados en medio puente. Registramos las cargas de flexión y axiales para aprender a optimizar el diseño del chasis, reduciendo su peso y asegurando un uso seguro.
En años posteriores, los fabricantes de bicicletas de montaña de gama alta han comenzado a optar por cuadros de fibra de carbono para reducir el peso y ofrecer un mejor rendimiento. Y la moto de nieve, en este aspecto, poco a poco sigue la tendencia.
El cuadro es un componente crítico de la bicicleta de esquí: cualquier daño puede comprometer la integridad estructural. Algunos pueden ser propensos a agrietarse o romperse si se exponen a mucho estrés o impacto. Tanto los cuadros de aluminio como los de carbono tienen ventajas y desventajas.
Los marcos de aluminio son generalmente más asequibles y conocidos por su durabilidad y resistencia. Son livianos, se manejan bien en terrenos irregulares y son fáciles de reparar y mantener.
Por otro lado, los cuadros de carbono son más caros que los cuadros de aluminio, pero se prefieren por su peso y rigidez aún más ligeros. Pueden absorber bien las vibraciones, lo que hace que la conducción sea más cómoda. Los cuadros de carbono son menos propensos a la corrosión y la fatiga que los cuadros de aluminio, pero son más difíciles de reparar y cualquier daño puede comprometer la integridad estructural.
La elección entre cuadros de aluminio y carbono para una bicicleta de esquí o un pati de nieve depende en última instancia de su presupuesto, estilo de conducción y preferencias personales. Los ciclistas más preocupados por la durabilidad y el costo pueden preferir cuadros de aluminio, mientras que aquellos que priorizan la ligereza y la rigidez prefieren cuadros de carbono.
El desarrollo de cuadros de fibra de carbono requiere pruebas destructivas para determinar los puntos de ruptura del ángulo del tubo de dirección y el punto de flexión del soporte del asiento y las estriberas.
En cuanto a la seguridad, los reposapiés son la parte más crítica de toda la construcción del cuadro. En aterrizajes bruscos, cuando el ciclista está de pie sobre los reposapiés, la mayor parte de la fuerza es absorbida por los pies del ciclista. El montaje del reposapiés debe ser lo suficientemente fuerte como para brindar suficiente apoyo sin romperse ni doblarse.
Simulamos y grabamos pruebas de caída con una cámara de alta velocidad, DS-CAM-1100m, para analizar la fuerza requerida para deformar la estructura del triciclo de esquí.
Midiendo con la ayuda de una cámara de alta velocidad, dejamos caer pesos en diferentes incrementos de altura en el respaldo del asiento y observamos cuándo el impacto fue suficiente para doblar el marco. Los resultados obtenidos por este experimento proporcionaron a los diseñadores una fuerza de referencia que estaría presente si un ciclista golpeara el asiento en un aterrizaje brusco.
Los saltos y los consiguientes aterrizajes bruscos también provocan grandes fuerzas en las horquillas delanteras. El tubo de dirección es el punto de falla más común en una bicicleta normal, y el triciclo para la nieve no es diferente. Nuestras pruebas determinaron la cantidad de capas de tela de fibra de carbono requeridas para soportar fuerzas máximas similares o mayores que su contraparte de aluminio.
Para esta prueba, montamos rígidamente el cuadro en una mesa de soldadura e hicimos una plantilla que aumentaría gradualmente la fuerza de avance sobre las horquillas. El resultado proporcionó información valiosa sobre los niveles de fuerza necesarios para doblar, agrietar o romper las soldaduras del tubo de dirección.
Conociendo la fuerza inducida que puede soportar el marco de aluminio estándar, los diseñadores del marco de fibra de carbono ahora pueden ajustar el modelo para que sea lo suficientemente fuerte sin agregar peso innecesario.
Siguiente paso de desarrollo
La idea de un mayor desarrollo ahora es centrarse en el manejo o las características de conducción. Para iniciar esto, hicimos mediciones preliminares para tener datos de cómo se comporta el triciclo de nieve en las pistas.
Realizamos el último paso de nuestras pruebas de características de conducción en el centro de esquí de Krvavec, en el circuito cerrado preparado para la primera carrera internacional de bicicletas de esquí celebrada en Eslovenia. Con la ayuda de una unidad IMU1 acoplada a una CPU KRYPTON, queríamos medir parámetros como el ángulo de giro, la fuerza de giro y la velocidad de giro.
Las mediciones conceptuales nos proporcionaron una idea de los aspectos básicos del manejo. No obstante, necesitamos mediciones más detalladas. Necesitamos una mejor comprensión de las relaciones entre el ángulo de inclinación, el ángulo de giro y la rotación del manillar. En lugar de un IMU1, utilizaremos un dispositivo NAVION-I2, que proporciona mediciones de ángulo de deslizamiento adicionales con un sensor de ángulo adicional para la rotación del manillar.
Conclusion
Hicimos nuestras pruebas preliminares de características de conducción el día antes de la Carrera Internacional de Skibike en Krvavec. Yo, el ingeniero de pruebas, incluso participé en la carrera con la confianza que brindan nuestros datos medidos. Desafortunadamente, la conducción es más que un buen diseño. En mi descenso por la pendiente, hice un mal juicio, seguido de un choque, que me impidió subir al podio.
“Estoy sorprendido por los resultados que obtuvimos de las mediciones de manejo preliminares”, dice el gerente de Hillstrike, Matic Hribar: “Estos resultados nos dan una idea de qué mediciones son factibles y cuáles serán los requisitos ambientales si queremos comparar empíricamente el andar en nuestro triciclo de nieve con bicicletas de nieve y patinetas de nieve.
“A lo largo de los años, Dewesoft ha estado feliz de ser parte del desarrollo de muchos productos innovadores. En especial, estamos orgullosos de las empresas locales de la región de Zasavje que intentan aportar algo nuevo y diferente al mercado.
La tecnología y la experiencia de Dewesoft en la adquisición de datos han sido fundamentales en el desarrollo de sistemas avanzados de medición y análisis para los golpes de nieve. Sistemas que permiten a los ciclistas y entrenadores realizar un seguimiento de las métricas de rendimiento, como la velocidad, la aceleración y la potencia de salida, que son cruciales para optimizar el rendimiento.
En este caso, nuestras mediciones validaron el concepto de producto Hillstrike. En el futuro, Hillstrike desea equipar diferentes tipos de bicicletas de esquí con equipos de medición de Dewesoft para obtener más información sobre cómo se comporta el triciclo de nieve en la nieve. Los datos empíricos muestran un ganador en línea recta y velocidad en las curvas, pero también brindan una comprensión clara del camino que Hillstrike puede elegir en el desarrollo de productos.
En general, el crecimiento de la escena del ciclismo de nieve es un testimonio de la creatividad y el ingenio de empresas como Hillstrike han ayudado a transformar una actividad oscura en un deporte próspero y emocionante
La carrera de bicicletas de esquí
El sábado 4 de marzo, el primer fin de semana de marzo, la competencia 1st International Skibike Race fue lo más destacado del evento de esquí de tres días en Krvavec, Eslovenia. Motos de esquí, motos de nieve y triciclos de nieve compitieron por los puntos de la Copa de Europa.
El centro de esquí Krvavec se encuentra en los Alpes de Kamnik y Savinja a una altura de 1480 a 1971 metros. Está en el corazón de Eslovenia, a solo 25 km de Ljubljana, la capital de Eslovenia. Se accede al centro de esquí en góndola, a pie o en coche, ¡pero no se olvide de los neumáticos de invierno!
Un desfiladero estrecho, largo y sinuoso, conduce desde la llanura de Ljubljana hasta la estación inferior de telecabinas. Este sábado, los estacionamientos y los bordes de las carreteras están repletos de autos. Puede terminar estacionándose a una larga distancia de la estación. Afortunadamente, un servicio de autobús gratuito puede recogerlo y llevarlo a su "escalera al cielo".
Sol cegador y nieve blanca y reluciente. Impresionantes vistas de la llanura verde de Ljubljana debajo y las montañas cercanas. Miles de visitantes de fin de semana de todas las edades pueblan las pistas y abarrotan los comedores al aire libre. Velocidad y gafas de sol, picnic y música pop: ¡libertad y relajación en la cima del mundo!
Treinta competidores de cuatro países compitieron en el Krvavec SkiBike Championship Euro Series 2023, uniéndose a dos eventos de ciclismo de esquí siguiendo las reglas del slalom gigante. Los eventos de ciclismo de esquí atrajeron a esquiadores y ciclistas de Austria, Croacia, Alemania, Grecia, Francia, Italia, Suiza, Turquía, Estados Unidos y Eslovenia.
El ganador fue el austriaco Sebastian Bichler, que fue más rápido que los eslovenos, Matjaž Urtelj en segundo lugar y Miha Glavič en tercero.
Sebastian Bichler es un ciclista profesional de esquí con varios récords de velocidad. En 2017, Sebastian estableció el récord mundial de la velocidad más rápida en bicicleta de esquí a 138,752 km/h (86,129 mph) en una bicicleta de nieve modificada en el Vars Speed Challenge en Francia. En 2018, rompió su récord al alcanzar una velocidad máxima de 145,082 km/h (90,187 mph) en una bicicleta de esquí especialmente modificada en el mismo evento.