Flock House Handcar Generator/th

หน้านี้เน้นที่ Pump'n Power ซึ่งเป็นอุปกรณ์ผลิตพลังงานทางเลือกที่ออกแบบและสร้างขึ้นสำหรับFlock Houseสำหรับโครงการที่อยู่อาศัยของนกอพยพในปี 2012 ในนิวยอร์ก ความต้องการของ Flock House ได้รับการระบุและกำหนดเกณฑ์เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบตรงตามความต้องการและข้อกำหนดบางประการ หลังจากคิดค้นทางเลือกหลายวิธีแล้ว จึงเลือกวิธีหนึ่งที่ตรงตามเกณฑ์ที่กำหนดมากที่สุด รายการค่าใช้จ่ายได้รับการจัดทำขึ้นสำหรับชั่วโมงที่ใช้และวัสดุที่ใช้ในโครงการ ผลลัพธ์สุดท้ายของโครงการอยู่ระหว่างรอผลการทดสอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใหม่ ต่อไปนี้คือขั้นตอนง่ายๆ ในการสร้างโครงการ

พื้นหลัง

โครงการ Pump'n Power เป็นโครงการระยะเวลา 12 สัปดาห์ที่สร้างขึ้นที่ HSU ในส่วนหนึ่งของ วิชา Engineering 215 - Introduction to Design Flock House ซึ่งนำโดยMary Mattinglyได้มอบหมายให้ทีม Excergy ออกแบบและพัฒนาแหล่งผลิตพลังงานทางเลือกเพื่อใช้ในโครงการ Flock House ในนิวยอร์ก Flock House เป็นองค์กรที่วางแผนอนาคตของการอยู่อาศัยโดยการสร้างที่อยู่อาศัยแบบเคลื่อนที่ได้ ที่อยู่อาศัยเหล่านี้จะแทรกตัวเข้าไปในสภาพแวดล้อมเพื่อดำรงชีวิตและดูแลสิ่งแวดล้อมไปพร้อมๆ กันLonny Grafmanที่ปรึกษาด้านความยั่งยืนของ Flock House และอาจารย์ผู้สอนวิชา Introduction to Design ที่Cal Poly Humboldtได้กำกับดูแลทีมงานนักศึกษาหลายทีมให้สร้างโครงการต่างๆ เพื่อใช้สำหรับ Flock House ทีม Excergy ซึ่งเป็นผู้ออกแบบและสร้าง Pump'n Power เป็นหนึ่งในทีมเหล่านั้น หลังจากทำงานร่วมกับ Mary แล้ว ทีม Excergy ได้กำหนดเกณฑ์เก้าข้อที่ต้องปฏิบัติตาม ซึ่งมีดังนี้: ความปลอดภัย ต้นทุน ความทนทาน ความง่ายในการใช้งาน การเคลื่อนย้ายได้ ผลผลิตพลังงาน ความสวยงาม พลังงานที่ฝังตัว และคุณค่าทางการศึกษา

คำชี้แจงปัญหาและเกณฑ์

คำอธิบายปัญหา

เป้าหมายคือการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากมนุษย์ ซึ่งผลิตพลังงานในรูปแบบที่สนุกสนานและสร้างสรรค์ และสามารถใช้งานได้โดยผู้คนทุกเพศทุกวัยและทุกความสามารถ

เกณฑ์

คำอธิบาย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Pump'n Power ใช้พลังงานจลน์จากแรงแขนเป็นหลักในการขับเคลื่อนคันโยก เหมือนกับรถปั๊มมือในรถไฟ เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า คันโยกจะขับเคลื่อนแท่งที่เชื่อมต่อกับส่วนล่างของจักรยานรีไซเคิล เฟืองล้อหลังมีโซ่สองเส้นเชื่อมต่ออยู่ เส้นแรกเชื่อมต่อจากเฟืองกลีบดอกไม้ไปยังเฟืองหลัง และเส้นที่สองเชื่อมต่อจากเฟืองหลังไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าติดตั้งอยู่บนโครงสร้างด้านล่างของชิ้นส่วนรองรับจักรยาน จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวควบคุมการชาร์จพร้อมกับไดโอดป้องกันจะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ หัวข้อย่อยต่อไปนี้จะแยกส่วนประกอบต่างๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Pump'n Power และอธิบายรายละเอียด

ส่วนประกอบ

จักรยาน

ส่วนประกอบหลักของวิธีการแก้ปัญหานี้คือ จักรยานที่สามารถถอดชิ้นส่วน ตัด และประกอบใหม่ได้ โดยใช้ชิ้นส่วนเกียร์ ตลับลูกปืน และคานรองรับที่มีอยู่แล้วในตัวจักรยาน

เกียร์

ระบบเกียร์สำหรับจักรยานหลายความเร็วมาตรฐานนั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตั้งค่าการสร้างแรงส่งหลายชุด ด้านหนึ่งของชุดบันไดปั่นมีรูปทรงที่เหมาะสมเป็นแกนหมุนเพื่อยึดเพลาลูกสูบจากแขนคันโยก เฟืองที่ติดอยู่กับบันไดปั่นจะสร้างวิธีการถ่ายทอดพลังงานจากการปั่นไปยังชุดเฟืองล้อหลัง

เฟรม

การถอดตะเกียบหน้าและถอดแฮนด์ ล้อ และชิ้นส่วนเบรก/เกียร์ทั้งหมดออก จะทำให้สามารถพลิกตะเกียบกลับด้านและเสียบเข้าไปในตำแหน่งที่ควรจะเป็นที่นั่งได้ ซึ่งจะสร้างฐานรองรับแนวตั้งเพื่อยึดแขนคันโยกไว้ รวมทั้งยังทำให้เราได้แกนหมุนที่ผลิตสำเร็จแล้วระหว่างฐานรองรับสองชิ้น ส่วนแขนคันโยกนั้น สามารถใช้เหล็กแท่งสี่เหลี่ยมและท่อเหล็กกลมเป็นเพลาเพื่อเชื่อมต่อกับแป้นเหยียบที่หมุนได้ ด้วยการออกแบบนี้ จะได้ฐานรูปสามเหลี่ยมที่มีเฟืองและโซ่ รวมถึงเพลาและแขนคันโยก ซึ่งเป็นการประกอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแขนคันโยกที่ทำจากชิ้นส่วนจักรยานเป็นส่วนใหญ่เสร็จสมบูรณ์

• 
  จักรยานสำหรับดัดแปลง
• 
  การตั้งค่าอุปกรณ์
• 
  เฟรมที่ดัดแปลง
• 
  คานงัด + โครง

คันโยก

คันโยกประกอบด้วยแท่งโลหะที่มีแฮนด์จักรยานเก่าติดอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง คันโยกวางอยู่บนแกนหมุนที่สร้างขึ้นจากดุมล้อหน้าของจักรยาน คันโยกถูกยึดไว้ด้วยสลักรูปตัวยูสองตัวที่สอดผ่านสี่เหลี่ยมผืนผ้าโลหะสองชิ้นที่เชื่อมติดอยู่ตรงกลางของคันโยก ด้วยกระบวนการนี้จึงเกิดเป็นแกนหมุนสำหรับคันโยก นอกจากนี้ ยังมีแป้นเหยียบที่ไม่ได้ใช้งานจากอีกด้านหนึ่งของจักรยานติดอยู่กับคันโยกในลักษณะที่เกือบจะเหมือนกัน เมื่อคันโยกหมุนรอบแกนของมัน มันจะส่งกำลังไปยังแท่งคันโยก

• 
  คันโยก
• 
  จุดหมุน
• 
  รับมือ

ไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กติดตั้งอยู่กับชุดเฟืองท้ายของจักรยาน จากนั้นจะส่งกระแสไฟฟ้าผ่านไดโอดกั้นเพื่อรับประกันว่ากระแสไฟฟ้าจะไหลไปยังแบตเตอรี่เท่านั้นและไม่ไหลออกจากแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังใช้ตัวควบคุมการชาร์จเพื่อปรับกระแสไฟฟ้าที่มาจากระบบไปยังแบตเตอรี่ให้ราบเรียบ และยังช่วยป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไปอีกด้วย

• 
  การตั้งค่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การออกแบบขั้นสุดท้าย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคันโยกที่ผลิตเสร็จแล้วสามารถใช้งานได้สองวิธี วิธีแรก คือ สามารถต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กเข้ากับปลายตัวเมียของสายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง เพื่อจ่ายไฟให้กับแต่ละอุปกรณ์แยกกัน วิธีที่สอง คือ สามารถใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคันโยกเพื่อชาร์จแบตเตอรี่เพื่อเก็บพลังงานไว้ใช้ในภายหลัง

การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคันโยกอย่างถูกต้อง สามารถทำได้โดยคนหนึ่งหรือสองคน โดยยืนอยู่ใกล้กับคันโยกและออกแรงกดขึ้นลงบนคันโยก การเคลื่อนที่ของคันโยกจะทำให้ส่วนที่เป็นจักรยานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเริ่มหมุนเนื่องจากเพลาเชื่อมต่อระหว่างสองส่วนประกอบ เมื่อเฟืองเหยียบหมุน ล้อที่เชื่อมต่อกับเฟืองด้านหลังจะหมุน ทำให้สายพานที่ติดอยู่กับทั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและยางของล้อผลิตพลังงาน

• 
  การออกแบบขั้นสุดท้าย

วิธีใช้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคันโยกที่ผลิตเสร็จแล้วสามารถใช้งานได้สองวิธี วิธีแรก คือ สามารถต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กเข้ากับปลายตัวเมียของสายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง เพื่อจ่ายไฟให้กับแต่ละอุปกรณ์แยกกัน วิธีที่สอง คือ สามารถใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคันโยกเพื่อชาร์จแบตเตอรี่เพื่อเก็บพลังงานไว้ใช้ในภายหลัง

การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคันโยกอย่างถูกต้อง สามารถทำได้โดยคนหนึ่งหรือสองคน โดยยืนอยู่ใกล้กับคันโยกและออกแรงกดขึ้นลงบนคันโยก การเคลื่อนที่ของคันโยกจะทำให้ส่วนที่เป็นจักรยานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเริ่มหมุนเนื่องจากเพลาเชื่อมต่อระหว่างสองส่วนประกอบ เมื่อเฟืองเหยียบหมุน ล้อที่เชื่อมต่อกับเฟืองด้านหลังจะหมุน ทำให้สายพานที่ติดอยู่กับทั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและยางของล้อผลิตพลังงาน

การบำรุงรักษาจะมีความจำเป็นเป็นหลักเพื่อให้แน่ใจว่าข้อต่อหมุนทั้งหมดได้รับการหล่อลื่นอย่างเหมาะสมและทำงานได้อย่างถูกต้อง

ต้นทุน

ต้นทุนการออกแบบ

ค่าใช้จ่ายในการออกแบบวัดจากจำนวนชั่วโมง ซึ่งแสดงในแผนภูมิทางด้านขวา แผนภูมินี้แสดงการแบ่งเวลาตามจำนวนชั่วโมงที่ใช้ในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการออกแบบ โดยรวมแล้วใช้เวลาทั้งหมด 499 ชั่วโมงในกระบวนการออกแบบทั้งหมด

ต้นทุนการดำเนินการ

ด้านล่างนี้คือตารางแสดงต้นทุนของวัสดุที่ใช้ในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้มือหมุน Pump'n Power ต้นทุนถูกแสดงในสองคอลัมน์: คอลัมน์หนึ่งแสดงรายการที่ได้รับบริจาคและมีค่าใช้จ่ายเป็นศูนย์ และอีกคอลัมน์หนึ่งแสดงต้นทุนที่คาดการณ์ไว้ของรายการที่ได้รับบริจาค ต้นทุนรวมในการดำเนินการตามแบบคือ 208.43 ดอลลาร์สหรัฐ

ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

ตารางด้านล่างแสดงวิธีการบำรุงรักษาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้มือหมุน Pump'n Power โดยระบุเป็นจำนวนชั่วโมงต่อเดือน

ผลลัพธ์

สำหรับการทดสอบขั้นสุดท้ายของอุปกรณ์ Pump'n Power นั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกต่อเข้ากับมัลติมิเตอร์และหลอดไฟ จากนั้นคนสองคนจะช่วยกันปั๊มคันโยกที่แต่ละด้านเพื่อเริ่มกระบวนการทั้งหมด เมื่อเฟืองหมุน พลังงานไฟฟ้าจะถูกผลิตและส่งผ่านสายไฟของมัลติมิเตอร์และหลอดไฟ มัลติมิเตอร์ใช้สำหรับวัดปริมาณพลังงานที่ผลิตได้ และหลอดไฟจะแสดงให้เห็นถึงปริมาณพลังงานที่เกิดขึ้นจริง รายละเอียดที่แน่นอนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Pump'n Power ยังอยู่ระหว่างการพิจารณาและรอผลการทดสอบขั้นสุดท้าย

วิธีการสร้าง

หากคุณต้องการสร้างเอง โปรดดู คำแนะนำในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้มือ หมุนPump'n Power Handcar Generator

การอภิปรายและขั้นตอนต่อไป

กระทู้สนทนา

ขั้นตอนการทดสอบแรกประกอบด้วยการทดสอบทางกล ซึ่งเกี่ยวข้องกับพลศาสตร์และการปรับความยาวและมุมของระบบของเรา ความเสถียรของฐานก็เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทดสอบเช่นกัน โดยทีมงานได้เชื่อมคานรองรับในจุดที่จำเป็น การทดสอบความยาวของแฮนด์และเพลาที่แตกต่างกันทำให้เราพบจุดที่เหมาะสมในการติดตั้งทุกอย่างเข้าด้วยกัน ปัญหาใหญ่ประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ทางกลของขาจานจักรยาน ระบบดูเหมือนจะมีการกระโดดเมื่อด้านเพลาไปถึงจุดสูงสุดของการเคลื่อนที่ การเพิ่มล้อช่วยแก้ปัญหานั้นได้โดยการเพิ่มน้ำหนักให้เพียงพอเพื่อสร้างโมเมนตัมที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่ดีขึ้น หลังจากปรับแต่งด้านกลไกแล้ว การทดสอบทางไฟฟ้าเป็นขั้นตอนสุดท้าย เราทดสอบ Pump N' Power กับแบตเตอรี่รถยนต์เก่า ส่วนประกอบที่เรามีคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไดโอดบล็อก ตัวเรียงกระแส และตัวควบคุมการชาร์จ

ขั้นตอนต่อไป

ทีมงานหวังที่จะจุดประกายความสนใจของชุมชนในด้านนวัตกรรมการผลิตไฟฟ้า

ทีม Excergy

• บารอน เครเกอร์
• แบรนดอน จิออร์ดาโน
• ลุค ฮาโลเนน
• อัลแบร์โต จัสโซ

ข้อมูลอ้างอิง

เอกสารฉบับสุดท้ายของ Pump'n Power