Pienoismallit.net

Ilmarinen, Suomen ensimmäinen höyrylaiva

Moottori ja voimansiirto

Rungon ollessa täysin avoin on paras hetki alkaa suunnittelemaan moottorin ja voimansiirron sijoittamista sinne. Ajatuksenahan on ollut että voimanlähteenä siipirattaille ei käytetä höyrykonetta vaan sopivaa sähkömoottoria, ja että se sekä vaadittavat voimansiirron komponentit sijoitetaan näkymättömiin kansien ja penkkien alle.

Aluksi piti selvittää, kuinka nopeasti tällaisessa paatissa nuo siipirattaat ovat pyörineet. Netin syövereistä löysin tiedon, että tyypillinen pyörintänopeus tällaiselle pienehkölle alukselle oli n. 30 1/min. Ei siis mikään mahdoton vauhti.
Tämän jälkeen piti etsiä edelleen netin syövereistä sopiva vaihdemoottori, joka kiertäisi suurin piirtein tuota vauhtia käytettävissä olevalla jännitteellä.
Laivaan tuleva elektroninen nopeudensäädin on speksattu 7,4 voltille, elikkä kahdelle LiPo kennolle, joten se on lähtökohta moottorin valinnalle.
Ali Expressin verkkokaupasta löytyikin sopiva vaihdemoottori, joka antaa 12 V jännitteellä pyörimisnopeudeksi 40 1/min, jolloin voisi olettaa että se pyörii tuolla 7,4 voltilla melko tarkkaan tuon 30 1/min.

Paatissahan on kaksi paikkaa mihin moottorin voi piilottaa, joko taka- tai etukannen alle. Etukansi on lähempänä siipirattaiden akselia, joten sinne ajattelin alkaa moottoria hahmottelemaan. Seuraavaksi piti miettiä, miten hoitaa voimansiirto moottorilta siipirattaiden akselille. Siihen oli luvassa kolme vaihtoehtoa: Kartiohammaspyörillä, hammashihnalla tai rullaketjulla. Hammaspyörävaihtoehto vaikutti vaativan liian tarkkoja rakenteita ja sovitteita, joten hylkäsin sen ensimmäisenä. Ohut hammashihna rattaineen olisi ollut hyvä vaihtoehto, mutta hihnan pituus ei ole mitenkään muutettavissa, vaan täytyy tyytyä siihen mitä kaupoista löytyy, joten ei tuokaan oikein houkutellut. Elikkä viimeiseksi jäi sitten rullaketju ketjupyörineen. Tämä pitäisi tietysti olla niin pientä ja kapeata kuin suinkin jotta se mahtuisi rakenteiden alle. Kaikkein ohuin ketju löytyi Kyosholta, se on tarkoitettu moottoripyörämalleihin tms, mutta näytti olevan kaikkialla loppuunmyyty. Seuraava vaihtoehto oli Lemo Solarilta Saksasta löytyvä ketju, jaoltaan 6x2,8 mm. Tätä varten löytyy heiltä myös erikokoisia ketjupyöriä, joten sen kummemmin miettimättä lähti Saksaan tilaus ketjuista, ketjupyöristä ja ketjulukoista. Ja vihdoinkin tämän jälkeen voitiin rakentaminen aloittaa.

Aluksi rakentelin siipirattaiden akselin. Sen keskelle piti tehdä kampisysteemi tulevaa höyrykonetta varten. Itse akseli syntyi 5 mm hopeateräsakselista, kammen "limput" 3 mm lattaraudasta, ja kammen tappi 4 mm hopeateräksestä. Nämä liitettiin toisiinsa epoksilla, liitoksia vahventamaan lisättiin vielä messingistä sorvatut puslat jotka lujittavat akselia lisäten liimauspinta-alaa. Akseli tuntuukin melko tukevalta, toivottavasti kestää myös käytössä.

Laivan partaisiin tehtiin aukot akselia varten ja liimattiin laakereiksi 2 mm messinkilevystä sahatut kappaleet. Uskon että tällainen laakerointitapa riittää alukselle jolla tullaan kaikesta huolimatta ajelemaan varsin rajallinen määrä merimaileja.

Voimansiirtoketjut rakennettiin sitten moottorilta akselin alapuoliselle kääntöpyöräparille ja sieltä edelleen siipirattaiden akselille. Kaikki ketjupyörät varmistettiin akseleilleen M3 lukitusruuveilla. Ketjupyörille piti vielä sorvata sovituspuslat, koska niissä oli 6 mm reiät ja akselit olivat siis 5 mm. Melkoisen tussarointivaiheen ja lukuisten sovitusten jälkeen alkoi systeemi toimia lopulta siedettävästi ilman suurempia jumituksia. Ketjutkin pysyvät pyörillään hyvin, joten ehkä tämä työvaihe voidaan todeta valmiiksi.

Kommentit

RaimoK 26.3.2020 12:35 Vastaa lainauksella
Hienosti toteutettu voimansiirto.

Moottorilla ei liene hirmuisesti painoa?
Kiitos!

Moottori painaa 148 g, ei ole siis suuren suuri. Ottaa virtaa tyhjäkäynnillä n. 100 mA, mutta vääntöä on vaikka muille jakaa. Käsin ei saa pysäytettyä, ja jos ketjut jumittaa tms. niin vääntää helposti paikat rikki.
Suorastaan nerokasta. Tämä on sitä skrätsimallailun hienoa ongelman ratkaisua parhaimmillaan.
Akutko ja tehonsäätökö sulla on toisella laidalla, tasapainottamassa? Vaiko vaan lisäpaino?
#Kai, oikeassa olet, ei sitä tällaisia rakenteita juuri sarjoissa näe. Mutta aika työlästä näiden tekeminen silti on, paljon funtsailua ja sovittamista. Mutta sehän se on tämän harrastuksen suola.

#Tervo, joo ajattelin sijoittaa ainakin akun toiselle laidalle kuin missä tuo moottori ja ketjusysteemi on. Tähän on tulossa melko pieni LiPo akku joka ei kyllä kovin paljoa paina, joten lisäpainoa kyllä tarvitaan. Vastaanotin, peräsinservo ja nopeudensäädin ovat myös aika kevyttä kamaa, ne ei paljoa heilauttele sijoittipa niitä mihin hyvänsä.
Lisäpainoksi olen ajatellut joko kirjasinmetallia jota minulla on muutama kilo, tai sitten soraa/hiekkaa joka sidotaan liikkumattomaksi epoksilla.
Siis 1:1 veneessä on ratas pyörinyt 30 rpm? Eikö silloin pienoismallissa pitäisi olla enemmän kierroksia, jotta kulkisi hyvältä näyttävää nopeutta. Aiheesta löytyi pitkä keskustelu haulla www.pienoismallit.net/keskustelut/3713_mittakaava/?offset=0
Henkka H 26.3.2020 21:41 Vastaa lainauksella
On tää vaan mukavaa seurattavaa. Toi ketjuveto oli tosiaan ainoa järkevä ratkaisu. Ja sitäpaitsi varmaan kestävä. Onhan noita käytetty aikojen mittaan vaikka minkälaisisssa härveleissä. Toi rungon muoto on tosiaan kaunis, niinkuin täällä on todettu. On aika erikoista että klipperin muotoa on käytetty noinkin pienessä jahdissa.
#Mikko, varsin kiinnostava aihe. Tätä mietin itsekin paljon aikoinaan kun rakensin Sturmin mallia. Silloinhan selvisi, että pienoismallin nopeus pitää olla yhtä kuin täyskokoisen laitteen nopeus jaettuna mittakaavan neliöjuurella. Tästä kaavasta ja mallin vetopyörän halkaisijasta voidaan sitten laskea mikä pitää olla mallin vetopyörän kierrosluku jotta se kulkisi tuota mittakaavan mukaista nopeutta. Ja ainakin minun pähkäilyjeni mukaan mallin vetopyörän kierrosluku tulee olla sama kuin täysikokoisen laitteen vetopyörän kierrosluku. Elikkä näiden suhdeluku on 1.
Tämän muistaen päätin tässä Ilmarisen mallin tapauksessa hyödyntää tuota ajatusta ja käyttää samaa kierroslukua kuin alkuperäisissä laivoissakin, olkoonkin että siipirattaiden dimensiot, veden käyttäytyminen rattaissa, ym. tekijät varmasti vaikuttavat lopputulokseen niin paljon että vanhemman kirvesmiehen matematiikka ei enää riitä asian tarkempaan selvittelyyn.

#Henkka, joo pitkään pähkäilin miten ratkaisisin voimansiirron moottorilta siipirattaiden akselille, sen kun pitäisi olla tarpeeksi kestävä sekä tarpeeksi pieni, että sen voi piilottaa rakenteiden sisälle. Varsin helppoa olisi ollut asentaa moottori keskelle paattia ja vetää sieltä liike tavalla tai toisella akselille. Mutta koko tämän homman juju on rakentaa melko autenttisen näköinen höyrykone ja saada asiat näyttämään siltä että juuri se pyörittää siipirattaita. Aika näyttää miten hyvin saan tuon perusajatuksen toteutumaan mutta parhaani tulen ainakin yrittämään.
Ja minäkin vähän hämmästyin tuon rungon linjakkuutta. Kukaanhan ei pysty sanomaan, vastaako tuo runko juuri Ilmarisen muotoja, mutta on se ainakin kokeneiden pienoismallintekijöiden piirtämä ja niin muodoin uskoakseni melkoisen selvitystyön tuloksena syntynyt.
VilleH 27.3.2020 17:37 Vastaa lainauksella
Tuohon pyörimisnopeuteen: Jos nyt ajatellaan ihan pragmaattisesti, tuo 30 k/min ei kyllä kuljeta tuota mallia kunnolla, ja esim. tuulella ei lainkaan. Esim. peräsimiä se ei todennäköisesti tottele, eikä ole hallittavissa. Jos siipiratas olisi mallissa n. 15 cm halkaisijaltaan (kehä siis 471 mm), tuohan tarkoittaisi teoreettista 0,23 m/s nopeutta.

Jos ajatellaan, että esikuvan nopeus olisi jotakin 8 solmun luokkaa, tuottaa tuo Frouden kaava mittakaavanopeudeksi 0,8 m/s. Tämän saavuttaminen edellyttäisi optimaaliselta (ei luista) siipirattaalta n. 115 k/min, jos rattaan halkaisija olisi tuo edellä mainittu 150 mm. Jos arvioidaan optimistisesti, että luistoa on n. kolmasosa, tarvitaan kierroksia jo reilustui yli 150/min.

Toivottavasti laskut menivät suurin piirtein oikein, mutta olennaista on tuo suuruusluokkavirhe. Itselläni ei ole kokemusta toimivista siipiratasaluksista, joten en osaa sanoa esim. onko tuo n. 70% hyötysuhteeksi mitenkään lähellä totuutta, ja onko asiassa jotakin muuta huomioitavaa.

T:Ville H
Saatat hyvinkin olla oikeassa Ville, nämä mun pähkäilyt on melko usein ennenkin menneet metsään. Täytyy nyt katsoa kuitenkin miten tuo nykyinen moottori toimii, jos ei toimi, vaihdetaan toiseen. Onneksi ovat halpoja kiinanmaalla.
Tuo Villen kirjoitus sai minut tarkastelemaan uudelleen tätä siipirattaiden kierroslukua. Ruotsista löytyy hyvä referenssi Ilmariselle, Erik Nordevall II, www.ericnordevall.se/en/ entisöity siipirataslaiva, joka kokoluokaltaan on hyvin lähellä Ilmarista.

Erik Nordevallin tiedoista voidaan poimia seuraavaa: Marssivauhti 4,5 solmua, siipirattaiden kierrosluku tällöin 20 r/min, siipirattaan halkaisija 3,6 m.
(Nettisivulla ilmoitetaan nopeudeksi 7 solmua, mutta Wikipediassa ainoastaan 4,5 solmua. Kierrosluku 20 r/min saatu myös Wikipediasta).
Näistä tiedoista voidaan laskea että laivan nopeus on n. 139 m/min ja siipirattaan "jauhama" matka on 226 m/min. Tällöin saadaan siipirattaan luistoksi n. 38,5%.

Nämä tiedot siirrettynä Ilmarisen mallille: Nopeus 27,8 m/min, siipirattaan kehä 408 mm (halkaisija 130 mm), jolloin tarvittava kierrosluku luisto huomioiden olisi n. 113 r/min.

Näinollen VilleH:n laskelma pitäisi varsin hyvin paikkansa, tuo 30 kierrosta minuutissa ei riitä mihinkään. Joten uusi moottori meni juuri tilaukseen.

Kiitos paljon VilleH! Hienoa että lukijoissa on tarkkasilmäistä ja kriittistä väkeä.