Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala

Document: Memòria TREBALL DE FI D’ESTUDIS Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala. Autor/Autora: Álvaro López Romero Director/Directora - Codirector/Codirectora: José Antonio Ortiz Marzo / Antoni Arias Pujol Titulació: Grau en enginyeria electrònica industrial i automàtica / Grau en enginyeria mecànica Convocatòria: Pròrroga primavera, any 2023-2024 1 Agraïments A la meva família per el seu incondicional suport per tirar endavant aquest projecte. Als meus amics pels seus ànims en els moments més difícils. A Ricard, Severino i tots els aficionats al ferrocarril per aportar coneixements i punts de vista. Sense vosaltres aquest treball no hauria sigut possible. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 2 Resum El present Treball de Final d’Estudis consisteix en la creació d’una locomotora de modelisme tripulat en galga de 5 polzades, amb especial èmfasi en un disseny senzill i de cost reduït. Aquest projecte sorgeix a conseqüència de la necessitat de donar un punt de partida als aficionats al ferrocarril que volen introduir-se al món del modelisme tripulat amb material de fabricació pròpia, degut al fet que màquines d’aquest estil acostumen a tenir un cost elevat. Amb aquest fi, s’elabora el disseny mecànic, elèctric i electrònic dels diferents elements que la conformaran començant amb la definició de les dimensions bàsiques, els càlculs de potència requerida i tipologia de motorització. En base dels càlculs realitzats, la potència requerida per complir les especificacions estipulades en el Project Charter és de 350 W. La motorització escollida és de tipus DC amb escombretes, alimentats per 2 bateries de 12 V d’àcid-plom. S’elabora una primera proposta especificant un model concret de motor en el qual basar la resta d’elements tals com la transmissió, subjecció dels motors i suspensió. Aquesta primera proposta, amb 2 motors elèctrics MY 6812 muntats sobre cada eix i transmissió per roda dentada, queda desestimada per possibles dificultats al mecanitzar i clavar el pinyó a l’eix del motor. A continuació, es proposa un segon disseny amb un motor MY1016Z per eix i transmissió per cadena. Aquesta és una opció més adequada donat que redueix la complexitat de l’assemblatge donat que el motor porta incorporada la caixa reductora i permet separar el motor de l’eix tractor, per tant es continua amb la definició de la resta d’elements. El conjunt eix – corona – rodes es dimensionen en base als esforços a realitzar i les dimensions establertes per la normativa de la FCAF. La suspensió es fa a través de molles estandarditzades, fent el guiat de les caixes de rodaments a través del propi xassís de la màquina. Aquest xassís consta de 5 peces tallades a làser i soldades amb elèctrode entre si. Es proposen diverses opcions de disseny de les caixes de rodaments, escollint la que està feta a partir de peces tallades a làser cargolades entre si donat que és més econòmic. Per manca de temps no es fa possible el disseny de la carrosseria, deixant com a proposta el realitzar-la per seccions fetes de plàstic PLA amb impressió 3D . Una vegada definit el disseny mecànic, es realitza el disseny del circuit elèctric definint els consums i dimensionant les proteccions. Seguidament, s’inicia el plantejament i 3 disseny del circuit electrònic començant amb la mesura de corrent dels motors, el qual requereix un amplificador d’instrumentació per adaptar els valors obtinguts pel sensor escollit als del microcontrolador. Per manca de temps, no es pot definir en la seva totalitat. A més, s’inclou una proposta de control de motors a través d’un llaç tancat. Pel seu disseny es modelitza el model del motor escollit, sense la caixa reductora, i es simula el comportament del sistema amb un sol motor amb el programari Simulink. Finalment, s’elabora un pressupost en base als costos de mecanització i compra de cada element, sumant per separat una estimació dels costos d’enginyeria. Malauradament, el cost final de la màquina es un 60% major que el pressupost estipulat en el Project charter. Tot i així és una màquina que per les seves característiques és fins a 3 vegades més assequible que una d’equivalent. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 4 Abstract This final degree’s project consists in the creation of a model railway’s locomotive of the 5 inch gauge, with special emphasize on a simple and low-cost design. This project comes from the desire of giving a starting point to the railway enthusiasts that want to take part on the garden railway world with it’s own rolling stock built by themselves, given that locomotives of this style are usually costly. With this in mind, the different mechanical, electrical and electronic elements that make up the machine are designed, starting with defining its basic dimensions, calculating the required power and its motorization type. Based on this calculations, the power required to follow the specifications required by the Project charter is 350 W. The choice of motors is of the brushed DC kind, supplied by two 12 V lead-acid batteries. A first design proposal is shown specifying a motor model in which to base the rest of the elements like transmission, motor mounting and suspension. This first proposal, with two MY6812 electric motors mounted above each axle with direct gear transmission, is dismissed because of possible difficulties when machining and inserting the pinion onto the motor’s axle. Next, a second design is proposed, with a MY1016Z electric motor for each axle and chain transmission. This option is better suited for the requirements as it reduces complexity because the motor itself contains the reduction gear. The axle – pinion – wheels assembly is evaluated based on the forced to be applied and the rules defined on FCAF’s regulations. The suspension is achieved by standardized springs, having its guiding carried out by the locomotive’s chassis. This chassis consists of 5 laser cut pieces soldered by electrode welding. Different design options are proposed for the axle boxes, choosing the one made of different laser-cut pieces with screws holding them together because it’s the more economical option. Due to the lack of enough time it’s not possible to design the bodywork, leaving the suggestion of building it out of 3D printed PLA plastic sections. Once the mechanical side is defined, it’s followed by the design of the electrical circuit by defining the protection hardware. Next, the proposal and design of the electronic circuit is started, first by defining the current measurement circuit which requires an instrumentation amplifier to adapt the values obtained by the selected sensor to the ones the microcontroller can read. Due to the lack of sufficient time, it cannot be completely finished. Additionally a proposal is included to control the motors via a 5 current closed loop. To design it, the chosen motor model is modeled without it’s gearbox and the system’s behavior is simulated with Simulink software. Finally a budget is drawn based on the machining cost and retail price of each component, plus an estimated cost of the engineering design. Sadly, the final cost of the locomotive is 60% above the budget required by the Project Charter. Even then, the machine is 3 times cheaper than similarly equipped locomotives. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 6 Índex ÍNDEX DE TAULES ................................................................................................................. 8 ÍNDEX DE FIGURES ............................................................................................................... 9 1. INTRODUCCIÓ ................................................................................................................ 11 1.1 OBJECTE ......................................................................................................................... 11 1.2 ABAST ............................................................................................................................ 12 1.3 REQUISITS....................................................................................................................... 13 1.4 JUSTIFICACIÓ ................................................................................................................... 14 2 REVISIÓ DE L’ESTAT DE LA QÜESTIÓ ............................................................................. 15 3 METODOLOGIA .......................................................................................................... 16 4 PLANTEJAMENT INICIAL .............................................................................................. 17 4.1 DIMENSIONS BÀSIQUES ..................................................................................................... 17 4.2 CÀLCUL DE POTÈNCIA REQUERIDA ....................................................................................... 18 4.3 MOTORITZACIÓ ............................................................................................................... 20 4.3.1 Criteri de tria............................................................................................................ 20 5 DISSENY MECÀNIC ...................................................................................................... 22 5.1 PRIMERA SOLUCIÓ............................................................................................................ 22 5.1.1 Motorització escollida ............................................................................................. 22 5.1.2 Transmissió .............................................................................................................. 23 5.1.2.1 Relació de transmissió ..................................................................................... 23 5.1.2.2 Subjecció de motors. ....................................................................................... 27 5.1.3 Desestimació primera proposta .............................................................................. 28 5.2 SEGONA SOLUCIÓ ............................................................................................................. 29 5.2.1 Motorització escollida ............................................................................................. 29 5.2.2 Transmissió .............................................................................................................. 30 5.2.2.1 Relació de transmissió ..................................................................................... 31 5.2.2.2 Subjecció dels motors i longitud de cadena .................................................... 31 5.2.3 Eixos i rodes ............................................................................................................. 33 5.2.4 Suspensió ................................................................................................................. 34 5.2.4.1 Molles .............................................................................................................. 34 5.2.4.2 Caixa de rodaments ......................................................................................... 35 7 5.2.4.3 Guies ................................................................................................................ 37 5.2.5 Xassís ....................................................................................................................... 38 5.2.6 Carrosseria............................................................................................................... 39 5.2.7 Pes final ................................................................................................................... 40 6 DISSENY ELÈCTRIC/ELECTRÒNIC. ................................................................................. 41 6.1 BATERIES ........................................................................................................................ 41 6.2 ESQUEMA I DIMENSIONAT ELÈCTRIC .................................................................................... 41 6.3 ESQUEMA I DIMENSIONAT ELECTRÒNIC ................................................................................ 42 6.4 CONTROL DE MOTORS ....................................................................................................... 45 6.4.1 Modelització dels motors (DCM) ............................................................................. 45 6.4.1.1 Model en funcions de transferència ................................................................ 46 6.4.1.2 Paràmetres ...................................................................................................... 47 6.4.1.3 Comprovació correcte simulació del motor .................................................... 49 6.4.2 Controlador ............................................................................................................. 49 6.4.3 Moduladors ............................................................................................................. 50 6.4.4 Pont en H ................................................................................................................. 52 6.5 SIMULACIÓ ..................................................................................................................... 52 6.5.1 Sense parell extern .................................................................................................. 53 6.5.2 Comportament davant saturacions ......................................................................... 55 6.5.3 Frenat regeneratiu................................................................................................... 56 7 PROTOTIPAT ............................................................................................................... 58 8 RESUM DEL PRESSUPOST ............................................................................................ 59 9 ANÀLISI I VALORACIÓ DE LES IMPLICACIONS AMBIENTALS I SOCIALS ............................ 60 10 CONCLUSIONS ............................................................................................................ 61 11 REFERÈNCIES .............................................................................................................. 62 Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 14 1.4 Justificació El modelisme tripulat és molt present a Espanya amb més de 30 associacions , 17 d’elles en Catalunya [7], [8], amb circuits permanents i/o portàtils on poder gaudir d’aquesta gran afició. Actualment, existeixen poques opcions locals per a la compra de locomotores de nova construcció, donat que la gran majoria es fan de manera completament artesanal per aficionats amb coneixements tècnics i mitjans per a fabricar-les. A més, el preu de locomotores de característiques similars a les esmentades als requisits supera els 800 € [9], [10] , [11], [12] en el mercat de segona mà, cosa que suposa un important topall per a qui vulgui tenir material propi amb el qual poder circular en el circuit de l’associació on sigui membre, o acudir a les nombroses trobades que es realitzen al llarg de l’any. El disseny d’aquesta locomotora pretén reduir el seu cost el màxim possible sense sacrificar funcionalitat, establint una base des d’on l’aficionat pot anar afegint elements decoratius per personalitzar la locomotora al seu gust. Realitzar un control de motor personalitzat suposa adequar al màxim el seu dimensionament i característiques a les demandes del model, i donar la possibilitat al maquinista de fer control per velocitat o parell. Figura 2 Mapa parcs ferroviaris en Espanya (Font: CIMAF [13]) 15 2 Revisió de l’estat de la qüestió Actualment, si un aficionat al ferrocarril vol tenir en propietat una locomotora a escala en galga de 5 polzades té diverses opcions.  Buscar en el mercat de segona mà a través d’internet, on certs fabricants com Maxitrak [11] o Station Road Steam [14] tenen un apartat de material de segona, o contactes en les pròpies associacions. Per desgràcia, el mercat local és força limitat i el cost d’importar locomotores des d’altres països fa que sigui una opció poc viable.  Adquirir un “kit” que inclou tots els components de la màquina en conjunt, requerint assemblar i pintar. El preu és notòriament menor al d’una màquina enllestida [15]  Fabricar una locomotora a partir d’un disseny propi o plànols. Aquest és el nínxol que pretén cobrir aquest treball, donat que és el que suposa un cost menor sense comprometre prestacions tot i requerir un gran esforç per part del aficionat. Actualment, només es troben guies i recomanacions sobre el seu disseny [16], [17], però no els esquemes, components específics, etc Figura 3: Components del kit de muntatge m"Class 42" de Maxitrak (Font: Maxitrak [18]) Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 16 3 Metodologia El primer pas per el disseny d’una locomotora, sigui real o a escala, és definir l’esforç tractor que haurà d’assolir, la seva velocitat màxima i unes dimensions bàsiques a utilitzar com a guia seguint el gàlib especificat pel client. A partir d’aquestes dades de contorn es poden realitzar els càlculs adients per determinar la potència requerida, pes necessari, etc. Els càlculs definiran la motorització, en aquest cas elèctrica, que haurà de portar la màquina i en base a això comença la fase de disseny dels components en si. Com hi ha dependència entre el motor escollit, transmissió i diàmetre de roda, cal valorar quin serà el més adient. A partir d’aquí, tot depèn en dissenyar en CAD3D la resta d’elements mecànics que conformaran la màquina respectant les normatives establertes per la Federació Catalana d’Amics del Ferrocarril (FCAF), les restriccions d’espai i cost definides en els requisits. Paral·lelament, es dissenya el control dels motors escollits i es fa la tria de components de cara a la realització de proves per refinar el sistema. Una vegada finalitzat el disseny, es generen els plànols adients per a mecanitzar i assemblar els diferents elements de conformen la màquina, a més dels esquemes elèctrics i electrònics. 17 4 Plantejament inicial 4.1 Dimensions bàsiques Com es va definir en el Project Charter, la locomotora ha d’estar inspirada en algun model real existent tot tenint un disseny compacte per a ser transportada dins el maleter d’un cotxe del segment B. Es va posar com a exemple la sèrie H12 de FGC, una compacta locomotora dual (dièsel i elèctrica) amb sistema de cremallera de 2 eixos i ample mètric fabricada per Stadler Rail. La majoria de les locomotores de 5 polzades són d’aquest estil, donat que maximitzen el pes adherent i l’escala permet tenir espai folgat per la col·locació dels equips i bateries. Partint d’aquesta màquina trobem que el factor d’escala és 7.87:1 , la relació entre amples de via (1000 mm/127 mm). Aquesta escala s’ha de prendre només com a referència, donat que per complir el requisit que sigui fàcil de transportar en un cotxe del segment B, caldrà ajustar les dimensions procurant mantenir certes proporcions per a ser mitjanament fidel al model real. També s’ha de considerar els gàlibs [19] i posicionament dels aparells de xoc tracció [20], els quals queden estipulats en normativa . Addicionalment, s’ha decidit deixar 15 mm de marge entre cap de carril i el punt més baix per 3 raons:  S’ha observat que alguns circuits no respecten la norma, per exemple en alguns circuits el contracarril en algunes agulles està 5 mm per sobre del cap de carril  En cas de descarrilament o impacte d’obstacles durant la circulació que el carril, els elements en la part inferior de la màquina (motors, pinyons, etc) no rebin l’impacte directe. També s’han utilitzat com a mides orientatives màquines de 5 polzades existents, sobretot respecte a la distància entre eixos donat que és una distància crítica per una adequada inscripció en corba. En base a aquests criteris, s’han esbossat unes dimensions bàsiques a utilitzar com a referència (Figura 4). Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 18 Figura 4: Proposta de dimensions bàsiques 4.2 Càlcul de potència requerida Segons els requisits imposats, la locomotora ha de poder arrossegar 280 kg en un pendent de 22%0 a una velocitat igual o superior a 10 km/h amb velocitat màxima de 15 km/h. Es va escollir les condicions més dures, les quals es troben en el Tren de L’Oreneta, per a assegurar que la locomotora podria circular sense problemes en qualsevol altre circuit. Després de mantenir converses amb diferents constructors de material mòbil i associacions es va arribar a la conclusió que la velocitat màxima i en pendent que es va plantejar en una primera instància són massa altes. Pel segon disseny que es presenta, la velocitat màxima passa de 15 km/h a 10 km/h, i la nominal en pendent de 10 km/h a 7 km/h. Per trobar la potència requerida inicialment es realitza el càlcul de l’esforç a transmetre a través de l’aparell de tracció i xoc, i una vegada trobat aquest es determina la potència total requerida per a arrossegar el pes del comboi complet amb un valor orientatiu sobre el pes de la locomotora en base al pes adherent requerit. S’han realitzat els càlculs basant-se en els estudis realitzats per Jesús Taranilla (2019) sobre la resistència normal a l’avenç [21] , adaptant les fórmules per a treballar en el sistema d’unitats internacional. 19 Els paràmetres de contorn utilitzats en les fórmules són els següents:  S’imposa una acceleració d’arrencada en pendent mínim del comboi de 0,2 m/s2.  Es considera un coeficient d’adherència μ = 0,2 , el més restrictiu.  Es considera negligible la resistència aerodinàmica i la fluctuació d’adherència considerant que treballem a velocitats molt baixes.  El cas més desfavorable el trobem iniciant la marxa en pendent i corba amb comboi en càrrega màxima, situació que és ben factible en el circuit del Tren de L’oreneta.  Els cotxes on es transporta la càrrega són de 2 bogis a de 2 eixos cadascun. La taula Excel amb la que s’ha calculat l’esforç a realitzar es poden trobar a l’Annex C A partir d’aquests càlculs, trobem que la resistència total a l’avenç de la composició i per tant l’esforç a realitzar en l’aparell de xoc-tracció és de 147,93 N. Considerant que la locomotora a dissenyar és de 2 eixos, calculem el pes mínim que ha de tenir la locomotora com per a mai es produeixi lliscament. Observem que el resultant són aproximadament 75 kg, el qual és massa pes per a poder ser transportada amb facilitat. El pes final de la locomotora ha de ser menor, orientativament imposem un pes de 60 kg. Amb aquest valor trobem que la potència total mínima de la locomotora ha de ser 350 W sent l’esforç a realitzar pels motors 179,84 N. a Un bogi és l’estructura rodant sobre la qual descansen els vagons i locomotores actuals. Consta d’una plataforma i els eixos amb les rodes corresponent, unit al vehicle mitjançant un pivot. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 20 4.3 Motorització La motorització determina la fisónomia de la resta d’elements de la locomotora. Marca l’espai que anirà dedicat als motors, la tipologia de transmissió, els esforços a transmetre, etc. Donada aquesta dependència, es va recercar els tipus de motors que podrien ser candidats abans de començar a dissenyar el xassís. El motor ha de ser d’un ample menor a l’amplada màxima de la màquina (350 mm), i al ser possible menor que la distància entre cares de la roda (119 mm). 4.3.1 Criteri de tria Els criteris considerats de més important a menys és:  Mida : Han de ser d’un ample menor a l’amplada màxima de la màquina (<350 mm) i han de permetre ser muntats per sota de la base del bastidor (alçada < 120 mm).  Cost : El costa ha de ser el mínim possible considerant les seves característiques.  Velocitat: És convenient que siguin motors de baixes revolucions, per a poder fer una transmissió amb poca reducció la qual es menys complexa i requereix menys espai. En cas que el motor sigui més ràpid del necessari però tingui suficient parell, es pot limitar la velocitat màxima que aquest pot assolir.  Eficiència: Donat que l’alimentació és a través de bateries, és convenient que sigui el més eficient possible.  Disponibilitat: Ha de ser fàcil de trobar en stock en diverses plataformes de venda. També convé que sigui un model estandarditzat.  Complexitat control : El circuit de control ha de ser senzill per reduir costos . En la Taula 1 es troba l’anàlisi ponderat on 3 és la millor opció i 1 la pitjor. La puntuació de cada element és basada en la recerca de diferents models disponibles en botigues i catàlegs digitals. 21 Taula 1 : Anàlisi ponderat sobre la tria del tipus de motor Ponderació PMSM PMDC Mida 0,3 3/3 1/3 0,9 0,3 Cost 0,2 1/3 3/3 0,2 0,6 Velocitat 0,2 1/3 3/3 0,2 0,6 Eficiència 0,1 3/3 1/3 0,3 0,1 Disponibilitat 0,1 2/3 3/3 0,2 0,3 Complexitat control 0,1 1/3 3/3 0,1 0,3 Total 1,00 1,9/3 2,2/3 A partir de la taula podem trobar que la motorització més adequada per aquest projecte són els motors de corrent continu a imants permanents. En els següents apartats es descriuen el model específic de motor escollit en base a aquest resultat. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 22 5 Disseny mecànic L’ordre dels paquets entregables inicialment descrits en el gràfic GANTT adjuntat al Project Charter s’ha vist alterat donat als requisits de disseny. Hi ha grans dependències entre els diversos elements de la màquina, per tant s’han dissenyat tot en conjunt, definint primer la motorització i transmissió. 5.1 Primera solució 5.1.1 Motorització escollida El model triat és el MY8612, un motor fàcil de trobar donat que es fabricat per diverses marques. Taula 2 : Característiques motor MY8612 (Font: Fabricant [22]) Donada que la potència mínima a assolir són aproximadament 350 W s’ha escollit muntar 4 motors de 120 W a 24 V, dos per eix, sumant un total de 480 W. Això farà que el motor pugui treballar per sota dels seus màxims. Instal·lar més d’un motor per eix aporta certa modularitat a la locomotora, podent muntar la meitat de motors si l’esforç de tracció requerit per la locomotora és menor. També es pot muntar el mateix motor però de major o menor potència. Donat la seva petita mida permet ser muntat entre rodes, i com la seva velocitat nominal es relativament baixa fa possible una transmissió d’una sola etapa. 23 Figura 5: Plànols motor MY6812 (Font: Fabricant [22]) 5.1.2 Transmissió Com s’ha comentat en l’apartat anterior, el motor permet fer una transmissió d’una sola etapa. Aquesta consistirà en rodes dentades, pinyó i corona, que aniran clavades als seus respectius eixos. Seran de dents rectes i de mòdul 1 M , donat que són relativament econòmiques i no provoquen esforços axials. 5.1.2.1 Relació de transmissió Per a trobar la relació de transmissió requerida per assolir la velocitat i esforç objectiu s’ha fet ús d’una taula Excel amb les fórmules i paràmetres adients. A continuació es mostra el procés de càlcul. Amb les expressions (1) i (2) calculem la relació requerida per assolir la velocitat nominal. 𝑍1 𝑍2=𝑛𝑒𝑖𝑥 𝑛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑛𝑜𝑚 (1) Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 30 Figura 8: Plànols motor MY1016Z (Font: Fabricant [22]) Donada la seva potència només cal un motor per eix, sumant una potència total de 500 W. Això farà que el motor pugui treballar per sota dels seus màxims en un rang de major eficiència. Tot i haver-hi una versió de 350 W es considera innecessari el que es pugui arribar a muntar en la màquina, donat que no es podria aprofitar el major parell donades les limitacions de tracció. Donat la seva mida no permet ser muntat entre les rodes. Per a facilitar les tasques de disseny s’ha fet ús d’un model en CAD3D del motor [24], [25] 5.2.2 Transmissió Com s’ha comentat en l’apartat anterior, tot i ser un motor potent té l’inconvenient de ser massa gran per a ser muntat entre eixos. Per a solucionar aquest problema s’opta per fer la transmissió a través de cadena ISO 081. 31 5.2.2.1 Relació de transmissió Tenint en compte la baixa velocitat a l’eix de sortida de la caixa reductora, es decideix augmentar el diàmetre de les rodes a 110 mm. Això fa que la multiplicació requerida sigui menor. Realitzem els càlculs amb les fórmules (1) i (2) i per trobar la relació de transmissió adient utilitzant les fórmules amb les següents dades.  Vnominal (km/h) = 7 km/h  Drodament (mm) = 110 mm  nmotor nom (rpm) = 303 rpm Amb aquests valors trobem que la relació de transmissió ideal és Z1/Z2 = 10/9 Tot i que el motor ja ve instal·lat amb un pinyó de 9 dents, segons la relació de transmissió el pinyó que hauria d’anar a l’eix tractor hauria de ser de 7 dents aproximadament el qual és massa petit. El mateix fabricant del motor ofereix pinyons de 13 dents compatibles, per tant s’opta per instal·lar aquest mes un de 10 dents a l’eix tractor. En les figures i plànols es mostra el motor amb el pinyó de 9 dents. Utilitzant les fórmules (3), (4) i (5) amb les noves dades verifiquem que amb aquesta relació Z1/Z2 = 13/10 es compleixen les especificacions, sent τ' motor = 6,43 Nm i Vmax=10,6 km/h. 5.2.2.2 Subjecció dels motors i longitud de cadena La transmissió per cadena dona certa flexibilitat per a muntar els motors, donat que només s’ha de garantir certa tensió en aquesta. Es decideix muntar els motors directament al xassís de la màquina, en particular per sota de la base d’aquest, aprofitant que els motors ja incorporen una brida amb forats roscats. Per facilitar el muntatge i tensió de la cadena, els forats tenen forma de ranura per poder desplaçar transversalment els motors. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 32 Figura 9: Vista en secció lateral i inferior de xassís de la locomotora La posició final dels motors s’ha dissenyat conjuntament amb el xassís, per a garantir complir les dimensions bàsiques d’aquest. Per a calcular els eslavons requerits per la cadena s’utilitza la formula (6). 𝑋0=2 · 𝐶0 𝑝·𝑧1+𝑧2 2·𝑝·(𝑧2−𝑧1 2·𝜋 )2 𝐶0 (6) On  C0 ( mm ) és la distància entre centres de els pinyons, sent 153,3 mm per aquest disseny (mitjana entre els extrems de les ranures).  p (mm) es el pas de la cadena (12,7 mm).  z1 es el nombre de dents del pinyó conductor (13).  z2 es el nombre de dents del pinyó conduit (10).  X0 es el numero de eslavons requerit. Trobem que aproximadament X0 = 36 baules. En cas de que la tensió de la cadena sigui insuficient, es preveu poder dissenyar un tensor que aprofiti els forats roscats presents en els motors. 33 5.2.3 Eixos i rodes Figura 10: Conjunt eix tractor Com s’ha definit en l’apartat 5.2.2.1, tenen un diàmetre de 110 mm. El seu perfil segueix la norma establerta per la FCAF [26], s’han afegit certes. Donada a la seva complexa geometria, és l’única peça que caldrà ser mecanitzada per un tercer. Per tant, s’ha buscat reduir els costos al màxim fent diferents versions i realitzant un pressupost estimat instantani de la seva fabricació a través de la plataforma Xometry[27]. El material es acer S235, escollit pel seu baix cost. El rodament escollit és el model 6000-Z de SKF. Es tracta d’un rodament radial de boles, adequat per transmetre càrregues tant axials com radials. La seva mida s’ajusta a les dimensions de l’eix i l’espai dedicat a caixa de rodaments. L’eix és l’encarregat de garantir la transmissió dels esforços de tracció i frenat de la màquina a més dels derivats de la suspensió. A més és qui determina la distància entre les pestanyes, critica per un correcte desenvolupament en la via. El seus diversos diàmetres on s’instal·len els components, sent el màxim de 16 mm, han sigut dimensionats a partir de màquines existents. El mètode d’unió entre els diversos components que conformen l’eix tractor (Figura 10) és a pressió, és a dir, un encaix amb interferència entre les dues peces la qual provoca pressió de contacte. Els càlculs, descrits a l’Annex D, s’han fet a partir de l’esforç màxim realitzable pel motor amb un factor de seguretat igual o major a 2 per garantir una unió fiable. El premsatge d’aquests components es pot fer en un taller de la pròpia associació al que es pertany, donat que no requereix grans forces. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 34 5.2.4 Suspensió La suspensió de la locomotora ha de permetre absorbir els desperfectes de la via i no continuïtats en el carril, com juntes de dilatació, canvis de via, etc. sense perdre estabilitat. Per aquesta aplicació s’ha decidit optar per un disseny senzill composat per els següents elements:  Xassís de la màquina  Suplement  Caixa de rodament  Molles Figura 11: Esbós del sistema de suspensió El propi xassís de la màquina fa de superfície amb què es guia la caixa, la qual té forma quadrada en la seva part central i rectangular en un dels extrems. D’aquesta manera es restringeix els moviments en totes direccions excepte una, deixant certa folgança per a facilitar la inscripció en corba de la màquina. 5.2.4.1 Molles Les molles determinaran el recorregut màxim de la suspensió i com reacciona. Tot i que no hi ha un estàndard establert sobre el recorregut que hauria de tenir la suspensió en aquestes aplicacions, s’ha escollit 7 mm basat en altres màquines a 35 escala de característiques similars. En repòs la suspensió ha d’estar comprimida aproximadament a la meitat d’aquest recorregut. Calculem el coeficient elàstic mitjançant la Llei de Hooke repartint la càrrega entre el nombre total de molles: 𝑘= 𝐹 𝑛·𝛿 (7) On  F(N) Es el pes total de la locomotora, assumim que són 60 Kg (600 N)  δ ( mm ) es la variació de la seva elongació (3 mm)  k (N/mm2) es el coeficient elàstic El resultat obtingut és k = 21 N/mm Les molles de compressió de secció rectangular ISO 10243 són ideals per aquesta aplicació, donat que són fàcils de trobar i es pot identificar el seu rang de dures a través d’un codi de colors. Per aquest cas, la molla mostrada en la Taula 4 és la que més s’apropa a les requisits. Taula 4: Característiques de la molla escollida Dh (mm) Dd (mm) Lo (mm) k (N/mm) Compressió Max. (mm) 10 5 25 +-3% 22,1 9 5.2.4.2 Caixa de rodaments Les caixes de rodaments són la unió entre els eixos de la màquina i la suspensió d’aquesta, per tant tenen un paper crucial. S’encarreguen de restringir el moviment de l’eix i transmetre els esforços derivats de la via (interacció entre pestanya de la roda i carril), i de tracció. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 36 Amb la intenció de trobar un disseny adient per aquesta tasca amb el cost mínim possible, s’han valorat 3 opcions diferents: 1. Peça única en acer, tap d’acer o plàstic Figura 12: Caixa de rodament d'una sola peça Aquesta opció és la més costosa donat la relativa complexitat a l’hora de mecanitzar. El rodament va encaixat entre un ressalti i un espaiador cilíndric o el mateix tap, a més de tenir un lleuger ajust amb el forat on va allotjat. Es descarta aquesta opció per qüestions de pressupost. 2. Peça central d’acer, guies i tapa de plàstic. Figura 13: Dos dissenys de la caixa de rodaments amb elements de plàstic Per a reduir el cost, l’única peça a mecanitzar seria la central, que és on es recolza la suspensió i va muntat el rodament. Aquest va encaixat per interferència a més d’un circlip i el ressaltí de la peça central, Les guies serien fetes amb impressió 3D de plàstic PLA, muntades a la peça central a través de cargols i volanderes. Es descarta per la incertesa sobre si les guies de plàstic aguantarien els esforços. 37 3. Totes les peces d’acer, unió cargolada Figura 14: Caixa de rodaments de múltiples peces d'acer Aquesta última opció és relativament fàcil de mecanitzar, donat que les 3 peces parteixen de formes tallades a làser. Només cal roscar la peça que fa de topall, donar el diàmetre final de la peça central i fer els forats on s’allotgen les molles. Per evitar que l’assemblatge es descargoli, es fa ús de femelles amb niló DIN 985 a més de líquid de fixació en la peça roscada. El parell de collada dels cargols es determinat per la norma UNE 17108:1981[28]. El rodament va muntat igual que en l’opció 1. S’escull aquesta opció donat que és econòmica i senzilla sense sacrificar durabilitat . 5.2.4.3 Guies El propi xassís de la màquina, junt un suplement de el mateix gruix que aquest, fan de guiat de la caixa de rodament. Entre la caixa de rodaments i aquests dos elements hi ha certa separació perquè el guiat tingui cert marge de moviment, millorant la inscripció en corba i el treball de la suspensió. Entre el suplement i el xassís s’inclou un espaiador que manté les molles verticals, evitant que es moguin de lloc. Ambdós elements van cargolats al xassís de la màquina. Per evitar que l’eix caigui en cas de descarrilament o elevant la màquina per fer el transport, un topall limita quant es pot estendre la suspensió. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 38 Figura 15: Vista en detall i secció del sistema de suspensió 5.2.5 Xassís Seguint les dimensions bàsiques especificades en l’apartat 4.1 s’ha dissenyat el xassís procurant que sigui senzill de fabricar. Aquest és responsable de les següents tasques:  Transmetre els esforços a l’aparell de xoc-tracció.  Suportar el pes de les bateries, motors i bastidor.  Subjectar els motors.  Guiar la suspensió. Està compost per un total de 5 peces d’espessor de 5 mm de material S235, tallades a làser i soldades entre si. Per facilitar la soldadura amb elèctrode s’han afegit encaixos per a poder La seva mida final és de 660 x 310 x 153 mm, amb una distància entre eixos de 230 mm. Aquesta distància permetrà que transiti sense problemes per un radi de corba mínim de 8 m. Com a additiu s’han afegit forats d’accés en certes peces, previstos de forats roscats M4 als seus extrems per instal·lar decoracions o tapes, els quals ajuden a Donar fàcil accés a les parts internes de la màquina. 39 Figura 16: Vista isomètrica del assemblatge complet La peça base del xassís incorpora les ranures de muntatge dels motors, amb una altra ranura al costat per poder passar els seus cables. S’inclou una sèrie de forats roscats perimetrals per a poder muntar la carrosseria. L’aparell de xoc-tracció va muntat a les testeres amb 2 cargols M6 respectant l’alçada establerta per la normativa [20]. Aquestes testeres també ofereixen protecció a les parts baixes de la màquina. 5.2.6 Carrosseria Per manca de temps no s’ha pogut dissenyar la carrosseria de la màquina. El concepte és realitzar-la per seccions fetes de plàstic PLA amb impressió 3D, d’aquesta manera es pot incloure detalls de petita mida de manera fàcil. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 46 6.4.1.1 Model en funcions de transferència El model està format per les funcions de transferència de les parts elèctrica (11) i la mecànica (12), on “s” és l’operador de la transformada de Laplace. En la Taula 6 es troben les magnituds i les seves unitats. 𝐼𝐷𝐶𝑀 𝑉𝐷𝐶𝑀−𝐸=1 𝑅−𝐿𝑠 (11) 𝜔 𝑇−𝑇𝐿=1 𝐵−𝐽𝑠 (12) Taula 6: Magnituds i unitats dels coeficients de les funcions de transferència d'un motor elèctric. VDCM Tensió DCM (V) IDCM Corrent DCM (A) R Resistència (Ω) L Inductància (H) B Fregament [Nm/(rad/s)] J Inèrcia [Nm/(rad/s2)] KE Constant velocitat [V/(rad/s)] KT Constant parell (Nm/A) ω Velocitat angular (rad/s) E Força contra-electromotriu (V) Donat que utilitzem la llibreria Simscape, la part elèctrica es pot representar a partir de blocs funcionals preestablerts. El model resultant, amb les pertinents mesures de tensió i voltatge, és mostra en la Figura 19. 47 Figura 19: Model de simulació del motor DC Per a reduir l’espai ocupat, l’esquema representat anteriorment queda com a subsistema amb les corresponents entrades i sortides: Figura 20: Model de simulació del motor DC, representació simplificada 6.4.1.2 Paràmetres Per a trobar els paràmetres necessaris per modelitzar el comportament mecànic i elèctric del motor s’han realitzat càlculs i aproximacions a partir de les dades proporcionades pel fabricant , a més de mesures tant directes com indirectes. La inductància L s’han mesurat de forma directa amb un multímetre LCR utilitzant els sondes més curtes disponibles. El seu valor es L = 517 uH. Per trobar R, s’ha mesurat de forma indirecta a través de la llei d’Ohm. Aplicat 2,8 V al motor amb el rotor bloquejat, es pot mesurar el corrent que hi circula sense la Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 48 influència de la força contra-electromotriu. En aquestes condicions, el corrent observat és 6,1 A. Per tant, obtenim que el bobinat té una resistència R = 0,459 Ω. Igualant les potències elèctrica i mecànica segons les fórmules (11) i (12) trobem les constants de velocitat (KE) i de parell (KT) en l’expressió (13) 𝐸·𝐼𝐷𝐶𝑀 =𝜔· 𝑇 → 𝐸 𝜔=𝑇 𝐼𝐷𝐶𝑀 → 𝐾𝐸=𝐾𝑇 (13) Aplicant les dades del motor, trobem que 𝑇 𝐼𝐷𝐶𝑀 =0,8 𝑁𝑚 13,4 𝐴 =5,97·10−2 (Nm/A) Per a fer una simulació acurada caldria disposar dels valors de fregament i inèrcia de tot el conjunt de la màquina i comboi. Això només es pot determinar de manera experimental amb un prototip, per tant es realitzaran les simulacions només tenint en consideració el fregament del motor i una inèrcia aproximada. Per a poder trobar el fregament del motor utilitzem l’equació (12) en règim permanent i sense aplicar càrrega externa. 𝜔 𝑇−𝑇𝐿=1 𝐵−𝐽𝑠 → 𝜔 𝑇=1 𝐵 →𝐵=𝑇 𝜔 Segons les especificacions del fabricant, el motor assoleix una velocitat de 3850 rpm (369,57 rad/s) i un consum de 2,5 A sense cap càrrega. Utilitzant la constant de parell KT trobada en l’expressió (13) trobem que el parell aplicat es 0,149 Nm. 𝐵=𝑇 𝜔=A·K𝑇 𝜔=4,06·10−6 Nm/(rad/s) Donat que no disposem dels equips requerits per fer una mesura de la inèrcia de manera acurada, s’aproxima a la d’un cilindre utilitzant com a dades la mida aproximada del rotor i el seu pes. 𝐽=1 2·𝑀·𝑅2=1 2·1,95 𝑘𝑔·(0,045 𝑚)2=1,97·10−3 𝑁𝑚/(𝑟𝑎𝑑/𝑠2) (14) La Taula 7 recull tots els valors de les magnituds necessàries per modelitzar el motor, a més de la tensió de la font d’alimentació . Donat a les característiques de descàrrega de les bateries d’àcid-plom, la tensió d’alimentació amb les bateries carregades a plena capacitat és de 26,8 V i arriba a un mínim de 23,6 V quan estan descarregades. 49 Taula 7: Paràmetres motor DC i Font d’alimentació Paràmetres motor DC KT=KE 0.0597 Nm/A ωnominal 314.159 rad/s (3000 rpm) R 0.459 Ω L 517 uH Inominal/max 13.4 A / 22 A B 4.06·10-6 Nm/(rad/s) J 1.97·10-3 Nm/(rad/s2) Paràmetres font d’alimentació VDC 23.6V a 26.8 V 6.4.1.3 Comprovació correcte simulació del motor Per comprovar que el model del motor és correcte, s’aplica un parell extern equivalent al nominal (0,8 Nm) i s’aplica el voltatge nominal (24 V) al motor a través del pont en H activant els transistors adients. Una vegada transcorregut el període transitori, el resultat d’aquesta simulació és d’una velocitat de 2850 rpm i un consum de 13.44 A. Això suposa una eficiència del 73%. Tot i que la velocitat assolida no és la nominal, és prou propera per a considerar el model acurat. Aquesta diferència es pot deure a les desviacions entre els motors d’un mateix model. 6.4.2 Controlador Donat a que fer una mesura directa de parell és costosa s’ha decidit fer un control del corrent atès que, com s’ha descrit en l’apartat anterior, és proporcional al parell desenvolupat per el motor. La tipologia del controlador és un Proporcional Integrador (PI) amb els següents afegits:  Saturador, per limitar el voltatge màxim aplicable a la DCM. Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 50  Anti-Windup, per evitar que l’acció de l’integrador reaccioni desmesuradament en cas que el saturador actuï.  Prefiltre, per a poder tancar el llaç amb el terme ideal de segon ordre. La sintonització d’aquest llaç es fa per assignació de pols en llaç tancat. El llaç utilitzat s’ha discretitzat i programat en blocs de codi programa per a poder aplicar-lo a un microcontrolador Per a tenir una resposta de parell suau es tria una dinàmica del sistema sobreesmorteida, de manera que s’evita les oscil·lacions pròpies d’un sistema subesmorteit. Es trien els valors típics per a una resposta sense sobre impuls Taula 8: Paràmetres controlador en llaç tancat δ n Sobre impuls 1 5,8 0% 6.4.3 Moduladors Els moduladors són de tipus PWM on els temps de commutació dels transistors del pont en H es calculen en base a una ona rectangular de freqüència Tpwm. El duty cicle de les ones quadrades que fan anar els transistors es calcula amb el conjunt de fórmules (15). 𝑑𝑎=0,5+0,5·(𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑉𝐷𝐶) 𝑑𝑏=0,5 − 0,5 · (𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑉𝐷𝐶) (15) On Vref és el voltatge a assolir en aquest període i VDC és el voltatge actual en el bus d’alimentació. El rang de valors possibles d’aquestes dues variables és de 0 a 1 A partir d’aquests valors, es poden calcular en quins instants commuten els transistors amb el conjunt de fórmules (16). 𝑇𝑜𝑛 𝑠𝑎=(1−𝑑𝑎)·𝑇𝑝𝑤𝑚 2 𝑇𝑜𝑓𝑓 𝑠𝑎=𝑑𝑎·𝑇𝑝𝑤𝑚 2 𝑇𝑜𝑛 𝑠𝑏=(1−𝑑𝑏)·𝑇𝑝𝑤𝑚 2 𝑇𝑜𝑓𝑓 𝑠𝑏=𝑑𝑏·𝑇𝑝𝑤𝑚 2 (16) 51 La representació gràfica resultant d’aquestes fórmules es mostra en la Figura 21. Figura 21: Representació gràfica de l’estratègia de commutació del pont en H Donat que es tracta d’un sistema discret, l’ona portadora és mostrejada a una freqüència escollida en base a un factor de mostreig. El temps de mostrejat es defineix per la següent fórmula 𝑆𝑇𝑀𝑂𝐷 = 𝑇𝑃𝑊𝑀 𝑛𝑃𝑊𝑀 (17) 0 Tpwm da db 1 Ton sb Ton sa Toff sa Toff sb Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 52 6.4.4 Pont en H El model es realitza a partir de components ideals de la llibreria Simscape. Els senyals de porta dels transistors d’una mateixa branca es connecten entre si amb una porta NOT per a poder reduir de 4 a 2 els senyals de control necessàries. Figura 22: Model del pont en H connectat al DCM Aquests models incorporen la resistència interna durant la conducció (Ron) a més la resistència i capacitància del Snubber (Rs i Cs) Donat que es vol estudiar com a pont ideal, no es tenen en consideració les afectacions d’aquests valors. 6.5 Simulació En aquest apartat es vol comprovar si el llaç de control respon a les consignes adequadament en diverses condicions. Per simplificar la simulació, el voltatge de la bateria queda representat com a un bus de corrent continu amb el seu valor (V_BUS) constant a 24 V. 53 Els paràmetres comuns entre les simulacions es recullen en la Taula 9 Taula 9: Paràmetres comuns de les simulacions Símbol Descripció Valor ST_I Temps de mostrejat corrent 100 µs T_PWM Temps de mostrejat PWM 100 µs n_PWM Factor mostreig ona portadora 100 ST2_I Temps d’establiment al 2% per el corrent 2 ms 6.5.1 Sense parell extern Per a poder verificar el correcte comportament del controlador i pont en H, es fa una primera prova amb les següents condicions:  Durada equivalent a 8 vegades el ST2_I  Parell extern nul (0,001Nm)  Consigna on ha d’assolir un consum de 10 A i després de 4 vegades el ST2_I ha d’assolir -10 A. Els resultats es mostren en la Figura 23, Figura 24 i Figura 25 : Figura 23: Corrents resultants de la simulació sense parell extern i consigna a ±10 A Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 54 Figura 24: Acció de control i voltatge en DCM resultants de la simulació sense parell extern i consigna a ±10 A Com es pot apreciar en la Figura 24 i Figura 23, tant el voltatge en motor com el corrent en el bus DC són senyals discontínues pel fet que els transistors “trossegen” el voltatge que li arriba al motor, i per tant el seu consum en el bus de contínua. Per a comprovar el compliment del temps d’establiment, es fa la mesura del corrent de la DCM al cap de 2 ms (ST2_I), el qual ha de ser equivalent a un corrent 2% inferior a la consigna. És a dir, 10 A·0,98 = 9,8 A Utilitzant els cursors del “scope” trobem que I_DCM en el instant 2ms es 9,62 A. Per tant, el comportament es proper a l’esperat. 55 L’arrisat del corrent es mesura una vegada s’estabilitza el seu valor mig al voltant de la consigna. Trobem que el seu valor aproximat es de 372 mA. Figura 25: Detall de l'arrisat de corrent 6.5.2 Comportament davant saturacions Amb aquesta simulació de durada 0,1 s es pretén comprovar el comportament davant la saturació de la consigna d’intensitat i el voltatge màxim aplicable als motors aplicant :  Una consigna superior al corrent màxim, per exemple 18 A  Parell extern nul (0.001 Nm) Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 62 11 Referències [1] FCAF, «Index de normes per a trens de modelisme tripulat». Consulta: 6 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.fcaf.cat/portal/wpcontent/uploads/2006/03/INDEX.pdf [2] The STB, Plànol_H12_v3.pdf. 2020. Consulta: 6 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/Pl%C3%A0nol_H12_v3.pdf [3] S. C. Walpole, D. Prieto-Merino, P. Edwards, J. Cleland, G. Stevens, i I. Roberts, «The weight of nations: an estimation of adult human biomass», BMC Public Health, vol. 12, núm. 1, Art. núm. 1, des. 2012, doi: 10.1186/1471-2458-12-439. [4] BOE, «ITC-BT-02 Reglamento electrotécnico para baja tensión e ITC». 23 març 2023. [En línia]. Disponible a: https://www.boe.es/biblioteca_juridica/codigos/codigo.php?modo=2&id=326_Reglamen to_electrotecnico_para_baja_tension_e_ITC [5] UNE-EN, «UNE-EN IEC 62485-4:2019 Requisitos de seguridad para las baterías e instalaciones de baterías.» gener 2019. [En línia]. Disponible a: https://plataformaaenormas-aenor-com.recursos.biblioteca.upc.edu/?searchMode=my&title=UNEEN%20IEC%2062485-4:2019&onlyNews=false [6] UNE-EN, «UNE-EN ISO 12100:2012 Seguridad de las máquinas. Principios generales para el diseño. Evaluación del riesgo y reducción del riesgo». 05 2012. [En línia]. Disponible a: https://plataforma-aenormas-aenorcom.recursos.biblioteca.upc.edu/standard/UNE/N0049405 [7] «Parques ferroviarios de España», CiMaF. Consulta: 20 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.cimaf.es/parques-ferroviarios-de-espana/ [8] Federació, «Modelisme Tripulat – FCAF.CAT». Consulta: 13 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.fcaf.cat/portal/modelisme/modelisme-tripulat/ [9] «Deutz diesel (CLUB 760)», trenes5SF. Consulta: 13 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: http://trenes5sf.com/portfolio/deutz-diesel-club-760/ [10] «5" Battery Electric - Steam Workshop Services». Consulta: 13 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.steamworkshop.co.uk/portfolio/5-battery-electric/ [11] L. Nolan, «Maxitrak - Miniature locomotives». Consulta: 13 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: http://maxitrak.com/secondhand-item/5-inch-gauge-congress [12] «Phoenix Locos - 5 inch and 7.25 inch Model Locos». Consulta: 13 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.phoenixlocos.com/products/model-locos/ [13] «Parques ferroviarios de España», Google My Maps. Consulta: 6 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.google.com/maps/d/viewer?mid=1k3J1dfvg_vG0ImL0lCKI41QNoMs [14] «Locomotives». Consulta: 24 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.stationroadsteam.com/locomotive/ [15] L. Nolan, «5 inch tram engine». Consulta: 24 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: http://maxitrak.com/locomotive-item/5-inch-tram-engine [16] «MODELISMO TRIPULADO». Consulta: 24 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: http://www.cfvm.es/vercategoria.php?id=50 [17] «Jon’s Workshop». Consulta: 4 maig 2024. [En línia]. Disponible a: http://www.jons-workshop.com/wedge/wedge.html 63 [18] L. Nolan, «Maxitrak - Warship Class». Consulta: 24 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: http://maxitrak.com/locomotive-item/5-inch-class-42-warship-class [19] «VIA-0-002.pdf». Consulta: 6 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.fcaf.cat/portal/wp-content/uploads/2006/03/VIA-0-002.pdf [20] «ENG-1-002.pdf». Consulta: 6 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.fcaf.cat/portal/wp-content/uploads/2006/03/ENG-1-002.pdf [21] J. Taranilla Santos, «Estudio de la resistencia normal al avance de trenes de mercancías». Consulta: 29 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://oa.upm.es/55978/1/TFG_JESUS_TARANILLA_SANTOS.pdf [22] «MY 1016 datasheet». [En línia]. Disponible a: http://imgusr.tradekey.com/images/uploadedimages/brochures/4/6/308126820110421055846.pdf [23] «Rodamiento de cañón», Wikipedia, la enciclopedia libre. 8 desembre 2023. Consulta: 25 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Rodamiento_de_ca%C3%B1%C3%B3n&oldi d=155901171 [24] «MY1016Z3 United 350W 24V DC Brushed Gear Motor 400 RPM | 3D CAD Model Library | GrabCAD». Consulta: 29 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://grabcad.com/library/938249#! [25] «24V DC Motor MY1016Z | 3D CAD Model Library | GrabCAD». Consulta: 29 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://grabcad.com/library/24v-dc-motor-my1016z-1# [26] «ROD-0-001.pdf». Consulta: 6 març 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.fcaf.cat/portal/wp-content/uploads/2006/03/ROD-0-001.pdf [27] «Xometry Europe». Consulta: 25 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://get.xometry.eu/quotes/new [28] «UNE 17108:1981». Consulta: 26 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://plataforma-aenormas-aenorcom.recursos.biblioteca.upc.edu/standard/UNE/N0000800 [29] BOE, «Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la manipulación manual de cargas». 14 abril 1997. Consulta: 10 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.insst.es/documents/94886/203536/Gu%C3%ADa+t%C3%A9cnica+para+l a+evaluaci%C3%B3n+y+prevenci%C3%B3n+de+los+riesgos+relativos+a+la+Manipul aci%C3%B3n+manual+de+cargas.pdf/ea346e94-dcda-4523-8b24dbb474f9c0eb?t=1710496189440 [30] «INA828 data sheet, product information and support | TI.com». Consulta: 22 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.ti.com/product/INA828 [31] R. Yudhistira, D. Khatiwada, i F. Sanchez, «A comparative life cycle assessment of lithium-ion and lead-acid batteries for grid energy storage», J. Clean. Prod., vol. 358, p. 131999, jul. 2022, doi: 10.1016/j.jclepro.2022.131999. [32] «Guia-practica-calcul-emissions_CA.pdf». Consulta: 26 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://canviclimatic.gencat.cat/web/.content/04_ACTUA/Com_calcular_emissions_GE H/guia_de_calcul_demissions_de_co2/190301_Guia-practica-calcul-emissions_CA.pdf [33] admin, «Costo de la electricidad en una máquina para soldar en su hogar», Forja Férrea Tienda. Consulta: 26 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: Disseny mecànic i electrònic d'una petita locomotora ferroviària a escala 64 https://forjaferreatienda.com/costo-de-la-electricidad-en-una-màquina-para-soldar-ensu-hogar/ [34] «TruLaser Serie 1000: simplemente se corta con éxito». Consulta: 26 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.trumpf.com/es_ES/productos/màquinas-ysistemas/màquinas-de-corte-por-laser-2d/trulaser-1030-fiber-1040-fiber-1060-fiber/ [35] «Toyota Yaris 5p 110 Active (2018-2020) | Precio y ficha técnica - km77.com». Consulta: 26 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.km77.com/coches/toyota/yaris/2017/5-puertas/active/yaris-5p-110active2/datos [36] Trenes 5" SF | Pamplona. Consulta: 25 setembre 2024. [En línia Video]. Disponible a: https://www.facebook.com/trenes5SF [37] L. Nolan, «Class 73». Consulta: 25 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: http://maxitrak.com/locomotive-item/5-inch-class-73 [38] «ISO 2768-1:1989», ISO. Consulta: 26 setembre 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.iso.org/es/contents/data/standard/00/77/7748.html S[38]