ECHUAMANO

CUADRICICLO DE DOS PLAZAS - CONSTRUCCIÓN

Diseño

La afición y pasión que tengo por la bicicleta me motivaron a diseñar y construir un cuadriclo a pedal. Este no fue concebido como un vehículo para la movilización diaria (para eso utilizo la bicicleta que es más rápida, liviana y maniobrable en el tráfico) sino para paseos recreativos en solitario ó en compañía de otra persona. Debido a que posee cuatro ruedas este vehículo es estable per se siendo especialmente adecuado para quienes nunca aprendieron a manejar bicicleta o tienen problemas con el equilibrio y para personas de la tercera edad.

Antes de comenzar el diseño del cuadriciclo propiamente dicho construí virtualmente en Auto CAD las partes para bicicleta que serían necesarias. Estas son copias virtuales de partes reales disponibles en el comercio local que me servirán, no solo para diseñar este cuadriciclo, sino para otros vehículos impulsados por fuerza humana que decida construir en el futuro. A continuación les muestro algunas de ellas (las escalas son distintas en cada caso):

Hubo ciertos lineamientos que me impuse al momento de diseñar el cuadriciclo:

- todos los materiales y partes necesarias para construirlo deben estar disponibles en el comercio local;

- en lo posible deben ser baratos;

- debe ser posible trabajar todos o la mayoría de los materiales por mí mismo y con las herramientas que dispongo;

- debe ser lo más simple y fácil de construir que el diseño permita;

- debe ser cómodo;

- debe fomentar la comunicación entre los dos usuarios;

- debe ofrecer la posibilidad de ser utilizado por personas de amplio rango de edades, con o sin experiencia en el manejo de la bicicleta, con o sin dificultades relacionadas con el equilibrio;

- debe ser relativamente liviano.

Desde que comencé la etapa de diseño hasta el momento en que publico este artículo ha transcurrido casi un año. Mucho tiempo, pensará la mayoría, para un proyecto que no es tan complicado, y tienen razón. Lo que sucede es que lo he trabajado en mis ratos libres, los fines de semana o por las noches y por eso el avance ha sido lento.

Antes de definir el diseño visité comercios que venden partes para bicicleta, compré algunas de estas, tomé medidas y fotografías de cuanto pudiera servirme de referencia, construí maquetas, consulte la red y sobre todo, hice muchos dibujos y bocetos en papel. Muchas ideas fueron desechadas o simplemente puestas a un lado a la espera de otra oportunidad para desarrollarlas.

Al final el diseño al que llegué utiliza tubo cuadrado de hierro de 1 1/2” x 1 1/2” con un espesor de pared de 1/16” para el chasís y la estructura de los asientos; las ruedas de bicicleta son de 24” y tienen 36 rayos; las bielas de los pedales giran en “ejes de cartucho” (unidades auto contenidas compuestas por un eje al cual se fijan las bielas y dos cojinetes en los cuales gira este) así como los pivotes del sistema de dirección; los ejes del tren trasero son de acero cilíndrico “cold rolled” de 5/8” de diámetro y giran en rodamientos con soporte de apoyo de la misma medida; el sistema de transmisión y frenos de disco utiliza piñones de 6 pasos y bujes delanteros y traseros para ruedas de bicicleta modificados para sujetarlos.

Para elaborar otras piezas utilicé barra de acero “cold rolled” de 1/8” x 1” y de 3/16"” x 1 1/2”, barra de aluminio de 1/8” x 3/4”, perfil “U” de acero de 1” x 2” y angular de acero de 3/4” x 3/4” y de 1 1/4” x 1 1/4”. Algunos de estos perfiles los compré, otros son reciclados y los demás me fueron donados.

Para la sujeción de las piezas utilicé soldadura en algunos casos, pernos de acero galvanizado de distintos diámetros y longitudes en otros y, en casos especiales, pegamento epóxico. Todas las piezas las trabajé yo mismo a excepción de las “camisas” para los “ejes de cartucho” que requerían un torno y la soldadura pues no poseo equipo para soldar.

A continuación les muestro algunas imágenes y una animación del diseño del cuadriclo. No son tan detalladas como hubiese querido pero sí lo suficiente para darse una idea de cómo se verá.

Especificaciones:

Ancho: 1.12 m

Longitud: 2.36 m

Velocidades: 6 (con posibilidad de ampliar a 18)

Frenos: de disco

Ruedas: de 24” y 36 rayos

Asientos: 2

Chasís:

Las medidas del chasís se detallan en el siguiente dibujo. Debo aclarar que dichas medidas las determiné tomando como referencia a mi propio cuerpo (mido 1.70 mts de estatura, peso 128 lbs., complexión delgada). Para esto elaboré maquetas funcionales en tamaño natural.

Para armar el chasís fabriqué una plantilla de aglomerado de alta densidad que serviría para alinear y sujetar las piezas mientras las soldaba.

Mecanismo de dirección:

Para el mecanismo de dirección del tren delantero utilicé “ejes de cartucho” que normalmente se utilizan para sujetar las bielas de los pedales. Estos van dentro de una “camisa” de acero que fue torneada y roscada (valga la propaganda) en ALRESA, taller de mecánica industrial propiedad del ingeniero y amigo René Aguilar. Hay dos “camisas” soldadas a la parte delantera del chasís, una para cada rueda. A continuación vemos, a la izquierda, la “camisa” y el “eje de cartucho” separados; a la derecha la “camisa” con el “eje de cartucho” enroscado en su interior.

La parte delantera del chasís tiene en cada extremo un corte curvo donde va soldada cada una de las “camisas” del “eje de cartucho”.

Seguidamente fabriqué las piezas que sostienen las ruedas delanteras. Son dos platinas en forma de “C” con tres agujeros: uno para sujetar la rueda y dos para sujetarse al eje de cartucho.

A estas piezas se conectan dos “brazos” que se sueldan en un ángulo determinado por el principio Ackerman según el cual las ruedas delanteras no giran en forma paralela sino en ángulos distintos. A la pieza que sostiene la rueda izquierda se fija otro “brazo”, este sí en ángulo recto, que, mediante “rótulas” se conectará con la barra de dirección.

Estos “brazos” se conectan entre sí mediante un tubo de aluminio de 1/2” de diámetro fijado a ellos mediante pernos y arandelas de acero que permite que ambas ruedas giren al mismo tiempo más no en el mismo ángulo. Para amortiguar el ruido y la vibración la barra descansa entre anillos hechos con caucho de suela para zapatos.

El extremo inferior de la barra de dirección dispone de una platina colocada en ángulo recto y a la cual se conecta, mediante una rótula, todo el mecanismo anteriormente descrito. La fijé en su lugar con un mecanismo de cuña y para fabricarlo tome como modelo el utilizado en los timones convencionales (abajo izquierda). Para ello, con una falsa escuadra, medí el ángulo del borde sobre el cual se desliza la cuña (abajo derecha).

Luego, utilizando la falsa escuadra como guía, corté un tubo de diametro tal que encaje dentro de la barra de dirección (abajo izquierda). A la derecha vemos, de arriba abajo y en el sentido de las agujas del reloj, el tubo de soporte con el corte en corte en ángulo, la cuña, el perno para ajustarla, la platina, y el perno que se conecta, mediante una rótula, con todo el mecanismo de dirección.

Aquí vemos ya armado el mecanismo anteriormente descrito fuera del tubo de dirección (izquierda) y dentro de él (derecha).

La barra de dirección es un tubo de acero inoxidable de 1” de diámetro que se utilizaba para colgar una cortina de baño. Lo rescaté de la basura de una casa en reconstrucción. Gira en dos rodamientos con soporte de apoyo, uno situado sobre una platina soldada en ángulo en la parte frontal del chasís y el otro sobre una columna inclinada perpendicular a esta que va atornillada al chasís.

En el extremo superior de la barra de dirección se fija el timón al cual se sujetan las palancas de freno y cambio de velocidades del piloto. A la derecha vemos una vista general del tren delantero con el sistema de dirección.

Tren trasero:

El tren trasero está compuesto por dos ejes independientes que giran en cuatro rodamientos con soporte de apoyo, dos ruedas, dos piñones de 6 pasos, dos descarriladores, y dos discos para el mecanismo de frenado. Los piñones y discos se fijan al eje mediante sujetadores fabricados a partir de bujes para ruedas de bicicleta modificados para adaptarlos a esta función. A la izquierda se ve el piñón de 6 pasos y a la derecha el disco del freno. El piñón se fija al buje mediante una unión roscada y el disco mediante tornillos.

A continuación se ven a la izquierda dos bujes sin modificar y a la derecha los bujes modificados a los cuales se les retiró uno de los porta rayos y el restante se soldó al tubo central. A este se le abrieron dos agujeros por donde pasaría un tornillo que funcionará como pasador.

Aquí podemos ver el eje izquierdo y derecho con sus componentes respectivos.

Durante la etapa de diseño y para visualizar la posición relativa de cada uno de los elementos del tren trasero fabriqué una maqueta funcional del mecanismo.

Mecanismo de transmisión:

El tren trasero posee transmisión independiente en ambas rueda, por lo que cada usuario, al pedalear, mueve una de ellas. Las bielas de los pedales van sujetas a un eje de cartucho y este a su vez va enroscado a una “camisa” cilíndrica de metal soldada a una platina con dos agujeros que se fija al chasís con dos pernos. Hay dos juegos de pedales, uno por cada pasajero. A la izquierda se aprecian por separado todas las piezas que componen esta unidad: biela izquierda, biela derecha, eje de cartucho y camisa con platina de fijación. A la derecha vemos el conjunto ya armado.

Aca vemos los pedales ya instalados en el chasís.

Cada pasajero controla su propio descarrilador de cadena mediante una palanca de cambios que se encuentra en su correspondiente manubrio. Sin embargo los frenos los acciona únicamente el piloto. A continuación podemos apreciar los descarriladores y la forma en que se sujetan al chasís.

Mecanismo de frenado

Hay dos discos para el mecanismo de frenado uno para cada eje trasero. Las mordazas de los frenos se atornillan a una pieza de angular de hierro de 3/4” x 3/4” y estas van soldadas al chasís.

Ruedas

Las ruedas para bicicleta que utilicé son convencionales, de 24” de diámetro y 36 rayos. Para fijar las ruedas traseras al eje sus bujes fueron modificados de la forma en que se explicó anteriormente.

Asientos:

Las bases de los asientos están formadas por dos piezas de tubo cuadrado de hierro de 1 1/2” x 1 1/2” soldadas entre sí a un ángulo de 120 grados. Dicho ángulo lo determiné empíricamente construyendo una maqueta del asiento y los pedales, a tamaño natural, y variando la inclinación del respaldo hasta encontrar la posición más cómoda. En las imágenes podemos apreciar dicha base con 4 platinas y 2 angulares soldados a ella y a los cuales se atornillarán el asiento y el respaldo. A una de estas bases se le perforó un agujero de ¾” de diámetro para encajar y soldar un tubo cilíndrico al cual se fijarán los manubrios y la palanca de cambios del copiloto. Los asientos y respaldos propiamente dichos están formados por planchas de madera contrachapada de 1/2” y esponja de alta densidad de 1 1/2” de espesor que se recubrirán con cuero sintético.

Cada base de asiento se fija al chasís mediante dos piezas de hierro perfil “U” que actúan como mordazas. Estas se aprietan o aflojan mediante dos pernos con tuerca y roldanas que a su vez sujetan el tensor de la cadena de transmisión. Esto permite que cada asiento se ajuste hacia atrás o adelante según las necesidades del usuario. Entre el chasís, las bases de asiento y las mordazas se colocaron tiras de caucho de suela de zapato de medio centímetro de espesor. A continuación vemos las bases de los dos asientos fijadas al chasís. Seguidamente se aprecian los asientos y respaldos atornillados sobre sus bases respectivas. Nótese los manubrios del copiloto colocados en su lugar.

Acá se muestran distintas vistas de la mordaza del asiento, del tensor de la cadena de transmisión y de la forma en que están construidos.

Tensor de cadena:

El tensor de la cadena de transmisión lo construí con dos barras de aluminio de 1/8” de espesor por 3/4” de ancho y de distinta longitud. Entre estas van colocados dos rodos por los cuales se desliza la cadena. El conjunto va sujeto por dos pernos que a su vez sotienen las mordazas de los asientos.

Manubrios del copiloto:

Los manubrios del copiloto son extensiones de aluminio para timón de bicicleta de montaña (acá les llaman cachos). Estos están colocados a cada lado del sillón, en un tubo soldado a la base de este. Junto al manubrio derecho va fijada también la palanca de velocidades del copiloto.

Extras:

Hay algunos accesorios que consideré necesarios para mejorar la seguridad y comodidad del cuadriciclo. En la parte posterior de los asientos soldé un perno al cual se fija un asta de bandera que ayuda a que el vehículo sea más visible. Además le coloqué una bocina a la cual tuve que hacer algunas modificaciones.

También instalé un jalador para remolque, argollas para encadenarlo, porta botellas y espejo retrovisor.

Armado preliminar:

En esta etapa el cuadriciclo se encuentra listo para las primeras pruebas de manejo. Estas serviran para detectar cualquier mal funcionamiento y así mejorar en el diseño. Cuando ya no haya cambios que hacerle lo pintaré para protegerlo de la corrosión. En estos momentos el cuadriciclo se ve así:

ACTUALIZACIONES

Soportes para ruedas delanteras:

Las pruebas de manejo que he podido realizar han tenido resultados. Los soportes de las ruedas delanteras no resistieron el esfuerzo al subir gradas o pequeños obstáculos y se doblaron levemente. Debido a esto rediseñé las piezas de la dirección con materiales más robustos y resistentes. Para esto utilicé perfil "U" de hierro de 1/8" x 1" x 2" y platina de 3/16" de espesor. Así mismo reemplacé las masas de las ruedas delanteras que utilizan ejes de 3/8” de diámetro por masas para bicicleta BMX (para acrobacias) que son más robustas y utilizan ejes de 1/2". A continuación vemos en secuencia el proceso de elaboración de los nuevos soportes con las diferentes partes que lo conforman:

Los "brazos" ya no están soldados sino que sujetos por los tornillos de los ejes de cartucho y por tornillos allen de acero. A continuación las piezas colocadas en su sitio:

Mecanismo de transmisión:

El mecanismo de transmisión que diseñé y construí anteriormente funcionó bien pero con el tiempo comenzó a dar señales de desgaste. En este diseño tanto la maza de la rueda como el disco del freno y el piñón de cambios se sujetaban al eje en tres puntos distintos que ejercían mucho esfuerzo de corte en los pernos que funcionaban como “pasadores”. Debido a esto decidí hacer un mecanismo más eficiente. Para esto utilicé el mismo eje de acero de 5/8” de diámetro, una platina circular de acero de ¼” de espesor que va soldada al eje y a la cual van atornillados el disco del freno y la maza de la rueda, seis tornillos de acero, una maza de aluminio para rueda delantera con soporte para disco de freno (el agujero por donde pasa el eje mide 1” de diámetro), un espaciador cilíndrico con castigadera y diámetro interno de 5/8” (diámetro del eje) y 1” de diámetro externo (diámetro del agujero de la maza) que llena el espacio entre el eje y la maza de la rueda, un espaciador cilíndrico de 5/8” de diámetro interno y 1 1/8” de longitud, dos collarines de 5/8” de diámetro interno y 5/8” de longitud con castigadera, la porción de una maza trasera convencional donde va roscado el piñón de cambios (este va soldado a uno de los collarines), un piñón de cambios y dos chumaceras de 5/8”. A continuación podemos ver el eje, la maza, la platina circular, el espaciador grande, el espaciador pequeño y un collarín. A la derecha la platina circular soldada al eje.

El espaciador grande llena el espacio entre el eje y la maza de la rueda. Entre la platina circular y la maza de la rueda se coloca el disco del freno. No aparece en la foto porque no tenía ninguno a la mano.

Acá vemos el mecanismo de transmisión instalado en el chasís. Al centro se aprecia el descarrilador de los cambios. Ya que el forro convencional de los cables del freno y cambios se comprime en distancias largas los sustituí por tubo de cobre para refrigeración.

Abajo vemos una vista completa del mecanismo de transmisión. De izquierda a derecha está la maza con la rueda (dentro de ella está el espaciador grande), el disco del freno, la platina circular, los tornillos que fijan la maza y el disco a la platina, el espaciador de 1 1/8” oculto detrás del soporte de la mordaza del freno, una de las chumaceras de 5/8” oculta debajo del chasís, un collarín con castigadera, el eje, el piñón de cambios y ocultos detrás de este el soporte del piñón soldado a otro collarín con castigadera. Tanto el cable del freno como el de los cambios van dentro de tubos de cobre.

A la izquierda el detalle de la mordaza del disco del freno y su soporte y a la derecha el descarrilador de los cambios.

Este es un video en el que intento mostrar la manera en que está construido el mecanismo de transmisión.

Modificación de sillones:

Para mejorar la comodidad de los sillones modifiqué su contorno agregando trozos de espuma cortados en ángulo tanto en el asiento como en el respaldo.

Luego se forraron con tela vinílica imitación de cuero color negro.

Mecanismo de retorno de la dirección:

Mediante este sencillo mecanismo compuesto por dos resortes de acero colocados en puntos estratégicos del tren delantero la dirección retorna automáticamente a la posición "central".

Pintura y acabados:

Tras varias mejoras y modificaciones decidí finalmente concluir el proyecto del cuadriciclo. Sobre una base epóxica se aplicó al chasis pintura de color negro brillante. Los sillones se forraron con vinil imitación de cuero color negro. Coloqué retrovisores y lámpara LED sobre el timón, pachones y porta-pachones bajo el timón y detras de los asientos y cambié los neumáticos con tacos por unos lisos con cara blanca. En la parte trasera, instalé un baúl de motocicleta para llevar cosas y coloqué autoadhesivos reflejantes adelante, atrás y a los costados.

* Por falta de tiempo no he documentado en esta sección todos los cambios que en la marcha hice al diseño del cuadriciclo. En cuanto pueda la actualizaré.