Täälläkin on paljon ollut puhetta, miksi Jopon runko katkesi ja 13-vuotiaan hampaat siinä samalla. Kun katsoin hajonneen rungon kuvia niin tämä ei yllättänyt ainakaan minua. Kyseessähän on siis alumiinirunkoinen Jopo3 polkupyörä. Ylen artikkeli tapauksesta

Kun katsoon runkoputken lähikuvaa siitä näkyy selvä rasitusmurtuma ja lopulta putki on revennyt siististi poikki. Alumiinihan on tunnettu siitä, että jos sitä hitsataan se menettää ison osan lujuudestaan, huonoimmissa tapauksissa rakenne on jopa 70% heikompi sauman vierestä kuin mitä perusraaka-aineen lujuusarvot kertovat.

Mitä tässä on voinut tapahtua niin oletan, ettei tehtaalla ole otettu täysin huomioon etujarrun aiheuttamaa rasitusta rungolle. Perusrunko nimittäin kestää helposti 1000N voiman, eli noin 100kg painavan kuskin aiheuttaman perusrasituksen. Maksimi rasitus on 25MPa luokkaa, minkä runko kestää ongelmitta. Kohta mistä runko meni poikki, ei ole ollenkaan rasituksessa tässä perustilanteessa. Tämähän on ollut perinteisesti se rasitus mitä Jopoihin kohdistuu, kun niistä on puuttuneet etujarrut.

Tilanne muuttuu täysin erilaiseksi siinä vaiheessa, kun tilanteeseen otetaan mukaan etujarrun aiheuttama hidastava voima. Rakenteeseen tulee tässä vaiheessa täysin uudenlaisia rasituksia ja maksimi rasitus on noussut 45MPa ja se on juuri siinä kohti mistä murtuma on lähtenyt liikenteeseen. Jos halutaan suunnitella kestäviä alumiinisia rakenteita pitää olla erityisen tarkkoja käytettävissä alumiinilaaduissa sekä pyrkiä välttämään hitsaamista sillä silloin alumiini menettää jopa 70% lujuudestaan hitsisauman vierestä.

Mitä tulee väitteeseen että keuliminen olisi hajottanut rungon, en ihan täysin sitä pysty nielemään, sillä kun laitetaan etupyörälle 300N voima ylöspäin joka on arvio yläkanttiin niin laskelmat osoittavat, että rasitukset kohdistuu rungossa täysin eri kohtaan, eikä näin ollen ole syypää rungon katkeamiseen.

Minähän et tiedä mitä alumiinilaatua rakenteissa on tarkalleen käytetty tai minkälaisilla seinämävahvuuksilla käytetyt runkoputket ovat, mutta noilla laskelmissa käytetyillä arvoilla rakenne ei tule kestämään normaalia käyttöä. Itse en omista tuommoista Jopoa niin en voi käyttää kuin kuvien perusteella arvioituja putkikokoja ja seinämiä. Tarkempia arvoja käytettäessä päästäisiin tarkempiin tuloksiin, mutta jo tämä karkea tarkastelu näyttää mikä rasitus katkeamisen aiheuttaa.

Yhteenvetona rakenteita suunnitellessa olisi syytä käyttää ammattilaisia, jotka tietävät käytettävien materiaalien, valmistusmenetelmien sekä käyttökohteiden asettamat rajoitukset. Jos vaihdetaan käytettäviä materiaaleja tulisi aina tehdä tarkat riskianalyysit mahdollisista muutoksista ja ongelmista joita eritavalla käyttäytyvät materiaalit voivat aiheuttaa. Suunnittelu vaiheessa voidaan miettiä millaisia vaikutuksia worst case scenariolla on yrityksen liiketoimintaan. En missään nimessä ole suomen paras alumiiniasiantuntija, mutta jotain tuotteita olen alumiinista päässyt suunnittelemaan. Viimeisin oma alumiinen tuote on ollut kokoalumiinen henkilöauton jarrullinen perävaunu Rivett-Trailers, jossa hitsausta pyritään välttämään juuri noiden hitsisaumojen tuomien rakennemuutosten vuoksi.

Tämä artikkeli on tehty oman osaamisen pohjalta noin 1,5 tunnin aikana, eli sitä voidaan pitää suuntaa antavana.

Edit 29.4.2019 Lisää laskelmia tehty ja taustatietoja tarkennettu.

Ehdotettiin myös mitä ohjaustanko kuorma aiheuttaa niin sillä kyllä saa vähän lisää kuormitusta, mutta kyse on paljon tasaisemmasta jännitystilanteesta jos 50kg ihminen on ohjaustangon päällä. Eikä siinäkään piikkijännitys tule tuohon kohtaan missä runko oli mennyt poikki.

Keuliessa etupyörälle varastoituu noin 205Nm potentiaalienergia, eli tekemäni 300N arviolasku oli aika pahasti pielessä. Jos lasketaan, että tuo energiamäärä kuolettuu noin 20mm matkalla saadaan alastulon rasitusvoimaksi 10250N

Jos lasketaan, että tämä voima kohdistuu maata kohti penkin ja polkimien kautta niin tilanne ei ole vielä mahdottoman paha siinä kohti mistä tuo runko oli mennyt poikki. Tällä rasituksella runko luultavasti katkeaisi vinoputken liittymäkohdan paikkeilta.

Jos voima laitetaan menemään tangosta alaspäin on tilanne sitten jo täysin toinen. Tuommoista rasitusta runko ei kestä ja sen pitäisi hajota melkein ensimmäisellä keulimisella. Eli todellinen rasitus on jotain näiden kahden laskelman välistä. Täysi varmuus saataisiin oikeilla mittauksilla kyseisellä rungolla. Minusta pyöräilijän massa toimittaa voiman alaspäin niin se voima kuuluisi laittaa menemään penkin ja polkimien kautta keulimistilanteessa. Toki jos jollain on parempaa tietoa miten voimat pitäisi laittaa menemään niin tehdään lisää laskelmia.

Tulee pyörän runkoon voimia myös kun lähdetään keulimaan. Arvioin, että 100kg kaveri saa vetää tangosta 35kg edestä taakseppäin, että keula nousee. Tuosta ei kuitenkaan tule mahdottoman suurin voimia runkoon.





Etujarrulla pitäisi kuulemma olla mahdollista saada 300N jarrutusvoima aikaiseksi. Miehän laskin aluksi 500N jarrutusvoiman niin se saavutetaan aika helposti, eli esimerkiksi jos ajetaan 50mm korkeaan kanttariin tarvitaan jo sen ylitykseen 294N voima jos laskussa käytetään, että etuakselimassa olisi vaikka 40kg. Eli jos ajat jarrupäällä kanttariin syntyy heti noin 600N voima. Jos kanttarin korkeus nostetaan vaikka 70mm niin voima nousee heti 370N. Lisäksi jos käytät jarrua niin helposti tulee myös vähän työnnettyä tankoa eteenpäin siihen laitoin tässä alla olevassa laskussa 150N voiman ja jarrutukseksi 600N. Kuvassa on näkyvissä vain kaikki voimat mitkä on yli 30N suurempia, eli alapuolella putkea on puristusta ja yläpuolella putkea vetoa.





Jos ajetaan 20 km/h on pyörän liike energia 1540N 100kg massalla laskettuna. Kovaa ajettaessa nuo kanttariin ajosta tulevat voimat tulevat hyvin nopeina sykäyksinä.

Laskin myös millaisia kiertymiä runkoon tulee kovaa poljettaessa, mutta sillä ei tule mahdottoman isoja jännityksiä, muualle kuin ohjaustankoon, joka on terästä, kestäen enemmän rasitusta. Eli poikkiputki pääsee kiertymään tasaisesti koko pituudeltaan.





Mitä tulee tuohon jarrutus tilanteeseen niin ohjelma kertoo, että runkoon tulee mahdollisesti jo pysyviä muodonmuutoksia tuolla 6061 materiaalilla. Ja varmuusmarginaali on alle 1, eli itse en lähtisi tämmöisellä rakenteella kauheasti ajamaan kun painoa on yli 100kg se pyörä tuntuu myös varmasti vetelältä alla sillä polkiessa.

Jos runkoputken seinämän vahvuus nostetaan 2mm -> 3mm putoaa maksimijännitys 56 MPa --> 45 MPa jolla varmuus marginaaliksi tulee 1,21. Eli vieläkään ei tällä pyörällä aikuisen ihmisen kannattaisi kauhean kovaa ajella.

Löysin myös tutkimuksen missä on todelliset voimat ajettaessa johonkin esteeseen. Jos laitetaan molemmat yhtä aikaa kohdistuvat voimat runkoon, ei katkeamiskohta ole kovalla rasituksella, kun summavoima on etupystyputken suuntainen niin se ei rasita runkoa siitä kohti niin paljoa.

Jos taas laitetaan tuo pelkästään menosuuntaa vastakkaisen suuntainen 1000N voima runkoon on runko jälleen entistä kovemmilla rasituksella. Tässä katkennut runkoputki jo 3mm seinämällä.









Jos tätä pyörää oltaisiin nyt suunnittelemassa alumiinista niin nyt pitäisi lähteä miettimään miten tuota rakennetta saisi jäykistettyä mahdollisimman helposti, sillä tuo seinämävahvuuden lisääminen ei tuo rakenteeseen paljoa jäykkyyttä lisää. Eli muotoa pitäisi lähteä optimoimaan jonka jälkeen voitaisiin tehdä tarkempia lujuusanalyysejä, kun ollaan ensin päästy suurimmista ongelma kohdista eroon.

Päivitystä tietoihin ja muutama lasku lisää 8.5.2019

Näitä käytössä tulevia voimiahan ei tarvitse arvuutella vaan netistä löytyy aika hyvin oikeita mittaustuloksia voimista joita pyörään kohdistuu normaali tai kovassa käytössä. Esimerkiksi tässä seuraavissa kovaa polkiessa tulevat rasitukset on suoraan täällä olevasta testistä:

Vaakaputki ei ole mahdottoman kovalla rasituksella vieläkään vaikka voimat ovat paljon suuremmat, kuin tekemässäni arviolaskussa. Huomaa, että tässä tulee myös taakseppäin suuntautuvia poljinvoimia, kun kuskihan makaa pyörän tangon päällä vähän etukenossa kovaa polkiessa.

Runko on kuitenkin huomattavan löysä, kuten arvata saattaa. Siirtymät on tässä rungossa 26mm luokkaa, kun ne normaali testissä olleissa pyörissä on ollut 2mm luokkaa. Toki tässä minun laskussani tuo ohjaustanko on myös alumiinia, kun se edelleen taitaa olla terästä oikeassa jopossa. Se vähentäisi vähän rungon siirtymiä, mutta ei todellakaan poistaisi niitä kokonaan.

Case saa uusia käänteitä sillä sain tietooni, että tehdas on itsekkin tehnyt alumiini runkoon jäykiste vahvikkeen juuri tuohon katkeamiskohtaan jossain vaiheessa tuotantoa, eli tehdas on ollut jo tuotantovaiheessa erittäin tietoinen, että rungon heikoin kohta on tuossa kohti. Kyseinen pyörä ostettu 2013 vuonna, tietääkö joku kertoa minä vuonna vahvistus olisi tullut runkoihin? Autotehdas maailmassa tuommoisessa tilanteessa kaikki autot olisi jouduttu takaisinkutsumaan, jos havaitaan ettei runko kestäkkään normaalia käyttöä ja siitä koituu vaaraa käyttäjille. Esimerkiksi VW turvavyö case takapenkin matkustajille, missä vyönsolki saattoi aueta väistötilanteessa.

Jos runko lasketaan uudestaan tuolla 1000N hidastavalla voimalla vahvikkeen kera niin rasitukset on tippuneet 69MPa-->40MPa tietämille katkeamiskohdassa. Laskussa tulee suuremmat rasitukset, mutta pitäisi tietää laittaa ainevahvuudet oikein myös tuohon ohjausputken sisälle. Uskon kuitenkin että siellä on sisällä sen verran enemmän tavaraa ettei jännitykset ole oikeasti noin isoja.

Eli tehtaan vahvistamat alumiinirunkoiset Jopo3 pyörät näyttäisivät kestävän rasitukset huomattavasti paremmin, eikä välitöntä katkeamisvaaraa ole enää noissa malleissa olemassa. Kuinka monta vanhaa versiota ilman tuota vahviketta on liikenteessä en tiedä, mutta ainakin heidän on edelleen syytä tarkistaa pyöränsä kunto vähintään tuosta katkeamiskohdasta, mutta myös noista muista laskuissa kovilla olleista kohdista on suotavaa tehdä tarkistukset alkaneista murtumista.

Tämän artikkelin tarkoitus on näyttää miten paljon erilaisia rasitustilanteita polkupyörään voi kohdistua sekä miten niitä pitäisi lähteä tulkitsemaan. Lisäksi tavoitteena on saada kyseisten Jopo3 pyörien omistajat tarkistamaan pyöränsä kunto säännöllisesti ja miulummin olla käyttämättä kyseistä pyörää, varsinkin jos arvostaa omaa tai lastensa terveyttä. Uuden pyörän hinta on pieni summa siitä särystä ja surusta mitä katkennut runko pahimmillaan voi aiheuttaa.







