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トラクター

概要

  • 電動トラクター の自作プロジェクトの記録
  • 子供向け の安全設計と機能重視
  • シャーシ、操舵、リアアクスル など各部の工夫と課題
  • 設計・組立時の失敗談 や改善ポイントの共有
  • 今後の改良余地 や使用感のまとめ

電動トラクター製作記

  • 約6ヶ月間 かけて製作した自作電動トラクター
  • 子供と一緒に作業 し、ものづくりの楽しさ体験
  • Lucy と一緒にガレージで作業する時間の思い出
  • 3歳児 の集中力の短さも含め、親子の交流の場
  • ものづくり哲学 を子供に伝える試み

仕様

  • 350Wブラシ付きDCモーター36Vリチウムイオンebikeバッテリー による駆動
  • 低速走行 を重視した安全設計
  • リアアクスルはソリッド で、後輪が常に同時に回転
  • フロントアクスル は中央ピンでピボット、凹凸地形でも4輪接地
  • ケーブル式ディスクブレーキ 装備(効きは弱いが最低限の安全性確保)
  • シート位置調整 可能、子供から大人まで乗車対応
  • 大人が乗ると操舵性が悪化、重心バランスの課題
  • リア片輪をフリーにすると登坂時に難あり、小児向けなら問題なし

シャーシ

  • 合板製ボックス構造、底面オープン型
  • 前輪はSack Truck用 の安価なホイールを流用
  • eBayで新品2個セットが£12 とコストパフォーマンス良好

操舵機構

  • Ferguson TE20 のステアリング構造を模倣
  • 角度グラインダー用ギア で自作ギアボックス作成
  • CAD上では問題なかったが、実機組み込みに苦労 (シャフトが側面から突出)
  • 内部組立で対応、今後は着脱式設計を推奨
  • 3mm厚軟鋼フラットバー でアーム自作、簡易かつ実用的
  • クラッシュ時にスリップする設計 でギアボックスの破損防止
  • 自作ステアリングホイール (CNCアルミ+3Dプリントグリップ)、強度に課題

リアアクスル

  • 乗用芝刈機用後輪 を採用、19mm径対応
  • 20mmアクスル+ピローブロックベアリング を選択し、端部を19mmに加工
  • ミニ旋盤のスピンドルボア問題 を工夫で解決
  • 手作りCNCでアクスルにフラット加工、ホイールのキー溝対応
  • スプロケットとブレーキディスクの固定方法 は最初ボルト留め→溶接に変更(強度向上)

カウンターシャフト

  • モーター直結では減速比不足 (30:1必要、現実的でない)
  • カウンターシャフト追加で減速比調整
  • M12ボルトをシャフトとして活用、各部の固定も工夫

リバース機構

  • モーターコントローラーにリバース機能なし
  • DPDTスイッチで極性切替 による前後進制御
  • 10A対応スイッチ使用、レバー追加で操作性向上
  • レバーは木製、ベアリング無しでも十分

ブレーキ

  • ミニモト用ブレーキを流用、効きは弱いが最低限
  • ケーブル式、木製ピボットで十分な耐久性
  • 摩耗時も簡単にブッシュ交換可能

ボンネット

  • Ferguson TE20風デザインを断念
  • 複雑な曲面を避け、単純な曲面で代用
  • ケルフベンディングで成形を試みるも失敗
  • グルーとボディフィラーで形状を修正し満足の仕上がり

スロットルコンディショナー

  • スロットル応答の調整にArduinoを活用
  • 初期加速が急で、その後パワー不足になる課題
  • Arduino出力の電圧上限問題で100%スロットル不可
  • 複雑化を避け、最終的に電子回路を撤去

今後の課題とまとめ

  • 強度や操作性のさらなる改善余地
  • 子供と一緒にものづくりを楽しむ価値の再認識
  • 部品流用や自作加工の工夫が随所に活きる
  • 失敗から学び、次回に活かす設計思考
  • 子供の創造力や好奇心を育むプロジェクトの意義

Hackerたちの意見

全然関係ないけど、https://protohackers.com/ は僕が好きなジェームズのプロジェクトの一つだよ。 :)

彼は自作のコンピュータもゼロから作ったんだ。ジェームズは本当に頭のいいやつだね。

昨年の夏に似たようなことをやったよ。僕のCraftsman LT1400は標準の500ccブリッグスエンジンを使ってるんだけど、そのエンジンには悲惨な設計上の欠陥があって、シーズンに一回くらい自爆しちゃうんだ。何回かエンジンを正しく再構築してみたけど、結局諦めた。トラクターをフレームまで分解して、大部分のパーツを取り外したよ。40ドルのリョービの歩行式モアのモーター(42Vだけど実際は36V)や、いくつかのスクーター用コントローラー、プーリーを使った。リチウムイオンバッテリーを2つ使ったけど、もっと容量が欲しいなら大きな鉛蓄電池の12Vを3つ買っておくべきだったな。それでも、充電1回で1時間くらいは草刈りできて、丘も含めてほぼ1エーカーを終わらせられるよ。作るのに合計8日くらいかかって、約800ドルかかった。僕のセットアップは、1つのモーターで車輪を駆動させて、デッキに2つのモーターを直接ブレードを駆動させるようにしてる。ICEエンジン版のベルトシステムはめちゃくちゃ非効率だったけど、このシステムはパワーの20%くらいで、草刈りの性能は良くて、信頼性も抜群。150ドルでソーラーアレイとコントローラーを手に入れれば、バッテリーの充電ができて、ベルトとブレードの交換以外は一生お金がかからない。作るのが一番大変だったのは、駆動モーターの取り付け位置を合わせたり、安全システム(ブレーキセンサー、シートセンサーなど)を配線したりすることだった。これ、商業的に買える製品よりもずっと良いものになったよ。5,000ドル以上の領域に入らない限り、完全にユーザーがメンテナンスできるし、ここにあるパーツはどれも100ドル以下で、すぐ手に入る。トラクターは、僕が乗っている間に大きなピクニックテーブルを動かせるくらいのトルクがある。来冬にはこれで雪を耕せるか試してみようかな。

これらのアイデアを具体化するために、写真を見てみたいな。自分も芝刈りトラクターで遊ぶ計画があるんだ。

すごくクールだね、電動化には目がないよ。ただ、ベルトドライブを外すのはちょっと不安だな。刃が障害物に当たったときに、機械や人を守るために重要なことが多いから。

もし僕だったら、2000年以前のCraftsmanのモアをベースに始めたかも。6速トランスアクスルにディファレンシャルが付いていて(これでステアリングの問題が解決される)、ブレーキも内蔵されてる。壊れたガソリンエンジンの中古品が100ドル以下で手に入ることも多いし、古いトラクターのボックス型の外観もいいよね。プーリーの比率を調整してスピードを遅くすることもできるし、子供がもう少し大きくなるまで高いスピードをブロックすることもできる。確かに、こういうプロジェクトの目的は最終結果だけじゃないのは理解してるよ。どんな技術を練習したいか、必要な作業が何かによるよね。既存のモアを電動に改造して、クラシックなトラクターのように仕上げるのも楽しいプロジェクトだと思う。

そのトランスアクスルは(スピードの数が違うけど)安く手に入ることがあるけど、探さないといけないね。ただ、子供のおもちゃが目的だったから、あのモアはその用途には大きすぎるけど。

でも、それは内燃機関だから、子供が遊びたいときにみんなをイライラさせるよね。爆発を制御して移動するのはすごい業績だけど、子供には電気が未来だっていう考えを根付かせたいな。

彼が丘について言ってたけど、子供たちが転がって潰されるんじゃないかと心配だよ。俺は古い座って使う芝刈り機を持ってるけど、すごく重いんだ。ニュージーランドにいるけど、農場で四輪バイクの事故で毎年何人か亡くなってる。子供たちが多いんだよね。みんな気をつけてるけど、傾斜のある場所での四輪バイクは危険だよ。

うわ、あの溶接はひどいね。著者は記事の最後で溶接についてコメントしてるけど、MIGのセットアップを使ってるなら、極性が逆になってるか、ガスシールドが間違ってる可能性があると思う。僕の機械では、フラックスコアワイヤーとシールドガス付きのソリッドコアワイヤーは逆の極性が必要なんだ… 出典:僕はひどいアマチュア溶接士だから。

最後のセクションでこれについて話してるよ。著者はフィードと現在の設定を溶接特性に関連付けるのに苦労してた。個人的には、ペダルと手動フィードで管理するのが好きだな。

インドに行って以来、こんなにひどい溶接を見たことがないよ。建物が崩れそうだったから、写真を撮らざるを得なかったくらいだ: https://imgur.com/a/16FRlEW でも、作りの精神は好きだし、溶接のきれいさはあまり関係ないケースだから、頑張ってほしいね。

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