ВЕЛОМОБИЛЬ ДЛЯ ПРОГУЛОК И ДЕЛА

В настоящее время автомобильные «пробки» и смог стали основной проблемой не только мегаполисов, но и небольших провинциальных городов. Развитие велотранспорта является хотя бы частичным решением данной проблемы, потому что этот тип машин не требует топлива и не загрязняет окружающую среду.

Велосипед — мобильный и маневренный транспорт, значительно сокращающий время на дорогу. Но он требует для устойчивости (балансирования) достаточно высокой скорости, а при остановках — быстрого соскакивания с седла или «выкидывания» ноги как дополнительной опоры. Потому велосипед — это все-таки транспорт молодых. А как быть остальным? Решение вопроса — веломобиль!

Увлечение велоспортом и техническим конструированием позволило мне создать в недалеком прошлом двухместный четырехколесный веломобиль-вездеход «Медведь». Он обладает неплохой проходимостью, но, к сожалению, небольшой скоростью. Приобретя при его создании определенный опыт, решил изготовить скоростной веломобиль для поездок по городу и загородных прогулок.

Просмотрев имевшуюся подшивку журналов «Моделист-конструктор» с 2005 по 2010 год, я ознакомился с несколькими конструктивными схемами веломобилей, выявил их достоинства и недостатки.

Составил для себя техническое задание на одноместный веломобиль. Он представлялся мне легким, маневренным, скоростным, устойчивым, а также соответствующим требованиям безопасности.

Перед собой поставил следующие задачи:

1. Изучить и проанализировать научную, техническую литературу, интернет-источники по проектированию и сборке веломобилей.

2. Произвести анализ существующих конструкций веломобилей.

3. Выявить и внедрить конструктивные особенности, позволяющие иметь хорошую устойчивость и маневренность, развивать высокую скорость.

4. Изучить и освоить программы Microsoft Office Visio 2007, Google Sketch Up и с их помощью разработать чертежи и 3D модель.

5. Спроектировать веломобиль, разработать конструкторскую и технологическую документацию.

6. Построить веломобиль.

7. Разработать методику ходовых испытаний, провести их.

8. Выявить недостатки, поставить задачу по дальнейшему совершенствованию конструкции.

9. Определить области практического применения машины.

При проектировании и конструировании я опирался на нормативно-правовую базу РФ (ПДД [1]), учитывал требования «Временных технических требований к веломобилям», технологические возможности изготовления в домашней мастерской и уровень своих навыков в рабочих профессиях.

Для своего веломобиля выбрал трехколесную схему с двумя передними рулевыми колесами и одним задним -ведущим.

Для наглядности предварительно в компьютерной программе Google Sketch Up создал 3D-модель, на которой определил компоновку веломобиля.

Вилки задней полурамы-треугольника использовал от промышленного велосипеда — на них уже были места крепления переключателя скоростей и дисковых тормозов. Передние колеса — с консольным креплением к раме. Поворотные узлы в первой модификации были использованы от инвалидной велоколяски советского производства, а позже заменены на кулаки собственной конструкции.

Для придания машине индивидуальности и чтобы она была хорошо заметна на дороге, раскрасил ее в черно-желтые цвета. А по расцветке назвал свой веломобиль — «Шершень». С помощью программы Microsoft Office Visio 2007 составил рабочие чертежи, по которым и изготавливал веломобиль.

Чашка анатомического сиденья выколочена из листового алюминия, оклеена паролоном и покрыта кожзаменителем; что создает водителю удобство посадки, педалирования и управления машиной.

Основная часть рамы изготовлена из трубы квадратного сечения 30×30 мм, которая обеспечивает и легкость, и жесткость конструкции, являющихся необходимыми факторами нормального функционирования педальной машины. Место перегиба рамы под сиденьем усилено двумя накладками. Для выноса рулевых колес вперед траверса рамы имеет радиус загиба 1000 мм. Это сделано для лучшей развесовки веломобиля (равномерного распределения массы на все колеса), повышения курсовой устойчивости и чтобы траверса не мешала ногам крутить педали.

Регулировка натяжения цепи осуществляется с помощью телескопического крепления кареточного узла. Этим же достигается оптимальное расстояние от сиденья до педалей для разных веломобилистов. Эксцентриковые зажимы (взяты от крепления седла велосипеда) упрощают эту операцию. Вынос (консоль) педального узла (каретки), подвергающийся значительной деформационной нагрузке на скручивание и изгиб, усилен уголком из разрезанной по диагонали профильной трубы квадратного сечения 30×30 мм.

Для повышения комфорта при движении по неровным дорогам установлен амортизатор на заднюю часть рамы. Соединительный шарнир разработал и изготовил сам.

Длины стандартной велосипедной цепи оказалось недостаточно, ее пришлось срастить из нескольких кусков. Чтобы избежать провиса и загрязнения цепи, нижнюю ее часть пропустил через полиэтиленовую трубу диаметром 20 мм, которую прикрепил хомутами к раме. Верхняя часть цепи проходит через два направляющих ролика, которые находятся под сиденьем.

Привод рулевого управления веломобиля осуществляется двумя руками, что способствует безопасности пере движения. Органы управления тормозной системой и переключения передач находятся на рукоятках руля.

Для изготовления рулевых тяг использовал поперечный стабилизатор легкового автомобиля, имеющий небольшие, подходящие для веломобиля, размеры. Система рулевых тяг выполнена по типу рулевой трапеции. Тяги имеют шаровые шарнирные наконечники, позволяющие избежать люфта рулевой системы, что улучшает управляемость и делает управление более информативным (повышает «чувство руля») и ограничивает угол поворота колес. Для возможности регулировки тяги были разрезаны и удлинены, на одной из половинок нарезана резьба М8.

Использование ролика от ремня ГРМ легкового автомобиля в качестве прижимного позволило сделать крепление руля удобным и надежным, а рулевую систему — компактной.

Для снятия поперечной нагрузки при повороте шкворень поворотного кулака на «Шершне-2» наклонен от вертикали на 15° (угол кастора), что позволяет колесам наклоняться к центру поворота.

Веломобиль имеет две тормозные системы: рабочую и стояночную, с приводом на заднее колесо. Стояночная тормозная система совмещена с рабочей.

Для повышения эффективности снижения скорости установил на «Шершень» дисковые тормоза. Чтобы установить передние дисковые тормоза, разработал втулку под усиленную консольную ось, имеющую крепление тормозного ротора. На поворотные кулаки установил тормозные калиперы.

Разработанная мной система тросов позволяет управлять передними тормозами одной рукой. Элементы тормозных систем легкодоступны для технического обслуживания и ремонта. На веломобиле установлены стандартные велосипедные шины, соответствующие по максимальной нагрузке и допустимой скорости технической характеристике «Шершня».

Для обеспечения безопасности и надежности при изготовлении веломобиля использовал следующие заводские велосипедные детали. Также применялись шарикоподшипники различных размеров и тяги стабилизатора легкового автомобиля. Ролики ГРМ и тяги стабилизаторов можно использовать бывшие в употреблении, которые можно найти на любом СТО. Стоимость покупных деталей составила около 17 000 рублей.

Испытания веломобиля проводились в соответствии с «Временными техническими требованиями к веломобилям» 1988 года, разработанными Центральным конструкторско-технологическим бюро велостроения (г.Харьков) совместно с секцией веломобилей Всесоюзной федерации велоспорта СССР при участии ГАИ СССР, редакции журнала «Техника — молодежи», и утверждены Министерством автомобильной промышленности СССР.

Для измерения тормозного пути я пользовался общепринятой методикой. Веломобиль разгонялся до скорости 20 км/ч. При пересечении отметки производилось резкое торможение. Измерение проводилось в троекратном повторе. В результате средний тормозной путь составил около 3,8 метра.

Для проверки работоспособности стояночного тормоза снаряженный веломобиль устанавливался на поверхность с уклоном 16° и включался тормоз — машина оставалась неподвижной.

Испытания на скоростную маневренность проводились в спортзале МАОУ СОШ № 16 имени В. П. Неймышева города Тобольска. Была сооружена трасса протяженностью 100 м. Дистанция разделена на несколько этапов: старт, «змейка», поворот, «восьмерка», поворот и финиш. Радиус поворота — 7,5 м. Расстояние между конусами на этапе «змейка» и диаметры окружностей на этапе «восьмерка» равны трем метрам. Для сравнения скоростной маневренности дистанция была пройдена на велосипеде марки MTR и веломобиле в трехкратном повторе.

Средняя скорость прохождения дистанции примерно одинакова, отставание от велосипеда составляет в среднем 0,1 секунды.

При прохождении резких поворотов на большой скорости передние колеса и поворотные кулаки веломобиля хорошо держат большую поперечную нагрузку. По субъективным ощущениям «Шершень» при выполнении скоростных маневров устойчивее и безопаснее велосипеда.

Для замера наименьшего радиуса поворота веломобиля совершался кольцевой заезд по площадке. При этом радиус окружности по следу внешнего колеса составляет шесть метров. Веломобиль устойчив при движении на сухой асфальтированной площадке по кругу диаметром 50 м со скоростью 30 км/ч (явления заноса не наблюдается). На снежной дороге веломобиль разгонялся до максимальной скорости 30 км/ч.

ИСПЫТАНИЯ НА ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ (FT)

Испытания проводились для сравнения тягового усилия велосипеда, веломобиля и веловездехода «Медведь» по методике испытания тракторов, описанной в книге «Промышленные тракторы» Ю. В. Гинзбурга [1]. Испытания проводились на ровной бетонной площадке в помещении, температура воздуха в котором составляла +19 °С. Измерения осуществлялись электронным переносным динамометром АЦД, через который машина соединялась с грузом массой 500 кг.

Для измерения тягового усилия на динамометр равномерно прилагалась сила до момента пробуксовки колес, при этом фиксировалось максимальное значение. Испытания проводились в трехкратном повторе с расчетом среднего значения (результаты приведены в таблице 2).

В ходе тяговых испытаний удалось выяснить, что наименьшее тяговое усилие имеет веломобиль «Шершень». Веловездеход «Медведь», изготовленный мной ранее, имеет большее тяговое усилие, но управляется он двумя людьми и имеет четыре ведущих колеса. При испытаниях веломобиля заднее колесо пробуксовывает и имеет меньшее сцепление с поверхностью, что говорит о смещении центра тяжести вперед. Вынос педального узла имеет достаточную жесткость и не подвергается деформации. Благодаря тому что тело имеет упор в спинку, есть возможность подать большее усилие на педали, по сравнению с велосипедом.

Скоростное маневрирование

В ходе конструирования веломобиля «Шершень», проведения ходовых испытаний и многочисленных доработок были изучены особенности конструкции элементов веломобилей. Измерено тяговое усилие. Выявлены достоинства и недостатки моей конструкции, факторы, влияющие на скорость, прочность и маневренность.

К достоинствам «Шершня» можно отнести устойчивость, маневренность, высокую скорость, простоту конструкции управления, экологичность и бесшумность. Веломобиль привлекает к себе большое внимание благодаря своей необычной конструкции и яркому цвету, что также способствует безопасности на дороге. Желающие прокатиться на нем испытывают бурю положительных эмоций.

Веломобиль «Шершень» отлично подходит для активного отдыха, используется он и в качестве велотренажера.

Удобная посадка позволяет разгрузить спину, что может быть полезным для людей с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата.

Главные недостатки, по сравнению с велосипедом: большие габариты, высокая себестоимость. В связи с тем что при создании «Шершня» я учитывал свои антропометрические данные — не всем людям удобно на нем ездить.

Испытания на тяговое усилие

Для управления веломобилем нет необходимости получать водительское удостоверение, но надо ознакомиться с §24 ПДД Российской Федерации, которым регламентируется движение велотранспорта [4].

Веломобиль можно использовать как транспортное средство для прогулок по городу, походов по шоссе с асфальтовым покрытием и даже грунтовым твердым дорогам. Его можно применить и на производстве как внутризаводской транспорт — для передвижения сотрудников по территории заводов и больших цехов (кстати, это благотворно скажется и на их здоровье).

Веломобиль — устойчив, что позволяет передвигаться на нем людям, не умеющим ездить на велосипеде, и при этом избегать травматизма, а также использовать его как «подручное» средство передвижения жителей городов, особенно людей пожилого возраста или с ограниченными физическими возможностями. Да и молодые автомобилисты не откажут себе в удовольствии прокатиться с комфортом, а заодно и размять мышцы.

При желании, веломобиль можно оборудовать багажником для перевозки мелких грузов и прицепом для перевозки грузов массой до 100 кг. Такой самодельный прицеп эксплуатирую уже несколько лет. Летом хочу провести ходовые испытания веломобиля с прицепом в условиях многодневного велопохода.

Практическая значимость машины заключается в том, что этот проект можно предложить для изготовления транспортного средства в домашней мастерской людям, имеющим навыки слесарных и сварочных работ.

Источники информации:

1. Гинзбург Ю.В., Швед А.И., Парфенов А.П. Промышленные тракторы. — М.: «Машиностроение», 1986.

2. Егоров А. Тролль — деловой веломобиль. — «Моделист- конструктор», № 7 — 1989.

3. Егоров А. Трехколесный семейный. — «Моделист-конструктор» № 1, 1986.

4. Правила дорожного движения Российской Федерации. — М.: «Информбюро», 2014.

5. Сергеев И. Амфипед. — «Моделист-конструктор», 1980.

И. БАЛИН, г. Тобольск, Тюменская обл.