ВЕЛОВЕЗДЕХОД «МЕДВЕДЬ»

Я веду активный, здоровый образ жизни. Мне очень нравится кататься на велосипеде. Но это — летом. В межсезонье и зимой на нем ездить трудно и даже небезопасно — мешают грязь, снег и гололед. Я задумался, а нет ли транспортных средств с велоприводом, способных преодолевать перечисленные преграды и даже плавать? В условиях Сибири такой транспорт для недальних поездок был бы незаменим. В продаже в городских магазинах, если и было что-то подходящее, но стоило очень дорого. И тогда решил сделать такую машину сам (кстати, самую первую мою значительную конструкцию). Даже еще не начав строительства, дал ей название в честь «хозяина тайги» — «Медведь».

Просмотрев подшивку журналов «Моделист-конструктор» с 2005 по 2010 год, узнал, что существует довольно много разнообразной самодельной техники (разных видов и типов), не нуждающейся в дорогах. Для реализации своего замысла в качестве прототипа выбрал «пневмоход» — всесезонное транспортное средство с шинами низкого давления.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Хотелось построить достаточно простую и в то же время оригинальную машину, обладающую высокой надежностью, проходимостью и устойчивостью, удобную в эксплуатации. Таковым представлялся четырехколесный полноприводной веловездеход на шинах низкого давления, к тому же имеющий задний ход. Причем машина должна быть двухместной: во-первых — для увеличения «мощности»; во-вторых — если застрянешь — легче вытаскивать; ну и в-третьих — вдвоем просто веселее.

Проектированию веловездехода предшествовало изучение соответствующей литературы, интернет-источников, чтобы выявить конструктивные особенности, позволяющие транспортному средству преодолевать пересеченную местность, болота, снеговые заносы, водные преграды. В то же время вездеход не должен наносить урон легкоуязвимой северной природе.

Были выполнены эскизы веловездехода в нескольких вариантах (впоследствии выбран один), рассчитаны приблизительно потребность и стоимость материалов и деталей, необходимых для создания машины. В ходе проектных работ изучил сортамент применяемых материалов и характеристики изделий, освоил программу Microsoft Office Visio 2007.

ОПИСАНИЕ ВЕЛОВЕЗДЕХОДА

Трансмиссия вездехода не совсем обычная. Она двойная. Ведущий пилот (он же рулевой) с помощью «персонального» цепного привода вращает передний вал с колесами, а «ведомый» пилот посредством своего такого же привода -задние колеса. Приводы — велосипедные, односкоростные. Только ведущую и ведомую звездочки поменял местами (по сравнению с велосипедом: теперь малая стоит на каретке, а большая — на валу), то есть передачу сделал понижающей -количество зубьев ведущей звездочки меньше, чем у ведомой. Ведущую на 32 зуба снабдил более длинными, чем штатные, шатунами. В качестве ведомой применил ведущую звездочку от велосипеда «Урал» на 48 зубьев. Уменьшение передаточного числа до 0,67 и увеличение длины шатунов позволили обеспечить достаточный крутящий момент.

Для простоты конструкции и повышения проходимости решил отказаться от дифференциала и сделать привод, как у детского велосипеда — даже без втулки и обгонной муфты. Такой «прямой» привод дает возможность двигаться задним ходом, что в условиях бездорожья или стесненных условиях немаловажно. Привод каждого вала осуществляется независимо. Сплошной вал в любых дорожных условиях вращает сразу оба колеса. Хотя такой привод затрудняет поворот и педали крутятся постоянно. Но ведь вездеход сделан не для катания с горок.

Валы изготовлены из шестигранника S24. Концы валов проточены под подшипники 202 и отверстия ступиц колес. Корпуса подшипников изготовлены из трубы подходящего диаметра и приварены к ползунам. Ступица колеса прижимает подшипник к валу, не позволяя ему «гулять». Соединения ступиц колес с валом — шпоночные. Ступицы ведомых звездочек тоже шестигранные — кованые.

РАМА

На вездеходе применена «ломающаяся» рама, состоящая из двух, шарнирно связанных частей («полурам»), которые могут поворачиваться относительно друг друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Такая конструкция позволяет избавиться от зависания колес при передвижении по неровной дороге. Для обеспечения достаточной жесткости и небольшой массы раму решил изготовить из сравнительно легкой профильной трубы сечением 20x20x2 мм.

Обе полурамы имеют одинаковые размеры и отличаются только некоторыми деталями соединения (сочленения) и подседельными стойками. Перед сборкой (сваркой) на продольные балки (лонжероны) одеваются ползуны — отрезки трубы сечением 25x25x2 мм длиной по 100 мм. К передней полураме привариваются рулевые рычаги в сборе с осями, а к задней — рулевая сошка.

Шкворень — Т-образная деталь, соединяющая две полурамы, переделан из старого шарнира карданного вала грузового автомобиля.

КОЛЕСА

Колеса вездезхода — спицевые. Ободья и спицы — достаточно легкие и прочные, изготовлены из профильной трубы квадратного сечения 10x10x1,5 мм. В качестве шин использованы камеры от автомобиля КамАЗ.

Не буду приводить расчетов, которые я производил, чтобы определить запас плавучести «Медведя» (их может сделать любой старшеклассник), но скажу, что сила Архимеда почти вчетверо больше, чем вес вездехода. Стоит отметить, что при длительном нахождении на солнце или морозе камеры приходят в негодность — становятся жесткими, на них появляются трещины. Для решения этой проблемы можно использовать облегченные покрышки или обматывать камеры брезентом.

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Рулевое управление (только у «ведущего») — рычажное, посредством «перелома» полурам. В передней части рамы на оси установлены два слегка изогнутых вертикальных рычага (как у гусеничного трактора) длиной по 800 мм. Верхняя их часть загнута к центру, а нижняя — смещена к колесам, чтобы рулевые тяги не мешали педалям. Длина нижнего рычага составляет 200 мм, что дает четырехкратное увеличение усилия. Рулевые тяги взяты от автомобиля ВАЗ-2106 и переделаны. Перед «ведомым» установлен велосипедный руль, который служит лишь поручнем.

ЗИМНИЕ ПОЛЕВЫЕ ХОДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Для зимних испытаний вездехода использовали методику, описанную в статье Р.Г. Данилова «Автомобили для бездорожья». Испытания проводились на дороге и на заснеженном поле с покровом от 200 до 600 мм. Вертикальные препятствия имитировались с помощью снежных брустверов различной высоты. Температура воздуха менялась от -5 до -20 °С. Вездеходом управляли я и Максим Ермаков.

«Медведь» хорошо шел по твердой прямой дороге. Но, как и ожидалось, из-за отсутствия дифференциала, при повороте (когда одно из колес притормаживалось) становилось труднее, приходилось увеличивать нагрузку и на педали. Этот же фактор сказывался и на маневренности. Радиус поворота составил 4 м.

При движении по пересеченной местности «Медведь» свободно преодолевал препятствия высотой до 400 мм. Этому способствуют «ломающаяся» рама и высокий клиренс «Медведя» (370 мм.). При попытке проехать по рыхлому снегу глубиной 400 мм выяснилось, что трансмиссия с передаточным числом 0,67 не обеспечивает достаточного крутящего момента на колеса (у водителей не хватало сил). При движении по снегу глубиной менее 200 мм «Медведь» шел уверенно, но водители быстро уставали. Наличие заднего хода оказалось необходимым при развороте на стесненных участках местности или дороги. При застревании на сложных участках можно прибегнуть к «раскачке» машины.

После замены ведущей 32-зубой звездочки на 22-зубую (передаточное число снизилось до 0,46) максимальная скорость по хорошей дороге уменьшалась, зато движение по снегу, а также через препятствия значительно облегчилось.

Но нам с трудом удалось проехать по снежной целине с покровом 400 -500 мм. При этом глубина колеи составила 300 мм. Это означало, что шины «Медведя», вместо того чтобы подминать снег, режут его, что ухудшает проходимость. Было замечено, что при накачивании камеры раздуваются неравномерно, местами образуются выпуклости, нарушающие геометрию колеса. Для предотвращения этого явления на камеры колес поставили наружный бандаж из старого пожарного рукава.

После установки бандажа «дорожка» колеса стала относительно плоской. Наружный диаметр колеса уменьшился на 100 мм, ширина увеличилась на 40 мм. При движении по 430-мм снежному покрову глубина колеи уменьшилась до 200 — 240 мм. Благодаря увеличению пятна контакта колеса стали меньше пробуксовывать.

Для измерения возможностей по преодолению уклонов на передней полураме смонтировали самодельный угломер. При испытаниях «Медведь» начинал сваливаться на бок только на косогоре с поперечным уклоном в 35° и забирался в гору с подъемом до 17°.

ЛЕТНИЕ ХОДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Проводились на сырой луговине, заболоченном водоеме, грязевом болоте. При движении по сырой луговине за «Медведем» оставалась колея из примятой травы. После прохождения по ней пешком обнаружил, что мои следы наполнились водой. По расчетам, вездеход оказывает удельное давление на грунт в 2,5 раза меньшее, по сравнению с человеком.

Испытания вездехода на плавучесть проводили на заболоченном водоеме, и они полностью подтвердили расчеты.

«Медведь» имеет положительную плавучесть. Скорость движения по воде была не больше 1км/ч, при этом на крутящиеся элементы трансмиссии наматывались водоросли. Попытка движения по плавучим островам камышей не удалась -нам не хватило сил.

Двигаться по пересеченной местности (кочкам, ухабам) в летнее время по тому же маршруту легче, чем зимой, так как отсутствуют препятствия в виде снежных сугробов. Мы преодолевали кучу песка высотой около 1200 мм. «Медведь» хорошо идет по кочковатой луговине и пересеченной местности. Максимальная скорость, которую смогли развить на вездеходе по хорошей грунтовой дороге, — 6 км/ч.

Во время эксплуатации выяснилось, что не все велосипедные детали и узлы трансмиссии при установке на вездеход выдерживали нагрузки и выходили из строя. Их приходилось заменять более прочными самодельными или мотоциклетными.

После испытаний мы пришли к выводу, что при движении по вертикальным преградам с поперечным уклоном необходимо снижать скорость, а длительный подъем сильно затруднен. Тяжело было двигаться и по глубокому рыхлому снегу. Проходимость же по грязевым болотам и сырой луговине оказалась хорошая, а по пересеченной местности с небольшими вертикальными препятствиями — удовлетворительная.

Небольшой вес веломобиля (от 70 до 90 кг с поклажей) позволяет в сложных дорожных условиях вытаскивать его вручную.

ИСПЫТАНИЯ НА ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ

Для испытаний на тяговое усилие использовали методику, описанную в книге Ю.В. Гинзбурга «Промышленные тракторы». Испытания проводились с помощью электронного переносного динамометра АЦД на ровной бетонной площадке в помещении (при температуре + 14°С) и на укатанной снежной дороге (при температуре на улице -14°С). Полная масса «Медведя» (с седоками) составила около 240 кг.

Для измерения тягового усилия веловездеход прицепляли через динамометр к неподвижному грузу массой 500 кг. Начинали вращать педали, равномерно увеличивая силу давления на них до момента пробуксовки колес. При этом фиксировалось на динамометре максимальное значение приложенной силы. Испытания проводились пятикратно, и затем вычислялось среднее значение. Было произведено измерение тягового усилия переднего, заднего и полного приводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе строительства «Медведя», проведения его ходовых испытаний и многочисленных промежуточных доработок я изучил особенности конструкции вездеходов, их агрегатов и узлов. Выявил достоинства и недостатки своей конструкции, факторы, влияющие на кпд трансмиссии.

К достоинствам «Медведя» можно отнести: хорошую проходимость по пересеченной местности, грязи, болотам, сырой луговине и даже по воде, простоту конструкции, экологичность и бесшумность. Вездеход привлекает к себе внимание окружающих благодаря своей необычной конструкции. Использование велопривода позволяет приближаться на вездеходе непосредственно к местам их обитания, без стресса для диких животных и птиц проводить наблюдения за ними. Понятно и то, что вездеход, тем более плавающий, незаменим для охоты и рыбалки в нашей местности. «Медведь» — это экологичное транспортное средство повышенной проходимости, которое подходит для путешествий по пересеченной местности и бездорожью, активного отдыха и в качестве велотренажера. Для его управления не нужно водительское удостоверение. Однако необходима слаженная работа «ведущего» и «ведомого», их спортивная подготовка и навыки управления.

К недостаткам «Медведя» можно отнести: затрудненное движение по рыхлому глубокому снегу, небольшую скорость, отсутствие тормозов.

Бездифференциальный привод негативно сказывается на маневренности, но положительно — на проходимости, что в условиях бездорожья важнее. Длительный подъем по уклону вверх затруднен, но при необходимости один из членов экипажа может и подтолкнуть машину.

Предварительные расчеты показали, что вездеход обладает необходимым запасом плавучести.

В ходе же испытаний, при движении по болотистой местности выяснилось, что «Медведь» не только не тонет, но и не кренится и может передвигаться по воде, почти как по суше (только медленнее), с двумя седоками.

В дальнейшем я планирую оснастить «Медведь» дифференциалами, багажниками и тормозами (хотя экстренное торможение можно осуществлять резким поворотом — веломобиль тут же останавливается даже на воде).

Результаты испытаний на тяговое усилие

PS. Выражаю благодарность моему деду — Сергею Николаевичу Балину за помощь в проектировании и сборке вездехода.

И. БАЛИН, г. Тобольск, Тюменская обл.

Литература

1. Р. Данилов. Автомобили для бездорожья. «Техника и вооружение» № 7, 2009, с. 11.

2. Ю. Гинзбург и др. Промышленные тракторы. М.: Машиностроение, 1986.