«КОЛИБРИ-35», или вам нужен веломобиль?

Парадоксально, но жителю современного города больше забот доставляют короткие, а не многокилометровые поездки. Казалось бы, к услугам пассажиров все виды общественного транспорта: от трамвая до скоростных линий метро, поезда которого доставят вас в считанные минуты в любой конец города. Однако в повседневной жизни человек, выходя из дома, часто сталкивается с пешими микромаршрутами: купить продукты в магазинах, сходить в библиотеку, мастерскую, на рынок… Такие прогулки, зачастую с тяжелой ношей, далеко не всегда доставляют удовольствие, да и отнимают немало времени.

Неплохо иметь для поездок на небольшие расстояния какое-нибудь простое индивидуальное средство передвижения. Но единственным «домашним» видом транспорта по-прежнему остается не стареющий вот уже второй век велосипед. Компактность, небольшой вес, неприхотливость и простота конструкции, возможность хранить машину в квартире привлекают горожан. Но, к сожалению, число приверженцев велосипеда заметно ограничивается «хроническими» недостатками классической схемы. А именно: два колеса — и неизбежно плохая устойчивость; небольшой КПД привода; отсутствие комфорта, а проще — незащищенность от плохой погоды.

ВЕЛОМОБИЛЬ ИЩЕТ СЕБЯ

Он только еще зарождается, этот новый, но уже популярный вид индивидуального транспорта. И как когда-то автомобиль, он сейчас тоже переживает время поиска рациональной конструкции, резервов «мощности», формы кузова.

НА ПОДСТУПАХ К ВЕЛОМОБИЛЮ

Первый из этих недостатков можно преодолеть преобразованном двухколесного велосипеда в трицикл или квадрицикл — конечно, в ущерб компактности и весу. Такие экипажи, став многоместными, получили за рубежом большое распространение, особенно в последние годы.

С приводом дело сложнее. Максимальная сила нажатия на педаль ограничивается практически весом велосипедиста. И это при возможностях человека развивать по меньшей мере вдвое большее усилие. Но и такой недостаток преодолим. Например, так, как это достигается в конструкции японского изобретателя Хидэи Матсуура, снабдившего свой трицикл (рис. 8) сиденьем со спинкой, обеспечившей более эффективную работу педалями. Кстати, его трицикл отличается и оригинальной системой управления, состоящей из двух ручек, связанных с трапецией передних колес и тормозами.

КПД привода также можно повысить, используя схему с педалями, установленными на качающихся рычагах, соединенных гибкой связью (тросом) с ведущим колесом. Совершенствованию такой схемы конструкторы уделяют в последнее время пристальное внимание. Кроме имитации ходьбы человека, педали позволяют осуществить своеобразное бесступенчатое переключение скоростей — путем перемещения по рычагу точки крепления гибкой связи (рис. 3).

Если два недостатка принципиально устранимы, то отсутствие комфорта требует серьезного изменения конструкции. Ведь поездка на открытом со всех сторон транспортном средстве требует хотя бы особой формы одежды, что существенно ограничивает применение велосипеда в повседневной жизни.

Несколько лет назад журнал «Popular science» сообщил о появлении на американских улицах интересной конструкции изобретателя Роберта Лоудена Бундшуха. Небольшая, привлекательная на вид машина весила всего 50 кг и развивала скорость до 20 миль в час. Снабдив четырехколесный велосипед закрытым кузовом, обеспечивающим почти автомобильный комфорт, и оригинальным приводом, обладающим высоким КПД, Р. Бундшух перевел его в новое качество — веломобиль (или педикар, как назвал свое изобретение автор).

Новый вид городского транспорта быстро завоевал популярность и распространился во многих странах. Наладилось даже серийное производство. Только в США предполагается довести выпуск до 30 тыс. в год. Педикары производят также в Индии, Японии, известен веломобиль в Англии, Франции, Австралии и других странах.

Действительно, это простое и удобное средство транспорта — именно то, что требуется для небольших поездок в городе. Появился первый педикар и у нас в стране. В 1975 году харьковчанин Ю. Стебченко создал веломобиль «Вита», о котором подробно рассказывалось на страницах «М-К» (1976, № 7).

Интересно познакомиться поближе с конструкцией педикара Р. Бундшуха, так как в ней сконцентрировались все достоинства и проблемы веломобиля.

Основа его — рама, на которой установлены закрытый стеклопластиковый кузов, рассчитанный на одного человека, привод, колеса и удобное сиденье.

«Изюминка» изобретения — привод. Он состоит из качающихся педальных рычагов, подвешенных к раме. Каждый из них соединен тросиком со своим барабаном, имеющим храповой механизм. Оба барабана установлены на входном валу шестискоростной коробки скоростей (обеспечивающей и задний ход), от которой движение передается к задним ведущим колесам. Машина снабжена дисковыми тормозами и сцеплением, то есть налицо основные элементы, характерные для автомобиля.

Кстати, идея сочетания достоинств велосипеда и автомобиля была подсказана еще в 1941 году американцем С. Аксельродом, разработавшим конструкцию пятиместного педикара с пятью(!) колесами. Именно пятое колесо, установленное посредине, и приводило экипаж в движение; остальные обеспечивали устойчивость и грузоподъемность.

В своем патенте Р. Бундшух предложил несколько схем приводов и, в частности, такой необычный вариант, как перемещающиеся поступательно педали. Тем самым он отразил основные варианты привода, применяемые сегодня в веломобилях.

И качающиеся педальные рычаги, и перемещающиеся поступательно педали обладают бесспорными достоинствами. Это и более эффективная работа при любом ходе педали, и возможность использовать каждую раздельно или одновременно обе. В последнем случае значительно увеличивается мощность, передаваемая на колеса.

Но есть свой недостаток и у этих схем привода: необходимость упругого элемента для возврата педали в исходное положение. Вращающиеся педали лишены такого недостатка, но проходят через «мертвые» точки и могут работать только раздельно.

Развивая идею педикара Р. Бундшуха и пытаясь снизить вес конструкции, Ю. Стебченко в «Вите» использовал изобретение Хендикса. Перемещение точки крепления тяги по шатуну (рис. 7) с помощью тросов позволило отказаться от сложной коробки скоростей со сцеплением. К сожалению, конструкция кузова «Виты» затрудняет посадку в веломобиль и не имеет снизу грязевого щитка или полика, водитель оказался беззащитным перед дорожной пылью.

С этой точки зрения более рационально выбрали форму кузова педикара инженеры японской компании «Ничилава лимитед». В отличие от педикара Р. Бундшуха их веломобиль «МБ-1» не имеет дверей. Тем не менее при минимальных размерах кузова посадка в машину удобна, а крыша и остекление вполне надежно защищают водителя от дождя и ветра.

Педикар, конечно же, превзошел велосипед по комфортабельности, скорости, устойчивости, грузоподъемности Но, как это часто бывает в технике, совершенствование одного качества ухудшает другое: он потерял основные достоинства велосипеда — простоту конструкции, небольшой вес и малые габариты. Ведь педикару, как и «взрослому» айтомобилю, нужен гараж, что в конечном счете затрудняет его распространение в условиях города.

Все существующие педикары: трех- и четырехколесные, с различными системами управления, с педалями, качающимися в горизонтальной плоскости, с педалями, установленными выше оси качания шатунов, с приводом на передние колеса, с дополнительным ручным приводом и прочие, в сущности, являются совариантами схем, указанных в патенте Р. Бундшуха. Выделяются из этого ряда конструкции с приводом, рекуперирующим энергию движения с помощью маховика, с приводом, имеющим гидравлический усилитель и т. д. Однако полезность применения таких нововведений на педикарах остается спорной, а значительное усложнение конструкции очевидно.

Возможно, при разработке нового вида городского индивидуального средства передвижения уместно вспомнить и интересные технические решения, найденные конструкторами микроавтомобилей: миниатюрную трехколесную машину, складывающуюся по принципу «чемодан», или другую, рассчитанную на хранение в вертикальном положении. Использование этих идей в компоновке веломобиля могло бы добавить ему достоинства, . присущие, скажем, складному велосипеду.

РОЖДЕНИЕ «КОЛИБРИ»

Каким же он должен быть, веломобиль — простое, но достаточно комфортабельное индивидуальное средство для поездок по городу? Каким задумывал его автор статьи, приступая к разработке конструкции?

Прежде всего компактным, пригодным для хранения на балконе, в коридоре и т. д. Это условие является одним из определяющих для горожанина.

Во-вторых, легким. Учитывая средние «атлетические» возможности потенциального владельца веломобиля, определяем максимальный вес педикара в 25—30 кг. В-третьих, простым по конструкции и надежным в эксплуатации, подобно велосипеду. В-четвертых, соизмеримой с ним должна быть и стоимость педикара.

Указанные условия и были заложены в основу разработки конструкции «Колибри-35» — двухместного складного веломобиля.

Он выполнен по трехколесной схеме с двумя независимыми ведущими задними колесами и одним передним, рулевым. Это рационально, так как снижается вес, значительно упрощаются силовая схема конструкции и система управления, отпадает необходимость в рулевой трапеции. Небольшая база педикара позволила ограничить угол поворота переднего колеса в пределах ±12° специальными упорами, без ухудшения маневренности. При минимальном радиусе поворота в 3 м «Колибри-35» даже на максимальной скорости сохраняет хорошую устойчивость. Этому способствует также небольшой вес конструкции и низкое положение центра тяжести. При собственном весе в 35 кг (эта цифра вынесена в название машины) и габаритах 1050X1350X1550 мм педикар развивает скорость до 30 км/ч.

Кстати, по трехколесной схеме выполнен один из самых известных французских педикаров, тоже рассчитанный на два человека, с вращающимися педалями, расположенными на общем коленчатом валу. Интересно усовершенствовать такой привод, повернув одну пару педалей на 90° по отношению к другой. В этом случае значительно облегчится прохождение педалями «мертвых точек» и более чем в два раза снизится амплитуда крутящего момента на ведущем валу, веломобиль будет двигаться ровнее, без рывков.

Основой цельнометаллической конструкции «Колибри-35» является трубчатая рама; на ней установлены панельный кузов открытого типа, съемный нижний грязевой щиток, сиденья, колеса и два идентичных приводных механизма.

Чтобы уменьшить габариты для хранения, веломобиль снабжен складными тентом и рулевой колонкой, положение которой можно регулировать; колеса легкосъемные. Перевод педикара в транспортное положение и обратно осуществляется за 2—3 минуты. Для складывания тента достаточно ослабить два установленных на резьбе упора и откинуть стойку.

Веломобиль в сложенном виде может храниться в вертикальном положении в комнате, скажем, в шкафу, или установленным на заднюю плоскую панель непосредственно на полу. Для переноски предусмотрена удобная ручка, расположенная в центре тяжести машины.

Подобно велосипеду, «Колибри-35» для упрощения конструкции не имеет амортизации: ведь веломобиль предназначен для асфальтовой дороги. Этот недостаток полностью компенсируется мягкими глубокими сиденьями.

Управление осуществляется только водителем, для чего рулевая колонка смещена влево. Кроме двух ручек — переднего и заднего тормозов, — на ней установлены переключатель света и кнопка звукового сигнала. Маневр осуществляется перемещением влево-вправо рулевой колонки. Такая схема легче и проще других систем управления.

Перед обоими сиденьями располагаются по две независимые педали, шарнирно подвешенные на рычагах к раме. Посредством тяг, заканчивающихся тросиками, они соединены с приводными механизмами, корпуса которых являются элементами рамы. На валах приводных механизмов установлены ведущие колеса. Угол качания педалей ограничен упорами. Каждая пара педалей связана между собой через тонкие тросики и упругий элемент (резиновый амортизатор), позволяющий работать педалями как совместно, так и раздельно. Введение упругой связи между педалями обеспечило гарантированный возврат их в исходное положение, а также снизило силовые затраты.

Отличительной чертой привода являются независимые механизмы переключения скоростей. В них использован принцип изменения точки крепления тяги к рычагу педали. С этой целью с обратной стороны рычагов установлены зубчатые рейки, с ними взаимодействуют зубчатые колеса устройства переключения скоростей. У каждого из зубчатых колес, к которым крепятся концы тяг, имеются двухпозиционные фиксаторы.

Для изменения скорости педальный рычаг ставится в нейтральную позицию (вертикально), а клавиша фиксатора устанавливается ногой или рукой во вторую позицию. При этом освобождается зубчатое колесо, которое при отклонении педального рычага перекатывается вверх или вниз по рейке до следующего положения тяги и стопорится фиксатором. При необходимости переключение скоростей можно вывести на общий рычаг, установив его, например, на рулевой колонке. Установка двух независимых приводных механизмов позволила обойтись без тяжелого дифференциала и значительно упростила конструкцию веломобиля.

«Колибри-35» не имеет заднего хода, так как необходимости в нем для веломобиля практически нет.

В качестве ведущих могут быть использованы колеса от складного велосипеда «Десна» или «Школьник», в обоих случаях с переделанными втулками. Переднее колесо — от детского самоката.

Тормозная система состоит из переднего тормоза от дорожного велосипеда и задних тормозов собственной конструкции, выполненных заодно с приводными механизмами и установленных на их внутренних крышках.

Веломобиль электрифицирован. Питание — от четырех батарей типа «Планета» напряжением 4,5 В, фары велосипедные. Есть мигающие указатели поворота: передние — самодельные, из доработанных «боковиков» от автомобиля, задние совмещены со стоп-сигналом и накрыты уменьшенным фонарем от мотоцикла; имеется также звуковой сигнал.

Приборный щиток «Колибри-35» состоит из тумблера фар и тумблера стоп-сигнала, который срабатывает также при нажатии на ручку тормоза. На щитке установлен спидометр от мопеда, связанный гибким валом с помощью зубчатой пары с левым ведущим колесом.

Снижению веса веломобиля, выполненного, за исключением ответственных узлов и элементов, из алюминиевых сплавов, способствовала и компоновка, позволившая сделать несущей только верхнюю часть кузова. Нижняя же превратилась в легкий грязевой щиток, который может быть выклеен из стеклопластика или, как в другом варианте «Колибри-35», изготовлен в виде трубчатого каркаса, обтянутого кожзаменителем. Аналогично щитку выполнен и складной тент.

Доступ к основным узлам при эксплуатации и ремонте обеспечивается съемным нижним грязевым щитком, закрепленным на кузове и раме шпильками, а также съемными крышками приводов.

При необходимости между задними колесами устанавливается съемный багажник, а основной, для небольших грузов (до 5 кг) размещается между педалями водителя и пассажира.

Зеркало заднего вида лучше расположить на рулевой колонке. Грязевые щитки задних колес можно поворачивать при транспортировке на 180°.

Эксплуатация веломобиля с 1977 года показала его хорошие ходовые качества как в летний, так и в зимний периоды.

К недостаткам этого веломобиля относится все-таки большой вес конструкции. Он может быть снижен на 10—15% за счет применения современных материалов при изготовлении веломобиля в промышленных условиях.

Желательно было бы также улучшить условия работы тросов как наиболее слабых элементов приводов, скажем, исключив из схемы часть блоков или вообще заменив тросы гибкой металлической лентой. Правда, при этом придется удлинить ведущие валы в ущерб компактности приводных механизмов, а также усилить конструкцию.

Интересно было бы, сохранив основные достоинства схемы «Колибри-35», видоизменить компоновку веломобиля с тем, чтобы еще в большей степени снизить габариты и вес машины. Такой складной веломобиль выполняется в виде «чемодана» с уложенными внутри колесами. Кузов может быть отделан так, чтобы он гармонично сочетался с интерьером жилого помещения, в котором при хранении веломобиль служил бы еще, например, тумбочкой.

При сборке веломобиля откидывающаяся крышка «тумбочки» могла бы стать спинкой сиденья. А жесткость соединения ее с основанием кузова может достигаться с помощью двух телескопических тяг. Так же устанавливается передний щиток, раскрывается тент с ветровым стеклом, поднимаются педали, затем крепятся колеса.

Двухместный веломобиль такой «чемоданной» схемы вполне может весить 20—25 кг и складываться до размеров 250Х900Х1000 мм; одноместный соответственно — 15—18 кг и 250X500Х1000 мм.

«Колибри-35», появляясь на улицах города, неизменно привлекает к себе внимание. В желающих опробовать его в действии недостатка не бывает — ведь для поездки на веломобиле не требуется специальных навыков. А убедиться в достоинствах такого транспорта несложно — достаточно сесть за руль и нажать на педали.

Складной веломобиль типа «Колибри-35» — машина универсальная. Кроме основного своего назначения как индивидуального транспортного средства, она может использоваться, например, для оснащения детских автогородков. В то же время это и хороший Тренажер для спортсменов, и аппарат для восстановительных упражнений в лечебно-профилактических целях: ведь нагрузка на каждую педаль может дозироваться независимыми механизмами переключения скоростей.

Наконец, поездка на педикаре — прекрасный вид отдыха. Пользоваться этой несложной машиной могут люди всех возрастов.

Сравнительно простая конструкция веломобиля позволила изготовить его в домашних условиях в течение года. Единственным механическим инструментом, применявшимся при сборке, была электродрель. Все затраты на изготовление не превысили двойной стоимости велосипеда.

Копирование любой конструкции не представляет большого интереса, поэтому ниже дано описание только основных элементов «Колибри-15», которые могут послужить отправными моментами при разработке веломобиля.

Рама из материала Д16Т состоит из труб Ø 32X1,5 мм, соединенных фитингами на клею К-153. Заодно с рамой выполнены корпуса приводных механизмов, кронштейны подвески педалей и блоков шкивов. Места стыков усилены двумя-тремя болтами М6. Вилка, переднего колеса с подшипниковыми узлами, которые также закреплены с помощью фитингов и болтов, взяты от детского самоката. Рулевая колонка от велосипеда. Она регулируется по высоте и углу, а также складывается. Верхняя часть ее — из тонкостенных стальных труб Ø 22X1 мм и заканчивается велосипедным рулем с двумя резиновыми ручками.

Фитинги и болты рамы используются также для навески кузова, который состоит из восьми коробчатых панелей, выполненных из листового материала АД1М толщиной 0,8 мм. Помимо крепления к раме, панели с помощью болтов соединены и между собой. Это упрощает сборку кузова, позволяет легко заменить любую его часть, поврежденную при эксплуатации. Передняя панель наиболее сложная в изготовлении — она состоит из нескольких частей, собранных на заклепках.

Корпус блока питания снабжен откидывающейся крышкой. Кресла веломобиля взаимозаменяемы. Они имеют жесткое основание, которое представляет собой раму из швеллера и приклепанного к ней дюралюминиевого листа толщиной 2 мм. К раме же через накладку прикреплено основание спинки — лист толщиной 0,7 мм. Подушки — из четырех слоев поролона, заключенного в чехлы из кожзаменителя. Эти пакеты пришиваются к вспомогательным панелям нитками из капрона. Панели-основания имеют по периметру отверстия и снабжены анкерными болтами М4 для крепления к основе сидений. Кресла установлены на раме педикара шарнирно: основания охватывают поперечину рамы, в передних точках сиденья крепятся с помощью стальных лент.

Тент из кожезаменителя натянут на трубчатый каркас, соединенный с рамой веломобиля в четырех точках болтами М10. Трубы Ø 16X1 мм (материал АМцМ). Кожзаменитель крепится только к передней и задней дугам каркаса. Горизонтальная дуга подвижно установлена во втулках и, помимо осей-заклепок, укреплена стойкой. Тент в натянутом состоянии фиксируется регулировочными винтами, взаимодействующими со сферическими углублениями в упорах. При утапливании регулировочных винтов стойка легко снимается со штыря, горизонтальная дуга свободно перемещается во втулках, и тент складывается.

Грязевой щиток по конструкции аналогичен тенту. Отличается тем, что кожзаменитель крепится к каркасу с помощью накладок, необходимых для хорошего натяжения ткани. Заодно с ним выполнен щиток переднего колеса, склепанный из листа АД1М толщиной 0,7 мм. Он крепится по периметру к кузову и раме с помощью анкерных болтов.

На раме между сиденьями установлен лоток — багажник для небольших грузов; он сварен из стальной проволоки Ø 2,5 мм.

Второй, съемный багажник из труб АМцМ Ø 12X1 мм, соединенных на заклепках, установлен на раме с помощью четырех гаек-барашков.

Ходовая часть веломобиля состоит из двух аналогичных приводов. Каждый из них включает в себя две педали, закрепленные на качающихся рычагах-рамках, два механизма переключения скоростей, две тяги, блок шкивов, собственно приводной механизм, а также резиновый амортизатор, охватывающий два шкива, установленные в основании сиденья.

Педаль изготовлена из закрытого профиля (материал Д16Т) и крепится с помощью проволочной защелки на качающейся рамке, выполненной из тонкостенных стальных труб Ø 15X1 мм и Ø 22X1 мм и подвешенной к раме педикара.

Механизм переключения скоростей состоит из внешней и внутренней щек, соединенных тремя заклепками через распорные элементы. Вал, установленный в щеках на игольчатом подшипнике, несет составное зубчатое колесо, ступица которого выполнена заодно с кулачком. На выступающем конце вала имеется подвижная клавиша. Зубчатое колесо взаимодействует с зубчатой рейкой на рамке, имеющей ограничители хода.

При нажатии на клавишу преодолевается сопротивление пружины сжатия, размещенной в распорном элементе, и защепка, подпружиненная лепестком, фиксирует клавишу во втором положении. Штырь освобождает кулачок, который при перемещении педали в одно из крайних положений вместе с зубчатым колесом перекатывается по рейке и смещает защелку за срез отверстия. При совмещении второго отверстия симметричного кулачка с отверстием во внутренней щеке штырь под действием пружины вновь фиксирует колесо.

Тяга из трубы Ø 10X1 мм (материал Д16Т) соединена с ведущим тросом Ø 1,8 мм клиновым зажимом. На конце троса припаяно утолщение из проволоки для фиксации его в барабане.

В корпусе каждого приводного механизма на шарикоподшипниках установлен ведущий вал. Втулка ведущего колеса фиксируется на валу шпонкой и легкосъемной шайбой, которая стопорится винтом со сферической головкой. Тросовый барабан, несущий кольцо, установлен на валу также с помощью шарикоподшипников и взаимодействует с зубчатым колесом вала посредством собачки, подпружиненной неполным витком проволоки, размещенной в кольцевой проточке барабана. На направляющей закреплены шкивы; они вместе с блоком шкивов определяют движение тросов.

Возвратный трос Ø 0,7 мм удерживается на барабане также напайкой из проволоки, а вторым концом фиксируется в зажимах, где крепится и резиновый амортизатор.

На внутренней крышке корпуса смонтирован тормоз, барабан которого закреплен на ведущем валу шпонкой.

Ведущие валы, барабаны, шкивы и собачки изготовлены из стали 30ХГСА.

Все внутренние поверхности веломобиля покрыты двумя слоями нитроэмали черного цвета, включая тент и грязевой щиток. Снаружи кузов окрашен ярко-зеленой эмалью МЛ-197.

Следует отметить, что работа привода, включающего в себя гибкие элементы (тросы), во многом зависит от точности и чистоты обработки поверхности деталей.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА «КОЛИБРИ-35»

Вместимость — 2 человека
Вес, кг: общий — 34,7
без съемного тента и колес — 28,5
Габариты, мм: в рабочем состоянии — 1050X1350X1550
в сложенном положении — 450 Х1050Х1350
Скорость, км/ч: максимальная — 30
средняя — 15

В. УЛЬЯНОВСКИЙ, инженер-конструктор