ВЕЛОМОБИЛЬ ДЛЯ РЕКОРДОВ (Скоростной веломобиль)

ВЕЛОМОБИЛЬ ДЛЯ РЕКОРДОВ

Термин веломобиль, обобщающий все колёсные транспортные средства на мускульной тяге, употребляется в нашей стране с середины 1970-х гг. О веломобиле «Вита» харьковчанина Ю. Стебченко, как о первой ласточке нарождающегося вида транспортных средств, «М-К» рассказал ещё в № 7 за 1976 год. В остальном мире так называют только практичные конструкции, предназначенные для грузо-пассажирских перевозок и снабжённые корпусом-кузовом.

При этом для всех двух-трёх-четырёхколёсных велотранспортных средств с посадкой пилота «по-автомобильному» (не верхом на седле, а на сиденье со спинкой) за рубежом прижился общий термин «горизонтальные», или рикамбенты, что в переводе с английского (recumbent) означает «лежачий» велосипед. Двухколёсные велосипеды такой схемы зачастую именуют ещё лигерады, что дословно в переводе с немецкого — «лёжа на колесе».

Схемы лигерадов тоже различаются: а) по компоновке: короткобазные -если каретка расположена перед рулевой колонкой, среднебазные — каретка расположена вблизи рулевой колонки и длиннобазные — каретка находится между рулевой колонкой и спинкой сиденья пилота;

б) по посадке пилота: высокая — основание сиденья примерно на уровне колеса или выше (хайрейсеры), средняя — примерно на уровне или выше оси колеса (мидлрейсеры) и низкая — ниже уровня оси колеса (лоурейсеры).

Скоростной веломобиль «Индикатор-2»
Скоростной веломобиль «Индикатор-2»:
1 — рама; 2 — передняя вилка (от горного велосипеда, доработанная); 3 — звёздочка с шатунами; 4 — узел крепления каретки; 5 — цепь; 6 — натяжной ролик с успокоителем цепи; 7 — опорный ролик; 8 — ведущее колесо; 9 — опорное колесо; 10 — переключатель передач; 11 — диск переднего тормоза; 12 — диск заднего тормоза; 13 — лежак; 14 — подложка; 15 — подкос лежака; 16 — подголовник; 17 — световозвращатель; 18 — руль; 19 — передний вынос руля; 20 — задний вынос руля; 21 — рычаг руля; 22 — ручка тормоза (2 шт.); 23 — велокомпьютер; 24 — машинка переднего тормоза; 25 — машинка заднего тормоза

Молодой спортсмен Евгений Нестюрин из города Зеленограда Московской области — мастер спорта по маунтин-байку. Он почти десять лет конструирует и создаёт в домашней мастерской скоростные лигерады, которые вполне могут стать основой (шасси) для стрим-лайнера, но разговор об этой категории высокоскоростных педальных машин пойдёт ниже.

На одном из своих лигерадов под названием «Индикатор-2» — короткобазном переднеприводном лоурейсере с неподвижной кареткой (жёстко закреплённой на раме) — Евгений стал победителем соревнований по скоростным заездам. На нём же он принял участие в традиционном тест-туре веломобилей «Золотое кольцо России-2009» Московского клуба энтузиастов биотранспорта. Нестюрин проехал по обычным автомагистралям и просёлочным дорогам от столицы до вологодской глубинки — древнего города Тотьмы — около 800 км, завоевав главный приз за лучшую конструкцию.

Узел опорного ролика
Узел опорного ролика:
1 — корпус подшипников; 2 — подшипник № 0902 (15x28x7,2 шт.); 3 — чашка; 4 — звёздочка (z=26); 5 — щека ролика (капролон, 2 шт.); 6 — накладка; 7 — заклёпки Ø4, 6 шт.); 8 — ось (болт М8х40); 9 — распорная шайба Ø20×4

Для изготовления лёгкого скоростного лигерада очень важен правильный выбор материалов. Первый вариант «Индикатора» Евгений изготовил из алюминиевых сплавов, но некоторые швы не выдержали вибрационных нагрузок — кое-где появились трещины. В «Индикаторе-2» для изготовления рамы им применены титановые трубы, а для некоторых деталей — алюминиевые сплавы. Самодельщики, не имеющие опыта сварки таких материалов, вполне могут заменить их. Например, титан — высококачественными тонкостенными (1 — 1,2 мм) трубами из стали марки 30ХГСА, причём меньших, чем указано на чертежах, диаметров. Масса конструкции увеличится при этом на 2 — 3 кг, что не критично для начинающих конструкторов.

В «Индикаторе-2» переднее колесо является управляемым и ведущим. В основе такого совмещения лежит способность современных велосипедных цепей скручиваться на значительный угол без потери работоспособности.

Узел натяжного ролика
Узел натяжного ролика:
1 — натяжной ролик; 2 — подшипник № 0902; 3 — чашка; 4 — болт М8х40; 5 — успокоитель цепи; 6 — накладка, 7 — заклёпка Ø3 (2 шт.); 8 — держатель ролика (труба Ø18×1); 9 — втулка; 10 — заклёпка Ø4; 11 — распорная шайба Ø20×4; 12 — фиксатор успокоителя цепи; 13 — рама

Для обеспечения динамической устойчивости и хорошей управляемости важно правильно подобрать соотношение трёх параметров: α — угла наклона рулевой колонки, β — вылета передней вилки, Т — расстояния между воображаемыми точками касания радиуса переднего колеса с поверхностью дороги и пересечения с ней же оси поворота передней вилки — так называемого трейла. Эти параметры зависят от многих факторов (колёсной базы, диаметров колёс, положения центра тяжести, диапазона скоростей движения лигерада и т.д.) и подбираются в основном опытным путём. В «Индикаторе-2» они равны соответственно: 80°, 30 мм и 35 мм.

В переднеприводных лигерадах передняя вилка подвергается значительным нагрузкам и должна быть достаточно жёсткой. В «Индикаторе» использована стальная вилка от горного велосипеда с переваренным штоком. Чтобы в ней поместилось заднее колесо от обычного велосипеда (девятискоростная втулка с кассетой звёздочек), правое перо вилки немного отогнуто.Оба ролика (опорный и натяжной) закреплены на раме с помощью болтов-осей с внутренним шестигранником. Для этого в держатель каждого ролика запрессована втулка с резьбовым отверстием.

Опорный ролик — сложной конструкции. Состоит из стального точёного корпуса, в который запрессованы два подшипника. К корпусу приварена стандартная звёздочка (z = 26), к ней с двух сторон приклёпаны одинаковые щёки, выточенные из капролона, а с внешней стороны — накладка, фиксирующая подшипники в корпусе. Внутрь подшипников запрессована чашка с отверстием под болт-ось.

Натяжной ролик также выточен из капролона. В него запрессованы подшипники, а внутрь них — такая же чашка, как и на опорном ролике. Перед установкой роликов на раму на болты надеваются распорные шайбы, исключающие касание роликами элементов рамы.

Привод
Привод

Такой материал ролика и щёк выбран для обеспечения малошумной работы привода. С этой же целью на общей с натяжным роликом оси смонтирован успокоитель цепи. Его положение на раме определяет фиксатор, к которому он прикреплён заклёпкой. К обеим полочкам успокоителя, предохраняющим цепь от спадания с ролика, для гашения шумов от цепи приклёпаны накладки из листового полипропилена.

Успокоитель цепи
Успокоитель цепи (натяжной ролик условно снят):
1 — рама; 2 — успокоитель цепи; 3 — фиксатор успокоителя цепи; 4 — заклёпка Ø4; 5 — накладка (2 шт.)

Основа конструкции «Индикатора-2» — цельносварная рама. При её сварке очень важно не допустить поводок, поэтому целесообразно производить эту работу в два этапа.

Главный элемент рамы — составная сварная хребтовая труба диаметром 51×1,2 мм. Её сварку лучше вести на простейшем стапеле: 16-мм листе ДСП, на котором с помощью закреплённых саморезами брусков обозначен контур будущей рамы. Разметка рамы выполняется от строительной оси «0 — 0». Пока хребтовая труба рамы находится на плоском стапеле, следует приварить к ней усилитель (подкос) и косынку.

Рама
Рама:
1 — вынос каретки рамы (труба Ø51х1,2); 2 — наклонная стойка (труба Ø51х1,2); 3 — хребет лежака (труба Ø51х1,2); 4 — косынка; 5 — держатель натяжного ролика (труба Ø18,1); 6 — держатель опорного ролика (труба Ø18,1); 7 — передняя опора лежака (труба Ø20×1); 8 — задняя опора лежака (труба Ø20×1); 9 — вынос задней опоры (труба Ø20×1); 10 — перо задней вилки (труба Ø30×1, 2 шт.); 11 — дропаут-наконечник пера задней вилки (полоса s4, 2 шт.); 12 — ушко подкоса (полоса s3, 2 шт.); 13 — фиксатор успокоителя цепи (полоса s3); 14 — стакан рулевой колонки (труба Ø36×2); 15 — подкос (труба Ø30×1)

Для выполнения дальнейших сварочных работ необходимо подготовить второе приспособление (например, из отрезка швеллера или трубы прямоугольного сечения), на котором монтируются имитаторы осей колёс. После этого хребтовая труба в сборе с передней вилкой и стаканом рулевой колонки фиксируется на стапеле вместе с перьями задней вилки и дропаутами, затем все элементы привариваются прихватками. При окончательной сварке следует постоянно контролировать геометрию рамы. Затем производится приварка остальных элементов. В завершение операции по изготовлению рамы открытые торцы хребтовой трубы и перьев задней вилки завариваются заглушками из листового металла.

Поверх левого дропаута приваривается накладка для крепления адаптера тормозной машинки. Приварка распорных втулок между ушками крепления подкоса требует аккуратности и осуществляется точками.

Узел крепления каретки
Узел крепления каретки (*размер для справки):
1 — стакан каретки; 2 — опора стакана каретки; 3 — клеммовый зажим (труба Ø55×2); 4 — втулка (3 шт.); 4 — гайка (3 шт.)

Материал деталей узла каретки — алюминиевый сплав АМГ-6. Стакан каретки и втулки клеммового зажима — точёные детали. При изготовлении узла из стали вместо втулок можно использовать стандартные удлинённые гайки («М-К» № 11 за 2011 г.).

Опора стакана — коробчатого типа; состоит из одинаковых пар щёчек и накладок, сваренных между собой и с трубой-зажимом.

Лигерад рассчитан и построен для пилота ростом 175 — 185 см. Перемещением узла каретки по носовой консольной трубе рамы (выносу) можно производить более тонкую настройку под рост гонщика.

Лежак лигерада — особо важный элемент конструкции — изготавливается под конкретного пилота. Зачастую в период обкатки лежак подвергается серьёзным доработкам, поскольку сразу сделать его комфортным удаётся редко.

Веломобилист, вернее его позвоночник, при практически горизонтальной посадке, испытывает неблагоприятные знакопеременные нагрузки в направлении спина — грудь при движении по неровностям дороги. Поэтому профиль лежака должен точно соответствовать контурам спины пилота. Есть немало оригинальных методов снятия мерки. Конструктор поступил следующим образом: смакетировал на ровном полу основные элементы лигерада и подложил под спину обыкновенную подушку. Отпечаток, оставленный на ней, сохраняется несколько минут, что достаточно для снятия размеров.

Основание подголовника
Основание подголовника

Основания лежака и подголовника выполнены из дюралюминиевого листа толщиной 2 мм и перфорированы для облегчения. Из такого же материала, но толщиной 3 мм выполнены и боковины. Соединяются боковины с основаниями с помощью заклёпок и уголков в виде круглых шайб, согнутых по диаметру. Причём в качестве шайб автором остроумно и практично использованы старые монеты.

Передний узел крепления лежака
Передний узел крепления лежака:
1 — основание лежака; 2 — боковина лежака; 3 — дно ниши; 4 — проставка; 5 — заклёпка; 6 — передняя опора лежака; 7 — уголки; 8 — заклёпка; 9 — болт М5х20; 10 — гайка М5 (самоконтрящаяся); 11 — шайба; 12 — втулка; 13 — эксцентриковый зажим; 14 — подложка лежака; 15 — подушка лежака

Формообразование передней и задней частей лежака тоже зависит только от телосложения пилота. Например, в передней части его закруглённые края в области ягодиц иногда отгибают вниз примерно на угол 15° — 30°, с тем чтобы исключить потёртости и одновременно сохранить контакт пилота с лежаком при силовом педалировании. В «Индикаторе-2» это оказалось излишним. Задняя часть основания лежака загнута вперёд для образования заплечиков, которые удерживают пилота от смещения назад, в ней же выполнен фигурный вырез для разгрузки шейного отдела позвоночника.

Передняя опора и узел крепления лежака к раме
Передняя опора и узел крепления лежака к раме

В основании лежака напротив крестца спины пилота вырезано отверстие 100×290 мм и образована ниша. Для этого с нижней стороны лежака к нему при креплено с помощью заклёпок и жёсткой прокладки дно. Основание лежака покрыто приклеенной к нему подложкой из туристского коврика-«пенки» толщиной 10 мм, при этом в нишу предварительно уложена дополнительная подушка переменной высоты.

Подголовник — отдельный элемент лежака — крепится к нему четырьмя потайными винтами с гайками. К основанию подголовника приклеена фигурная подушка из нескольких слоёв той же «пенки», обтянутая мягким тканевым чехлом.

Лежак
Лежак (на виде сверху матрац и подушка не показаны):
1 — основание; 2 — основание подголовника; 3 — боковина лежака (2 шт.); 4 — боковина подголовника (2 шт.); 5 — подушка подголовника; 6 — матрац; 7 — передняя опора; 8 — средняя опора; 9 — задняя опора (подкос, 2 шт.); а — заплечики; б — ниша подушки лежака

Лежак съёмный, крепится к раме в трёх точках: к передней опоре на горизонтальной части хребтовой трубы -с помощью двух кронштейнов, изготовленных из пар уголков, склёпанных между собой, и эксцентрикового зажима седла велосипеда; к средней опоре — с помощью двух потайных винтов М5х20 и резьбовых втулок, запрессованных в торцы опоры; к перьям задней вилки — с помощью подкосов.

Руль
Руль

Руль лигерада сварен из отрезков трубы диаметром 22×1 мм. Для изготовления выноса руля использованы два стандартных: с клеммовым зажимом, устанавливаемым на шток передней вилки, и разрезной — с накладкой для крепления собственно руля с помощью двух болтов. Оба эти выноса объединены: приварены к удлинителю из трубы диаметром 25 мм. В открытые торцы труб руля вставлены декоративные резиновые заглушки.

Передний вынос и рычаг руля
Передний вынос и рычаг руля

В остальном лоурейсер укомплектован стандартными велосипедными деталями и узлами.

В кареточный узел установлен картридж: капсула, объединяющая вал каретки и стандартные шариковые подшипники качения. Длина шатунов -170 мм. Ведущая звёздочка имеет 82 зуба. Колёса диаметром 22 дюйма (510 мм) снабжены узкой (19 мм) резиновой покрышкой, рассчитанной на высокое, до 8 атм, давление. Ведущее колесо имеет 36 спиц, а опорное — 32. Диаметр роторов дисковых колёс — 160 мм. Обе тормозные машинки смонтированы на кронштейнах перьев вилок с помощью адаптеров, обеспечивающих настройку тормозов. На руле находятся ручки переднего и заднего дисковых тормозов, 9-позиционный шифтер переключения скоростей и велокомпьютер. Грязевым щитком снабжено только заднее колесо — пилота защищают от брызг с переднего колеса широкая хребтовая труба рамы и лежак. Установлены и световозвращатели: сзади — красный на кронштейне крепления грязевого щитка: спереди — белый на заглушке хребтовой трубы. Здесь же удобное место и для фары — при необходимости она легко монтируется с помощью пластмассовых электротехнических хомутов-зажимов.

Подкосы лежака
Подкосы лежака:
1 — задняя опора лежака (труба 18×1); 2 — правый подкос (труба 18х1); 3 — перо задней вилки (труба 30×1, 2 шт.); 4 — винт М5х20; 5 — подложка; 6 — боковина основания лежака (лист s3); 7 — левый подкос (труба 18×1); 8 — законцовка подкоса; 9 — ушко крепления подкоса; 10 — распорка (труба 15×1); 11 — болт М6х35; 12 — самоконтрящаяся гайка М6

На создание одного лигерада у Е. Нестюрина уходит почти год — автор очень тщательно прорабатывает каждую деталь конструкции, поэтому и смотрятся его машины как заводские.

Поскольку практически весь «Индикатор» изготовлен из коррозионностойких материалов, лакокрасочное покрытие не наносилось, за исключением выноса руля.

Общая масса конструкции — 17,3 кг.

Не каждый с первого раза освоит лигерад и научится уверенно на нём ездить, тем более, со столь низкой посадкой. Даже велосипедисты со стажем, «вросшие» в седло традиционного велосипеда, порой тушуются, располагаясь на низком лежаке. А кому-то достаточно и нескольких минут, чтобы почувствовать эту удивительную машину, стать с ней одним целым. И мчится такой смельчак на зависть окружающим, буквально летит над дорогой…

Посадка пилота-эргонома в стримлайнере
Посадка пилота-эргонома в стримлайнере

На этом можно было бы и закончить рассказ о скоростном велосипеде. Но знаете ли вы, о чём мечтает в душе пилот лоурейсера, особенно молодой? Мечтает превратить его в стримлайнер и, конечно же, с самым-самым лучшим в мире обтекателем. А затем — бороться за рекорды! Не верите — тогда попробуйте сделать свой лоурейсер. Вдруг это станет вашим первым шагом к победе?

Тренированные спортсмены на современных кузовных веломобилях (с обтекателями) способны за дневной пробег преодолевать расстояния свыше 1200 км со средней скоростью более 50 км/ч.

Абсолютный же мировой рекорд колёсного мускулохода равен 133,3 км/ч. Его установил в сентябре 2009 года в Неваде на традиционных ежегодных скоростных заездах у Горы сражения канадский гонщик С. Витингем на веломобиле-стримлайнере Varna конструктора Г. Георгиева — тоже канадца, болгарина по происхождению (откуда и название серии его стримлайнеров — «Варна»).

Столь выдающиеся результаты были получены в основном за счёт совершенной аэродинамической формы кузова-обтекателя. При достижении скорости около 30 км/ч почти 85 — 90% энергии веломобилиста расходуется на преодоление сопротивления встречного воздушного потока, а при более высоких скоростях — до 95%. К стримлайнерам, по терминологии, принятой Всемирной ассоциацией создателей мускульных транспортных средств (WHPVA), относятся конструкции, снабжённые обтекателями с высокими аэродинамическими характеристиками и предназначенные для установления спортивных достижений. При этом пилот столь плотно «упакован» в болид, что для осуществления старта и финиша, и даже для посадки и выхода из аппарата, спортсмену требуется сторонняя помощь членов команды.

Старт и финиш скоростного заезда на стримлайнере обычно происходят следующим образом. Пилот размещается в нижней части обтекателя, которая стоит на ложементе. После этого вытягивает руки вперёд на руль, вследствие чего размах плеч сужается. Далее помощники надевают верхнюю часть обтекателя и зазор между обеими частями заклеивают скотчем. Помощник, будучи на роликовых коньках, охватывает ногами стримлайнер, освобождает его от ложемента и в таком положении дуэт «пилот — помощник» трогается с места. После небольшого ускорения пилот стримлайнера начинает самостоятельное движение. Закончивший прохождение дистанции стримлайнер в конце тормозного участка ловят члены команды и освобождают пилота из обтекателя.

Тормозной механизм колеса (заднего)
Тормозной механизм колеса (заднего)

Создание скоростных веломобилей с лёгкими аэродинамическими обтекателями из композитных материалов (в основном из углепластиков) — сложная и высокозатратная инженерная задача.

Вспоминая историю, хочется отметить, что веломобиль «Вектор», впервые преодолевший в 1980 году планку в 100 км/ч, был трехколёсным. Но начиная с 1986 года все абсолютные рекорды скорости веломобилей устанавливались только на двухколёсных стримлайнерах.

В большинстве современных веломобилей (претендентов на рекорды) шасси интегрировано в общую конструкцию. Тем не менее, есть стримлайнеры, в которых в качестве ходовой части используются двухколёсные рикамбенты, их можно извлечь из оболочки и использовать для соревнований в самостоятельных классах (согласно тем же международным регламентам) — без обтекателя.

Как правило, по схеме — это лоурейсеры, имеющие низкий центр тяжести, на которых пилот располагается практически горизонтально. В стримлайнерах такой схемы сиденье пилота называется лежаком.

Узел крепления лежака
Узел крепления лежака:
1 — основание лежака; 2 — подложка; 3 — боковина основания; 4 — средняя опора лежака; 5 — рама, 6 — вынос опоры; 7 — резьбовая втулка; 8 — винт М5х20

Для снижения силы аэродинамического сопротивления конструкторы всячески стремятся уменьшить мидель стримлайнера — площадь наибольшего поперечного сечения обтекателя. Мидель определяется в основном антропометрическими параметрами пилота. Зазор между спортсменом и капсулой измеряется буквально миллиметрами. При проектировании и вычерчивании миделя важны два основных параметра: площадь проекции ометания ступнями пилота и ширина его плеч (максимальная ширина обтекателей лучших стримлайнеров составляет всего-навсего 380 — 420 мм).

Рекордный веломобиль-стримлайнер Varna канадского конструктора Г. Георгиева под управлением гонщика С. Витингема
Рекордный веломобиль-стримлайнер Varna канадского конструктора Г. Георгиева под управлением гонщика С. Витингема

При компоновке лоурейсера следует пользоваться двухмерным макетом пилота. Для этого удобен эргоном, разработанный и успешно применявшийся десятилетиями чешскими конструкторами автомобилей «Татра»: вычерчивается с помощью только прямых линий и окружностей. Его пропорции хорошо соответствует пилотам ростом в 160 — 180 см. Элементы макета можно изготовить из твёрдой прозрачной обложки блокнота или папки и скрепить их в шарнирах заклёпками, например, из мелких гвоздиков.

Стримлайнер «Тетива»

Изначально необходимо определиться с положением (размер «b») оси каретки. Для этого нужно задать конструктивные параметры: размер «а» — минимальное (обычно 80 — 120 мм) расстояние от пятки пилота до дороги и «d» — длину шатунов (обычно 150 — 170 мм). Затем задать величину превышения каретки над основанием лежака (обычно 120 -180 мм). После чего вычертить несколько вариантов компоновки положения пилота. Они и определят оптимальные контуры миделя стримлайнера. Окончательно продольные и поперечные сечения обтекателя уточняются при натурном макетировании.

Созданием стримлайнеров занимаются и индивидуальные конструкторы, и профессионалы — фирмы-производители велотехники. В битве за рекорды скорости используются наиболее современные материалы, компьютерные технологии и моделирование. Но, что удивительно, самые быстрые на сегодня веломобили «Варна» созданы не инженером, а явились плодом опыта и таланта Георгия Георгиева — скульптора по образованию.

Скоростной веломобиль «Индикатор-2»

От редакции

12.09.2012 г. гонщик Сергей Дашевский из г. Краснодара на стримлайнере «Тетива» конструкции москвича Вениамина Ульяновского на спецтрассе в штате Невада (США) установил новый рекорд России — развил скорость 106,45 км/ч.

В. УЛЬЯНОВСКИЙ

Рекомендуем почитать

  • ФОТОТАНДЕМФОТОТАНДЕМ
    Наверное, в практике каждого фотографа были случаи, когда интересный кадр не получился или просто не был сделан из-за того, что под рукой не оказалось объектива с большим фокусным...
  • ГОРЕЛКА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИГОРЕЛКА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ
    Пропано-бутановая смесь, которой заправляют баллоны для бытовых газовых плит, при оптимальных условиях сгорает в воздухе с температурой пламени до 1200 °С. Ее достаточно для работы с...
Тут можете оценить работу автора: