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-четы-рёхколёсных 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).

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.

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. Самодель-щики, 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.

Для обеспечения динамической устойчивости и хорошей управляемости важно правильно подобрать соотношение трёх параметров; а — угла наклона рулевой колонки, В — 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.

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

Узел опорного ролика:

1 — корпус подшипников; 2 — подшипник № 0902 (15x28x7,2 шт.); 3 — чашка; 4 — звёздочка (z=26); 5 — шека ролика (капролон, 2 шт.); 6 — накладка; 7 — заклёпки d4, 6 шт.); 8 — ось (болт М8х40); 9 — распорная шайба d20x4

Узел натяжного ролика:

1 — натяжной ролик; 2 — подшипник № 0902; 3 — чашка; 4 — болт М8х40; 5 — успокоитель цепи; 6 — накладка, 7 — заклёпка d3 (2 шт.); 8 — держатель ролика (труба d18x1); 9 — втулка; 10 — заклёпка d4; 11 — распорная шайба d20x4; 12 — фиксатор успокоителя цепи; 13 — рама

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.

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.

Привод

Руль

Передний вынос и рычаг руля

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.

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.

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.

Успокоитель цепи (натяжной ролик условно снят):

1 — рама; 2 — успокоитель цепи; 3 — фиксатор успокоителя цепи; 4 — заклёпка d4; 5 — накладка (2 шт.)

Узел крепления каретки (*размер для справки):

1 — стакан каретки; 2 — опора стакана каретки; 3 — клеммовый зажим (труба d55x2); 4 — втулка (3 шт.); 4 — гайка (3 шт.)

Рама:

1 — вынос каретки рамы (труба d51х1,2); 2 — наклонная стойка (труба d51х1,2); 3 — хребет лежака (труба d51x1,2); 4-косынка; 5-держатель натяжного ролика (труба d18,1); 6 — держатель опорного ролика (труба d18,1 ); 7 — передняя опора лежака (труба d20x1); 8 — задняя опора лежака (труба d20x1); 9 — вынос задней опоры (труба d20x1); 10 — перо задней вилки (труба d30x1, 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 d36x2); 15 — подкос (труба d30x1)

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

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

Основание подголовника

Передняя опора и узел крепления лежака к раме

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.

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.

В основании лежака напротив крестца спины пилота вырезано отверстие 100×290 мм и образована ниша. Для этого с нижней стороны лежака к нему прикреплено 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 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 лигерада сварен из отрезков трубы диаметром 22×1 мм. Для изготовления выноса руля использованы два стандартных: с кпеммовым 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.

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.

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…

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.

Подкосы лежака:

1 — задняя опора лежака (труба 18×1); 2 — правый подкос (труба 18×1); 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 — рас-порка(труба 15×1); 11 -болтМ6х35; 12-само-контрящаяся гайка М6

Тормозной механизм колеса (заднего)

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

Посадка пилота-эргонома в стримлайнере

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

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.

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.

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 стрим-лайнеров составляет всего-навсего 380 — 420 мм).

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.

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 «с!» — 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.

В. УЛЬЯНОВСКИЙ

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.