ВЕЛОМОБИЛЬ В ФУТЛЯРЕ

Однажды внимание грибников привлёк турист из подошедшей электрички в яркой велоформе, шлеме и с «виолончелью» в футляре за плечами. Сняв футляр и расстегнув молнию, достал из него… блестящую раму с колёсами. Несколько движений — и перед изумлёнными грибниками уже стоял трёхколёсный веломобиль. Футляр — на багажник, сам — в седло, и через минуту турист на необычной машине скрылся за изгибом шоссе…

А прототипом этого веломобиля послужила модель «Кэтвизел»: одноместная, трёхколёсная, с одним ведущим задним колесом, которую мне довелось опробовать несколько лет назад на ежегодном фестивале ретроавтомобилей «Автоэкзотика» в Тушино. «Кэтвизел» серийно выпускает небольшая германская фирма «Хазе». Простая, динамичная и устойчивая машина с небольшим развалом задних колёс и рулём «аватар» мне очень понравилась. Единственный, на мой взгляд, недостаток — значительные габариты: неудобно хранить в городской квартире.

Появилось желание сделать веломобиль такой же схемы, но более компактный и простой. Так родился проект «Кэтуля» -такое название ему дали коллеги-веломобилисты: «КЭТвизелУЛьЯновского».

Конструкция веломобиля получилась очень простой. В трёхколёсной схеме с длинной базой (когда каретка расположена между сиденьем и рулевой колонкой) ведущим выполнено только одно заднее правое (по ходу) колесо. Но это не особенно сказалось на ходовых качествах (а точнее — на проходимости), поскольку у «Кэтули» довольно узкая колея — всего лишь 546 мм. Но как ни удивительно, веломобиль и с такой колеёй оказался устойчивым к боковому опрокидыванию, не смотря даже на то, что основание сиденья (а значит, и центр тяжести с водителем) расположено сравнительно высоко.

Веломобиль состоит из следующих основных узлов: рама; привод и трансмиссия (узлы каретки и промежуточного вала, двухступенчатая цепная передача, блок звёздочек, вал-полуось); трёх одинаковых колёс (переднего управляемого колеса с вилкой, двух задних колёс: правое — приводное, левое — просто опорное); рулевого управления; тормозного механизма; сиденья и багажника.

Рама — сварная, выполнена из тонкостенных (1,5 мм) стальных (марки сталь 3 — Ст. 10) труб наружным диаметром от 34 до 40 мм. Рама имеет шарнирный узел для складывания в транспортное положение или для хранения. Для облегчения рамы (ориентировочно на 1 — 1,5 кг) возможно применение труб с толщиной стенки 1 мм, но из более качественной стали (например, 30ХГСА). Однако такая сталь удорожает конструкцию, требует более высокой квалификации сварщика и термической обработки для снятия напряжений в сварочных швах.

Сварка рамы производилась в простейшем стапеле, изготовленном из обычной древесно-стружечной плиты (ДВП) толщиной 12-16 мм. На стапеле вычерчивалась горизонтальная (вид сверху) проекция рамы в масштабе 1:1 и по её контуру с помощью деревянных брусков размерами 25x25x60 мм и саморезов закреплялись труба хребтового лонжерона, неразрезная труба-заготовка длиной 480 мм корпусов полуоси и оси задних колёс, малая и большая дуги.

Все эти элементы рамы соединяют между собой сваркой на «прихватках». Положение малой дуги, которая приваривается перпендикулярно стапелю, контролируется угольником. Последней прихватывается направляющая сиденья, после чего заготовка рамы извлекается из стапеля и выполняется окончательная сварка деталей и обработка швов.

Затем на стапеле закрепляется брусками корпус каретки, поверх устанавливается заготовка рамы и осуществляется их сварка. В той же последовательности приваривается и корпус промежуточного вала.

Финишная операция — приварка узла рулевой колонки. Этот узел состоит из стакана переходника и шарнира рамы — он заимствуется от складного велосипеда «Кама». Целесообразно сварить все эти детали между собой в отдельном стапеле и сразу же обработать швы.

Узел рулевой колонки в сборе с передней вилкой закрепляется на стапеле рамы с помощью двух стальных уголков и резьбового стержня — имитатора оси переднего колеса.

После выполнения указанных работ по сварке рамы, вырезается средняя часть трубы-заготовки корпусов полуосей. Таким образом формируются оба корпуса (оси и полуоси) задних колёс и обеспечивается их соосность.

Здесь же стоит отметить, что корпуса всех валов (каретки и промежуточного), полуоси и оси задних колёс лучше всего выточить из толстостенных (2,5 — 3 мм) стальных труб, чтобы избежать деформации посадочных мест под подшипники при сварке. Но вполне допустимо скомбинировать их из пар труб подходящего диаметра, как это приведено на примере корпуса оси опорного (левого) заднего колеса. Для этого надо подобрать две такие сопрягаемые трубы, чтобы внутренний диаметр внешней был равен посадочному диаметру подшипника. Например, внешняя труба имеет размер диаметром 35×1,5 мм. В ней выполнены несколько отверстий диаметром 8 мм. На распорной (внутренней) трубе диаметром 32×1,5 мм по образующей на всю длину сделан сквозной пропил шириной 2 мм, после чего она вставлена внутрь первой и приварена к ней сквозь отверстия «электрозаклёпками». Аналогично можно изготовить и остальные корпуса.

Затем к раме привариваются опора кронштейна переключателя передач промежуточного вала, клемма в сборе крепления багажника, кронштейны заднего переключателя передач. Кронштейны адаптеров машинок (другое название — калипер, суппорт) дисковых тормозов привариваются позже — по месту.

Стапель такой конструкции обеспечивает достаточную точность сборки и вполне пригоден для изготовления даже небольшой партии (5-10 штук) рам веломобилей. Для повторения первых операций сварки бруски необходимо снимать.

Трансмиссия. Валы каретки с проточками под стандартные шарикоподшипники есть в продаже. После сборки узла каретки кромки корпуса надо завальцевать в нескольких местах. Но есть и более предпочтительный вариант: выточить корпус каретки, нарезав у торцов резьбу, и установить в него стандартный картридж (вал каретки в сборе с подшипниками, помещённые в стакан с внешней резьбой, выполненной на одном его конце, и центрующая чашка, ввинчивающаяся в корпус с противоположной стороны).

В качестве промежуточного вала и полуосей ведущего и опорного колёс использованы оси переднего колеса от старых мопедов «Рига».

Узел промежуточного вала. Наконечник к промежуточному валу достаточно приварить в трёх точках. Ось болта крепления переключателя передач можно было бы совместить с осью промежуточного вала. Но на чертеже он вынесен несколько вперёд, аналогично установке заднего переключателя. Гайки для удобства демонтажа кронштейна, приварены к опоре.

Стандартный набор звёздочек («шестерник») подвергся переделке: сняты две предпоследние звёздочки и замещены распорными кольцами от такой же трещотки. Либо можно выточить распорное кольцо, обеспечивающее расстояние от ближайшей до звёздочки (а), на которую опирается цепь второй ступени привода — не менее 11 мм.

Узлы задних колёс. Прежде чем начать разговор об этих узлах, стоит пояснить, что каждое заднее колесо насажено на свою полуось. Но поскольку правая полуось передаёт на колесо крутящий момент, будем называть её валом, а другую -просто осью.

Самая сложная операция при изготовлении узла — сверление отверстия диаметром 8,5 мм под стопорный винт в стакане «торпедовской» втулки — она термообработана. Поэтому здесь целесообразнее использовать низкокачественные стаканы китайских велосипедов или вытачивать их заново из «сырой» стали.

Вставка плотно запрессовывается в стакан втулки. Такая посадка (в совокупности со стопорным винтом) надёжно удерживает колесо от осевых перемещений. В случае если соединение «прослаблено», достаточно сварить эти две детали в трёх точках.

Очень непросто обеспечить совпадение отверстий для стопорного болта. Так что сверление отверстия и нарезание резьбы во вставке целесообразно выполнять уже в сборе со стаканом.

Компенсаторы изготавливаются из алюминиевой трубки. Длина их зависит от точности изготовления многих деталей и качества сварки рамы веломобиля и уточняется после черновой сборки узлов задних колёс. По этой же причине окончательную балансировку задних колёс стоит проводить на собранном веломобиле «по месту».

При проектировании веломобилей допустимо применять в некоторых случаях «неинженерные» технические решения для мускулоходов в одну человеческую силу с целью упрощения конструкции — они иногда вполне допустимы. В данном приводе — это регулировка зазоров в подшипниках. Она осуществляется следующим образом:

— стопорный винт ослабляется на четверть оборота;

— затягиванием-ослаблением самоконтрящейся гайки обеспечивается свободное, но без осевых люфтов, вращение колеса;

— после чего вновь затягиваются стопорный винт (до упора в лыску вала) и гайка.

Оказалось, что не требуется даже устанавливать контргайку на винт. Если стопорный винт и гайка одновременно (!) самопроизвольно отвернутся на некоторый угол, колесо сместится по валу в пределах длины его лыски, не более. Но при малейшем смещении ротор дискового тормоза начнет контактировать с колодкой, замедляя движение веломобиля, т.е. сигнализировать о неполадке в приводе. Правда, испытания веломобилей в четырёх тест-турах (а это около 4000 км пробега) не выявили ни одного случая самопроизвольного отворачивания гайки.

Теперь о сюрпризе, который ждёт при сборке привода. Она (сборка), как фокус или кубик Рубика, имеет только одно решение — строго определённый порядок.

Сначала ось опорного колеса, на которую насажены компенсатор и внутренний подшипник, вставляется в корпус и фиксируется в положении, показанном на рисунке. Затем в другой корпус вдвигается по стрелке вал (полуось) ведущего колеса. При этом на него последовательно насаживаются: «шестерник» («трещотка» не навинчивается на резьбу фланца!), компенсатор и подшипник. После того, как фланцы вала и оси разминутся друг с другом, окончательно устанавливается в корпус. Затем на вал надевается ключ «трещотки» — вот для чего нужен паз в нём, последняя навинчивается с помощью ключа на фланец и вал и окончательно монтируется в соответствующий корпус.

Именно такая плотная компоновка узлов обеспечила веломобилю столь малую колею задних колёс. Минимальный зазор А=1 — 2 мм заранее был определён графически: при проектировании конструкции необходимо «продумывать на бумаге» и все этапы её сборки.

Рулевой узел. Сварку держателя и стакана руля лучше выполнять на раме веломобиля. Для этого в её направляющей нужно просверлить два отверстия Ø6 и прикрепить болтами держатели. После чего установить стакан с рулём в сборе и приварить сплошным швом снаружи и точками внутри.

В конструкции веломобиля использован руль от велосипеда. Стандартный вынос руля доработан (обрезанный металл обозначен тонкой линией) и приварен к укороченному штырю от передней вилки. Стакан руля, как и рулевая колонка вилки переднего колеса, укомплектован стандартным набором конусов, гаек, подшипников и пр. Чашки желательно использовать от китайских велосипедов — они имеют посадочный диаметр 30 мм и плотно входят в трубу наружным диаметром 34 и толщиной стенки 2 мм.

Один конец рулевой тяги соединён наконечником с качалкой, приваренной к вилке переднего колеса, а второй — таким же наконечником — с клеммой, закреплённой на руле. Шаровые наконечники использованы от рулевых тяг автомобиля ЗИЛ. Клемма изготовлена тоже из выноса руля велосипеда «Кама»: удалённый с него металл обозначен тонкой линией. Переставляя клемму вдоль руля можно регулировать чувствительность рулевого механизма к управляющим воздействиям.

На руле установлены 6-скоростные шифтеры (манетки) управления переключателями передач, ручки тормозов и на торце слева — круглое зеркало заднего вида. Местоположение их оказалось очень удобным в пути. Рубашки (оплётки) тросов тормоза опорного колеса и переключателей передач прикреплены к раме с помощью электротехнических стяжек. Рубашка троса тормоза ведущего колеса пропущена сквозь направляющую трубу рамы, для чего в ней выполнены два (входное — около руля и выходное — вблизи машинки тормоза) отверстия диаметром 9 мм.

Тормоза. Как было отмечено выше, ведущее колесо -правое заднее, левое — лишь опорное. Но оба колеса — тормозные. Для этого на внутренних концах полуосей колёс смонтированы тормозные диски, а их суппорты — на приваренных к раме кронштейнах. Тормоза приводятся в действие через боуденовский трос от курков, расположенных соответственно на правой стороне руля для правого колеса и на левой — для левого.

Приварку кронштейнов также следует выполнять после черновой сборки узлов задних колёс. Особой точности установки требуют кронштейны адаптеров тормозов. Предварительно на каждом из них крепятся винтами в средних положениях адаптеры с машинками тормозов. Затем машинки тормозов устанавливаются в нужном положении на ротор, колодки сжимаются и фиксируют набор с кронштейном, упирающимся в дугу рамы. Каждый кронштейн достаточно приварить в двух точках с обеих сторон.

Багажник является одновременно и подножкой для хранения сложенного веломобиля в вертикальном положении. Клемма рамы для стыковки багажника изготовлена следующим образом. К отрезку трубы привариваются вначале две удлинённые гайки М6х20. Затем «болгаркой» делается 3-мм пропил вдоль образующей, разрезая обе гайки пополам. После чего в верхней паре половинок рассверливаются отверстия сверлом диаметром 6,5 мм.

В торцах трубы — держателя багажника «электрозаклёпками» зафиксированы круглые гайки для болтов-осей. Багажник в сборе приставляется к раме и клемма прерывистым швом приваривается к направляющей. Концы рамки опираются на малую дугу, и таким образом формируется площадка для перевозимого груза.

Сиденье. Его конструкция в целом заимствована от веломобиля «Денди» казанских умельцев Э. Стовбунского и Д. Силантьева. Описание его опубликовано в «М-К» № 5 за 2009 г.

Изменения коснулись только основания подушки. Для регулировки его наклона к дуге приварена пара параллельных щёчек из стальной полосы 25×2 мм. В них в шахматном порядке выполнены несколько отверстий с шагом 10 мм. В одно из них установлен болт М6х65, который и служит упором основания сиденья. Перестановкой в другие отверстия можно подобрать удобное положение.

Ограничитель упора спинки у веломобиля «Денди» выполнен из синтетической ленты регулируемой длины. В «Кэтуле» же он заменён на мелкозвенную стальную цепочку — пошагово оказалось проще изменять длину ограничителя и, соответственно, угол наклона спинки сиденья.

Перед окончательной сборкой все элементы веломобиля были зачищены углошлифовальной машинкой («болгаркой») с лепестковым диском до металлического блеска, обезжирены ацетоном и покрыты двумя слоями грунта «по ржавчине». Лакокрасочное покрытие алкидной эмалью наносилось поролоновым валиком. При достаточном навыке этот способ сопоставим по качеству с методом напыления, но позволяет обходиться без специальной камеры. Сушка происходит при комнатной температуре. При этом краска высыхает «на отлип» за 8 — 10, а полностью — в течение 36 — 48 часов.

Колёса веломобиля собраны на одностенных алюминиевых ободах. Покрышки — с гладким протектором для уменьшения сопротивления качению по асфальту, поскольку «Кэтуля» предназначен в основном для поездок по городу.

В путешествиях сзади к сиденью прикрепляется штанга флажка и фонарь с мигающим красным светом, а к передней вилке — велосипедная фара. Они хорошо видны на шоссе издалека даже в дневное время суток. Из приборов на веломобиле — простейший велокомпьютер, закреплённый на хребтовой трубе рамы. Здесь же смонтирован и держатель для фляги с водой.

Для предохранения одежды от загрязнения на силовую ветвь цепи первой ступени привода надета полихлорвиниловая трубка диаметром 20 мм. От перемещения в продольном направлении её удерживает стальная проволока диаметром 1 мм, один конец которой закреплён винтом на опоре кронштейна рамы, а второй — загнут в виде канцелярской скрепки и притянут к защитной трубке двумя стяжками. Такой вариант проволочного ограничителя не мешает трубке перемещаться вместе с цепью влево-вправо при переключении передач.

Для езды в ненастную погоду на раме предусмотрены гнёзда-клеммы, куда устанавливаются держатели грязевых щитков (крыльев) задних колёс.

В тест-турах на веломобиль устанавливались контактные педали, позволяющие более эффективно распределять нагрузку на ноги (особенно на колени) по всему ходу шатуна. Это позволяло проходить на нём за день 100 — 130 км пути.

Для того чтобы сложить веломобиль надо:

а) — ослабить под сиденьем болт-фиксатор и подвинуть основание сиденья вперёд;

— сложить упор спинки, повернуть багажник на 180° и откинуть на него сиденья;

б) — отсоединить наконечник рулевой тяги от вилки переднего колеса;

— вывернуть болт-фиксатор шарнира рамы;

— повернуть переднюю вилку так, чтобы колесо при этом повернулось на 90°.

Теперь веломобиль может храниться в вертикальном положении, опираясь на задние колёса и свободные концы рамки багажника.

Для перевозки веломобиля в сложенном положении его ширину можно уменьшить до 320 мм (сняв задние колёса) и даже до 280 мм (в этом случае на веломобиль необходимо установить стандартные складные педали). Теперь он помещается в чехол, напоминающий футляр виолончели.

С 2007 года (со времени изготовления первой машины) по настоящее время разработано три унифицированных варианта веломобиля:

«Кэтуля-сингл» с высоким рулём и рулевым карданным валом (с шарниром Гука), складной «Кэтуля-компакт» и резвый «Кэтуля-спорт» с более удобным сиденьем и узкими колёсами увеличенного диаметра. На первые два варианта можно ставить колёса в 16 или 20 дюймов. Все эти модели под разными ездоками успешно прошли 700 — 1000-километровые маршруты ежегодных тест-туров веломобилей «Золотое кольцо России».

Все три модификации «Кэтули» хорошо зарекомендовали себя при движении по разным дорогам: асфальт, грейдер, просёлок. При езде по пересечённой местности со значительными перепадами высот веломобили успешно преодолевали затяжные подъёмы крутизной до 10% и уверенно держали дорогу на спусках, развивая скорость свыше 50 км/ч.

Несмотря на отсутствие подвески, путешествие на «Кэтуле» достаточно комфортное. Высокий веломобиль (от подушки сиденья до земли почти полметра) вкупе с флажком и сигнальными огнями хорошо заметен на дороге.

При движении в городе активный руль и небольшая ширина позволяют веломобилю легко маневрировать и буквально протискиваться между препятствиями.

Интересная особенность «Кэтули». Пассажиры обгоняющих автомобилей обычно смотрят на веломобиль с восторгом и лёгкой завистью. Так вот, обратил внимание, что сиденья в большинстве «иномарок» располагаются на уровне, а порой даже несколько ниже, чем в «Кэтуле», что позволяет ощущать себя в кресле веломобиля равноправным участником движения.

Несмотря на то, что у всех моделей практически одинаковые рамы, каждой присущи свои особенности. Самый юркий веломобиль — «Кэтуля-сингл»: разворачивается бувально на месте — вокруг заднего колеса. «Кэтуля-компакт» обладает хорошими тормозными свойствами, на нём можно выполнять даже некоторые элементы фигурной езды на двух колёсах. Ну а «Кэтуля-спорт», собранный на узкопрофильных колёсах увеличенного диаметра с двустенными алюминиевыми ободами, разумеется, самый быстрый из веломобилей этой серии.

Несмотря на множество положительных качеств, веломобиль не лишён и недостатков. Что, на мой взгляд, после четырех сезонов эксплуатации, стоило бы изменить-улучшить в конструкции веломобиля? Во-первых, снизить килограмма на два-три вес (путем оптимизации сечений, замены материала и комплектующих). Во-вторых, увеличить сечение валов задних колёс до диаметра 16 мм (есть ощущение при езде, что на неровностях дороги валы слегка «играют» (упруго деформируются) и затрудняют движение. И последнее — установить съёмный тент-обтекатель, чтобы использовать веломобиль при любой погоде.

Вот и все секреты футляра «музыкального инструмента».

Основные характеристики веломобилей серии «Кэтуля»

В заключение хочу сказать, что одна канадская фирма тоже заинтересовалась конструкцией веломобиля «Кэтвилз» в качестве шасси, установив на него стеклопластиковую кабину собственной разработки и начала выпуск городского веломобиля под названием «Аврора». Модернизация «Кэтули» тоже может пойти по этому пути. Но более логично, по-моему, снабдить складной вариант тентом из тонкой водонепроницаемой ткани на лёгком разборном каркасе.

В. УЛЬЯНОВСКИЙ