ВЕЛОСИПЕД… ИЗ ФАНЕРЫ

Решил я сделать для своего четырехлетнего сына трехколесный велосипед с полулежачей посадкой и с обратным дельтовидному расположением колес. В движение он приводится усилием ног ребенка через педальный узел, расположенный спереди, что традиционно для подобной конструкции. Ведущее колесо здесь заднее, таким образом, колесная формула трайка 3×1. В последнее время получили большую популярность различные средства передвижения с электроприводом. Применение такового в моей конструкции тоже возможно, но мне, в первую очередь, хотелось, чтобы велосипед способствовал физическому развитию ребенка, поэтому остановился на классической схеме с педалями.

Первое и основное условие проекта -это возможность сборки изделия в домашних условиях без привлечения станочного и сварочного оборудования. В моем распоряжении имелся стандартный набор ручного слесарного инструмента, шуруповерт, верстак из подручных материалов и минимальный набор велосипедных съемников. Второе — комплектующие, они должны быть доступны по цене, а приобрести их можно было бы на строительном рынке или в сетевом магазине. Третье — велосипедные компоненты — также эконом-класса, из обычных веломагазинов. Со временем и при желании, имея соответствующие финансовые возможности, их всегда можно заменить на более дорогие и качественные.

Итак, начнем с несущей системы, или рамы трайка. Это же и самая заметная, самая оригинальная его часть. Вспоминая основное условие, которое я перед собой поставил при создании трайка, требовалось выбрать легкообрабатываемый материал, обладающий достаточной жесткостью и приемлемой массой. Эстетический аспект тоже вносил свою лепту в сужение круга возможных вариантов. Листовой материал позволяет изготавливать детали разнообразной формы, и я выбрал… фанеру толщиной 10 мм. За счет перекрестного расположения волокон по ее слоям достигается достаточная жесткость на изгиб в плоскости листа. А еще фанера, обладая теплопроводностью дерева, не позволяет получить ожог при очень низкой или высокой температуре, что оказывается дополнительным плюсом для детского велосипеда.

Для ускорения процесса заказал распил деталей рамы по моим чертежам на станке лазерной резки. Подобный вид обработки привел к получению дополнительного дизайнерского эффекта в виде темно-коричневого канта, что придает некую графичность и утонченность конструкции. Однако выявился и условно отрицательный момент: резка выполняется строго перпендикулярно плоскости листа, а у некоторых деталей нужен был запил под углом, поэтому без ручной доработки некоторых элементов не обошлось. Как это бывает, часть заказа то ли забыли выполнить, то ли просто потеряли, так что самостоятельная работа ножовкой тоже присутствовала. Кстати, мне особенно приятно отметить, и это перекрывает все финансовые и временные затраты, что у моих детей возник неподдельный интерес к работе. Четырехлетний сын просил дать ему попилить, посверлить и покрутить винтики, а двухлетняя дочь копалась в коробочках и подавала гаечки и болтики. Сразу после сборки дети с удовольствием сидели на велотрайке и пытались перемещаться по гостиной. Впрочем, я забежал вперед — вернемся к конструкции рамы.

Основа рамы состоит из двух продольных лонжеронов. В передней части они связаны поперечиной и двумя раскосами. Для увеличения пространственной жесткости присутствует подковообразный элемент, расположенный под углом к горизонтальным лонжеронам. Он также выполняет функцию каркаса безопасности пилота. В местах его пересечения с лонжеронами расположены подшипниковые узлы ступиц управляемых колес. Масса собранной рамы составила 2,6 кг.

К раме крепится регулируемый по вылету кареточный узел и маятник подвески заднего колеса. Материал, в котором размещается кареточный узел, достаточно мягкий: это брусок из дерева хвойных пород. Для повышения надежности узла используется каретка-картридж с собственным стальным корпусом и закрытыми подшипниками. Регулировка вылета кареточного узла имеет широкий диапазон с шагом 20 мм. Таким образом, велосипед сделан «на вырост».

Маятник выполнен из такой же фанеры, что и рама. В качестве кронштейнов для осей маятника и заднего колеса используются стальные оцинкованные строительные уголки и планки. Как отмечалось выше, все это легко можно найти в обычном строительном магазине.

Велотрайк имеет дизайн классического «чоппера» или круизера. Облик подчеркивается глубокими крыльями. Выбранная стилистика обусловлена не только моими предпочтениями, но и практическими соображениями. Боковины крыльев, изготовленные из фанеры толщиной 3 мм, выполняют функцию ребер. Тем самым они увеличивают жесткость маятника и ступиц передних колес с минимальным добавлением к массе всей конструкции.

На лонжеронах закреплены две пластины с отверстиями для фиксации сиденья. Оно регулируется по горизонтали в диапазоне 100 мм с шагом 20 мм. Также можно выбрать удобный наклон для спинки и подушки сиденья. В спинке предусмотрено несколько каналов для пассивной вентиляции спины. Для наиболее эффективного отвода тепла есть сквозной канал вдоль линии позвоночника. Сиденье имеет мягкую набивку из поролона, обшивка выполнена из ткани Оксфорд 6000 с водоотталкивающей пропиткой.

Разрабатывая трайк для широкого диапазона возрастов (теоретически от трех до семи лет), приходится лавировать между ограничениями и универсальностью отдельных комплектующих. Так, для маленького ребенка нужны короткие шатуны, иначе ему будет очень неудобно педалировать. Система с такими шатунами комплектуется определенными звездами, как по количеству зубьев, так и по подходящей к ним цепи. Масса транспортного средства, возраст райде-ра, уровень его физической подготовки, ландшафт местности, где будет происходить катание — согласование всех этих параметров возложено на трансмиссию с изменяемым передаточным отношением. Учитывая перечисленные факторы, были выбраны система шатунов 1/2×3/32 32Т 102mm (12-18″) и кассета (трещотка) Shimano MF-TZ500 7S 14-34. Таким образом, трансмиссия имеет семь скоростей.

Особенность компоновки велотрайка обуславливает использование очень длинной цепи. Она собрана из двух цепей КМС 1/2×3/32x116L. Задний велосипедный переключатель Shimano Tourney TY300, кроме основной своей функции, выполняет роль натяжителя цепи. Для исключения мороки по подбору и креплению «петуха», переключатель закрепляется на оси заднего колеса.

Подвеска предусмотрена только для заднего колеса. Она многорычажная. Рычаги крепятся к раме и маятнику болтами, выполняющими функцию осей. Амортизатор подрамный, пружинный, с эластомерным демпфером, его регулируемый ход составляет 34 мм. Ожидается, что подвеска значительно снизит нагрузку на позвоночник ребенка и раму велосипеда, точнее об этом можно будет судить после длительной эксплуатации велосипеда. При желании амортизатор можно заменить на жесткий элемент, что снизит снаряженную массу трайка, затраты на педалирование и улучшит управляемость.

Спереди и сзади установлены колеса и шины разного типоразмера. Их выбор обусловлен общими габаритами, дорожным просветом, длиной лапки заднего переключателя, плавностью хода и стилистикой велосипеда. Передние колеса собраны на ободьях из алюминиевого сплава 16×1,75, заднее колесо — 20×1,95. Соответственно, использованы шины 16×0,75 и 20×0,75. Все размеры указаны в дюймах.

Рулевой механизм представляет собой регулируемые по длине рычаги, жестко закрепленные непосредственно на ступицах передних колес. Рулевая трапеция находится позади оси управляемых колес. Поперечная тяга цельная. При положении управляемых колес «прямо» прямые, проходящие через проекции на горизонтальную плоскость осей ступиц и шарниров поперечной тяги, пересекаются в центре задней оси. Таким образом, рулевое управление построено по классической геометрии Аккермана. Ось ступицы вращается на двух конических роликовых подшипниках. Одна чашка подшипника запрессовывается в раму, другая поджимается уголком (кронштейном) ступицы. Такая схема позволяет без особых сложностей отрегулировать зазор и плавность работы узла.

За счет конфигурации и положения ступичного узла были получены определенные значения углов установки колес. Угол развала колес выбран отрицательным, он равен 5 градусам, что улучшает устойчивость в поворотах. Угол схождения колес — нейтральный. Поперечный угол наклона оси поворота составляет 15 градусов. Наклон оси поворота колеса приводит к приподниманию рамы трайка в повороте. Возникающие силы стремятся вернуть колеса в прямолинейное положение и способствуют стабильности при движении по прямой. Продольный угол наклона оси поворота положительный и также равен 15 градусам. Положительное значение кастера добавляет в копилку динамической стабильности велосипеда. Оптимальность выбранных углов уже подтверждена опытом эксплуатации.

Чувствительность рулевого управления очень высокая. Трайк способен развернуться на дороге шириной менее трех метров. В то же время высокая маневренность имеет и отрицательный аспект. Неаккуратное управление, особенно на высокой скорости, может привести к опрокидыванию велосипеда, поэтому пилот должен быть хотя бы чуть-чуть подготовлен и знать последствия своих действий в процессе движения.

На рулевых рычагах расположены ручка тормоза, грип-шифт (манетка) Shimano Tourney RV200-7R переключения скоростей и звонок.

Велотрайк детский, но имеет значительную массу по сравнению с характерными для той же возрастной группы велосипедами. Поэтому он оснащен гидравлическим тормозом, позволяющим эффективно замедлять его при незначительном усилии на тормозной ручке. На заднем колесе установлен перфорированный тормозной диск диаметром 160 мм. Использованы велосипедный тормозной механизм (кали-пер) Shimano МТ201 (дисковый, передний BR, левый BL) и полимерные колодки. Так как тормозом оснащено заднее колесо, тормозная ручка расположена на правом рычаге рулевого управления.

Очевидно, что трайк из фанеры требует качественной защиты от воздействия окружающей среды, в первую очередь от дождя. При проектировании рассматривалось несколько цветовых вариантов покрытия, в том числе «кислотные». После сборки стало ясно, что естественный цвет и текстура дерева выглядят наиболее выигрышно. Они подчеркивают оригинальность материала. В итоге корпус был покрыт в два слоя прозрачным матовым яхтным лаком на водной основе.

В процессе эксплуатации трайка, как и в случае с любым транспортным средством, возникают мысли, подкрепленные реальными потребностями: что-то исправить, улучшить или добавить. Ребенок, беря на прогулку велосипед, может неожиданно захотеть поиграть в песочнице или отвлечься на иные активности. Мамы хорошо знают эту особенность прогулок с детьми и зачастую берут с собой кучу игрушек. Для этих целей трайк был оборудован багажником. Прорези на нем, помимо дизайнерской, имеют еще и практическую функцию: за них удобно крепить различные грузы, используя резинки с крючками. А вещей «в путешествие» может понадобиться много, поэтому были добавлены сумки-кофры. Боковые, они же несущие, стенки сумок выполнены из фанеры толщиной 10 мм. Необходимую жесткость могут обеспечить и менее толстые листы, но хотелось достичь унификации с остальными деталями велосипеда. Лицевая изогнутая часть, дно и задняя стенка имеют толщину 3 мм. Сборка выполнялась на клей с саморезами. От влияния непогоды кофры и багажник защищает двухслойное покрытие тем же бесцветным яхтным лаком. Чтобы велосипед с кофрами, загруженными игрушками, не напоминал погремушку при езде, внутри ящики обшиты силиконовыми ковриками для мебельных полок. Для фиксации кофров в закрытом состоянии используются мебельные магнитные замки.

Себестоимость изделия не превысила цену схожих по габаритам и уровню оснащения велотрайков иностранных производителей. Про оригинальность конструкции и говорить не приходится — думаю, такой велосипед, марки «ИНН», о чем сообщает фанерный же логотип, закрепленный на подковообразном элементе рамы, существует в единственном экземпляре. Название марки — ни что иное, как инициалы разработчика, то есть меня.

При испытаниях на трайке находились пилот и пассажир, вес экипажа составил 32 кг. Езда по земляной лесной дорожке подтвердила жизнеспособность конструкции. Единственное, для повышения прочности рамы и улучшения управляемости между рулевыми рычагами и крыльями ступиц добавлены распорки.

Основные технические характеристики велосипеда «ИНН»

Количество мест 1
Длина не более, мм 1300*
Ширина не более, мм 850
Высота не более, мм 700*
Колесная база, мм 800
Колея передних колес, мм 720
Дорожный просвет не менее, мм 120
Передний свес не более, мм 60
Задний свес не более, мм 260
Угол въезда/съезда не менее, град. 45
Диаметр поворота по внешней кромке переднего колеса не более,м 3
Снаряженная масса (без нагрузки) не более, кг 30
Конструктивная масса не более, кг 22
Полная масса не более, кг 72
Полезная нагрузка не менее, кг 50
Распределение полной массы на заднюю ось, % 70
Высота центра тяжести в конструктивной массе не более, мм 250
Предельный угол преодолеваемого подъема/спуска не менее, град. 30/30
Предельный угол бокового наклона не менее, град. 20

* — общая длина трайка варьируется в зависимости от вылета регулируемого педального узла, высота зависит от положения спинки сиденья

Илья НОВИКОВ