Термін веломобіль, що узагальнює всі колісні транспортні засоби на м’язовій тязі, використовується в нашій країні з середини 1970-х років. Про веломобіль «Віта» харків’янина Ю. Стебченка, як про першу ластівку виду транспортних засобів, що народжується, «М-К» розповів ще в № 7 за 1976 рік. В іншому світі так називають тільки практичні конструкції, призначені для вантажно-пасажирських перевезень та забезпечені корпусом-кузовом.
При цьому для всіх двох-трьох-чотирьохколісних велотранспортних засобів з посадкою пілота «автомобільним» (не верхом на сідлі, а на сидінні зі спинкою) за кордоном прижився загальний термін «горизонтальні», або рикамбенти, що в перекладі з англійської (recumbent ) означає “лежачий” велосипед. Двоколісні велосипеди такої схеми часто називають ще лігеради, що буквально в перекладі з німецької – «лежачи на колесі».
Схеми лігерадів теж розрізняються: а) по компонуванні: короткобазні – якщо каретка розташована перед кермовою колонкою, середньобазна – каретка розташована поблизу кермової колонки і довгобазна – каретка знаходиться між кермової колонкою і спинкою сидіння пілота;
б) по посадці пілота: висока – основа сидіння приблизно на рівні колеса або вище (хайрейсери), середня – приблизно на рівні або вище за осі колеса (мідлрейсери) і низька – нижче за рівень осі колеса (лоурейсери).
1 – рама; 2 – передня вилка (від гірського велосипеда, доопрацьована); 3 – зірочка з шатунами; 4 – вузол кріплення каретки; 5 – ланцюг; 6 – натяжний ролик із заспокоювачем ланцюга; 7 – опорний ролик; 8 – провідне колесо; 9 – опорне колесо; 10 – перемикач передач; 11 – диск переднього гальма; 12 – диск заднього гальма; 13 – лежак; 14 – підкладка; 15 – підкіс лежака; 16 – підголівник; 17 – світлоповертач; 18 – кермо; 19 – передній винос керма; 20 – задній винос керма; 21 – важіль керма; 22 – ручка гальма (2 шт.); 23 – велокомп’ютер; 24 – машинка переднього гальма; 25 – машинка заднього гальма
Молодий спортсмен Євген Нестюрін із міста Зеленограда Московської області – майстер спорту з маунтин-байку. Він майже десять років конструює і створює в домашній майстерні швидкісні лігеради, які можуть стати основою (шасі) для стрім-лайнера, але розмова про цю категорію високошвидкісних педальних машин піде нижче.
На одному зі своїх лігерадів під назвою «Індикатор-2» — короткобазному передньопривідному лоурейсері з нерухомою кареткою (жорстко закріпленою на рамі) Євген став переможцем змагань зі швидкісних заїздів. На ньому він взяв участь у традиційному тест-турі веломобілів «Золоте кільце Росії-2009» Московського клубу ентузіастів біотранспорту. Нестюрін проїхав звичайними автомагістралями та путівцями від столиці до вологодської глибинки — стародавнього міста Тотьми — близько 800 км, завоювавши головний приз за кращу конструкцію.
1 – корпус підшипників; 2 – підшипник № 0902 (15x28x7,2 шт.); 3 – чашка; 4 – зірочка (z = 26); 5 – щока ролика (капролон, 2 шт.); 6 – накладка; 7 – заклепки Ø4, 6 шт.); 8 – вісь (болт М8х40); 9 – розпірна шайба Ø20×4
Для виготовлення легкого швидкісного лігераду дуже важливий правильний вибір матеріалів. Перший варіант «Індикатора» Євген виготовив із алюмінієвих сплавів, але деякі шви не витримали вібраційних навантажень — подекуди з’явилися тріщини. В «Індикаторі-2» для виготовлення рами застосовані титанові труби, а для деяких деталей — алюмінієві сплави. Саморобники, які не мають досвіду зварювання таких матеріалів, можуть замінити їх. Наприклад, титан – високоякісними тонкостінними (1 – 1,2 мм) трубами із сталі марки 30ХГСА, причому менших, ніж зазначено на кресленнях, діаметрів. Маса конструкції збільшиться при цьому на 2 – 3 кг, що не критично для конструкторів-початківців.
В «Індикаторі-2» переднє колесо є керованим та провідним. В основі такого поєднання лежить здатність сучасних велосипедних ланцюгів скручуватися на значний кут без втрати працездатності.
1 – натяжний ролик; 2 – підшипник № 0902; 3 – чашка; 4 – болт М8х40; 5 – заспокоювач ланцюга; 6 – накладка, 7 – заклепування Ø3 (2 шт.); 8 – тримач ролика (труба Ø18×1); 9 – втулка; 10 – заклепування Ø4; 11 – розпірна шайба Ø20×4; 12 – фіксатор заспокійника ланцюга; 13 – рама
Для забезпечення динамічної стійкості та хорошої керованості важливо правильно підібрати співвідношення трьох параметрів: α — кута нахилу кермової колонки, β — вильоту передньої вилки, Т — відстані між уявними точками торкання радіуса переднього колеса з поверхнею дороги та перетину з нею ж осі повороту передньої вилки. так званого трейл. Ці параметри залежать від багатьох факторів (колісної бази, діаметрів коліс, положення центру тяжкості, діапазону швидкостей руху лігераду і т.д.) і підбираються в основному досвідченим шляхом. В «Індикаторі-2» вони рівні відповідно: 80 °, 30 мм та 35 мм.
У передньопривідних лігерадах передня вилка піддається значним навантаженням і має бути досить жорсткою. В «Індикаторі» використано сталеву вилку від гірського велосипеда з перевареним штоком. Щоб у ній помістилося заднє колесо від звичайного велосипеда (дев’ятишвидкісна втулка з касетою зірочок), праве перо вилки трохи відігнуте. Обидва ролики (опорний та натяжний) закріплені на рамі за допомогою болтів-осей із внутрішнім шестигранником. Для цього в утримувач кожного ролика запресована втулка з отвором різьбовим.
Опорний ролик – складна конструкція. Складається зі сталевого точеного корпусу, в який запресовані два підшипники. До корпусу приварена стандартна зірочка (z = 26), до неї з двох боків приклепані однакові щіки, виточені з капролону, а із зовнішнього боку – накладка, що фіксує підшипники в корпусі. Всередину підшипників запресована чашка з отвором під болт-вісь.
Натяжний ролик також виточено з капролону. У нього запресовані підшипники, а всередині них така ж чашка, як і на опорному ролику. Перед встановленням роликів на раму на болти надягають розпірні шайби, що виключають торкання роликами елементів рами.
Такий матеріал ролика та щік вибраний для забезпечення малошумної роботи приводу. З цією ж метою на загальній з натяжним роликом осі змонтовано заспокоювач ланцюга. Його положення на рамі визначає фіксатор, до якого він прикріплений заклепкою. До обох поличок заспокійника, що оберігають ланцюг від спадання з ролика, для гасіння шумів від ланцюга приклепані накладки з листового поліпропілену.
1 – рама; 2 – заспокоювач ланцюга; 3 – фіксатор заспокійника ланцюга; 4 – заклепування Ø4; 5 – накладка (2 шт.)
Основа конструкції «Індикатора-2» – цільнозварна рама. При її зварюванні дуже важливо не допустити повідець, тому доцільно виконувати цю роботу у два етапи.
Головний елемент рами – складова хребтова зварна труба діаметром 51×1,2 мм. Її зварювання краще вести на найпростішому стапелі: 16-мм листі ДСП, на якому за допомогою закріплених саморізами брусків позначений контур майбутньої рами. Розмітка рами виконується від будівельної осі “0 – 0”. Поки хребтова труба рами знаходиться на плоскому стапелі, слід приварити до неї підсилювач (підкіс) та косинку.
1 – винесення каретки рами (труба Ø51х1,2); 2 – похила стійка (труба Ø51х1,2); 3 – хребет лежака (труба Ø51х1,2); 4 – косинка; 5 – тримач натяжного ролика (труба Ø18,1); 6 – тримач опорного ролика (труба Ø18,1); 7 – передня опора лежака (труба Ø20×1); 8 – задня опора лежака (труба Ø20×1); 9 – винос задньої опори (труба Ø20×1); 10 – перо задньої вилки (труба Ø30×1, 2 шт.); 11 – дропаут-наконечник пера задньої вилки (смуга s4, 2 шт.); 12 – вушко підкосу (смуга s3, 2 шт.); 13 – фіксатор заспокійника ланцюга (смуга s3); 14 – склянка рульової колонки (труба Ø36×2); 15 – підкіс (труба Ø30×1)
Для виконання подальших зварювальних робіт необхідно підготувати другий пристрій (наприклад, з відрізка швелера або труби прямокутного перерізу), на якому монтуються імітатори осей коліс. Після цього хребтова труба в зборі з передньою вилкою та склянкою кермової колонки фіксується на стапелі разом з пір’ям задньої вилки та дропаутами, потім усі елементи приварюються прихватками. При остаточному зварюванні слід постійно контролювати геометрію рами. Потім проводиться приварювання інших елементів. На завершення операції з виготовлення рами відкриті торці хребтової труби та пір’я задньої вилки заварюються заглушками з листового металу.
Поверх лівого дропаута приварюється накладка для кріплення адаптера гальмівної машинки. Приварювання розпірних втулок між вушками кріплення підкосу вимагає акуратності та здійснюється точками.
1 – склянка каретки; 2 – опора склянки каретки; 3 – клеммовий затискач (труба Ø55×2); 4 – втулка (3 шт.); 4 – гайка (3 шт.)
Матеріал деталей вузла каретки – алюмінієвий сплав АМГ-6. Склянка каретки та втулки клеммового затиску – точені деталі. При виготовленні вузла зі сталі замість втулок можна використовувати стандартні подовжені гайки (М-К № 11 за 2011 р.).
Опора склянки коробчатого типу; складається з однакових пар щічок і накладок, зварених між собою та з трубою-затискачем.
Лігерад розрахований і побудований для пілота ростом 175 – 185 см. Переміщенням вузла каретки по консольній трубі рами (виносу) можна робити більш тонке налаштування під зростання гонщика.
Лежак лігераду – особливо важливий елемент конструкції – виготовляється під конкретного пілота. Найчастіше в період обкатки лежак піддається серйозним доробкам, оскільки відразу зробити його комфортним вдається рідко.
Веломобіліст, вірніше його хребет, при практично горизонтальній посадці, зазнає несприятливих знакозмінних навантажень у напрямку спина – груди при русі по нерівностях дороги. Тому профіль лежака має точно відповідати контурам спини пілота. Є чимало оригінальних методів зняття мірки. Конструктор вчинив так: смакував на рівній підлозі основні елементи лігераду і підклав під спину звичайну подушку. Відбиток, залишений на ній, зберігається кілька хвилин, що вистачає для зняття розмірів.
Основи лежака та підголовника виконані з дюралюмінієвого листа товщиною 2 мм та перфоровані для полегшення. З того ж матеріалу, але товщиною 3 мм виконані і боковини. З’єднуються боковини з основами за допомогою заклепок та куточків у вигляді круглих шайб, зігнутих по діаметру. Причому як шайби автором дотепно та практично використані старі монети.
1 – основа лежака; 2 – боковина лежака; 3 – дно ніші; 4 – проставка; 5 – заклепування; 6 – передня опора лежака; 7 – куточки; 8 – заклепування; 9 – болт М5х20; 10 – гайка М5 (самоконтряна); 11 – шайба; 12 – втулка; 13 – ексцентриковий затискач; 14 – підкладка лежака; 15 – подушка лежака
Формоутворення передньої та задньої частин лежака теж залежить тільки від статури пілота. Наприклад, у передній частині його закруглені краї в області сідниць іноді відгинають вниз приблизно на кут 15 – 30 °, щоб виключити потертості і одночасно зберегти контакт пілота з лежаком при силовому педалюванні. В «Індикаторі-2» це виявилося зайвим. Задня частина основи лежака загнута вперед для утворення заплічників, які утримують пілота від зсуву назад, у ній же виконаний фігурний виріз для розвантаження шийного відділу хребта.
В основі лежака навпроти крижів спини пілота вирізаний отвір 100×290 мм і утворена ніша. Для цього з нижньої сторони лежака до нього прикріплено за допомогою заклепок та жорсткої прокладки дно. Основа лежака покрита приклеєною до нього підкладкою з туристичного килимка-«пінки» товщиною 10 мм, при цьому в нішу попередньо укладена додаткова подушка змінної висоти.
Підголовник – окремий елемент лежака – кріпиться до нього чотирма потайними гвинтами з гайками. До основи підголівника приклеєна фігурна подушка з кількох шарів тієї ж «пінки», обтягнута м’яким чохлом.
1 – основа; 2 – основа підголівника; 3 – боковина лежака (2 шт.); 4 – боковина підголівника (2 шт.); 5 – подушка підголівника; 6 – матрац; 7 – передня опора; 8 – середня опора; 9 – задня опора (підкіс, 2 шт.); а – заплічки; б – ніша подушки лежака
Лежак знімний, кріпиться до рами в трьох точках: до передньої опори на горизонтальній частині хребтової труби – за допомогою двох кронштейнів, виготовлених з пар куточків, склепаних між собою, та ексцентрикового затиску сідла велосипеда; до середньої опори – за допомогою двох потайних гвинтів М5х20 та різьбових втулок, запресованих у торці опори; до пір’я задньої вилки – за допомогою підкосів.
Кермо лігераду зварене з відрізків труби діаметром 22×1 мм. Для виготовлення виносу керма використано два стандартні: з клемовим затискачем, що встановлюється на шток передньої вилки, і розрізний – з накладкою для кріплення власне керма за допомогою двох болтів. Обидва ці виноси об’єднані: приварені до подовжувача з труби діаметром 25 мм. У відкриті торці труб керма вставлені декоративні гумові заглушки.
В іншому лоурейсер укомплектований стандартними велосипедними деталями та вузлами.
У каретковий вузол встановлений картридж: капсула, що поєднує вал каретки та стандартні кулькові підшипники кочення. Довжина шатунів –170 мм. Ведуча зірочка має 82 зуби. Колеса діаметром 22 дюйми (510 мм) мають вузьку (19 мм) гумову покришку, розраховану на високий, до 8 атм, тиск. Провідне колесо має 36 спиць, а опорне – 32. Діаметр роторів дискових коліс – 160 мм. Обидві гальмівні машини змонтовані на кронштейнах пір’я вилок за допомогою адаптерів, що забезпечують налаштування гальм. На кермі знаходяться ручки переднього та заднього дискових гальм, 9-позиційний шифтер перемикання швидкостей та велокомп’ютер. Брудовим щитком забезпечене тільки заднє колесо – пілота захищають від бризок з переднього колеса широка хребтова труба рами та лежак. Встановлені й світлоповертачі: ззаду – червоний на кронштейні кріплення грязьового щитка: спереду – білий на заглушці хребтової труби. Тут же зручне місце і для фари – при необхідності вона легко монтується за допомогою електротехнічних пластмасових хомутів-затискачів.
1 – задня опора лежака (труба 18×1); 2 – правий підкіс (труба 18х1); 3 – перо задньої вилки (труба 30×1, 2 шт.); 4 – гвинт М5х20; 5 – підкладка; 6 – боковина основи лежака (лист s3); 7 – лівий підкіс (труба 18×1); 8 – закінчування підкосу; 9 – вушко кріплення підкосу; 10 – розпірка (труба 15×1); 11 – болт М6х35; 12 – гайка М6, що самоконтряться.
На створення одного лігераду у Є. Нестюріна йде майже рік — автор дуже ретельно опрацьовує кожну деталь конструкції, тому й виглядають його машини як заводські.
Оскільки практично весь «Індикатор» виготовлений із корозійностійких матеріалів, лакофарбове покриття не наносилося, за винятком виносу керма.
Загальна маса конструкції – 17,3 кг.
Не кожен з першого разу освоїть лігерад і навчиться впевнено їздити на ньому, тим більше, з такою низькою посадкою. Навіть велосипедисти зі стажем, що «вросли» в сідло традиційного велосипеда, часом тушкуються, розташовуючись на низькому лежаку. А комусь достатньо й кількох хвилин, щоб відчути цю дивовижну машину стати з нею одним цілим. І мчить такий сміливець на заздрість оточуючим, буквально летить над дорогою.
На цьому можна було б закінчити розповідь про швидкісний велосипед. Але чи знаєте ви, що мріє в душі пілот лоурейсера, особливо молодий? Мріє перетворити його на стрімлайнер і, звичайно ж, з найкращим у світі обтічником. А потім – боротися за рекорди! Не вірите, тоді спробуйте зробити свій лоурейсер. Аж раптом це стане вашим першим кроком до перемоги?
Треновані спортсмени на сучасних кузовних веломобілях (з обтічниками) здатні за денний пробіг долати відстані понад 1200 км із середньою швидкістю понад 50 км/год.
Абсолютний світовий рекорд колісного м’язоходу дорівнює 133,3 км/год. Його встановив у вересні 2009 року в Неваді на традиційних щорічних швидкісних заїздах біля Гори битви канадський гонщик С. Вітінгем на веломобілі-стрімлайнері Varna конструктора Г. Георгієва – теж канадця, болгарина за походженням (звідки і назва серії його стрімлайнерів).
Такі видатні результати були отримані в основному за рахунок досконалої аеродинамічної форми кузова-обтічника. При досягненні швидкості близько 30 км/год майже 85-90% енергії веломобіліста витрачається на подолання опору зустрічного повітряного потоку, а при більш високих швидкостях – до 95%. До стримлайнерів, за термінологією, прийнятою Всесвітньою асоціацією творців м’язових транспортних засобів (WHPVA), належать конструкції, забезпечені обтічниками з високими аеродинамічними характеристиками та призначені для встановлення спортивних досягнень. 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.
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).
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 «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.
Від редакції
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