Гоночные велосипеды

DjVu

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Энтузиасты велосипедной езды, спортсмены-велосипедисты, техники-механики и просто любители изобретать велосипед с выходом этой книги получают в свое распоряжение печатный труд, в котором сделана попытка обобщить огромный опыт велостроения по созданию современных гоночных велосипедов. Необходимость выхода в свет книги, закладывающей основы теории велосипеда, давно назрела.
      По ходу знакомства с книгой читатель найдет для себя много интересных сведений. Так, он узнает, почему размер колес и длина кривошипов (шатунов) именно такие, какими они приняты на современных велосипедах, или чем обеспечивается устойчивое движение велосипеда. Далее читатель встретится и с более глубоким анализом важных технических проблем, связанных с велосипедом. Например, он найдет ответы на вопросы о том, в чем преимущество дискового колеса; почему цепь полудюймовая, а не дюймовая, как это было раньше; что такое динамическое качество велосипедной рамы. На многие из этих вопросов ответ дан на основании собственных наблюдений « исследований автора. Кроме того, использован анализ обширного технического и методического материала, опубликованного в зарубежной и отечественной литературе. Не обошлось и без математических Еыкладок, что придает материалу еще большую убедительность. Все это позволяет Сделать книгу интересной широкому кругу читателей — ,от юного начинающего спортсмена-велосипедиста до профессионального разработчика самого современного гоночного велосипеда.
      Представляя читателю настоящую книгу, хочется надеяться, что она закладывает первые основы будущей теории гоночного велосипеда, которая еще не создана в достаточном объеме, но необходимость создания которой давно очевидна. Вместе с тем читатель ощутит определенную неудовлетворенность тем, что объем книги, а вполне возможно, и отсутствие необходимой информации не позволили коснуться таких важных вопросов, как метрология в велосипедном спорте, спортивная одежда и обувь, ремонт и эксплуатация гоночного велосипеда. Все это следует учесть в следующих изданиях.
      Книга «Гоночные велосипеды» открывает любителям и специалистам велосипедного спорта широкие просторы для творческого анализа и поиска технических и методических решений в такой традиционной, хорошо всем известной области техники, какой является велостроение.
      Новый бум, сопровождающий очередное «рождение» велосипеда за рубежом и в нашей стране, не случаен. Человеческое общество конца XX в. стоит перед проблемой больших и малых передвижений. Сравнительно быстро минул этап, когда конструкторы и изобретатели не скупились на затраты энергии, например, на вывод космического корабля на орбиту или на установление рекорда часовой езды на велосипеде. Наступили другие времена, когда перед каждым человеком и государством стоит реальный образ энергетической проблемы, требующей решения задач повсеместной экономии энергии и в первую очередь на общественных и индивидуальных видах городского и сельского транспорта. В период всеобщего энергетического кризиса, наступающей на человечество гипоксии велосипед с его эмоциональным и физиологическим факторами признается панацеей от многих болезней и прекрасным дешевым транспортным средством.
      О развитии и широком использовании велосипедного транспорта в нашей стране и за рубежом свидетельствуют многочисленные примеры. Общий мировой парк велосипедов в 1985 г. превысил 450 млн. единиц, в том числе в США 100 млн. На сегодняшний день выдано свыше 15 тыс. патентов на различные конструкции велосипедов. В одном из крупнейших городов мира Нью-Йорке уже построено свыше 250 км дорог для велосипедного транспорта. Хорошо известно, что в таких странах, как Индонезия, Вьетнам, Индия, велосипед является основным видом городского и сельского транспорта. В Литве разрабатываются и реализуются на практике планы организации массового движения велосипедного транспорта.
      Сегодня ни у кого нет сомнений в том, что велосипедная езда на работу и обратно или просто езда для отдыха является отличной эмоциональной разрядкой и одновременно тренировкой. Всех приверженцев велосипедной езды прежде всего прельщают малые затраты энергии,
      значительная скорость, простота и надежность конструкции, транспортабельность и удобство хранения, низкая стоимость велосипеда и возможность обслуживания собственными силами. И здесь на первый план выходит гоночный велосипед — последнее слово современного велостроения.
      В ряде стран Европы велосипедный спорт по праву считается одним из наиболее популярных. В Италии, Франции, Бельгии, Голландии, Англии, Швейцарии, Дании, ФРГ и социалистических странах ежегодно организуются сотни велосипедных гонок на треках и шоссе, миллионы подростков мечтают стать выдающимися велогонщиками. В этих условиях достоверная и доступная информация о велосипеде приобретает особо важное значение.
      Особое место следует отвести велосипедному спорту на шоссе и треке. Здесь можно говорить только о гоночном велоси педе самых совершенных конструкций. Практика показала, что в среднем каждые пять—восемь лет в конструкции гоночного велосипеда происходят заметные изменения, полностью исключающие возможность использования устаревших моделей. Речь, разумеется, идет прежде всего о велосипедных гонках всесоюзного и международного ранга.
      Последний период развития конструкции гоночного велосипеда можно назвать этапом решения энергетических задач. Появилось много технических новинок, позволяющих поеысить аэродинамические качества велосипеда и одежды гонщика, улучшить динамические качества велосипедной рамы и колеса или Еообще скомпоновать пс-новому велосипед, как это сделали конструкторы для Ф. Мозера в 1984 г.
      Велосипедный спорт относится к техническим видам спорта. И хотя физическая подготовка является в этом виде определяющей, тем не менее в условиях жесткой спортивной борьбы на всесоюзных и мировых первенствах, когда речь идет об установлении рекордов, важную роль играет техническая оснащенность спортсмена, под которой, в первую очередь, подразумевают конструкцию велосипеда и его отдельных узлов: рамы, руля, седла, колес, однотрубок, цепного привода, системы передач и т. д. Удачная комплектация велосипеда — залог успешного старта спортсмена. И в этом не последнюю роль играет психологический настрой, вера в совершенство технической оснащенности, понимание того, что в этом случае результат зависит только от самого себя.
      Можно с полной уверенностью утверждать, что сегодня велосипед, тем более гоночный, перестал уже быть изделием, в основу которого положена только удачная мысль отдельного конструктора и изобретателя. Сегодня гоночный велосипед — продукт творческой деятельности больших коллективов исследователей, конструкторов и, что весьма важно, технологов-машиностроителей, обеспечивающих высокое качество изготовления и сборки в условиях массового или серийного производства.
      Все сказанное убедило автора в необходимости представить в настоящей книге имеющиеся сведения о конструкциях, осветить производственный опыт изготовления, а также опыт эксплуатации гоночных велосипедов современных конструкций. Изложение материала сопровождается использованием сведений из смежных областей знаний—таких, как физиология и анатомия.
      В книге преднамеренно не рассматриваются конструкции спортивных велосипедов, предназначенных для гонок за лидером, велобола, фигурного катания, а также специальные конструкции, предназначенные для установления рекордов абсолютной скорости с использованием обтекателей и других приспособлений, которые делают велосипед отличающимся от общепринятых норм, утвержденных Международным союзом велосипедистов.
      Предлагаемая книга является первой попыткой объяснить с научной точки зрения многие явления, происходящие при езде на велосипеде, явления хорошо нам знакомые с детства, но вызывающие затруднения при попытках объяснить их физическую сущность.
      Автор книги «Гоночные велосипеды» в прошлом сам занимался велосипедным спортом и участвовал в гонках, а в настоящее время работает в области техники. Сочетание столь важных двух начал — спорта и техники — в значительной степени предопределило структуру и содержание книги. Читателю предоставляется возможность прочесть краткий исторический очерк, получить представление о правильной посадке велогонщика, конструкции основных узлов гоночного велосипеда и современных тенденциях их развития. Но главное, на что рассчитывает автор, — это пробуждение интереса читателей к велосипеду вообще и гоночному в частности.
     
     
      Глава 1
      ОБЗОР РАЗВИТИЯ ВЕЛОСИПЕДНОГО СПОРТА
     
      1.1. Краткая историческая справка
      История создания и развития гоночного велосипеда неразрывно связана с историей велосипеда вообще, так как первые, весьма несовершенные модели велосипедов вызвали оживленный интерес и сразу же поставили естественные вопросы:
      можно ли использовать велосипед для передвижения на большие расстояния?
      может ли велосипед конкурировать с существовавшими в то время общепризнанными экипажами с конной тягой?
      не пора ли выявить сильнейшего велосипедиста своего времени?
      Таким образом, с момента рождения первого велосипеда возникла потребность доказать его право на существование. И, видимо, самым естественным путем такого доказательства был путь организации спортивных состязаний. Разумеется, эти состязания в разные времена носили различный характер. Так, в 1817 г. немец Карл Драйз .В состязании с самим собой преодолел на велосипеде дистанцию в 14 км за 60 мин, а несколько позже расстояние в 70 км между городами Карлсруэ и Кель он преодолел за 4 ч. Известно, что в России крепостной умелец Ефим Артамонов на велосипеде собственной конструкции совершил длительный велопробег из Свердловска (Екатеринбурга) в столицу. Это событие вполне можно отнести к разряду спортивных достижений.
      Историческая хроника официальных спортивных состязаний велосипедистов первой упоминает гонку Париж—Руан на дистанцию в 120 км, выигранную англичанином Муром с результатом 10 ч 45 мин. И начиная с 1869 г. эта гонка стала традиционной. Можно считать, -что именно с этого момента велосипедный спорт получил официальное признание, так как повсюду — во Франции, Германии и других странах Европы — стали создаваться велосипедные клубы. Правда, велосипеды этого периода мало походили на современный гоночный велосипед, но тот факт, что в них была заложена и непрерывно развивалась идея технического совершенствования, ни у кого не вызывает сомнения.
      В начале 1860-х гг. во Франции появились велосипеды, оснащенные передним колесом большого диаметра и педальной системой, — так называемые «пауки», а несколько позже, в 1887 г. благодаря изобретению Джона Данлопа велосипеды стали оснащаться пневматическими шинами. В том же году француз Пьер Кармьен предложил модель со свободным ходом. Это сделало гоночный велосипед более комфортабельным и быстроходным, и в Европе начался велосипедный бум. Проводились самые различные состязания. В 1885 г. Стивенс на «пауке» совершает кругосветное путешествие, в 1891 г. известный велогонщик Этли в часовой гонке по треку на «пауке» преодолел 32 км, в том же году берет начало знаменитая велогонка Бордо— Париж протяженностью 572 км. Ее первый победитель англичанин Миле показал результат 26 ч 34 мин 57 с.
      Первая гонка Бордо—Париж была одновременно и сенсацией и революцией в велосипедном спорте. Она впервые продемонстрировала, что гоночный велосипед может преодолевать огромные расстояния, совершать резкие ускорения — спурты, создавать невиданный-ранее накал спортивной борьбы. Все это создало предпосылки к интенсивному техническому развитию гоночного велосипеда. Велоспорт вышел на широкую дорогу и занял в Европе ведущее положение. Каждая европейская страна считала для себя престижным иметь собственный велотур. Гонка Париж—Брест—Париж (первая гонка, 1891 г.), Бордо—Париж (1891 г.), Париж—Брюссель (1893 г.), Москва—Петербург (1895 г.), Париж—Тур (1895 г.), Париж—Рубэ (1986 г.), «Тур де Франс» (гонка «Вокруг Франции», 1903 г.), «Джиро» (гонка «Вокруг Италии», 1909 г.), шестидневные гонки на треках в Париже (1894 г.), Нью-Йорке (1899 г.), Брюсселе (1912 г.) — вот перечень только основных велотуров и крупнейших трековых состязаний профессиональных велогонщиков того времени. Из них «Тур де Франс» — самая престижная и самая сложная в спортивном отношении гонка. Ее длина в различные годы составляла от 2428 км (1903 г.) до 5795 км (1926 г.), отдельные этапы достигали 467 км (этап Париж—Леон, 1903 г.), число дней отдыха за всю гонку сводилось к минимальному — двум.
      Наряду с крупнейшими шоссейными и трековыми велогонками мирового значения начали проводиться официальные чемпионаты мира: по спринту — для любителей (начиная с 1893 г.) и профессионалов (с 1895 г.), за лидерами — для профессионалов (с 1895 г.) и любителей (с 1893 г.), по шоссе — для любителей (с 1921 г.) и профессионалов (с 1927 г.). Начиная с 1896 г. велосипедный спорт включен в программу Олимпийских игр. Первым олимпийским чемпионом по велоспорту был француз П. Массон. Ведется официальная регистрация мировых рекордов на треке по основным видам гонок, начиная с гитов на 500 м и кончая часовыми гонками. Регистрируются рекорды и на сверхдлинные дистанции (например, 500 км и 24-часовые гонки), а также рекорды в гонках за лидером на различные дистанции и в часовой гонке. В различные периоды развития велосипедного спорта популярность отдельных дистанций изменялась. В последнее время в центре внимания находятся классические дистанции и дистанции, входящие в программу Олимпийских игр.
      Первое официальное соревнование в России по велосипедному спорту зарегистрировано 24 июля 1883 г. Соревнования проводились на ипподроме в Москве. В 1900-е гг. дистанции на отдельных гонках в России достигли гигантских размеров. Примером может служить одноэтапная гонка Петербург—Москва. Известно выдающееся спортивно-туристское достижение — кругосветное путешествие на велосипеде, совершенное русским велосипедистом А. Панкратовым в 1911—1913 гг. Спортсмен был награжден бриллиантовой звездой — высшей наградой У СИ.
      В 1937 г. был проведен первый советский велотур протяженностью более 2500 км. Победителем оказался М. Рыбальченко. В 1938 г. состоялся второй велотур протяженностью 3200 км. С 1951 г. в СССР регулярно проводится всесоюзная многодневная гонка. Первая гонка проходила по маршруту Москва—Харьков—Москва, ее победителем стал Р. Чижиков. Начиная с 1954 г. команда советских велосипедистов принимает активное участие в Международной велогонке мира, проходящей по трассе длиной от 2000 до 2500 км между городами Варшава, Берлин, Прага. Команда СССР неоднократно становилась победителем гонки в командном зачете, а Ю. Мелихов в 1961 г. стал первым среди советских гонщиков победителем этой гонки в личном зачете. В настоящее время широко известны победы советских гонщиков на Олимпийских играх (первым советским олимпийским чемпионом
      по велоспорту в 1960 г. стал В. Капитонов), чемпионатах мира, в традиционных многодневных гонках по дорогам многих стран мира.
      С ростом уровня скоростей велосипедных гонок, с обострением конкурентной борьбы на различных этапах дистанций, и в первую очередь на финише, постепенно менялись требования к конструктивным, эргономическим и эксплуатационным параметрам гоночных велосипедов. Гонщики перестали останавливаться на питательных пунктах, предпочитая везти запасы питания в специальных бачках, установленных в держателях на руле, сумках, переброшенных через плечо, а позднее в карманах велорубашек. Послевоенный период развития велоспорта ознаменовался широким внедрением различных типов переключателей скоростей, получивших в нашей стране общепринятое название «суппер», разработкой современной компоновки рамы, применением катанных из алюминиевых сплавов ободов, тянутых спиц и эксцентриковой системы крепления колес. Несмотря на явный прогресс в технической оснащенности спортивная одежда велогонщиков пока еще была далека от совершенства.
      Первый период развития дорожных и трековых гонок характеризовался громадными дистанциями. Организаторы соревнований ставили своей задачей продемонстрировать потенциальные возможности велосипеда и гонщика преодолевать большие расстояния. Дистанции 500— 800 км и даже 1000 км для однодневных гонок, а точнее, гонок с одним стартом, так как они растягивались на сутки и более, были обычным явлением. Для оживления борьбы на трассах длительных изнуряющих гонок отдельные этапы гонщики стали проходить за лидером, в качестве которого использовались тандемы, триплеты, кварту-плеты и т. д. Особой популярностью стали пользоваться трековые гонки за лидером-мотоциклом, в которых сегодня достигнуты скорости, превышающие 170 кмч.
      В дальнейшем острота восприятия состязаний на выносливость утратилась, на первый план стала выступать скоростная выносливость, и дистанции постепенно стали сокращаться, достигнув современных размеров. Например, чемпионаты мира в шоссейных гонках проводятся на 190 км у любителей и 290 км у профессионалов. В современных условиях высокой технической оснащенности гоночных велосипедов и автострад с идеальным покрытием первостепенное значение приобретают скоростные возможности велогонщика. Часто гонки заканчиваются групповым финишным спуртом, в котором для победы крайне важно хотя бы на диаметр однотрубки быть впереди соперников. Полная драматизма победа В. Капитонова на Римской Олимпиаде над итальянцем Л. Траппе является ярким примером подобного финиша.
      Однако, как показывает статистика, имеется много примеров, когда подавляющего преимущества отдельные велогонщики достигали в гонке задолго до финиша. Подобной тактикой ведения гонок был знаменит выдающийся итальянский профессиональный гонщик 1940— 50 гг. Фаусто Коппи, долгое время возглавлявший, сог» ласно мировой классификации, список лучших гонщиков мира. На Московской Олимпиаде в 1980 г. С. Сухорученков своей тактикой и финишем с большим преимуществом блестяще подтвердил звание сильнейшего гонщика мира среди любителей.
      Особое место в истории велосипедного спорта занимают такие виды, как гонки за лидером, велобол, фигурное катание на велосипеде. В этих видах разыгрывается официальное первенство мира, а также устраиваются скоростные заезды на побитие мировых рекордов на велосипедах специальных конструкций и за лидером-автомашиной, оснащенной специальным плексигласовым колпаком, в разряженной зоне которого спортсмен способен на коротких участках в 1 км развить невероятно большую для ге-лосипеда скорость — свыше 240 кмч. Зти рекорды, а также рекорды, установленные на велосипедах специальных конструкций, на которых велогонщик педалирует лежа на спине или жиЕоте, с 1938 г. не регистрируются УСИ, носят неофициальный характер и преследуют в основном коммерческие и рекламные цели. Подобные гонки не проводятся в нашей стране, и федерация велосипедного спорта СССР подобные рекорды не регистрирует. А весьма эмоциональные и чрезвычайно интересные в техническом отношении трековые велогонки за лидером-мотоциклом в последнее время в нашей стране утратили былую популярность и проводятся эпизодически. Гонки за лидером являются прекрасной школой мужества и хорошим средством тренировки темповиков и спринтеров для отработки техники педалирования в экстремальных скоростных условиях.
      В 1976 г. была создана международная ассоциация по развитию средств передвижения, использующих мускульную силу человека. Эта организация ставит своей целью проведение соревнований без ограничений на конструкцию аппарата передвижения, включая отличающееся от установленных правилами УСИ положение гонщика, различные обтекатели и т. д.
      Учитывая узкую специализацию книги, в кратком обзоре трудно охватить все исторические аспекты развития конструкций и моделей спортивных велосипедов различного назначения. Это является предметом специального обзора. Поэтому ниже рассмотрены основные этапы развития только гоночного велосипеда в его современном представлении, предназначенного для ведения гонок на шоссе и треке.
      Гоночный велосипед с первых шагов своего развития был вовлечен в очень сложную, насыщенную спортивной борьбой и жестокой конкуренцией сферу общественной деятельности. Сотни тысяч велогонщиков, начиная от юных, фанатично преданных велосипеду спортсменов, и кончая маститыми профессионалами, без устали вращали педали на заре нашего века по дорогам всего мира. Сотни фирм и спонсорных объединений напряженно работали над решением технических, медицинских и учебно-тренировочных вопросов. Миллионы болельщиков, стоящих у обочины шоссе, жадно читающих отчеты в многотиражных газетах и журналах, являлись косвенным стимулятором прогресса велосипеда. Но действительно мощным рычагом развития и технического совершенствования гоночного велосипеда следует считать миллионные прибыли акционеров, имеющих отношение к организации и финансированию велогонок, крупные денежные призы победителей, ореол всеобщей популярности.
      Невольно напрашивается сравнение велостроения с такими отраслями, как авиа- и автомобилестроение. В этих отраслях, по общему мнению, итоговые результаты более значительны. За последние 30—40 лет в авиации появились принципиально новые конструкторские решения, основанные на разработке и внедрении новых видов двигательных аппаратов, например реактивных двигателей. Для автомобилестроения также характерен большой прогресс в двигателестроении, в достижении комфортабельности и экономичности моделей автомашин. А велосипед, в первую очередь гоночный, внешне остался, на первый взгляд, без особых изменений. В нем по-прежнему основным связующим звеном является рама хорошо известной
      компоновки, колеса, цепной привод, круто изогнутый руль, ручные тормоза, скромный комплект вспомогательной оснастки и неизменный со дня зарождения велосипеда биологический двигатель — человек, поглощающий продукты питания и поставляющий энергию для вращения кривошипов велосипеда с помощью собственных ног. Факт неизменности биологического двигателя, а также жесткие ограничения на конструкции гоночных велосипедов, введенные УИС в 1938 г., по-видимому и определили сравнительно скромные изменения в конструкциях гоночных велосипедов.
      Современный этап развития велосипеда, начиная с 1970-х гг., ознаменовался попытками техническими средствами решить энергетическую проблему за счет использования новых легких материалов, аэродинамических профилей труб рамы и спиц, обтекаемой одежды, новой компоновки велосипеда в целом, а также за счет других технических усовершенствований, позволяющих поднять КПД гоночного велосипеда и всей системы «гонщик— велосипед». Одновременно впервые в велосипедном спорте встал вопрос о регистрации рекордов, установленных на высокогорных и равнинных велотреках. Поэтому, согласно решению УСИ 1984 г., рекорд итальянца Ф. Мозера в часовой гонке, установленный на треке города Мехико на высоте 2200 м над уровнем моря и равный 51,151 км, открыл новую таблицу высокогорных рекордов.
     
      1.2. Классификация велосипедов
      Как свидетельствует статистика, в 1980 г. мировой парк велосипедов составил свыше 315 млн. единиц. На сегодняшний день в мире выдано свыше 15 тыс. патентов на велоконструкции. Такое обилие велопродукции несомненно удовлетворяет запросы населения на велосипеды как средство передвижения, транспортировки, отдыха, туризма и спорта. Поэтому классификация велосипедов достаточно сложна (табл. 1.1).
      К наиболее распространенному классу относится дорожный велосипед в мужском и женском исполнениях общего назначения для езды на работу, в магазин, для прогулок и местного туризма. В этот класс входит большая группа велосипедов транспортного назначения с багажниками различной конструкции, прицепными тележками и в трехколесном исполнении. Велика номенклатура детских и подростковых велосипедов самых разнообразных конструктивных решений. Большой популярностью в настоящее время пользуются складные велосипеды уменьшенных габаритных размеров.
      Спортивные туристские велосипеды являются следующей ступенью развития дорожного велосипеда. Они обладают улучшенными ходовыми качествами, надежностью и удобством эксплуатации. Эта категория велосипедов выпускается только в мужском исполнении.
      Гоночные велосипеды — наиболее многочисленный класс. Они подразделяются на три самостоятельные категории: шоссейные, трековые и кроссовые.
      Шоссейные велосипеды имеют свободный ход, оснащены системами тормозов, переключения скоростей и рядом атрибутов, характерных для гоночного велосипеда. Рама имеет несколько увеличенную базу (расстояние между осями колес). Колеса крепятся к раме с помощью эксцентриковой системы, цепной привод имеет до десяти и более передач, пять из которых переключаются с помощью заднего суппера и две с помощью переднего суппера. Кривошипы1 оснащены педалями с туклипсами. Тормозная система в виде колодочных тормозов действует на оба колеса, она приводится от тормозных рычагов, смонтированных на руле.
      1 В технической и методической литературе по велоспорту, а также в обиходе укоренился и постоянно используется неправильный с технической точки зрения термин «шатун». В настоящей книге эта деталь велосипеда будет именоваться кривошипом.
      Характерными по назначению и конструктивному исполнению атрибутами шоссейного велосипеда для групповых гонок являются седло, бачок для питья, насос и однотрубки.
      Шоссейные велосипеды для темповых гонок в современном исполнении несколько отличаются от велосипедов, предназначенных для групповых гонок. Это наблюдается в ряде случаев в последние годы. Так, гонщкки стали использовать с 1982 г. велосипеды коеой компоновки, для которой характерны новая система крепления руля (непосредственно к коронке передней вилки), специальный изгиб этого руля, использование колес с минимально допустимым числом спиц и отсутствие вспомогательных атрибутов (бачков, насоса и т. д.). Одним словом, эта категория предусматривает возможность использования обычного шоссейного велосипеда с некоторыми переделками в плане его облегчения для темповых и командных шоссейных гонок с раздельного старта.
      Трековые велосипеды не имеют свободного хода и тормозной системы, выполнены с укороченной базой, оснащены облегченными колесами, однотрубками и системой цепной передачи. Эта категория велосипедов подразделяется на велосипеды для спринтерских, темповых и лидерских гонок. Первые две группы внешне трудно различимы, за исключением параметров установки седла и руля, однако существенно отличаются по параметрам базового расстояния, отдельным размерам и динамическому качеству рамы. Третья группа трековых велосипедов для лидерских гонок имеет принципиально отличающуюся компоновку рамы: вилка изогнута назад, уменьшен диаметр переднего колеса, специальная конструкция однотрубок, специфическая установка седла и руля. Все это позволяет приблизить гонщика к лидеру и улучшить аэродинамическое качество системы «лидер—гонщик».
      Кроссовые велосипеды — обычные шоссейные гоночные велосипеды, переоборудованные для кросса. Специфика такого переоборудования зачастую состоит в изменении положения седла и руля, в изменении передаточных отношений (рекомендуется диапазон соотношений цепной передачи от 24x42 до 14x48), в использовании колес повышенной прочности и однотрубок увеличенной массы (0,5 кг и выше).
      Игровые велосипеды в настоящем издании не рассматриваются, так как не относятся к категории гоночных, т. е. к категории велосипедов, предназначенных для достижения максимальных или рекордных скоростей.
      Рекордные велосипеды — класс велосипедов, которые последние полтора десятилетия все более напоминают о потенциальной возможности технического прогресса даже в такой, казалось бы, устоявшейся и консервативной области техники, как велостроение. Если сравнительно недавно уменьшение массы однотрубки на несколько десятков граммов, уменьшение числа спиц в колесе и общее снижение массы велосипеда на 1—3 кг являлось важным и значительным, то в 1980-е гг. технические решения по дальнейшему совершенствованию уровня подготовки рекордного велосипеда достигли новых, невиданных ранее высот.
      Основное направление работ в этой области — снижение КПД механической системы гонщик — велосипед. Следует отметить работы по совершенствованию аэродинамики как системы в целом, так и отдельных узлов велосипеда (труб, рамы, спицевого набора колес, облегающих аэродинамических комбинезонов и т. д.), а также работы по общему снижению масс и моментов инерции вращающихся частей и узлов за счет использования новых сверхлегких и сверхпрочных конструкционных материалов (титановых сплэбов, углепластиков, СВМ-волокна и т. д.).
      Рекордный велосипед, подготовленный для установления мирового рекорда в часовой гонке для Ф. Мозера в январе 1984 г., являет собой пример практической реализации на высоком уровне современной технологии конструкционных материалов и знания конструктивных особенностей гоночного велосипеда в целом (см. рис. 8.28) и его узлов.
      Использование этого велосипеда помогло Ф. Мозеру не только установить мировые рекорды среди профессионалов одновременно на дистанциях 5, 20 км и в часовой гонке, но и обеспечило победы в многодневных гонках, в регламент которых входили этапы с раздельным стартом. Автор далек от мысли подвергнуть сомнению спортивные достижения Ф. Мозера или поставить их в зависимость от уровня используемых им технических средств. Ф. Мозер в настоящее время является одним из ведущих профессиональных гонщиков и его мировые рекорды находятся вне всяких подозрений. Однако необходимо отметить важный факт наличия в его арсенале самых современных научно-технических решений, сопутствующих процессу подготовки и непосредственному установлению рекордов. Это относится к использованию увеличенного заднего и уменьшенного переднего (по сравнению с принятым международным стандартом) колес велосипеда, к необычной компоновке рамы и руля, использованию дискового набора колес вместо спицевого и замене пневматической однотрубки жестким металлическим профилем.
      Конструкция рекордного гоночного велосипеда не противоречит регламенту УСИ. Более подробная оценка и рассмотрение эффективности отдельных элементов этой конструкции выполнен в гл. 7.
      Как уже отмечалось, с 1938 г. УСИ не регистрирует рекорды скорости, установленные на велосипедных конструкциях, отличающихся от регламентированных норм. Поэтому отметим только тот факт, что такие велосипедные конструкции существуют, совершенствуются, их рекорды регистрируются по линии международной ассоциации развития средств передвижения, использующих мускульную силу человека. Подробное рассмотрение этих конструкций не входит в задачу настоящей книги.
      Многоместные велосипеды, в первую очередь тандемы, на протяжении многих десятилетий пользовались большой популярностью в мировом велосипедном спорте. Ранее их применяли в качестве лидеров, и до 1972 г. спринтерские гонки на тандемах на дистанции 2 км входили в программу Олимпийских игр.
      В последнее десятилетие интерес к гонкам на тандемах в связи с исключением их из программы Олимпийских игр значительно снизился. Однако популярность многоместных велосипедов, используемых в рекламных целях, для участия в различных конкурсах, для туризма и местных прогулок, по-прежнему остается на высоком уровне. Это относится, в первую очередь, к странам Западной Европы, где отдельные энтузиасты-изобретатели продолжают конструировать и испытывать свои самодельные «монстры». Например, известен вариант многоместного
      велосипеда конструкции датчанина А. Вестергенда, рассчитанного на 34 человека.
      Особенность тандема состоит в том, что он имеет удлиненную и более прочную конструкцию рамы по сравнению с обычным велосипедом, усиленные колеса, сдвоенный привод цепной передачи и двойкой комплект седел, руля и кривошипного привода. Вся система управления сосредоточена в руках первого гонщика. За ним остается решающее право маневра и принятия тактического решения в гонке. Второй гонщик обычно выполняет функции исполнителя. Совместная работа двух гонщиков — залог успеха в соревнованиях.
      Прочие конструкции велосипедов — заключительный класс в рассматриваемой классификации. Он не имеет никакого отношения к гоночным велосипедам, а его конструктивные решения, реализованные в натуральных моделях, лишний раз показывают огромные потенциальные возможности и безграничное многообразие практического воплощения идеи велосипеда. В книге С. Охлябинина [16] приведено описание большого числа конструкций этого класса. Книга написана с большим интересом к рассматриваемой проблеме и рекомендуется для ознакомления.
     
      1.3. Некоторые технические аспекты правил организации велосипедных соревнований
      Правила организации велосипедных соревнований составлены на основе действующих правил соревнований в СССР с учетом общего и технического регламентов первенства мира и установления рекордов, утвержденных УСИ и ФИАК. Эти правила являются обязательными для всех видов соревнований по велосипедному спорту на территории СССР [13].
      В рамках настоящей книги рассматриваемые технические вопросы касаются только регламента конструкции и оснастки гоночного велосипеда, а также регламента технической экипировки гонщика. Ниже приведены сведения, которые являются формальной выпиской из официального документа «Велосипедный спорт. Правила соревнований» [2], утвержденного Федерацией велосипедного спорта СССР.
      Требования к велосипедам. В велосипедных соревнованиях разрешается пользоваться велосипедами любой
      конструкции, снабженными или нет такими приспособлениями, как переключатель скорости, трещотка и т. д. (за исключением гонок на треке), при условии, что велосипеды приводятся в движение исключительно человеческой мускульной силой, не имеют приспособлений для уменьшения сопротивления воздуха и не превышают 2 м в длину и 0,750 м в ширину.
      Кроме того, велосипеды должны отвечать следующим требованиям:
      1) расстояние между осью каретки и землей должно быть не менее 0,240 м;
      2) расстояние между вертикалями, проведенными через ось каретки и ось переднего колеса, должно быть не менее 0,540 м и не более 0,600 м;
      3) расстояние между вертикалями, проведенными через переднюю точку металлической части седла и ось каретки, не должно превышать 0,150 м;
      4) расстояние между вертикалями, проведенными через ось каретки и ось заднего колеса, должно быть не менее 0,550 м;
      5) колеса велосипеда могут быть разного диаметра, как компактными (дисковый набор), так и со спицами (спицевый набор) в количестве от 16 до 40;
      6) запрещается применение каких-либо устройств в компактных колесах в целях ускорения их вращения;
      7) в индивидуальных и командных гонках преследования, гитах, в командных гонках и гонках на время на шоссе велосипед может быть оборудован рулем в виде «рогов быка» (кроме спринтерских, групповых, лидерских и многодневных гонок);
      8) в гонках на треке запрещаются тормоза, трещотки, гайки-барашки и переключатель скоростей (в индивидуальных гонках на побитие рекорда применение свободного хода и переключателя скоростей официально разрешается);
      9) в гонках на шоссе, если велосипед не имеет свободного хода, обязательно наличие одного хорошо работающего тормоза, а если велосипед имеет свободный ход заднего колеса, обязательно наличие двух хорошо работающих тормозов;
      10) концы осей передней и задней втулок должны быть выполнены заподлицо с гайкой или могут выступать не более чем на 5 мм;
      11) концы труб руля должны быть обтянуты лентой, отверстия труб руля и выноса должны быть заделаны пробкой, выступающей наружу не менее чем на 5 мм.
      Запрещается всякое толкание вперед гонщика, производимое руками: круговое, попеременное или какое-либо другое.
      Требования к одежде и снаряжению гонщика. Костюм гонщика состоит из комбинезона, верхняя часть которого заканчивается у шеи, а нижняя (трусы) должна быть на 0,1 м выше коленей, или из велорубашки и трусов, а также велотуфель, носков, велошлема (каски) и велоперчаток (по желанию).
      Трусы должны быть только черного цвета, с боков разрешается полоса другого цЕета шириной не более 90 мм. Носки — однотонного белого цвета; для гонщиков-шос-сейников носки обязательны.
      Для советских велосипедистов, выступающих за пределами СССР в составе сборной команды страны, УСИ установил обязательный цвет велорубашек — красный. На велорубашках для спортсменов-любителей не допускаются надписи и другие рекламные символы, кроме названия своей спортивной организации. Членам сборной команды СССР разрешается надевать установленную для них спортивную форму только в тех соревнованиях, где участвуют сборные команды СССР.
      По утвержденному регламенту МОК и УСИ в белой велорубашке олимпийского чемпиона с пятью переплетенными кольцами, в белой велорубашке чемпиону мира с пятью традиционными полосами и в красной велорубашке с гербом и надписью «Чемпион СССР» могут выступать только сами чемпионы в период владения этими титулами и только в соревнованиях того вида, где были завоеваны эти звания.
      Гонщики командных, парных и многодневных соревнований обязаны иметь форму одинакового цвета.
      На всех видах соревнований на шоссе, треке и в кроссе гонщики-любители обязаны выступать в шлеме, который может быть сплошным из твердого литого материала (каска) или состоящим из полос-валиков, отстоящих друг от друга на расстояние не более 45 мм. Любой шлем должен быть снабжен плотно затягивающимся подбородочным ремнем. Во время соревнований не допускается установка каких-либо передаточно-приемных устройств как на поверхности, так и внутри шлема.
     
      Глава 2
      РАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГОНОЧНОГО ВЕЛОСИПЕДА
     
      2.1. Основные размерения гоночного велосипеда
      При разработке машинного аппарата технические специалисты стремятся реализовать главную задачу — увязать на приемлемых условиях функциональное решение машины с энергетическим источником посредством системы механизмов и агрегатов, обеспечивающих передачу энергии от двигателя к исполнительному органу с минимальными потерями, т. е. с наивысшим КПД. Разработка такой машины, как велосипед, когда в качестве биологического двигателя выступает человек, является задачей особой сложности. Это объясняется прежде всего тем, что человеческий организм не имеет стабильной энергетической характеристики. Кроме того, мгновенная энергетическая характеристика является сугубо индивидуальной, зависящей не только от физиологического и анатомического состояний индивидуума, но и от психологической, физической подготовки и эмоциональной ситуации.
      Поэтому при расчете, проектировании и выборе конструктивных параметров гоночного велосипеда необходимо в первую очередь исходить из анатомических особенностей строения спортсменов, занимающихся велосипедным спортом и достигших определенных результатов. В отдельных случаях, когда велосипед проектируется и изготовляется для определенного спортсмена, выбор параметров велосипеда сугубо индивидуальный. Проектирование и производство серийных гоночных велосипедов в нашей стране ведутся в соответствии с действующими стандартами ГОСТ 6693—83Е «Велосипеды. Основные параметры и размеры», ГОСТ 5503—87 Е «Велосипеды. Общие технические условия», ОСТ 37.005.025—83 «Велосипеды, требования безопасности, методы контроля и испытаний».
      Основными размерениями гоночного велосипеда следует считать радиус колеса R, нормализованный в рамках международных стандартов, и основные геометрические размерения рамы: базовую длину L и размеры Lx— L9, между узлами (рис. 2.1), которые полностью определяют геометрию рамы. Дополнительные размеры Llg—Ll2 определяют положение седла и руля относительно рамы и выбираются в зависимости от антропометрических данных и особенностей телосложения спортсмена.
      Для считывания и контроля размеров рамы применяют различные способы. Наиболее удобным, пожалуй, является приспособление, показанное на рис. 2.2. Оно состоит из двух жестких стальных профилей 1 я 5. Профиль 1 устанавливают на оси переднего А и заднего В колес, лишняя длина устраняется с помощью подвижной каретки 7 со стороны укороченной части 8. Профиль 5 устанавливают подвижной кареткой 10 на ось О каретки велосипеда так, чтобы полочка 4 располагалась на верхней трубе CD без люфта. Крестовина 3 соединяет профили 5 и Д на которых нанесены шкалы линейных размеров 2, 6, 9 я И с ценой деления 1 мм. Приспособление устанавливают на раму, тщательно выверяют и затем производят измерения по шкалам линейных размеров. Для большей точности отсчета измерения целесообразно сделать несколько раз и результаты усреднить.
      На рассмотренном рисунке показан основной современный конструктивный вариант рамы, когда верхняя труба CD параллельна линии базы А В и радиусы колес одинаковы (см. рис. 2.1). Однако это приспособление может с таким же успехом применяться и для конструкций рам, отличающихся от традиционной компоновки, когда труба CD занимает наклонное положение.
     
      2.2. Тактико-технические аспекты посадки велогонщика
      Под термином «посадка» в велосипедном спорте понимают положение тела, в частности туловища, рук и ног велогонщика, относительно велосипеда.
      В зависимости от условий гонки различают три характерных типа посадки: низкую, среднюю и высокую.
      Низкую посадку велогонщики используют в экстремальные моменты гонки или в темповых гонках, когда требуется обеспечить минимальное лобовое сопротивление набегающему воздушному потоку, определяемое в грубом приближении миделем системы «гонщик—велосипед». Отдельные элементы посадки — такие, как положение рук, туловища, головы и, что особенно важно, профиль спины в грудной и поясничной областях, — имеют ярко выраженный характер и направлены на создание упругого замкнутого контура, образуемого гонщиком совместно с велосипедом. Такая посадка жестко фиксирует положение таза гонщика на седле, создает упор седалищных бугров в специальный профиль седла и позволяет создать условия для эффективного педалирования, исключающего движения таза относительно седла и раскачивание велосипеда в поперечных направлениях. При этом качество педалирования, а следовательно, и КПД всей системы отвечают наивысшим показателям. По приближенным расчетным данным площадь мидель-сечения системы гонщик — велосипед при низкой посадке велогонщика среднестатистических размерений составляет около 0,3 ма.
      Среднюю посадку используют чаще всего в такие моменты гонки, когда потенциальные возможности гонщика или сравнительно невысокие скорости позволяют вести гонку, предоставляя некоторый отдых мышцам спины, шеи, рук и т. д. Средняя посадка весьма эффективна при езде на подъемах и спусках. На подъемах при сравнительно низких скоростях сопротивление воздушного потока становится минимальным, а повышенное потребление кислорода требует расслабить мышцы грудной клетки и обеспечить более свободное дыхание. При этом улучшаются условия для варьирования методов педалирования в целях расслабления и включения в работу новых групп мышц. На спусках средняя посадка улучшает маневренность системы «гонщик—велосипед», увеличивает обзор и обеспечивает хорошие условия для расслабления и кратковременного отдыха. По ориентировочным расчетным данным площадь мидель-сечения при средней посадке составляет около 0,4 м2.
      Высокая посадка характеризуется прежде всего приближающимся к вертикальному положением корпуса гонщика, руки гонщика могут удерживать горизонтальную трубу руля или стойки тормозных ручек. Высокую посадку используют при езде на малых скоростях на тренировке, в периоды затишья борьбы в гонках или в экстремальных ситуациях, когда в короткие интервалы времени требуется выполнить спурт с использованием малой передачи, как это часто делается на финишах на стадионах. В этих условиях скорости въезда на стадионы сравнительно невелики и еще больше понижаются при прохождении виража перед выходом на финишную прямую. Скорость прохождения виража на стадионе составляет 30— 40 кмч, и сопротивление воздушного потока невелико. Здесь первостепенное значение приобретает возможность обеспечения маневра и удержание велосипеда от заноса. Это удобнее всего сделать при средней и высокой посадках. Финишная прямая обычно составляет около 50 м, и на этом отрезке необходимо развить максимальную скорость. Для предотвращения проскальзывания заднего колеса и обеспечения движения по прямому кратчайшему пути полноценный финишный бросок может быть выполнен только в седле велосипеда с использованием малой передачи. По приближенным данным площадь мидель-сечения при высокой посадке составляет около 0,6 м2.
      Тип посадки не является для гонщика чем-то неизменным и, как отмечалось, в первую очередь определяется условиями гонки: скоростью движения, положением гонщика в группе или в так называемой «струне», необходимостью обеспечения быстрого маневра, остротой финишной ситуации. Во всех случаях гонщик понимает и ощущает необходимость и возможность экономии энергии за счет посадки для уменьшения сопротивления набегающему воздушному потоку. В отдельные моменты времени эта экономия энергии незначительна, и ее практически невозможно оценить. Но если учесть, что гонка длится 4—5 ч и более и что этапы многодневной гонки ежедневно следуют один за другим, экономия энергии за счет посадки может составить существенную величину.
      Выбор посадки следует рассматривать как компромиссную задачу. Действительно, не вдаваясь в глубокий анализ, попытаемся априорно рассмотреть проблемы, возникающие при этом.
      Исходя из желания максимально экономить энергию за счет посадки и снижать сопротивление набегающему воздушному потоку, гонщик проводит всю многочасовую гонку в низкой посадке. Это влечет за собой целый ряд потерь энергии, связанных с худшей восстанавливаемостью закрепощенного низкой посадкой организма, затруднениями с питанием в гонке и усвоением пищи, плохим обзором, потерей общей ориентации в гонке и, как следствие, необходимостью постоянных ликвидаций разрывов в группе. Возможны и другие многочисленные и значительные потери, которые сопровождают гонщика, утратившего гибкость тактики ведения гонки, т. е. сохраняющего неизменной низкую посадку в течение всей гонки.
      Разумеется, в арсенале велосипедного спорта имеются такие виды гонок, которые с самого старта в силу своей специфики и высоких скоростных требований предусматривают обязательное использование низкой посадки. К ним относятся практически все классические трековые и командные шоссейные гонки. В командных шоссейных гонках время прохождения дистанций 50 и 100 км сравнительно невелико и составляет соответственно около 1 и 2 ч, однако темп гонки чрезвычайно высок и требует обеспечения наивысшего аэродинамического качества посадки.
      При анализе типа посадки с точки зрения участия в ее формировании скелета и мышц велогонщика надо иметь в виду, что кроме лобового аэродинамического сопротивления, . косвенно характеризуемого размерами миделя, имеют место сопротивление продольного обтекания тела гонщика воздушным потоком и сопротивление вихревого следа, вызванное возмущением масс окружающего воздуха. В общем виде полное сопротивление характеризуется коэффициентом С, который, в свою очередь, может быть условно определен коэффициентами Сх при продольном, Су при вертикальном и Сг при поперечном обтекании велогонщика воздушным потоком.
      Тело велогонщика, находящегося в посадке на велосипеде, представляет собой сложный аэродинамический объект с переменными параметрами, не имеющий таких классических аэродинамических аналогов, как шар, цилиндр, пластина конечных размеров и т. д., для которых существуют теории, описывающие кинематику и динамику воздушных потоков, обтекающих эти предметы. Кроме того, необходимо помнить, что антропометрические размеры тела и параметры посадки являются сугубо индивидуальными характеристиками каждого гонщика.
      Вопросы аэродинамики посадки подробно изложены в гл. 8. Здесь ограничимся только рассмотрением некоторых антропометрических и анатомических вопросов, связанных с обеспечением минимального значения миделя системы в условиях низкой посадки.
      Не пытаясь доказывать или оспаривать оптимальность общего принципа организации посадки гонщика, выработанной столетним опытом многочисленных гонок, можно еще раз с уверенностью сказать, что общепринятое положение тела гонщика на велосипеде позволяет реализовать главную задачу эффективного ведения гонки с непрерывными спуртами, темповой ездой, финишными бросками и ездой «танцовщицей». Сам многообразный характер велогонки определил и отработал общие черты современной посадки. Однако параметры посадки у каждого гонщика индивидуальные, и эта индивидуальность находит свое выражение в конструкции деталей и узлов велосипеда и в их взаиморасположении на раме. К таким деталям и узлам относятся рама, руль и его вынос, седло и штырь для его установки, кривошипы, педали и цепной привод.
      Массовый велосипедный спорт требует унифицированного подхода к установлению размерных параметров гоночного велосипеда, так как массовость спорта предусматривает крупносерийный промышленный выпуск гоночных велосипедов. В СССР производством гоночных велосипедов занят Харьковский велосипедный завод. Естественно, в условиях столь крупного промышленного производства вопросы нормализации конструктивных и технологических параметров, унификации и типизации деталей и узлов являются важнейшими факторами увеличения объема производства велосипедов при установленных требованиях к обеспечению точности и эксплуатационным качествам. Лучшими моделями, спроектированными в ЦКТБ велостроения и Харьковским велосипедным заводом, обеспечиваются ведущие гонщики страны.
     
      2.3. Анатомо-антропометрические аспекты посадки велогонщика
      Многочисленные исследования, проведенные в различных видах спорта, показали, что в выполнении основного функционального движения спортсмена принимает участие большинство мышц, обеспечивая ориентацию тела в пространстве и точность выполнения движений. Под функциональным движением спортсмена следует понимать основное движение (комплекс движений), направленное непосредственно на достижение спортивного результата.
      Так, основным функциональным движением велогоишика является педалирование, штангиста — рывок и толчок штанги, бегуна—движение ног во время бега и т. д. Эффективность (по спортивному результату) и экономичность (по затратам энергии) функционального движения в велосипедном спорте достигается в первую очередь за счет посадки. Чем удобнее, комфортабельнее и выше уровень эргономических показателей посадки, тем рациональнее и с меньшими потерями используется работа мышц, с меньшими затратами энергии обеспечиваются устойчивость, требуемые скорости и ускорения системы «гонщик—велосипед».
      Каждый гонщик и его тренер имеют определенные навыки подбора посадки, исходя из индивидуальных особенностей антропометрических данных. Методов и приемов такого подбора известно достаточно много, и они широко освещены в литературе по велосипедному спорту. Все специалисты сходятся на том, что посадку следует подбирать индивидуально и в два этана: установку седла и установку руля. Второй этап выполняется после завершения первого, причем коррекция на установку седла и руля может вкоситься в процессе тренировки или участия в соревнованиях.
      Известные приемы формирования посадки. Некоторые приемы установки седла и руля, рекомендуемые в различных литературных источниках, показаны на рис. 2.3. Можно легко убедиться, что эти рекомендации носят сугубо индивидуальный и априорный характер, зависят в основном от опыта гонщика и не содержат объективной информации, основанной на методах научного расчета и оптимизации. Действительно, на рис. 2.3, а, б не учитываются высота каблука велотуфель и подъем ступни. На рис. 2.3, в, г не учитываются отдельные размеры велосипеда, в частности длина и профиль седла. На рис. 2.3, д не учитывается длина плеча гонщика. На рис. 2.3, е рассматривается только фаза установки седла в продольном направлении.
      Расчет параметров посадки. Известны рекомендации подбора параметров посадки на основе статистической обработки антропометрических данных спортсменов различного роста и имеющих достаточно высокую спортивную квалификацию [22]. По измеренному росту А гонщика (рис. 2.4) с помощью графика выбирают параметры установки седла h и руля I. Для практического выбора параметров установки седла и руля и длины выноса 1Х предлагаются следующие корреляционные зависимости:
      Рис. 2.3. Рекомендуемые в различных изданиях варианты установки седла и руля на гоночном велосипеде (а—а — отвес)
      Итак, мы видим, что посадка велогонщика на велосипеде зависит от многих факторов и в первую очередь от геометрических размеров элементов системы нижних конечностей гонщика (СНКГ), геометрических размеров рамы велосипеда и биомеханических характеристик СИКГ, определяемых наиболее эффективными углами взаимного перемещения элементов СНКГ. Теория велосипедного спорта в настоящее время делает только первые шаги на пути своего развития и пока еще не располагает достаточно надежным методом описания и комплексной оценки посадки гонщика. Ниже предлагается еще один метод комплексной оценки посадки.
      Метод комплексной оценки посадки. Сформированная и принятая к реализации посадка гонщика может быть оценена процентным параметром П на рис. 2.5. Расстояние от точки М на поверхности седла 1 до точки N на поверхности педали 2 при условии совпадения продольной линии кривошипа 3 с осью подседельной трубы 4
      Рис. 2.4. Определение параметров Рис. 2.5. Схема определения процентного параметра П посадки лосипеде в зависимости от роста гонщика на велосипеде
      где Н —длина вертела СНКГ, определяемого расстоянием от оси большого вертела скелета гонщика до подошвы стопы при полном выпрямлении ноги (рис. 2.5, б).
      Очевидно, что при П ^ 100 % посадка является близкой к оптимальной.
      Предлагаемый метод оценки посадки гонщика является комплексным, т. е. оценивающим процесс в совокупности посредством расчета соотношения, характеризующего посадку в процентах. Вместе с тем метод практически не учитывает ряда параметров СНКГ (размера стопы, размеров бедра и голени, мышечную активность СНКГ), а также конструктивных параметров кривошипно-педального механизма гоночного велосипеда. Эти замечания сделаны не в порядке критики, а в порядке критического обсуждения потенциальных возможностей метода, предназначенного во всей совокупности охватить проблему посадки гонщика на велосипеде.
      Все существующие методы не охватывают в достаточно полном объеме проблемы формирования посадки гонщика, ее описания, оценки и выбора параметров установки седла и руля для каждого конкретного гонщика, так как каждый из этих методов является лишь некоторым статистическим обобщением опыта выбора посадки без указаний на пределы изменения ее параметров с учетом конструкции велосипеда, антропометрических и биомеханических особенностей гонщика. Работа по созданию комплексного метода оценки посадки гонщика является, по-видимому, делом ближайшего будущего.
      Предлагаемый вариант организации посадки. Принимая рассмотренные рекомендации в качестве исходных предпосылок, сформулируем и подробно опишем эмпирический метод практического подбора посадки гонщика, с помощью которого в какой-то мере можно одновременно учесть особенности антропометрических данных гонщика, конструкции рамы велосипеда и параметров кривошипнопедального механизма.
      Посадка подбирается в шесть последовательных этапов (рис. 2.6).
      1. Предварительная установка седла в продольном направлении (рис. 2.6, а). Эта операция производится с помощью отвеса а—а так, чтобы передняя оконечность седла находилась на вертикали, проходящей через ось каретки. Опытный гонщик обычно исключает этот этап, так как он уже имеет достаточное представление о положении седла на велосипеде исходя из знаний размеров своего тела, в частности верхних и нижних конечностей.
      2. Предварительная установка седла по вертикали (рис. 2.6, б). Гонщик, сидя в седле велосипеда, выполняет медленное педалирование в обратном направлении, поставив босые ноги средней частью ступни на педали. Вы: сота седла устанавливается с таким расчетом, чтобы при медленном педалировании указанным способом гонщик, выпрямляя полностью ноги, не переваливался в седле, его таз оставался неподвижным и линии корпуса не изменяли своей формы. Согласно уравнению (2.2), параметр посадки Я = 100 %. Предварительное положение седла по вертикали фиксируется отметкой на подседельной трубе, выполняемой краской или изоляционной лентой на некоторой высоте от торца узла рамы. Это делается с таким расчетом, чтобы при последующей регулировке седла по вертикали имелась возможность контроля его перемещения.
      3. Продольная установка седла (рис. 2.6, в). Операция выполняется с помощью отвеса а—а, опускаемого через ось коленного сустава и проходящего через ось педали. Ступня, обутая в велосипедную обувь, фиксируется на педали с помощью шипа, закрепленного на подметке туфель, так, чтобы ось педали проходила под осью сустава большого пальца ноги, как показано на рис. 2.6, г. Замеры выполняются несколько раз, пока не будет полной уверенности в правильности установки седла.
      4. Коррекция установки седла. Коррекция производится повторением второго и третьего этапов. Опытные гонщики весьма чувствительны к малейшим изменениям параметров посадки. Например, подъем или опускание седла на 1—2 мм уже вызывает заметные ощущения неудобства педалирования. В заключение седло надежно закрепляют на подседельной трубе, а трубу — на раме. Для жесткого и надежного крепления седла рекомендуется применять гайки увеличенной высоты и накидные ключи.
      5. Установка руля по высоте и в продольном положении. Ситуация зависит от положения уже установленного седла, длины верхней трубы рамы, длины верхних конечностей и корпуса гонщика, конструкции руля. Предварительно руль устанавливают с таким расчетом (рис. 2.5), чтобы горизонтальная линия с—с, проходящая над горизонтальным участком трубы руля, находилась ниже горизонтальной линии Ь—Ь, проходящей по поверхности седла, на величину г (для шоссейного велосипеда г ж » 304-50 мм; для трекового велосипеда z50 мм). Указанные величины сугубо ориентировочные и приведены только для общего сведения. Окончательная подборка выноса по длине и установка руля производятся с таким расчетом, чтобы при самой низкой посадке линия плеча приближалась к вертикальному положению и была перпендикулярной к линии корпуса. Предплечье должно составлять с горизонталью угол около 15°.
      6. Окончательная коррекция посадки. Этот этап выполняется в процессе тренировок. Гонщику рекомендуется отработать индивидуальные приемы определения положения седла и руля на своем велосипеде, как, например, показано па рис. 2.3, и пользоваться этими приемами при необходимости контроля или при смене седла, руля и т. д.
      Подобранная описанным методом посадка не должна быть единственным и окончательным решением для гонщика, так как каждый гонщик в силу специфики телосложения, особенности работы мышц, гибкости и строения корпуса может и должен внести коррекции в параметры своей посадки, если он испытывает определенные и ясно осознанные неудобства и если приложение сил в процессе педалирования не будет достаточно эффективным. В таком случае описанный принцип так называемого центрового педалирования может быть нарушен. Из индивидуальных соображений посадка может быть изменена так, чтобы отвес а—а (рис. 2.6, в) проходил спереди или сзади оси педали. При этом педалирование будет называться соответственно «под себя» или «от себя». На рис. 2.7 представлен наиболее распространенный вариант центрового педалирования, когда вертикаль одновременно проходит через центр коленного сустава и центр сустава большого пальца ступни при переднем горизонтальном положении кривошипа. На основе этого варианта дана разметка посадки велогонщика с обозначением стержневого замещающего контура.
      Требования к седлу. В зависимости от вида гонок (трековые или шоссейные), их длительности и качества дорожного покрытия выбирают тип и профиль седла. Описание конструкции седла дано в гл. 3. Здесь же отметим только, что таз гонщика располагается на гоночном седле так, чтобы седалищные бугры опирались на специальный профиль седла в самом широком его месте. Завышение ширины седла приводит к увеличению опорной поверхности и увеличению контактной зоны седла и промежной области. Уменьшение ширины седла приводит к его провалу между седалищными буграми и повышенному давлению на внутренние органы в области Таза. Такое седло может быть использовано в коротких спринтерских и гитовых гонках на треке.
      Положение корпуса гонщика. Положение туловища И линии его формы зависят от многих факторов и в общем случае являются индивидуальными, трудно поддающимися изменению в ту или иную сторону. Здесь решающую роль играет позвоночный столб (рис. 2.8), эластичность мышц и связок спины. Важным фактором является способность позвоночного столба принимать естественные изгибы в характерных областях. Эти изгибы имеют вполне определенные названия: лордоз — сильно выраженный изгиб в поясничной области; кифоз — сильно выраженный изгиб в грудной области. Существуют и промежуточные варианты: нормальный — равномерный изгиб позвоночного столба; плоский — явно выраженное отсутствие изгиба позвоночного столба. На рис. 2.9 показаны все четыре наиболее характерные посадки, определяемые изгибными возможностями скелета. Трудно однозначно оценить преимущества одного варианта и недостатки другого. Каждый гонщик вынужден приспосабливаться к своим возможностям, к тому, что позволяет сделать его организм.
      Рассмотренные примеры (рис. 2.9) наглядно показывают, каким образом каждый из четырех гонщиков реализовал свои антропометрические и пластические возможности в посадке. Сомневаться в том, что эти посадки близки для каждого из них к оптимальным, нет никаких оснований, так как очертания взяты с фотографий гонщиков, каждый из которых в разное время занимал ведущие позиции в мировой классификации профессионального велоспорта. В заключение следует отметить, что исходя из требований, предъявляемых к так называемому упругому контуру, образуемому скелетом, мышцами гонщика и велосипедом, наивыгоднейшими параметрами отличается нормальный вариант изгиба позвоночного столба (рис. 2.9, г). Посадки подавляющего числа ведущих гонщиков мира близки именно к этому варианту.
      Роль нижних конечностей в формировании посадки. Каким бы ни было положение корпуса гонщика, нижние конечности принимают активное участие в формировании посадки в зависимости от антропометрических размеров отдельных костей: бедренной, большой и малой берцовых, плюсневых и фалантов пальцев. Основным антропометрическим размером элементов скелета в настоящей работе принят размер между осями двух суставов, принадлежащих одной кости. Например, размер бедренной кости определяется между осями тазобедренного и коленного суставов.
      Положение стопы относительно педали определено длительной практикой подбора рациональных посадок. В настоящее время существует единое мнение о том, что продольная ось стопы (рис. 2.10) должна быть параллельна кривошипу, а ось педали в вертикальной плоскости должна совпадать с осью сустава большого пальца ноги. Такое положение стопы создает наилучшие условия для приложения усилий к педали в вертикальном и, что особенно важно, в горизонтальном направлениях. Известен опыт смещения оси педали вперед на различные расстояния до 15—20 мм. Это увеличивает подвижность стоны во время педалирования и позволяет несколько поднять частоту вращения педалей, однако наблюдается заметный проигрыш в передаче усилий на педаль. Высказанное суждение является результатом анализа ограниченного опыта и не может быть рекомендовано к безоговорочному практическому применению.
      Положение рук и плечевого пояса. Если положение корпуса диктуется условиями гонки и требованиями создания наилучшей аэродинамической формы (путем уменьшения мидель-сечения системы «гонщик—велосипед») или обеспечения удобства высокочастотного педалирования (па передаче с малым передаточным отношением при подъеме в гору), то скелетная и мышечная части рук и плечевого пояса обеспечивают формирование требуемой посадки и удержание этой посадки в течение длительного времени.
      .Лопаточная, плечевая, лучевая, локтевая кости, а также кости запястья, пястья и фаланги пальцев составляют жесткую основу части упругого контура, удерживающего корпус в заданном положении. Наклон лучевой и локтевой костей, образующих с горизонталью угол порядка 15°, позволяет смягчать удары, передаваемые через переднее колесо, раму, руль и руки на корпус. Качество посадки в смысле амортизации корпуса и удобства управления велосипедом опытные гонщики проверяют следующим образом: на скорости около 30 кмч гонщик, приняв низкую посадку, отпускает руль и продолжает двигаться без рук в зафиксированной низкой посадке. Если такой эксперимент удается без особых усилий и велосипед остается достаточно управляемым, то можно считать, что подобранная посадка в плане загрузки рук выбрана близкой к оптимальной. При длительных гонках в низкой и средней посадках мышцы рук, плеч, шеи и спины уставать будут умеренно.
      Мышечная анатомия. Мышечная анатомия человеческого тела применительно к велоспорту настолько сложна и разнообразна, что в рамках настоящего издания подробно рассмотреть ее не представляется возможным. Ограничимся только ссылкой на общую анатомическую схему мышц при посадке гонщика [20] и рассмотрим отдельные мышцы нижних конечностей, принимающие активное участие в процессе педалирования. В общей сложности их насчитывается 29. В рассмотрение не входят мышцы других групп, также проявляющих активность, направленную на процесс педалирования (например, мышцы корпуса при силовой работе) и процесс управления велосипедом (например, мышцы рук). Для удобства рассмотрения мышцы разделены на две группы: мышцы, работающие при нажиме на педаль, и мышцы, работающие при подтягивании педали. В свою очередь, каждая группа
      подразделяется на мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели.
      Мышцы первой группы, работающие при нажиме на педаль (рис. 2.11, а):
      Мышцы второй группы, работающие при подтягивании педали (рис. 2.11, б):
      На основании исследований биоэлектрических потенциалов мышц установлено, что активность мышц нижних конечностей различна и определяется частотой педалирования, физической и технической подготовкой гонщика. Учитывая, что мышцы ног подразделяются на одно-и двухсуставные и что работа последних во многом зависит от взаимного положения суставов, можно утверждать, что и посадка гонщика также определяется активностью работы мышечного аппарата.
      В целом при педалировании происходит гармоничный и весьма согласованный процесс последовательного и одновременного включения и выключения отдельных мышц и целых групп мышц. Эта работа напоминает хорошо настроенный многозвенный механизм с большим числом миниатюрных приводных двигателей, работающих по заданной программе. Чем лучше эта программа отлажена, тем ритмичнее, плавнее и эффективнее работа мышечного аппарата. Как показали многочисленные исследования в области физиологии мышечной деятельности, при определенных условиях согласованность работы мышц нарушается, происходит сдвиг их работы по фазе, эффективность биологического двигателя, каким является человек, резко падает. Эти вопросы подробнее рассмотрены в гл. 7.
      Размерные параметры человеческого тела. Для анализа геометрических размерений типовых посадок и разработки рекомендаций по основным геометрическим размерам велосипедных рам используются среднестатические антропометрические данные по спортсменам, привлекаемым к занятиям спортом вообще и велосипедным в частности [7]. Эти данные близки к среднестатистическим данным взрослого населения в возрасте от 18 до 30 лет в среднеевропейской части СССР. В качестве важнейших антропометрических размерений тела человека, играющих главную роль в организации посадки велогонщика, приняты (рис. 2.12):
      Под геодезическими понимаются параметры микро- и макрорельефа велосипедных гоночных трасс, оказывающие влияние на посадку гонщика и основные размерения гоночного велосипеда.
      В качестве микрорельефа рассматриваются неровности, вызванные произвольным или упорядоченным (регулярным) расположением элементов дорожного покрытия. К таким элементам относятся щебенка, гравий, клинкер, булыжник и т. п. В качестве макрорельефа рассматривается профиль трассы, образованный брошенными на дороге посторонними предметами (кирпич, бревно, рельс и Др.) или большими ямами на дорожном покрытии, канавами, волнообразным рельефом эпизодического и непрерывного характера.
      При анализе влияния геодезических факторов автор не хотел подвергнуть ревизии геометрию современного гоночного велосипеда, отработанного столетней мировой Практикой его совершенствования и эксплуатации в условиях жесткой конкуренции профессиональных и любительских гонок, но ставил задачу с позиций современной теории и практики объяснить рациональность существующих конструкций, наметить пути объективного их анализа и методов расчета.
      В пп. 2.2 и 2.3 были рассмотрены тактико-технические аспекты выбора рациональных посадок и анатомо-антропо-метрические методы расчета параметров посадки исходя из размерений основных антропометрических данных велогонщика. Но посадка предусматривает оценку положения .^гонщика не только относительно велосипеда, направления основного движения вдоль трассы и встречного воздушного потока, но и относительно поверхности трассы гонки. Последний аспект является важным моментом в вопросе определения таких размерений велосипеда, как диаметр колес, координаты положения оси каретки, параметры и ступенчатость цепной передачи и т. д.
      Судя по эволюции конструкций, диаметры колес гоночного велосипеда претерпели значительные изменения. Практика начальных этапов развития велосипеда убедительно показала, что колеса большого диаметра, например велосипед модели «паук», создают непреодолимые трудности посадки на него, управления и безопасности при падении. Применение колес такого диаметра в первую очередь объяснялось необходимостью увеличения передаточного отношения примитивного механизма привода. Комфортабельность езды по дорогам с булыжным покрытием, улучшающаяся при увеличении диаметра колес, учитывалась, по-видимому, в последнюю очередь. Применение колес малого диаметра приводит к повышенной тряске на булыжных мостовых и дополнительным затратам энергии, связанным с многоступенчатыми передачами и увеличенной частотой вращения колес, что требует дополнительной работы на преодоление сил трения в скоростных узлах шарикоподшипников.
      Целесообразно начать с анализа основного размерного параметра колеса — его диаметра 2R. Задача выбора диаметра является компромиссной и весьма ответственной, так как этот размер нормализован международным стандартом в целях полной взимозаменяемости однотрубок, ободов и спиц.
      С одной стороны, уменьшение диаметра колеса понижает положение центра масс системы гонщик—велосипед и увеличивает его устойчивость при движении, улучшает маневренность, однако возрастают потери на преодоление дополнительных сил трения. С другой стороны, увеличение диаметра колеса улучшает комфортабельность езды по дороге с неровным покрытием, но увеличивает массу велосипеда, повышает положение центра масс системы гонщик—велосипед, ухудшает условия эксплуатации.
      Вопрос выбора рационального диаметра целесообразно решать для наихудших условий макрорельефа поверхности дорожного покрытия, каковым следует считать булыжную мостовую. В современных условиях это покрытие практически исчезло с городских улиц и лишь иногда встречается в сельской местности. Но анализ контакта такого покрытия с колесом является наиболее ярким примером построения механической модели их взаимодейст-
      вия. На рис. 2.13 представлена расчетная схема такого взаимодействия при условии, что однотрубка, обод и набор спиц не имеют податливости, булыжник в сечении имеет правильную форму окружности радиусом г, два смежных булыжника расположены на расстоянии 2а друг от друга и взаимодействие происходит без проскальзывания. Линия наружной поверхности колеса 1 контактирует с аналогичными линиями смежных булыжников 2 и 3 в точках А и В. Ось колеса описывает укороченную циклоиду 4 в интервалах
      Естественно, рассматривать этот процесс в функции времени без учета динамики нецелесообразно, и поэтому уравнение движения оси колеса представлено в форме:
      Аналогично может быть рассмотрена кинематика взаимодействия колеса с клинкерным дорожным покрытием. В этом случае радиус г и параметр 2а будут иметь меньшие численные значения. Результаты аналитического расчета и анализа представлены на рис. 2.14. Зависимость максимальной амплитуды колебаний оси колеса утах в процессе его движения и обкатывания по регулярному макрорельефу поверхности дорожного покрытия от радиуса колеса R носит асимптотический характер. Анализ семейства кривых tшах (R) при различных значениях параметров г и 2а показывает, что с увеличением радиуса колеса R максимальная амплитуда колебания оси колеса уменьшается. При R — 0,34 миг — 0,10 м, что соответствует реальному диаметру колеса и макрорельефу типа клинкера, утах = 0,55-10”3 м. Для покрытия дороги типа булыжника (- = 0,075 м) ушах = 8,47.10~3 м. Не пытаясь решить вопрос оптимального выбора радиуса колеса, ограничимся тем, что отметим: радиус R = 0,34 м приблизительно соответствует границе заметного изменения значений производной функции dymaxdR (штриховая линия). Следовательно, радиус гоночного колеса R = 0,34 м следует считать вполне рациональным.
      При анализе влияния макрорельефа гоночной трассы на конструктивные размеры велосипеда основное место занимает параметр Н — так называемый клиренс, являющийся наименьшим расстоянием между низшей точкой велосипеда (за исключением педали) и дорожным покрытием (рис. 2.15). Подобный анализ целесообразно вести для типовых условий, наиболее часто встречающихся в гонках. Прежде всего это относится к случаям, когда на
      малой скорости приходится преодолевать такие препятствия, как кирпич, рельс, бревно и т. п. На больших скоростях эти предметы преодолеваются обычным прыжком с одновременным отрывом обоих колес от дороги. На малых скоростях подобные препятствия преодолеваются последовательным подбрасыванием сначала переднего, а затем заднего колеса. В средней фазе клиренс Н определяет возможность успешного прохождения велосипеда над препятствием. Расчетное значение клиренса шоссейного велосипеда принимают равным Н = -f- hu где — зазор, гарантирующий безопасность движения; НА — высота препятствия.
      Не менее важной величиной является просвет между нижней точкой педали и поверхностью дороги. Его значение h = 0,1 м гарантирует безопасное прохождение педали велосипеда в нижнем положении над препятствием Типа кирпича (рис. 2.16).
      Другим видом препятствий, встречающихся на гоночных трассах, являются глубокие рытвины, ямы и канавы. Техника преодоления этих препятствий изучается при обучении приемам езды на велосипеде, и поэтому в настоящем издании они не рассматриваются, однако геометрия макропрофиля гоночной трассы является определяющим критерием при выборе основных размерений шоссейного велосипеда.
      Рассмотрим типовое препятствие в виде волнообразной поверхности, характерной для пересеченной местности (рис. 2.17). Велосипед, преодолевая это препятствие методом обкатывания, т. е. без отрыва колес от поверхности трассы, будет иметь переменный клиренс, определяемый минимальным расстоянием между профилем трассы 1 и нижней точкой К передней звездочки цепного привода велосипеда. При анализе необходимо рассматривать четыре системы координат: неподвижную Оху, подвижную ОлУъ связанную с осью заднего колеса и параллельную системе Оху, подвижные 01х1у1 и 02х2у2, связанные соответственно с задним и передним колесами и имеющие начало в точках контакта колес с профилем трассы. Обозначим: а — угол наклона рамы велосипеда относительно «1 — угол поворота системы координат 0^^ относительно ОхХхУх, а2 — угол поворота системы 02х,2у2 относительно ОхХхУх, |х = а — а2 — угол давления, заключенный между нормалью к профилю у2 в точке контакта колеса с поверхностью и вектором относительной скорости V.
     
      2.5. Геометрические аспекты посадки велогонщика
      Схема посадки велогонщика, являющаяся геометрическим аналогом реального гонщика, представлена на рис. 2.7, б. В упрощенном варианте схема представляет собой шарнирно-стержневую многозвенную плоскую кинематическую цепь, образованную составными звеньями — аналогами частей человеческого тела: корпусом Аг и углом его наклона к горизонту ф0_ь плечом Аъ и углом фх_5, предплечьем Лв и углом ф5_в, бедром Л2 и углом его наклона к горизонту ф0_2, голенью А3 и углом ф2_3, стопой А4 и углами фз_4 и ф0_4. Точкой привязки положения тела гонщика относительно рамы велосипеда является точка 01( совпадающая с осью тазобедренного сустава. (...)
     
      Глава 3
      УСТРОЙСТВО ГОНОЧНОГО ВЕЛОСИПЕДА, ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ И ДЕТАЛИ
     
      3.1. Общее конструктивное решение гоночного велосипеда
      Одним из важнейших показателей технологичности конструкции любого изделия является число деталей и узлов, входящих в состав этого изделия. Чем меньше этот показатель при условии достижения требуемого технического и функционального результата, тем точнее, надежнее и совершеннее может быть выполнено изделие. Современный гоночный велосипед по праву следует отнести к выдающимся достижениям конструкторской мысли. Блестящие идеи, заложенные при его создании еще в прошлом веке, в своей основе сохраняются в современных конструкциях и получают лишь более глубокое техническое развитие на современном уровне механики, технологии и эргономики.
      Гоночные велосипеды, выпускаемые многочисленными велосипедными фирмами мира, имеют унифицированные конструкцию и номенклатуру узлов благодаря регламенту, установленному УСИ. Такая международная стандартизация типоразмеров основных деталей и узлов сделала их взаимозаменяемыми, позволила обеспечить сравнительно низкую стоимость и, что наиболее важно для массового потребителя, повсеместное распространение в торговой сети. Взаимозаменяемость узлов, возможность их монтажа и регулировки собственными силами способствуют массовому использованию гоночных велосипедов не только в спортивных целях, но и для туризма и отдыха.
      Рассмотрим подробнее конструкцию гоночного велосипеда на примере серийно выпускаемой Харьковским велосипедным заводом шоссейно-гоночной модели В-552И «Спорт-шоссе». Велосипед выполнен в традиционной компоновке, оснащен колесами со спицевым набором и полным комплектом узлов и деталей современного гоночного велосипеда (рис. 3.1).
      Рама 6 является основным несущим и связующим узлом велосипеда. Она определяет его назначение (шоссейный или трековый) и облает^ применения (например, для групповых или командных шоссейных гонок). На раме смонтированы все остальные узлы велосипеда: передняя вилка 11, руль 7, передне^ 9 и заднее 3 колеса, узел каретки 15, включающий Ti,Ba кривошипа и комплект ведущих звездочек, левая 13 и правая 16 педали, седло 5, тормоза 8 переднего и 4 заднего колес, задний 17 и передний 12 переключатели передач, трещотка 1, насос 14 и однотрубки 2 заднего и 10 переднего колес.
      Серийно выпускаемый гоночный велосипед модели В-552И при неизменной базе L = 1015 мм имеет один потребительский размерный параметр, регламентированный действующими техническими условиями. Таким параметром является ростовый размер Л, “который в выпускаемом ассортименте ранжирован через 20 мм в интервале 520 А 600 мм. Конструкция узлов этого велосипеда рассмотрена в последующих параграфах настоящей главы.
      Модель В-552И продолжает совершенствоваться на базе современных достижений отечественного и зарубежного велостроения. Созданная в настоящее время в ЦКТБ велостроения модель «Тахион» является логическим развитием и завершением доводки серийно выпускаемых образцов гоночных велосипедов.
     
      3.2. Рама
      Рама велосипеда (рис. 3.2) состоит из собственно остова и задней вилки.
      Остов рамы — плоский четырехугольник из стальных труб, связанных в углах жесткими узлами и расположенных под углами а, р, у, ф, ш. В состав остова входят: головная 1, верхняя 4, нижняя 16 и подседельная 8 трубы; верхний 2, нижний 17 и подседельный 6 узлы головки; каретка 14 две направляющие скобы 15 для тросов заднего н переднего переключателей; упоры 3 и 5 для троса заднего тормоза; стойка 7 для крепления насоса. Трубные детали изготовляют из стали ЗОХМА, узловые детали — из стали ЗОЛ.
      Задняя вилка образует с подседельной трубой два жестких треугольника в двух плоскостях, расположенных под некоторым углом к плоскости остова рамы. В состав задней вилки входят: две подседельные стойки 10, два пера вилки 12, левый и правый наконечники 11, верхний 9 и нижний 13 мостики. Трубные детали изготовляют из стали ЗОХМА, наконечники — из стали 10.
      Геометрия рамы шоссейного гоночного велосипеда модели В-552И определяется совокупностью линейных и угловых размеров (табл.3.1), зависящих от основного потребительского размера А — высоты подседельной трубы, определяемой антропометрическими данными гонщика: А л; Я — 1г — h1 — h2, где Я — длина вертела СНКГ; 1Х — длина кривошипа; — высота седла; (i« « 100 мм — длина подседельного пальца.
      Маршрутная технология изготовления рамы предусматривает предварительную операцию получения заготовок, последующую механическую обработку комплектующих деталей, сборку в специальном приспособлении с фиксацией узлов рамы в отдельных точках и последующую пайку припоем ПСР-40. Пропаянные рамы подвергают контролю точности в специальном приспособлении, в случае необходимости выполняют ручную правку с использованием рычага.
      Затем готовые рамы подвергают выборочным испытаниям на прочность и жесткость. При прочностных испытаниях оценивают прочность соединения в узлах и прочность отдельных труб на разрыв. При жесткостных испытаниях контролируют поперечную податливость рамы при трехопорном подвесе на одном из наконечников задней вилки и на головной трубе и при поперечном нагружении рамы на каретке. Поперечная деформация каретки рамы до 4 мм при нагрузке 600 Н считается допустимой при условии исчезновения остаточных деформаций, которые не должны превышать 0,3 мм.
     
      3.3. Передняя вилка
      Узел передней вилки состоит из двух перьев 8 и 9 (рис. 3.3), выполненных из труб переменного сечения из стали ЗОХМА и оснащенных соответственно левым 10 и правым 11 наконечниками из стали 10, коронки 12 из стали ЗОЛ, стержня 1 и шарикоподшипникового узла, с помощью которого передняя вилка монтируется на раме.
      Технологический маршрут изготовления передней вилки предусматривает получение заготовок, последующую их механическую обработку, сборку в приспособлении и предварительную пайку, окончательную пайку
      наконечников и коронки латунью JI6 в соляной ванне. Контроль точности готовой передней вилки выполняется в специальном приспособлении с помощью шаблона. Контроль технического состояния вилки выполняется одним из методов неразрушающего контроля — ультразвуковой дефектоскопией или методом оценки параметров затухания свободных колебаний.
      Шарикоподшипниковый узел включает нижний 7 и верхний 5 конусы из стали 20Х, нижнюю 6 и верхнюю 4 чашки из стали 10Х, шайбу 3 с внутренним упорным носком и шлицевую контргайку 2 из стали 35. Шарики диаметром 4 мм в количестве 58 шт. устанавливаются по 29 шт. в каждый подшипник. Контроль точности сборки подшипникового узла выполняется путем визуальной оценки величины зазора в подшипниках рулевой колонки. Подшипник регулируют с помощью двух накидных ключей, установленных в плоскостях шлицев верхней чашки и контргайки и подаваемых навстречу друг другу. Плотная затяжка контргайки предохраняет узел рулевой колонки от случайного развинчивания, увеличения зазора в подшипниках и, как следствие, от появления ударных воздействий шариков на поверхность шариковых дорожек.
      Влага, грязь и абразивная пыль, поднимаемые с поверхности дороги, пагубно влияют на состояние нижнего подшипникового узла рулевой колонки, резко сокращая срок его службы. Если этот узел изолировать от внешних воздействий (закрыть специальным поясом из резины, предусмотреть лабиринтное устройство или замотать обыкновенной изоляционной лентой), то срок его службы существенно увеличивается.
     
      3.4. Руль
      Конструкция руля гоночного велосипеда определяется его назначением и конкретным использованием. Для шоссейных велосипедных гонок доминирующей остается традиционная изогнутая вперед—вниз—назад форма руля, испытанная десятилетиями в самых разнообразных гонках (рис. 3.4). Такая форма руля позволяет гонщику занимать три наиболее характерные посадки на велосипеде: если держаться за поперечную часть руля — высокая посадка, за тормозные ручки — средняя посадка, За ручки руля — низкая посадка. Все три типа посадок в разной степени используются в самых массовых шоссейных групповых гонках.
      В конструкцию такого руля входят два основных узла: труба руля и вынос.
      Труба 1 диаметром 24 мм из алюминиевого сплава в средней части дополнена усилителем 2 в виде патрубка длиной 120 мм, плотно посаженного на развальцованную изнутри часть трубы. После придания требуемой формы труба подвергается естественному старению до достижения поверхностной твердости не менее 100 HRB. Поверхность трубы полируют до шероховатости , за исключением концов руля, и анодируют.
      Вынос состоит из ряда деталей: стального стержня 7, нижняя часть которого заканчивается цанговым разрезом 8, литого замка 3 из стали ЗОЛ, стальной трубы 4, стального стержня 6, конуса 9 и бонки 5. Стыковку замка, трубы и стержня выполняют в специальном приспособлении с последующей пайкой латунью. Замок выноса стягивают крепежным комплектом (болт, шайба и гайка).
      Рули данной конструкции выпускаются одного типоразмера. Исключение составляет труба выноса, длина которой может меняться от 20 до 100 мм. Использование более длинных выносов считается нерациональным, так как снижается жесткость рулевой системы, что особенно важно в моменты выполнения рывков и спуртов. Для увеличения жесткости конструкции помимо усилителя трубы руля используют дополнительные накладки, напаиваемые на поверхность трубы.
     
      3.5. Колеса
      Переднее и заднее колеса гоночного велосипеда состоят из четырех узлов: втулки, эксцентриковой системы крепления, обода и спицевого комплекта.
      Втулки переднего и заднего колес (рис. 3.5) имеют идентичную конструкцию и содержат корпус 8 из алюминиевого сплава В95, две чашки 6 и два конуса 5 из стали Ц1Х15 с поверхностной твердостью шариковых дорожек 60—65 HRC (61,0—65,8 HRC3), шарики 7 в количестве 18 шт. (диаметром 5 мм для переднего колеса и 6 мм для заднего), пустотелую ось 9 из стали ЗОХМА, две шайбы 3
      с внутренним носиком и две контргайки 2 из стали 45. Узел шарикоподшипников закрыт пылеуловителем 4 из листовой стали 10, запрессованным в гнездо втулки.
      Задняя втулка дополнительно укомплектована распорной втулкой 18, длина которой определяется шириной трещотки. Диаметр оси задней втулки увеличен по сравнению с диаметром оси передней втулки, контргайки имеют специальную конструкцию: на одной торцовой поверхности выполнены радиальные насечки для обеспечения лучшего крепления заднего колеса в задней вилке рамы. Задняя втулка имеет посадочный под трещотку выступ 17 с резьбой М35 X 1
      Во фланцах втулок и ободах просверлены отверстия диаметром 2,1 -f 0,12 мм. На противоположных фланцах эти отверстия смещены друг относительно друга на половину шага. Число отверстий в обоих фланцах зависит от спицевого набора, который может иметь разное число спиц, кратное четырем. Для гонщиков малой массы достаточно 24 спицы, для гонщиков средней массы — 28— 32 спицы, для гонщиков большой массы — 36—40 спиц. Число спиц и тип набора (количество крестов) зависят также от вида гонок, гонки преследования на треке, индивидуальные и командные гонки на шоссе позволяют использовать колеса с минимальным числом спиц. Заднее колесо целесообразно усиливать дополнительным количеством спиц и крестов в спицевом наборе (см. рис. 6.3).
      Точность сборки и регулировки втулки зависит от многих факторов и, в первую очередь, от точности изготовления шарикоподшипникового комплекта: оси, конусов, чашек, корпуса втулки и шарикового набора. Текущее техническое состояние комплекта, определяемое местным и общим износом, а также деформацией отдельных деталей, оказывает существенное влияние на параметры точности узла втулки.
      Для обеспечения точности к деталям комплекта предъявляют повышенные требования. Так, для оси втулки несоосность отверстия относительно среднего диаметра резьбы не должна превышать 0,2 мм, биение среднего диаметра резьбы относительно наружной поверхности оси не более 0,1 мм. Для конуса биение поверхности шариковых дорожек относительно среднего диаметра резьбы не более 0,03 мм. Для чашки втулки биение поверхности шариковых дорожек относительно наружной посадочной поверхности не должно превышать 0,03 мм. Для корпуса втулки биение радиальной поверхности гнезда относительно оси втулки также не должно превышать 0,03 мм.
      Регулировка втулки выполняется, как правило, вручную. Диаметры шариков контролируют микрометром или оптиметром, и шариковый комплект из 18 шт. подбирают в интервале допуска 0,01 мм. Плотность запрессовки чашек в гнезда корпуса втулки по диаметру 25 мм (передняя втулка) и 28^^ мм (задняя втулка) в обычных условиях контролируют вручную, точность оси проверяют индикатором при установке оси
      р центрах. Профиль шариковых дорожек и степень их изнашивания контролируют специальными шаблонами на просвет. Учитывая невозможность абсолютно точной регулировки втулки, необходимо при затягивании контргаек оставлять некоторый люфт в шарикоподшипниковом комплекте. Его реличину окончательно оценивают при установке колеса в раму, когда затягивают эксцентриковое крепление. Таким образом, люфт в шарикоподшипниковом комплекте, приведенный к радиусу обода, не должен превышать 1 мм при полном обороте колеса. Отсутствие люфта во втулке на радиусе обода свидетельствует, как правило, о чрезмерной затяжке шарикоподшипникового комплекта.
      Эксцентриковая система крепления включает в себя тягу 10, конус 15, муфту 12, две торцовые регулировочные пружины 1, эксцентриковый рычаг 11 и крепежный комплект, в состав которого входят пружинная шайба 13, стопорная гайка 14 и полукольцо 16 (рис. 3.5).
      Обод колеса (рис. 3.6)
      Выполняется в виде проката специального профиля 2 из алюминиевого сплава Д1М, имеет необходимое число отверстий под ниппели спиц (от 24 до 40), согласующееся с числом отверстий под спицы во фланцах втулок. Одни типы ободов предусматривают дополнительные шайбы 1 под головку ниппеля спицы, другие снабжены пистонами 3, третьи — гнездами 4 в виде пистонов глубокой вытяжки. Серийно выпускаемые гоночные велосипеды комплектуются колесами диаметром 0,685 м (27 дюймов).
      Спицевый комплект состоит всего из двух деталей: спицы и ниппеля (рис. 3.7). Спица 1 изготавливается из стали и выполняется переменного сечения методом раскатки. Один конец спицы изогнут и отштампован в виде головки 3, другой заканчивается резьбой, по которой ниппель 2, изготавливаемый из латуни, соединяется со спицей.
     
      3.6. Каретка
      Каретка гоночного велосипеда состоит из двух узлов: шарикоподшипникового узла и кривошипной системы.
      Шарикоподшипниковый узел каретки (рис. 3.8) включает пустотелый вал 3 из стали 12ХНЗА, левую 2 и правую 4 чашки из стали ШХ15, контргайку 1. К шарикоподшипниковому узлу каретки предъявляются высокие требования точности сборки и долговечности работы. Так, биение поверхностей шариковых дорожек вала относительно его оси не должно превышать 0,03 мм, смещение осей квадратов относительно оси вала не должны превышать 0,025 мм, твердость поверхности вала 60— 65 HRC обеспечивается цементированием на глубину 0,6—0,8 мм. Биение поверхностей шариковых дорожек и среднего диаметра резьбы чашек относительно оси чашек не должно превышать 0,05 мм, поверхностная твердость шариковых дорожек 60—65 HRC.
      Регулировку узла выполняют вручную путем завинчивания левой чашки до устранения люфта вала, после чего затягивают контргайку накидным ключом.
      Кривошипная система включает левый (рис. 3.9) и правый (рис. 3.10) кривошипы из алюминиевого сплава В95, пару ведущих (малую и большую) звездочек, крепежные комплекты, состоящие из двух болтов с двумя шайбами (для затяжки кривошипов на валу каретки), и пять втулок с пятью специальными винтами для крепления звездочек на лапках правого кривошипа.
      Непараллельность оси резьбового отверстия под оси педали и квадратного отверстия под вал каретки не должна превышать 0,5 мм на длине 100 мм; отклонение диагонали квадрата отверстия под вал относительно оси симметрии кривошипа не превышает 30; радиальное н боковое биение звездочек относительно оси вала каретки не должно превышать 0,3 мм; кривошипы в сборке должны находиться в одной плоскости (предельно допустимое отклонение не более 2°).
      Гоночный велосипед модели В-552И комплектуется набором ведущих звездочек цепного привода с числом зубьев 42—56. Звездочки имеют единые присоединительные размеры (рис. 3.11), изготовляются из алюминиевого сплава В95 и имеют ряд регламентированных требований на торцовое биение (не более 0,1 мм) и радиальное биение (не более 0,05 мм).
     
      3.7. Педали
      Левая и правая педали имеют идентичную конструкцию, включающую собственно педаль, туклипс и ременный комплект.
      Педаль (рис. 3.12) состоит из стальной рамки 11 и двух пластин 5, стального корпуса 6, оси 10 из стали 12ХНЗА, шариков 9 диаметром 4 мм в количестве 20 шт.. конуса 4 из стали ШХ15, шайбы с внутренним носиком и контргайки 12, гайки-колпачка 13. Шарики в количестве 11 шт. засыпаются во внутренний подшипник, а в количестве 9 шт. — во внешний подшипник.
      Туклипс 3 выполнен в виде пластины сложной конфигурации из листовой стали 65Г, он крепится к рамке педали двумя винтами с гайками 8 и накладной стальной пластиной 7.
      Ременный комплект включает собственно ремень 2 и пряжку.
     
      3.8. Тормоза
      Передний (рис. 3.13) и задний (рис. 3.14) тормоза имеют одинаковую конструктивную реализацию, но отличаются некоторыми деталями крепления и отдельными исполнительными размерами. Каждый тормоз включает три узла: собственно тормоз, тормозные колодки и привод тормоза.
      Собственно тормоз состоит из кронштейна 9, наружной 15 н внутренней 14 скоб, соединенных с кронштейном 9 пальцами. Кронштейн 9 с помощью специальных болта 8 и шайбы 7 крепится к мостику верхней подвески задней вилки (для заднего тормоза) или к коронке передней вилки (для переднего тормоза). Левая и правая пружины 10 разводят наружную 15 и внутреннюю 14 скобы в разные стороны, обеспечивая нормальное положение тормоза открытым.
      Тормозная колодка состоит из держателя 17, собственно колодки 16, специального крепежного винта 18 и гайки 19. Колодка устанавливается в пазу скоб; возможны вертикальная и угловая регулировки.
      Привод тормоза включает следующие детали: корпус 3, хомут 4, рукоятку 11, штуцер 2 для регулирования натяжения троса, трос в оболочке 1, установочный кронштейн 6 с фиксатором троса 5, скобу 12 и петлю троса 13, концы которой заводятся в гнезда внутренней и наружной скоб.
     
      3.9. Задний переключатель передач
      Задний переключатель передач (задний суппер) состоит из трех узлов: корпуса, двух роликов с пластинами и переключателя передач (манетки).
      Корпус (рис. 3.15) представляет собой сборную конструкцию в виде шарнирного параллелограмма и состоит из кронштейна 19. собственно корпуса 24. левого 18 и правого 21 рычагов, изготовленных из алюминиевого сптава Л16 и соединенных между собой в шарнирах с помощью запрессованных в рычаги латунных втулок, и стальных осей 23, расклепанных с обеих внешних сторон. Корпус переключателя подвешивается к правому наконечнику рамы велосипеда с помощью специального винта 20 из стали 45. Крайнее правое (номинальное) положение переключателя обеспечивается стальной пружиной 22, установленной на винте 7. Диапазон поперечного перемещения переключателя устанавливается и регулируется с помощью подпружиненных винтов 4 и 9. Привод переключателя осуществляется тросом 3 манетки, закрепленным винтом 1 и фигурной шайбой 2 на выступе 8 правого рычага 21.
      Корпус 24 содержит ряд деталей, входящих в механизм поворота пластин с роликами: специальный винт 11 из стали 45, цилиндрическую витую стальную пружину 14, втулку 12 из полиамида, колпачок 15 из стали 15 и упорный винт 25.
      Механизм поворота регулируется путем частичного вывинчивания винта 5, отвинчивания винта 11, вывода торцового отростка 10 пружины 14 из гнезда правой пластины 16 и одновременного удержания радиального отростка 13 пружины 14 в специальном пазу корпуса 24.
      Поворачивая колпачок 15 против часовой стрелки, вводя торцовый отросток 10 пружины 14 в требуемое гнездо пластины 16 и затягивая винт И при удержании радиального отростка 13 в пазу корпуса 24, можно увеличить или (обратными действиями) уменьшить натяжение цепи в системе привода велосипеда. Натяжение троса 3 регулируется винтом 5 и контргайкой 6.
      Ролики с пластинами состоят из собственно роликов 27, изготовленных из стабилизированного полиформальдегида, втулки скольжения 29 из стали 45, запрессованной в тело ролика, распорной втулки 28 из антифрикционного материала, двух стальных пылеуловителей 30, левой 31 и правой 17 пластин из алюминиевого сплава Д16 и двух болтов 26 для стягивания пластин 31 и 17. Все шарниры и узлы трения переключателя передач смазывают литолом 24.
      Манетка (рис. 3.16) включает хомут 1, стягиваемый винтом и гайкой на нижней трубе рамы, два рычага 2 н 4 для привода соответственно переднего и заднего переключателей передач. Рычаги смонтированы на пальцах хомута 1, и с помощью шайб 5 и специальных винтов 6 устанавливаются необходимые моменты сил трения для обеспечения нормальной работы переключателей. Тросы привода переключателей заводятся через отверстия 3 и канавки 7 в рычагах манетки, огибают направляющие скобы рамы и присоединяются к переключателям.
      Рис. 3.16. Узел привода переключателя передач (манетка)
     
      3.10. Передний переключатель передач
      Передний переключатель передач (передний суплер) состоит (рис. 3.17) из корпуса 5 и хомута 3 из алюминиевого сплава Д1, вилки 9 из стали 10, левого 14 и правого 7 рычагов, образующих совместно с корпусом и вилкой единую систему параллелограмма, соединенную в шарнирах стальными осями 8, расклепанными с обеих наружных сторон. Концы вилки соединены между собой с помощью распорной втулки И, винта 10 и гайки 12.
      Хомут 3 крепится к корпусу 5 с помощью запрессованной в корпус оси 4 и винта с гайкой 15. Номинальное (крайнее левое) положение переключателя обеспечивается витой пружиной 13. Диапазон перемещения вилки 9 регулируется двумя подпружиненными винтами 6, установленными в выступе корпуса 5. Приводной трос от манетки крепится к правому рычагу 7 с помощью болта 1 и профильной шайбы 2.
     
      3.11. Трещотка
      Трещотка (рис. 3.18) включает в себя наружный 3 и внутренний 10 корпуса, конус 2, две собачки 11 п пять звездочек 4—8. Все эти детали изготавливают из стали 15Х с последующей химико-термической обработкой — цианированием на глубину до h = 0,Зн-0,5 мм, поверхностная твердость 58—62 HRC (59,0—62,9 HRQ).
      Кроме того, в состав трещотки входят комплект из 70 шариков 9 диаметром 3 мм, регулировочная шайба , пружина 12 и ось 13.
      Трещотка комплектуется звездочками с различным числом зубьев в зависимости от вида гонок, рельефа трассы и особенностей самого гонщика (некоторые склонны к использованию больших передач, другие, наоборот, — малых). Для шоссейных гонок с рельефом трассы уме. ренной крутизны наиболее рациональными следует счи.
      тать наборы звездочек 13х 15х 17Х 19x21 и 13х 14х 16х х 18x20. Второй вариант набора заслуживает внимания вследствие возможности обеспечения меньшей удельной нагрузки и меньшего изнашивания звездочек с числом зубьев 13 и 14 благодаря примерно одинаковому передаточному отношению, которое можно получить за счет соответствующего набора передних ведущих звездочек. Действительно, передача z±xz2 =46x13 дает передаточный параметр k = 95,53 (см. табл. 3.3), а передача z1Xz2 = 50х 14 — передаточный параметр k ~ 96,42. Для гонок в горной местности необходимо предусматривать звездочки с числом зубьев 22 и даже 24, особенно при кроссовых соревнованиях.
      В целях удобной и быстрой замены звездочек на трещотке в случае их изнашивания или из-за требований предстоящей гонки звездочки посажены на наружный корпус по резьбовым поверхностям двух диаметров (рис. 3.19 и 3.20). Набор звездочек 6—8 плотно навинчивается по резьбе М48Х1 -ц- до упора в бурт наружного корпуса. Набор звездочек 4 и 5 плотно навинчивается по резьбе М36 X 1 также до упора, но в другой (торцовый) выступ наружного корпуса. Такая конструкция позволяет более точно посадить звездочки на корпус и тем самым предотвратить возможность срезания резьбы и проворачивания звездочки в моменты приложения максимальных усилий.
     
      3.12. Цепной привод
      Общая характеристика привода. В гоночных велосипедах применяется цепь по ГОСТ 13568—75* (СТ СЭВ 2640—80) «Цепь приводная роликовая однорядная нормальная серии ПР-12,7-1000-1» (по старой терминологии ее часто называют «полудюймовая цепь»). Ее конструктивные параметры представлены на рис. 3.21. Цепь состоит из последовательного ряда шарниров и соединенных между собой внутренних 1 и наружных 2 пластин. Во внутренние пластины 1 запрессованы втулки 4, на которые по определенной посадке установлены ролики 5. Ось 3 обвальцована с торцов. Цепь имеет три основных размерения: 12,7x7,75x2,4 (шаг t— 12,7 мм, диаметр ролика d = 7,75 мм и размер между внутренними пластинами В = 2,4 мм). Геометрическая характеристика зацепления К — td = 1,64, диаметр оси d0 == 3,66 мм, масса 1 м цепи 0,289 кг, разрывное усилие 10,0 кН, проекция опорной поверхности шарнира цепи 16,8 мм2.
      Деталировка цепи представлена на рис. 3.22. Характеристика материалов приведена в табл. 3.2.
      Шаг цепи — расстояние между осями двух роликов внутренних и наружных звеньев цепи, измеренное в натянутом состоянии цепи под нагрузкой, равной 1 % от разрывной. Шаг цепи, бывшей в употреблении, для внутренних и наружных звеньев неодинаков, поэтому, как правило, определяют средний шаг te на отрезке натянутой цепи, содержащем нечетное число (не менее 11) звеньев (рис. 3.23). При этом крайние ролики 1 и 3 изменяемого участка цепи должны быть смещены в одну сторону при помощи клина 2 и губки 4 штангенциркуля. Длина цепи 1Ц — L — 0,5 (Dt -f D) и число звеньев mt = 11 (для шага цепи в интервале от 8 до 25,4 мм наиболее точные результаты получаются при mt = 49) дают, согласно требованиям методики измерений, вполне достоверное среднее значение шага цепи:
      Т а б л и ц а 3.2. Материалы деталей цепного привода гоночного велосипеда
      Удлинение цепи из-за изнашивания осей, втулок и вытягивания наружных и внутренних пластин определяется отношением абсолютного удлинения шага цепи к номинальному шагу (в %):
      В обычных условиях техническое состояние цепи может быть оценено методом ее наложения на новую звездочку большого диаметра (рис. 3.24). Для изношенной цепи Д 3 мм.
      Передаточное отношение привода велосипеда. В на стоящей книге преднамеренно используются два понятия, характеризующие кинематику привода велосипеда:
      передаточное отношение (ГОСТ 16.530—83), определяющее работу только одной цепной передачи, т. е. i12 = == оэаоэ2 = г2г! (©,, юг — угловые скорости; гх, z2 — числа зубьев передней и задней звездочек), и параметр, определяющий работу привода в целом. Такое разделение близких по значению понятий оказалось вполне уместным в данном случае, так как более чем вековая практика велосипедного спорта выработала свои методы расчета привода велосипеда. Ниже рассматриваются существующие и предлагаемые варианты расчетов с учетом более полного представления об этом параметре системы привода велосипеда.
      Традиционный метод расчета кинематики привода учитывает общепринятый диаметр заднего колеса велосипеда D = 27 дюймов (0,686 м) и не учитывает длину кривошипов:
      Параметр k фактически показывает, сколько диаметров заднего колеса в дюймах соответствует одному обороту кривошипа. Однако это понятие, неправильно называемое в практике велосипедного спорта передаточным отношением, является наиболее распространенной формой характеристики привода велосипеда.
      Существует еще один традиционный метод определения параметра кинематики привода, показывающего, какое расстояние проходит велосипед за один оборот кривошипа при диаметре заднего колеса 27 дюймов:
      Укладка L, именно так называется этот параметр в велосипедном спорте, является менее удобной в практическом применении по сравнению с параметром k.
      В рассмотренных случаях диаметр колеса D соответствует номинальному состоянию однотрубки, которая в реальных условиях деформируется на некоторую величину h (рис. 3.25) под действием внешней нагрузки. Эффективный диаметр с учетом этой деформации составляет D — D — 2г, и величина параметра изменяется.
      Для более полного расчета всей системы привода велосипеда вводится безразмерный параметр «относительный шаг велосипеда», который в полном объеме оценивает влияние всех элементов привода, включая длину кривошипа х, диаметр однотрубки d, диаметр обода DQ и деформацию однотрубки h под действием нагрузки. Относительный шаг велосипеда L„ равен отношению длины пробега велосипеда Lx за один оборот кривошипа к длине окружности L2, описываемой осью педали, т. е.
      Для ориентировочной оценки в табл. 3.3 даны результаты расчета традиционным и вновь предлагаемым методами для наиболее часто используемых во время гонок передач. Численные значения получены для фиксированных величин: диаметр колеса D = 0,686 м (27 дюймов), деформация однотрубки равна нулю (h = 0), длина кривошипов j = 0,170 м. Относительный шаг L0 отражает все особенности педально-цепного привода велосипеда и поэтому может стать наиболее употребляемой его характеристикой.
      Таблица 3.3. Сравнительные данные расчета кинематических параметров привода велосипеда
     
      3.13. Седло
      Седло гоночного велосипеда включает два узла (рис. 3.26): собственно седло и замок седла с подседельным пальцем.
      Собственно седло состоит из сборного стального каркаса 2, натяжного винта 3, втулки 4, натяжной гайки 5 и покрышки 1 из полиамида 68, расположенной поверх пенопропиленовой подушки.
      Замок седла с подседельным пальцем состоит из собственно подседельного пальца И, двух (левого 13 и правого 14) кронштейнов и двух прижимов 6 и 8 из алюминиевого сплава В95; двух осей 9 и 12, одной оси 10 корпуса замка и двух крепежных болтов 7 из стали 45.
      Положение седла по вертикали регулируется опусканием подседельного пальца вовнутрь подседельной трубы рамы с последующей фиксацией крепежным болтом в подседельном узле рамы. Положение седла по горизонтали регулируется с помощью двух болтов 7. Натяжение покрышки 1 на каркасе 2 регулируется с помощью натяжной гайки 5.
     
      3.14. Дополнительные атрибуты велосипеда
      Флягодержатель. Флягодержатель состоит из сборного стального каркаса, оснащенного полиэтиленовой упорной подушкой, и двух хомутов с комплектом винтов и гаек для егс^крепления на наклонной или подседельной трубе рамы.
      Рис. 3.27. Комплект инструмента гоночного велосипеда:
      I — четыре шестигранных ключа на размеры от 5 до 8 мм; 2 — плоские ключи для узла каретки; 3 — съемник дли демонтажа и монтажа кривошипов; 4 — плоский ключ под конус трещотки; 5 — торцовый ключ; 6 — плоские ключи для регулировки втулок; 7 — торцовый ключ общего назначения; 8 — хлыст для съема звездочек; 9 — торцовый ключ для съема трещотки; 10 — набор плоских ключей для рулевой колонки
      Насос. Различают два типа насосов: высокого давления с уменьшенным внутренним диаметром цилиндра и низкого давления с нормальным внутренним диаметром цилиндра.
      Насос состоит из цилиндра, штока, рукоятки, переходного штуцера, оснащенного упором для установки на раме велосипеда. Использование для гоночных велосипедов насосов с переходным штуцером неоспоримо выгоднее, чем насосов, оснащенных шлангами. Штуцер состоит из алюминиевых корпуса и крышки, резинового вкладыша, переходной втулки и обрезиненной прокладки.
      В условиях подготовки велосипедов к гонкам в арсенале механика целесообразно иметь насос типа автомобильного с уменьшенным внутренним диаметром цилиндра, оснащенный шлангом, переходным штуцером и манометром. Контроль уровня избыточного давления воздуха в однотрубке с помощью технических средств (манометра) является важным фактором объективной оценки готовности велосипеда к гонке.
      Комплект инструмента. Гоночный велосипед должен быть укомплектован специальным инструментом, необходимым для сборки, разборки и регулировки его узлов и деталей. Учитывая, что велосипед гонщика сплошь и рядом может быть доукомплектован отдельными узлами иностранных фирм, номенклатура инструмента в механической мастерской велоклуба или дома у самого гонщика должна быть расширена до перечня, представленного на рис. 3.27.
      Точность, техническое состояние инструмента и соблюдение правил его использования гарантируют сохранность крепежных деталей и надежность работы узлов и велосипеда в целом.
     
      Глава 4
      СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ ГОНОЧНОГО ВЕЛОСИПЕДА
     
      4.1. Пути совершенствования гоночного велосипеда
      Современным велостроение целесообразно считать с января 1984 г. — с момента установления мирового рекорда в часовой гонке итальянцем Ф. Мозером, так как именно в этой гонке мировой велоспорт получил ряд принципиально новых конструкторских решений, обеспечивших достижение выдающихся спортивных результатов.
      Каковы же современные тенденции развития мирового велостроения?
      Прежде всего следует отметить общее мнение специалистов о том, что важнейшим фактором в энергетическом балансе привода гоночного велосипеда является аэродинамика системы гонщик — велосипед. Так, на преодоление аэродинамических сил сопротивления расходуется от 70 до 85 % общей полезной мощности, развиваемой гонщиком. Введенные ранее УСИ жесткие ограничения на возможность использования аэродинамических систем оказались искусно обойденными с помощью удачных конструкторских решений, среди которых в первую очередь следует назвать дисковые колеса. Вслед за этим успехом последовали серии конструкторских разработок по совершенствованию аэродинамики всех узлов велосипеда: начиная с рамы, руля, педалей, кривошипов, тормозов и кончая одеждой и такими атрибутами гонщика, как велошлем, бачок, велотуфли. Аэродинамические исследования как отдельных частей и узлов велосипеда, так и всей системы гонщик—велосипед позволили наметить научно обоснованные пути повышения аэродинамического качества велосипеда, о чем свидетельствуют современные модели гоночных велосипедов, представленные многочисленными велосипедными фирмами на крупнейших международных соревнованиях.
      Второй тенденцией современного развития гоночного велосипеда является дальнейшее уменьшение его массы. Так, масса гоночного велосипеда с 13—15 кг в 1960-х гг. снизилась до 8—10 кг и менее в 1980-х гг. за счет уменьшения плотности применяемых материалов (легкие сплавы на основе алюминия, титана и магния, пластики на основе угольных и других сверхвысокомодульных волокон), повышения прочностных характеристик применяемых стальных сплавов и в связи с этим утонения стенок труб рамы, использования профиля переменного сечения (рационального с точки зрения аэродинамики и прочности), максимального облегчения путем высверливания отверстий в малонагруженных деталях, сокращения числа механических узлов (например, замена роликов суппера на шарикоподшипниках на ролики из фторопласта на основе подшипника скольжения), снижения числа спиц в колесах (с традиционного 36 до минимального 24—28), выполнения радиального бескрестового набора передних колес, попытки использования стандартных подшипников качения вместо традиционных металлоемких насыпных подшипников, изменения общей гео метрии рамы и уменьшения ее металлоемкости, уменьшения диаметра колес и в первую очередь передних с традиционного диаметра 0,685 м (27 дюймов) до 0,609 м (24 дюйма)), сокращения числа и уменьшения размеров крепежных деталей.
      Третьей тенденцией является совершенствование механических характеристик отдельных узлов и всего велосипеда в целом. В первую очередь необходимо отметить увеличение числа звездочек на трещотках заднего колеса с традиционных пяти до шести-семи, а также, как уже отмечалось, переход на более точные и надежные стандартные подшипники качения и радиальный набор спиц передних колес, в которых практически существуют только радиальные нагрузки.
      Исследования системы гонщик—велосипед как многомассовой динамической механической системы позволили установить, что эта система весьма чувствительна к возмущающим воздействиям как со стороны гонщика, приводящего в движение велосипед, так и со стороны дорожного покрытия. Стало очевидным, что рама, колеса, однотрубки и привод по своим механическим характеристикам должны подбираться для каждого конкретного гонщика в зависимости от его антропометрических параметров, массы, качества педалирования, вида предстоящих гонок, дорожного покрытия и рельефа местности. Все это в большой степени пока еще является задачей будущего, но компьютерное обеспечение выбора механических параметров велосипеда является посильной задачей зарождающейся науки о велосипеде.
      Четвертая тенденция — улучшение эргономического обеспечения системы гонщик—велосипед, т. е. оптимизация условий для выполнения основного функционального движения — педалирования на уровне достижения рекордного спортивно-технического результата и обеспечение гонщика комфортабельным велосипедом. Новая геометрия рам, новые конструкции седел и рулей, системы тормозов и переключения передач в едином комплексе ►обеспечивают гонщику максимальные удобства в условиях кратковременных и длительных гонок.
      Пятой тенденцией современного развития мирового велостроения является совершенствование технологии изготовления отдельных деталей, узлов и гоночного велосипеда в целом. Современная технология позволила создать дисковые колеса, получить тонкостенные трубы высокого
      качества (с аэродинамическим профилем переменного сечения), надежные стыковые соединения труб, тонкостенное льтье. Созданы предпосылки для организации техночогических процессов изготовления и сборки велосипедов на самом высоком современном уровне.
      В основе развития современной техники и технологии лежит использование новых материалов, позволяющих создавать новые конструкции узлов и деталей, отличающиеся не только меньшей массой, но и повышенными динамическими качествами и показателями надежности. На рис. 4.1 даны сравнительные характеристики некоторых видов конструкционных материалов, применяемых в современном велостроении. Анализируя эти данные, можно сделать вывод, что такие традиционные для велостроения материалы, как сталь, алюминий и титан, существенно уступают новым композиционным материалам (углепластикам различных модификаций) по относительным показателям: отношениям модуля упругости к плотности Ер и предела прочности к плотности опчр. Углепластик при одних и тех же массах конструкции имеет значительно более высокие удельные прочностные показатели, что позволяет создавать самые рациональные аэродинамические конструкторские формы при одновременном снижении общей массы велосипеда и обеспечении необходимой жесткости и динамического качества его конструкции.
      В последнее десятилетие наметилось мощное конструкторско-технологическое наступление по пути практической реализации идеи «изобретения велосипеда». Познакомимся с отдельными, наиболее яркими техническими решениями, которые предложены различными велосипедными фирмами и которые уже взяты на вооружение ведущими гонщиками мира.
     
      4.2. Перспективные конструкторские решения основных узлов гоночного велосипеда
      Прежде всего необходимо отметить, что в велостроении определяющим типом всегда был шоссейный гоночный велосипед. Этот тип велосипеда совершенствовался в самых сложных условиях конкурентной борьбы как среди гонщиков, так и среди ведущих велостроительных фирм. Наилучшие конструкторские решения распространялись затем, как правило, на другие типы велосипедов, включая туристские и обыкновенные дорожные. Не будем забывать, что определенную лепту в развитие велостроения внесли также конструкторы трековых велосипедов.
      Компоновочная схема. Компоновка гоночного велосипеда на протяжении многих десятилетни (вплоть до 1980-х гг.) практически не изменялась или изменялась незначительно. К числу таких незначительных изменений относятся, как правило, результаты поиска более рациональных углов рам и передних вилок. Определенный застой в решении этих проблем объясняется качеством шоссейных дорог того периода, которые в силу плохого дорожного покрытия требовали вполне определенных жесткостных свойств рамы — основного несущего узла велосипеда Интересно проанализировать традиционную схему компоновки современного шоссейного гоночного велосипеда, оснащенного по последнему слову техники велостроения. Велосипед такой компоновки остается и будет еще некоторое время оставаться основным в шоссейных многодневных и однодневных групповых гонках. Характерными особенностями этого велосипеда являются тенденция увеличения жесткостных свойств рамы за счет уменьшения изгиба передней вилки, уменьшения размеров задней вилки и поджатая заднего колеса вплотную к подседельной трубе рамы; введение тросов тормозов и переключателей передач внутрь труб рамы; установка аэродинамических тормозов за задней и перед передней вилками по ходу движения колес; применение спи-цевого набора колес с уменьшенным числом спиц (до 28); отсутствие штатного насоса; установка аэродинамических педалей, смещенных относительно своей оси, и использование современных легких и прочных материалов.
      Дальнейшее развитие традиционной компоновочной схемы гоночного велосипеда в начале 1980-х гг. привело к принципиальным изменениям как у шоссейных, гак и у трековых велосипедов (рис. 4.2). К числу основных изменений относятся увеличение жесткости рамы за счет уменьшения высоты рулевой колонки и превращения четырехугольного остова рамы в треугольный; установка дисковых колес; замена ажурной конструкции системы передних звездочек на сплошные дисковые звездочки на трековых велосипедах; установка рулей, изогнутых только вперед; замена труб рамы круглого сечения на трубы аэродинамического профиля 2 и 5 на рулевой колонке 1 и передней вилке 4 велосипеда (рис. 4.3).
      Дальнейшее рассмотрение перспективных конструкторских решений связано с описанием отдельных узлов гоночного велосипеда.
      Втулки колес. Втулки гоночного велосипеда прошли длительный путь развития: от втулок на подшипниках скольжения до точного конструкторского исполнения на базе насыпного шарикоподшипника. В основе решения задачи обеспечения точности лежат технология изготовления, термическая обработка, доводка и последующая сборка шарикоподшипникового узла. Несмотря на тщательно отработанную технологию и ювелирную сборку точность и надежность этого узла не отличаются высокими показателями, когда речь идет о массовом или крупносерийном изготовлении гоночных велосипедов. Основными дефектами являются радиальное биение среднего диаметра резьбы оси втулки относительно центров оси, шариковых дорожек конусов относительно средних диаметров их резьб; радиальное и торцовое биение шариковых дорожек чашек относительно их внешних диаметров; микротрещины и погрешности формы в чашках и конусах после термообработки.
      Конструкторы вновь вернулись к уже известной с начала нашего века компоновке шарикоподшипникового узла втулки гоночного велосипеда, предложив использовать стандартные высокоточные шарикоподшипники (рис. 4.4). По сравнению с традиционным вариантом 2 новая конструкция обладает рядом существенных преимуществ, основное из которых — высокий уровень соблюдения режимов термообработки, доводки и сборки стандартных шарикоподшипников на заводах-изготовителях. А узел втулки собирают на велосипедном заводе с соблюдением требований посадки шарикоподшипника в гнездо и на ось втулки. При этом существенно сокращается число составляющих звеньев сборочной размерной цепи (РЦ), и благодаря фиксации замыкающего размера (люфтов в шарикоподшипнике) сложную пространственную РЦ удается фактически перевести в две плоские РЦ, замыкающими размерами которых являются торцовое и радиальное биение стандартного шарикоподшипника, состоящего всего из трех деталей: внутреннего и внешнего колец и набора шариков. Масса такой втулки существенно меньше традиционной. Однако использование стандартных шарикоподшипников требует тщательной проверки и испытаний.
      Вопрос о диаметре фланцев втулок долгое время оставался открытым. Как конструкторы, так и гонщики предпочитали в различные времена различные диаметры фланцев. Так, в 1950-е гг. доминировали малые фланцы втулок, в 1960-70-е гг. — большие фланцы, в 1980-е гг. явно обозначилась тенденция к использованию фланцев умеренных размеров, приближающихся к минимально возможному.
      Оптимальный вариант, как всегда, следует искать в промежуточном решении, а именно: передние колеса оснащают втулками с малыми фланцами, задние колеса — с увеличенными. Такое решение объясняется тем, что заднее колесо находится под действием крутящего момента и радиальной нагрузки, переднее же колесо — только под действием радиальной нагрузки. Ого позволило в передних колесах вообще отказаться от крестового набора спиц и ограничиться их радиальным расположением и ввинчиванием резьбовой части спицы в периферийную часть фланца.
      Цепной привод. Исторически сложилось так, что привод велосипеда прошел несколько этапов развития: ножной привод К. Драйза, когда гонщик, сидя в седле, отталкивался ногами от земли, сменился педальным приводом с непосредственной установкой педального комплекта на переднем колесе велосипеда типа «Паук»; современный же педально-цепной привод находится на заднем колесе велосипеда. Известны и другие системы привода, которые не получили практического развития из-за низкого КПД и сложности конструкции. Педальноцепной привод—наиболее совершенное на сегодняшний день конструкторское и технологическое решение задачи передачи энергии в велосипеде. Но технический прогресс наблюдается и в этой области. Стало известно, что во Франции успешно прошла испытание передача на базе зубчатого ремня, выполненного из высокопрочных волокон, обладающих малой податливостью.
      Цепной привод характеризуется рядом свойств, исключительно ценимых конструкторами гоночных велосипедов: относительно малой податливостью системы, возможностью продольных перекосов цепи, передачей значительных по величине усилий, возможностью рационального подбора требуемого передаточного отношения, сравнительно малой неравномерностью хода пепи, высокими КПД.
      Недостатками цепных передач гоночных велосипедов являются неравномерность движения цепи и ведущей звездочки, повышенное изнашивание звеньев цепи и звездочек, необходимость постоянного промывания, чистки и смазывания открытой цепной передачи.
      Рассмотрим современные тенденции развития привода гоночного велосипеда.
      Во-первых, привод остается пока еще цепным; во-вторых, принцип его организации и компоновки на велосипеде остается на уровне 1950-х гг. Однако имеются и заметные изменения в отдельных деталях и узлах привода. Эти изменения направлены на расширение диапазона передач за счет установки наборов передних звездочек с числом зубьев от 44 до 56 (перепад зубьев в паре — от 6 до 12), а также увеличения числа зубьев трещотки с пяти до шести и даже семи. Таким образом, общее число передач вместо традиционных 10 возросло до 14. Это позволяет не только расширить диапазон передач, но также иметь совпадающие или перекрываемые числа передач, что снижает износ отдельных, наиболее часто употребляемых и интенсивно нагруженных звездочек трещотки.
      Трещотка — достаточно сложный в изготовлении узел, подверженный интенсивному изнашиванию. Поэтому ее конструкция должна обеспечивать замену изношенных звездочек. Такие конструкции трещоток со шлицевой посадкой четырех звездочек выпускались Харьковским велосипедным заводом в 1950-х гг. Затем они были сняты с производства и заменены традиционной конструкцией с пятью звездочками. Сегодня ведущие велосипедные фирмы мира вновь концентрируют внимание на шлицевых трещотках, но уже в новом конструктивном исполнении, обеспечивающем более высокую технологичность изготовления и сборки.
      Наметились некоторые конструктивные изменения и в каретке гоночного велосипеда, имеющие непосредственно отношение к цепному приводу. Эти изменения направлены на то, чтобы увеличить крутильную жесткость системы соединения правого кривошипа и ведущих звездочек (рис. 4.5). В традиционной конструкции (рис. 4.5, а) кривошип расположен симметрично относительно смежных лапок 2, образуя с ними угол ф! = я5. В ноеой конструкции (рис. 4.5, б), предлагаемой иностранными фирмами, ф2 ф1 = я5. Кроме того, заделка оси педали в резьбовом отверстии 3 усилена за счет увеличения диаметра этого отверстия. Важная роль отводится также аэродинамике всей системы, ее улучшают за счет обтекаемого профиля самого кривошипа и его лапок.
      Задний суппер. Переключатель скоростей — суппер — один из узлов гоночного велосипеда, имеющих наиболее ‘низкие показатели надежности. Функции заднего суп-пера — переключение передач, компенсация излишков (недостачи) цепи при переходе с большой на малую ведущую звездочку, поджатие движущейся цепи к рабочей звездочке трещотки, обеспечение заданного натяжения в контуре цепи.
      Практическая реализация этих функций заднего суп-пера дала большое число конструкторских решений, из которых на сегодняшний день в мировом велосипедном спорте явно доминирует конструкция итальянской фирмы .«Компаньона» («Campagnola»), появившаяся в начале -1950-х гг. Последующие модификации, выполненные различными фирмами, практически не изменили существа этой конструкции, а лишь расширили диапазон их применения с учетом специфики гонок и самого гонщика. На примере трех модификаций суппера фирмы «Симплекс» («Simplex») можно проследить общие закономерности современных тенденций развития конструкции этого узла (рис. 4.6).
      Прежде всего, традиционный унифицированный геометрический параллелограмм, образованный кронштейном 1, корпусом 5, левым 3 и правым 6 рычагами, лежит -в основе конструкции всех модификаций. Отличительной особенностью модификаций Б и В по сравнению с модификацией А является конструкция кронштейна (модификация В) и подвески узла роликов с пластинами (модификации Б и В). Таю во всех модификациях высота подвески Я, определяемая расстоянием по вертикали между осью 2 кронштейна 1 и осью верхнего ролика 4 различна и зависит от числа зубьев звездочек трещотки.
      Если число зубьев звездочек больше 22, предпочтение следует отдавать модификации В. Однако эта конструкция ухудшает условия работы цепи на звездочках с малым (13—15) числом зубьев, так как условия ввода звеньев цепи в зацепление с зубьями звездочки трещотки обеспечивают меньшую надежность работы цепного привода. В этом случае модификации А н Б являются более предпочтительными.
      Педали. Педальный комплект является узлом велосипеда, на который, как правило, гонщик обращает внимание в последнюю очередь и с точки зрения аэродинамики допускает при этом серьезную ошибку, так как при частоте педалирования 100 обмин и скорости движения велосипеда 50 кмч педали в верхнем положении движутся со скоростью 56,4 кмч. Поэтому аэродинамика педалей имеет существенное влияние на общий энергетический баланс системы гонщик—велосипед.
      Традиционные рамочные педали в понимании конструкторов, занятых перспективным проектированием гоночных велосипедов, уже являются анахронизмом. Предлагаемая в рекламных проспектах и новых моделях гоночных велосипедов конструкция педали представляет собой литой корпус 2 (рис. 4.7) из алюминиевого сплава, иа котором с помощью двух винтов монтируется туклипс 3. Ремень 1 с пряжкой остается неотъемлемым атрибутом педали.
      Педаль представляет собой хорошо обтекаемую объемную форму 4 с минимальными показателями аэродинами-деского сопротивления при взаимодействии со встречным потоком 5.
      Идея оптимизации параметров цепного привода по критериям кинематики н динамики коснулась и педалей. В гл. 2 эти вопросы уже были рассмотрены, и некоторые результаты анализа представлены на рис. 2.22 и 4.8, где показаны перспективные конструкции, в которых ось педали имеет укороченный размер и смещена относительно поверхности опоры педали.
      Пластические материалы на основе высокомодульных угольных волокон позволили сделать очередной шаг в совершенствовании конструкции педали. Корпус 2 (рис. 4.8), сформованный из углепластика, имеет укороченные размеры, так как центр эпюры давления стопы гонщика на педаль расположен в непосредственной близости от кривошипа. Аналогичные размеры имеет и ось 4. Туклипс 3 смонтирован на корпусе с помощью двух винтов. Ремень 1 с пряжкой выполнен традиционно
      Описанная конструкция педали помимо уменьшенной массы обладает еще одним важным свойством — позволяет проходить виражи с большим наклоном велосипеда относительно поверхности трека или шоссе. На рис. 4 9 показаны предельные углы наклона виража трека при прохождении велосипеда, оснащенного традиционной рамочной педалью (рис. 4.9, а) и педалью перспективной конструкции (рис, 4.9, б). Новый вариант конструкции педали позволяет уменьшить угол наклона велосипеда на 15° при прохождении плоского виража (рис. 4.9, в).
      В перспективных разработках все чаще встречаются предложения отказаться от системы туклипсов и ремней и ограничиться фиксацией велотуфли на педали с помощью специальной жесткой системы крепления. При установке велотуфли в педаль система крепления срабатывает после разворота рычага в требуемом направлении и фиксации его. Плотность посадки стопы гонщика в велотуфлю обеспечивается шнуровкой и дополнительной верхней накладкой.
      Аналогичные решения уже встречались и ранее. Особенно часто к подобным решениям прибегали при установлении рекордов в гонках на время в стайерских заездах, в том числе итальянец Ф. Мозер в январе 1984 г. Утверждать безоговорочно преимущество таких педалей и велотуфель нет оснований, так как они могут оказаться значительно массивнее традиционных. Подавляющее большинство гонщиков, в том числе спринтеров, пока предпочитают педали с туклипсами и ремнем, считая, что они более жестко и надежно удерживают стопу в велотуфле и в педали. Существует, однако, мнение, что бестуклипсный вариант крепления велотуфли в педали обеспечивает лучшее кровообращение в стопе гонщика, освобождая ее от затяжки ремнем. В любом случае рассмотренный вариант применим только на треке и шоссе в командных или индивидуальных гонках на время.
      Седло. Седло гоночного велосипеда является предметом особого обсуждения, так как именно оно в первую очередь обеспечивает удобство посадки, уменьшая колебательные воздействия на организм гонщика и усталостные явления в костно-мышечном аппарате, непосредственно охватывающем область таза гонщика. Прежде всего необходимо говорить о седле для гонщика, специализирующегося в многодневных шоссейных и трековых гонках. Здесь качество и точность индивидуального его подбора во многом определяют самочувствие гонщика, его работоспособность и возможность обеспечения высокого качества педалирования.
      Длительное время на мировом рынке спортивного велосипедного инвентаря доминировали модели кожаных седел английской фирмы «Брукс» («Brooks»). Начиная с 1970-х гг. широкое распространение получили седла из искусственных материалов. Подобные седла устанавливаются и на современных гоночных велосипедах Харьковского велосипедного завода.
      Конструкторы постоянно работают над совершенствованием этого узла, пытаясь снизить его массу, обеспечить удобство посадки гонщика, сократить номенклатуру деталей, входящих в этот узел. Один из перспективных вариантов седла (рис. 4.10) помимо традиционного проволочного каркаса 2, натяжного устройства 3, дуги и покрышки 4 из полимерного материала дополнительно имеет пористый поролоновый слой 5 переменной толщины и чехол 6 из натуральной или искусственной кожи.
      Рис. 4.10. Перспективная конструкция седла гоночного велосипеда
      Чехол можно легко заменить в случае его изнашивания или повреждения.
      Всеохватывающие попытки снизить общую массу гоночного велосипеда коснулись и таких узлов седла, как замок и подседельный штырь. Важнейшей особенностью в перспективных вариантах конструкции замка является возможность фиксации седла одним винтом по двум основным направлениям перемещения: продольно-поступательному и вращательному в продольно-вертикальной плоскости. Винт 6 (рис. 4.11), специальная шайба 5, шлицевой мостик 4, кронштейн 3, прижим 2 и специальная гайка монтируются на подседельном пальце 7. Предлагаемый вариант конструкции замка седла дополнен усовершенствованным подседельным штырем 10 с про-фрезерованными пазами 9 и утоненной верхней частью 8.
      Руль. В шоссейном гоночном велосипеде руль по-прежнему остается в рамках установившихся традиционных форм с некоторой индивидуальной подгонкой гонщиком согласно его антропометрическим особенностям. Установка на руле специальных туго натянутых чехлов из кожи или других материалов является новым и перспективным решением, избавляющим гонщика от обматывания руля лентой, что не всегда удается выполнить с надлежащей точностью и надежностью.
      Объектом достаточно интересных разработок является вынос руля (рис. 4.12). Традиционной формы замок 3 и круглая труба (рис. 4.12, а) заменяются замком 4 с повышенными аэродинамическими характеристиками (рис. 4.12, б). Вариант на рис. 4.12, в предусматривает Новейшую конструкцию замка со встроенным сухарем вцутри и сплюснутой формой трубы выноса 5. Надежная в хорошо зарекомендовавшая себя в прошлом цанговая система 6 крепления в трубе передней вилки заменяется клиновой системой 2, которая технологичнее в изготовлении, сборке и эксплуатации.
      Тормоза. В перспективных разработках гоночных велосипедов тормоза принципиально остаются практически на уровне моделей 1950-х гг. Доминирующим вариантом является асимметричная конструкция хорошо зарекомендовавшая себя как легкая, компактная и хорошо настраиваемая. Однако появились интересные решения, связанные с нетрадиционным расположением тормозов на велосипеде. Например, создана конструкция, в которой на задней вилке тормоз размещен с тыльной стороны по ходу вращения заднего колеса, а на передней вилке — с фронтальной стороны по ходу вращения переднего колеса. Такое решение диктуется, с одной стороны, соображениями снижения аэродинамического сопротивления, особенно на передней вилке, с другой — лучшей компоновки велосипеда в целом.
      Фляги. Компактные емкости в виде бачков или фляг, используемые гонщиками для жидкого питания или питьевой воды, также подвергаются анализу специалистов с позиции снижения аэродинамического сопротивления. Традиционная фляга цилиндрической формы емкостью около 0,5 л имеет большое лобовое сопротивление и с успехом может быть заменена компактными плоскими флягами, их емкость не менее 0,5 л. Плоская фляга удачно вписывается в габариты рамы и укрывается за наклонной трубой рамы в зоне разрежения набегающего воздушного потока.
      Дисковые колеса. Колеса, собранные на основе чканых дисков из высокомодульных волокон, являются вершиной достижений современной творческой мысли конструкторов и изобретателей велосипеда. Сейчас, когда дисковые колеса стали реальностью и с каждым днем все больше завоевывают велосипедный мир, стало очевидным, что именно колеса велосипеда всегда нуждались в самом пристальном внимании специалистов, ибо большая окружная скорость создает значительную силу аэродинамического сопротивления. И тем не менее именно колеса — наиболее уязвимые в аэродинамическом отношении узлы велосипеда на протяжении последних пятидесяти лет оставались практически без принципиальных изменений, если не считать их последовательную доработку в плане совершенствования конструкции ободов, спиц и увеличения точности втулок.
      В настоящее время достаточно четко обозначились три направления развития конструкции дисковых колес, связанные в первую очередь с технологией их изготовления.
      Рис. 4.13. Три варианта конструктивного исполнения дискового колеса: а — колесо со спицевым набором, оснащенное аэродинамическим кожухом; 6 — колесо в форме оболочки; в — колесо в форме оболочки с наполнителем
      Первое направление предусматривает решение задачи чисто аэродинамического плана. Для этих целей может быть использовано обычное колесо 1 (рис. 4.13, а) со спицевым набором 2. Для придания ему улучшенных аэродинамических свойств на наружную поверхность спицевого набора на-тягиваюттонкий аэродинамическ ий кожух 3. Материал этого кожуха и его изготовление нолностью диктуются возможностями технологии. Здесь главная проблема состоит в использовании такой тонкой пленки или такого текстильного материала, которые, улучшая аэродинамические характеристики колеса, не приводят к существенному увеличению его массы и момента инерции. Одновременно к такой конструкции аэродинамического кожуха предъявляются повышенные требования точности изготовления, равномерного натяжения и отсутствия складок и волнений на его поверхности .
      В качестве материалов для изготовления аэродинамического кожуха могут быть использованы высокомодульные пленки, тонкие текстильные материалы, например батист, с последующей поверхностной пропиткой лаком. В качестве несущей конструкции здесь по-прежнему остается спицевый набор. Недостаток этого решения — заметное увеличение массы и момента инерции колеса.
      Второе направление предусматривает принципиально шную компоновку колеса, в котором роли несущей кон-гструкции и аэродинамического кожуха объединены -(рис. 4.13, б). На фланце втулки 4 особой конструкции Заформован тканый диск 5. Ткань в нем имеет радиальный иабор основных нитей. Периферийная часть диска зафор-Чиована в обод 6 особой конструкции. В качестве исходных материалов для изготовления дисков применяют например, нити на основе СВМ-волокон и угольных волокон.
      Третье направление, являясь дальнейшим развитием второго, предусматривает полное или частичное заполнение сформованной оболочки (рис. 4.13, в) специальным сверхлегким пенопластом 7 переменной плотности по радиусу колеса. Такое технологическое решение позволяет увеличить крутильную и радиальную жесткость колеса, уменьшить толщину ткани оболочки, создает возможность отказаться от тканой конструкции диска и перейти к использованию сверхтонких специальных пленок.
      Во всех рассмотренных случаях успех дела решает современная технология изготовления дисковых колес. Известны различные варианты технологических маршрутов. Остановимся только на одном, дающем представление о принципиальных особенностях процесса изготовления дискового колеса.
      Тканый диск 1 (рис. 4.14, а) в радиально натянутом состоянии под действием равномерно распределенной нагрузки q заформовывается во фланец половины втулки 2. Аналогичным образом периферийная часть диска заформовывается в половину обода 3 (рис. 4.14, б). Далее формуются две половины втулок в единую втулку 4 (рис. 4.14, в) и единый обод 5 (рис. 4.14, г). Операция по обеспечению точности обработки втулки и обода состоит в первоначальной механической обработке втулки (инструмент 6) при базировании колеса по ободу 7 (рис. 4.14, б) и в последующей механической обработке обода (инструмент 9) при базировании по уже обработанным поверхностям 8 втулки (рис. 4,14, е). Заключительная операция — статическая и динамическая балансировка собранного колеса (см. гл. 6).
     
      4.3. Модель велосипеда образца 1985 года
      Опыт показывает, что интенсивные поиски технических решений в каких бы то ни было направлениях неизбежно приводят к качественно новым, на первый взгляд неожиданным, но вполне объяснимым решениям, являющимся вершиной творческой мысли на данный момент времени. Именно такой качественный скачок получило развитие велосипеда в последний период времени.
      Рис. 4.15. Модель гоночного велосипеда образца 1985 года для рекордных заездов — своеобразный рекорд творческой мысли
      С 1938 г. У СИ сдерживал инициативу изобретателей, -пытавшихся в различной форме усовершенствовать стандартную конструкцию велосипеда. В 1976 г. незначительное ослабление позиции УСИ в этом вопросе вновь -привело в движение изобретательский ум, и в 1984 г. Ф. Мозер потряс велосипедный и не только велосипедный мир своим велосипедом (см. рис. 8.28) и своими мировыми рекордами. Последовавший за этим двухгодичный период можно считать финишным спуртом этой технической гонки, апофеозом которой явилась модель велосипеда 1985 года, разработанная итальянскими специалистами (рис. 4.15). Именно на таком велосипеде в часо--вой гонке в итальянском городе Вероне в 1985 г. пытался -стартовать итальянец Висентини. Конструкция его велосипеда выглядела настолько необычно, что судьи не решились допустить гонщика к старту, и для этого у них было достаточно оснований.
      Велосипед Висентини (в спорте обычно спортивному снаряду неофициально присваивают имя спортсмена, впервые выступившего на нем) действительно на первый взгляд необычен. Он представляет собой цельноформованную из углепластика раму 16 сложной аэродинамической формы. Передняя нижняя часть рамы в виде обтекаемого клина 8 непосредственно примыкает к переднему дисковому колесу 7. Аналогичный верхний клин 6 нависает над передним колесом 7, образуя плавный аэродинамический переход переднего колеса в раму велосипеда. Заднее колесо 14 установлено в задней вилке 13, выполненной в виде пустотелого туннельного короба. Здесь рама также непосредственно примыкает к заднему колесу аэродинамическими клиньями 12 и 15. Плавный изгиб 9 нижней части рамы обеспечивает минимальный клиренс велосипеда. Овалоподобное отверстие 2 в центре рамы служит для удобства транспортировки велосипеда и снижения его массы. Руль 4, изогнутый ручками вперед, имеет аэродинамические обтекатели 5, установленные перед ручками, и аэродинамический клин 3, примыкающий к раме сверху. Седло 1 выполнено в традиционной форме.
      Особого внимания заслуживает привод велосипеда. Традиционные кривошипы в нем заменены жесткими дисками-кривошипами И, на которых смонтированы педали 10. Цепной привод традиционной конструкции смонтирован на тыльной стороне диска-кривошипа И.
      Появление велосипеда Висентини на гонках в Вероне взбудоражило всю велосипедную общественность, которая пыталась уяснить себе суть этой новинки. Убедительный ответ на этот вопрос дала выставка велосипедов в Милане, где крупнейшие велосипедные фирмы показали несколько образцов велосипедов, изготовленных из углепластика. Подобная технология характерна для современного гоночного автомобиля «Формула-1». Как известно, такие гоночные автомобили проектируют с учетом четырех основных принципов: аэродинамичности, прочности, легкости и мощности. Первые три принципа пригодны и для современного велостроения. Велосипеды продувают в аэродинамических трубах, их отдельные детали и узлы исследуют по параметрам прочности, жесткости и аэродинамического качества, над внешним оформлением велосипедов трудятся дизайнеры. Является ли велосипед этой модели действительно неожиданностью для специалистов велосипедного спорта? И да и нет!
      Следует выделить три важных особенности в конструкции этого велосипеда, которые учитывают современные достижения в таких областях науки и техники, как аэродинамика, конструкционные материалы и их технология. Эти особенности неразрывно связаны между собой и практически не могут быть реализованы в велосипеде по отдельности. Так, о существовании аэродинамического фактора в велосипедном спорте специалисты знали еще в прошлом веке с первых велосипедных гонок, когда приемы «сидения на колесе» однозначно демонстрировали экономическую нецелесообразность первой позиции гонщика в гонке. На этом строится не только тактика, но и стратегия всей гонки. Однако реализация идеи уменьшения аэродинамического сопротивления велосипеда потребовала почти столетнего периода из-за известного регламента УСИ на конструкцию велосипеда, с одной стороны, и из-за отсутствия высокомодульных пластических материалов, способных конкурировать с традиционными металлами и их сплавами, с другой стороны. Технология же пластических материалов является прямым следствием их наличия.
      Возникает вопрос: каково будущее этих супервелосипедов? Пока они обходятся фирмам-изготовителям весьма недешево, а об индивидуальном приобретении такого велосипеда гонщиком-любителем пока не может быть и речи. Еще один вопрос: имеет ли вообще смысл соревноваться на подобных велосипедах, которые недоступны рядовому гонщику, не превратятся ли велосипедные гонки в технические состязания фирм, как это фактически имеет место в автомобильном спорте?
      Итальянский журнал «Бичиспорт» предлагает использовать эти космические, как он называет, велосипеды не в обь:ч)ЫХ, а в специальных гонках. Это были бы гонки «Велоформула-1», в которых проходили бы проверку новые прогрессивные идеи, испытывались бы новейшие достижения науки и техники. А массовый велосипедный спорт — как любительский, так и профессиональный — должен пока оставаться в рамках регламента УСИ 1938 г. В будущем, когда супервелосипеды станут Доступными для каждого гонщика, УСИ вправе будет пересмотреть установленный регламент. Полная или частичная отмена этого регламента — важный вопрос стратегии развития и популяризации велоспорта. Но не будем предопределять решения УСИ.
     
      Глава 5
      ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ОДНОТРУБОК
     
      5.1. Назначение, классификация
      и технические требования к однотрубкам
      Определение и назначение. Однотрубка гоночного велосипеда — пневматическая шина, выполненная за одно целое с камерой, что обеспечивает быструю ее установку и съем с колеса. Установка и фиксация однотрубки на ободе обеспечиваются ее приклеиванием патентованным клеем, например типа «Клемент» («Clement»), обладающим хорошими и длительное время сохраняющимися клеящими свойствами. Отечественная промышленность пока не выпускает подобных клеев. В качестве заменителя могут быть использованы клеи типа «Момент», БФ и другие, однако следует помнить, что эти клеи быстро высыхают, не обладают требуемой эластичностью и не способны восстанавливать клеющую способность в случае локального отрыва однотрубки от обода или ее замены.
      Практика мирового велосипедного спорта выработала достаточно четкие требования к однотрубкам по всем параметрам конструкции, прочности, точности и методам испытаний. Присоединительные размеры однотрубок строго регламентированы и соответствуют присоединительным размерам колес, что обеспечивает полную взаимозаменяемость однотрубок и ободов, выпускаемых различными фирмами и странами мира. Однако последнее пятилетие ознаменовалось появлением новых взглядов на техническое развитие колеса гоночного велосипеда, что повлекло за собой ряд принципиальных конструктивных изменений, включая его размеры и, следовательно, присоединительные размеры однотрубки. Начали получать распространение колеса и однотрубки меньшего диаметра, которые в отдельных случаях используются в гонках преследования на треке.
      Технические требования. В целях обеспечения точности присоединительных размеров и качества однотрубок технические требования к ним в СССР регламентирует ГОСТ 23834—79 «Шины пневматические для спортивных велосипедов. Технические условия». Постановлением Госстандарта СССР срок действия этого стандарта продлен до 01.01.91 г.
      Выпускаются однотрубки следующего назначения: шоссейные, трековые и кроссовые. В каждом конкретном случае при изготовлении того или иного типа решается ряд вопросов, связанных с ограничением однотрубок по массе, диаметру, типу каркаса, виду протектора и г. д. Основная классификация, согласно ГОСТ 23834—79, приведена в табл. 5.1. Эта классификация далеко не исчерпывает всех моделей однотрубок, выпускаемых Воронежским шинным заводом, ассортимент которых значительно шире и определяется главным образом их назначением и конструктивными особенностями (табл. 5.2).
      Таблица 5.1. Технические данные однотрубок по ГОСТ 23834—79
      Испытание однотрубок. В процессе изготовления однотрубки подвергают контрольным измерениям и испытаниям, по результатам которых можно судить об их качестве: точности изготовления и эксплуатационной надежности. Стандартом и заводскими нормативными документами регламентированы следующие измерения и испытания:
      1) наружный диаметр однотрубки контролируется методом измерения рулеткой длины окружности L вдоль центральной линии протектора, надетого на стандартный обод колеса гоночного велосипеда, при избыточном давлении воздуха 1,0 МПа с точностью ±1 мм, тогда DH =
      Гл ,
      2) диаметр (ширина) однотрубки измеряется штанген-цир-кулем в пяти местах при указанном выше избыточном давлении и при посадке однотрубки на стандартный обод; точность среднеарифметического результата пяти измерений ±0,5 мм;
      3) герметичность однотрубки проверяется по удержанию установленного избыточного давления воздуха в течение 24 ч;
      4) герметичность камеры проверяется погружением ее при избыточном давлении воздуха в воду на малую глубину; наличие пузырьков любых размеров свидетельствует об отсутствии герметичности;
      5) условное напряжение при 300 %-ном удлинении, условная прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве резинового протектора определяются по ГОСТ 270—75*;
      6) твердость по Шору резины протектора определяется по ГОСТ 263—75*;
      7) условная прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве резины камеры определяются на пяти образцах, вырубленных в продольном направле-
      нии; за толщину образца принимается фактическая толщина камеры, испытания проводятся по ГОСТ 270—75*;
      8) сопротивление разрыву резины камеры определяется по ГОСТ 262—79;
      9) сопротивление разрыву однотрубки при избыточном давлении 2,0—2,4 МПа контролируется выборочно по нормативу, установленному заводом-изготовителем.
      Маркировка однотрубок. Каждая однотрубка маркируется. Маркировка включает наименование и товарный знак предприятия-изготовителя, модель, год и месяц изготовления, штамп технического контроля и штамп «шелковая», если каркас однотрубки изготовлен из шелка. Однотрубки упаковывают в слегка накаченном состоянии по 50 шт. в виде тора в спиральной бумажной обертке. Однотрубки со знаком качества упаковывают по 25 шт. в полиэтиленовую пленку и в тканевые мешки или в ящики. Предприятие-изготовитель при соблюдении условий хранения и транспортировки гарантирует успешную эксплуатацию однотрубок в течение 15 мес. со дня их изготовления.
     
      6,2. Конструкция однотрубок
      Термин однотрубка — условный, объясняющий специфическую особенность этого изделия, соединяющего в себе шесть деталей и приспособленного для быстрой замены во время гонки в случае прокола или другого повреждения. Превращая традиционные велосипедные шину и камеру в однотрубку, конструкторы одновременно с обеспечением возможности оперативной ее замены на колесе достигли еще одного очень важного результата: максимально уменьшили ее массу и обеспечили высокое динамическое качество.
      Современные серийные однотрубки всех назначений имеют одинаковую конструктивную схему, включающу’ю каркас (рис. 5.1 и 5.2), набранный из отдельных ниток, резиновый протектор 5, резиновую камеру 2, прокладочную тесьму 3, отделяющую камеру от соединительного шва каркага, выполненного внахлестку, наружную тесьму 4, закрывающую снаружи соединительный шов каркаса. Воздушный вентиль завулканизирован в резиновую камеру.
      На протяжении многих десятилетий каркас однотрубки соединялся на внутреннем диаметре стежковым швом,
      что создавало определенные возможности для выполнения ее ремонта в случае незначительного повреждения, например прокола. В настоящее время технология сборки каркаса стала значительно проще и предусматривает соединение его бортов резиновым клеем внахлестку, что при не меньшей прочности соединения позволяет достичь большей точности и меньших затрат времени и труда при сборке. Точностью геометрических размеров готовой однотрубки в значительной степени определяются ее эксплуатационные свойства.
      Конструкция протектора (толщина, ширина и рисунок) определяется условиями эксплуатации однотрубки: видом Гбнок и состоянием трассы. Типовые протекторы, выпускаемые Воронежским шинным заводом (табл. 5.2), вполне способны удовлетворить самым строгим требованиям гонщиков. Так, однотрубки модели В-158 могут быть рекомендованы только для кросса и тренировок по грунтовым дорогам, В-167 — для шоссейных гонок, В-164—для шоссейных гонок при мокром дорожном покрытии, В-151 —для трековых или шоссейных командных гонок, В-234 — для трековых гонок. Продгдь-ный рисунок протектора обеспечивает лучшие динамические качества однотрубки, поперечный рисунок — лучшую ее сцепляемость с поверхностью дороги, что особенно важно в гонках при мокром дорожном покрытии.
     
      5.3. Технология изготовления однотрубок
      Процесс изготовления однотрубок начинается с формования заготовки каркаса на специальном быстроходном валу 1 (рис. 5.3).
      Дальнейшую сборку однотрубки выполняют вручную на специальной оправке в виде обруча в следующем порядке: торцовая стыковка каркаса, закладка камеры и прокладочной тесьмы, забортовка каркаса, наклеивание гладкой заготовки протектора и наружной киперной ленты. Собранную однотрубку помещают в специальную пресс-форму, в которой при температуре воздуха 153 °С и его давлении 0,7 МПа в течение 5 мин происходит процесс вулканизации резины. Рисунок протектора формируется в зависимости от рисунка поверхности пресс-формы.
      В качестве исходного сырья для формования каркаса однотрубки используют хлопчатобумажные нити толщиной 33,33 текс (№ 30), нити крученого хирургического шелка № 0 (диаметр нити 0,31—0,39 мм) и № 1 (диаметр нити 0,40—0,49 мм).
     
      6.4. Эксплуатационные свойства однотрубок
      Рассмотрим элемент каркаса ABCD (рис. 5.4) с размерами а и a tg а, при которых в оба сечения АВ и ВС попадает одинаковое число нитей. Обозначив через Q усилие в нити, получим равнодействующую силу QBC — = Qn sin а, где п — число нитей, попавших в сечение ВС. Для сечения АВ соответствующая равнодействующая будет равна Qab = Qn cos а. Из теории оболочек известно,
      что при нагружении цилиндра внутренним давлением окружное среднее напряжение вдвое больше осевого.
      При угле а = 35° 16 цилиндрическая форма каркаса сохраняется, так как отсутствуют моменты и действуют только растягивающие нити силы. При а 35° 16 в каркасе доминируют радиальные деформации, при а С 35° 16 — продольные. Оптимальный угол а — 35° 16 получен по условиям равновесного нагружения нити, что является наиболее важным условием в эксплуатации однотрубок, предназначенных для ограниченного срока службы, например только для соревнований или рекордных заездов. Для однотрубок, предназначенных для тренировок или длительной туристской езды, угол а должен быть определен по условиям усталостной прочности нитей при переменных напряжениях, возникающих при качении колеса. Например, для автомобильных покрышек оптимальный угол а по этим условиям составляет 50—54°, отклонение угла в ту или иную сторону от оптимального значения влечет за собой снижение срока службы покрышки.
      Действительный угол наклона нитей каркаса относительно вертикальной оси в однотрубках Воронежского шинного завода равен 45°, что является компромиссным решением между условиями равновесного нагружения нитей и условиями обеспечения усталостной прочности.
      Рис. 5.4. Схема нагрузки элемента каркаса однотрубки под действием избыточного давления воздуха в камере
      При статическом контакте колеса с дорогой (рис. 5.5) соприкосновение однотрубки 1 с поверхностью дороги OjOi при радиальной нагрузке QB = 0 происходит в точке а1. При радиальной нагрузке QB Ф 0 однотрубка деформируется на величину h, контакт происходит по поверхности 0202 и в зоне контакта образуется эллипсовидное пятно 4 размерами 2аХ2Ь.
      Рис. 5.5. Схема взаимодействия однотрубки гоночного колеса с поверхностью дороги
      При скоростном перекатывании колеса перед пятном контакта образуется область Ьтгт вязкоупругих деформаций каркаса. Скорость распространения деформаций достаточно велика и приближается к скорости звука в материале каркаса. Скорость исчезновения деформаций значительно ниже, что связано с релаксационными свойствами материала. Это приводит к возникновению области спп1 релаксируемых деформаций. В результате с увеличением скорости перекатывания колеса области этих деформаций расширяются, а эллипсообразное пятно 4 с центром масс (Ц (эпюра нагрузки 2) перерождается в каплевидное 5 с центром масс Од (эпюра нагрузки 3), где фактически и приложена реакция Nн. Новая форма пятна Контакта отличается не только своим положением, но и смещением центра масс на величину а2ая = к. Это смещение в первом приближении можно рассматривать в качестве эквивалента коэфициента трения качения.
      Протекание релаксационных процессов в деформируемом каркасе в зоне его контакта с поверхностью дороги удобно рассмотреть с помощью рис. 5.6. При нагружении Q каркас однотрубки деформируется на величину х по нелинейному закону, отличающемуся от закона Гука для упругих деформаций, и точка L примерно соответствует середине эпюры нагрузки. При снятии нагружения (участок LMKO) деформация каркаса исчезает с некоторым запаздыванием, а остаточная деформация Л продолжает оставаться еще некоторое время при Q = 0 (участок сщ на рис. 5.5). Площадь гисте-резисной петли OKLMN с учетом масштаба представляет собой работу, связанную с необратимыми потерями в каркасе однотрубки. При качении колеса деформации в передней части однотрубки в зоне контакта с дорогой увеличиваются, а в задней части уменьшаются. Поэтому при одной и той же деформации хм участок шины в передней ее части нагружен силой QK, а задней части — силой QM. Работа деформации однотрубки преобразуется в теплоту, которая рассеивается в пространстве.
      На процесс распространения деформаций существенное влияние оказывает пространственная податливость каркаса, определяемая его диаметром, давлением воздуха, модулем упругости каркасных нитей и углом их взаимного расположения. Чем больше область деформирования каркаса, тем больше затраты энергии на процесс перекатывания колеса. Вместе с тем жесткий по своим деформационным свойствам каркас требует дополнительных энергозатрат на преодоление сил сопротивлений, вызванных колебательными процессами в системе гонщик—велосипед.
      Наблюдать описанный процесс удалось с помощью скоростной киносъемки, проведенной через прозрачное толстое стекло, по которому перекатывались колеса гоночного велосипеда со скоростями до 50 кмч, нагруженные как радиальной силой (ведомое колесо — пятно контакта 3, см. рис. 5.5), так и радиальной силой совместно с крутящим моментом (ведущее колесо — пятно контакта 6, см. рис. 5.5).
     
      Глава 6
      АНАЛИЗ УЗЛОВ ГОНОЧНОГО ВЕЛОСИПЕДА ПО ПАРАМЕТРАМ ПРОЧНОСТИ И ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА
     
      6.1. Динамические качества рамы
      К началу 1900-х гг. сформировалась вполне современная конструкция рамы гоночного велосипеда, которая сегодня продолжает совершенствоваться во всех направлениях, включая применение новых материалов, технологии изготовления и, что особенно важно, сочетания геометрии рамы с рациональными вязкоупругими свойствами элементов ее конструкции.
      Велосипедная рама, по мнению подавляющего большинства специалистов, стала одним из решающих факторов технического совершенства велосипеда. Она является связующим звеном в системе человек—машина, обеспечивающим передачу энергии от биологического двигателя, каким является гонщик, к велосипеду, совершающему передвижение со скоростью, пропорциональной эффективно приложенному усилию. Коэффициент полезного действия, определяемый отношением эффективно использованной энергии к затраченной, предполагает учет потерь энергии, связанных как с качеством педалирования, так и с динамическими качествами велосипеда. Последние характеризуются потерями на преодоление сил внутреннего и внешнего трения, возникаю-щего в результате колебательных процессов в раме и колесах при различных частотах возбуждающего воздействия, а также потерями на трение качения колес и других вращающихся частей.
      Динамические качества велосипеда и, в частности, рамы влияют и на такие важные параметры, как накатистость и приемистость. Первый термин означает способность велосипеда удерживать начальную скорость без приложения крутящего момента со стороны гонщика, например при спуске или при езде по инерции. Второй термин означает способность велосипеда быстро набирать скорость в момент максимального ускорения при спуртах.
      Современные методы испытания и оценки качества гоночных велосипедных рам сводятся в основном к разрушающим многоцикловым или одноцикловым испытаниям, в результате которых устанавливают допустимое число циклов (при многократных нагружениях) или разрушающую нагрузку (при однократных нагружениях). Оба метода важны для оценки работоспособности и надежности конструкции рамы, однако не дают ни малейшего представления о динамических качествах, о которых мы пока можем получать только косвенную информацию по подчас разноречивым мнениям отдельных спортсменов. При этом отсутствуют какие-либо объективные параметры такой оценки.
      Анализ многочисленных методов технической диагностики механических конструкций позволил сформулировать основные требования к методике оценки динамических качеств гоночной велосипедной рамы:
      1) метод должен быть неразрушающим;
      2) максимальные нагрузки не должны приближаться к предельно допустимым и не должны создавать предпосылок для возникновения остаточных деформаций и напряжений в элементах конструкции рамы;
      3) метод испытаний должен позволять использовать только частично разобранный велосипед, что является важным фактором при экспресс-испытаниях отдельных экземпляров рам, включая в первую очередь рамы иностранных фирм;
      4) метод должен быть статистическим, обеспечивающим накопление статистических данных в целях создания картотеки гоночных рам и разработки рекомендаций по практическому использованию накопленных сведений;
      5) метод должен обеспечивать воспроизводимость результатов, чтобы можно было проводить контрольные и сравнительные испытания новых конструкций рам.
      В основу рассматриваемого ниже метода положен метод оценок параметров внутреннего трения, широко известный в практике материаловедения конструкционных материалов.
      Рис. 6.1. Схема установки для оценки динамических качеств велосипедных рам
      Из теории механических колебаний известно, что свободные колебания неизбежно затухают в конструкциях. При этом начальная энергия колебательного процесса в конечном итоге превращается в тепловую энергию. Процессы, происходящие в конструкциях при свободных затухающих колебаниях, в которых имеют место указанные преобразования энергии, принято в технике обозначать термином «внутреннее трение».
      В методе используется высокая чувствительность колебательных процессов в деталях и конструкциях к их техническому состоянию. Критерием сценки является декремент затухающих колебаний, возбужденных в исследуемой велосипедной раме и наблюдаемых в определенных пределах. Частота собственных колебаний и ее отклонение от номинального значения зависят от ряда причин, основными из которых являются структурные дефекты, геометрические отклонения, изменение вязко-упругих свойств, наличие усталостных явлений в материале и т. д.
      Принципиальная схема испытания рамы показана на рис. 6.1. Раму 5 устанавливают горизонтально в шарнирных опорах 0t и 02, смонтированных на стальной разметочной плите массой около 1500 кг. Передняя вилка кре-пится на бифилярном подвесе 3 с помощью шарнира 03. Раму нагружают грузом Q с помощью гибкой тяги 11. Груз задают экспериментально, исходя из условий его -влияния на характер измеряемых параметров или согласно требованиям программы исследований. В характерных точках рамы, выбираемых экспериментально,
      закрепляют шесть индукционных датчиков ускорений 4; 6—10 типа МВ-22Г. В непосредственной близости от оси 0Х передней вилки устанавливают две индукционные катушки 1 и 12, соединенные с блоком возбуждения колебаний, который обеспечивает возбуждение исследуемой рамы с максимальной мощностью до 600 Вт в диапазоне частот от 30 до 2500 Гц. Оптическая система 2 позволяет контролировать амплитуду колебаний отдельных элементов рамы.
      Рис. 6.2. Амплитудно-частотная характеристика двух рам гоночного
      велосипеда:
      О — рама В-552 ХВЗ; — рама фирмы RJH; 1—6 — показания датчиков соответственно 4, 6, 9, 10, 8, 7 (см. рис. 6.1)
      В процессе эксперимента с каждого датчика снимают характеристики затухания свободных колебаний в интервале А—7зА, что позволяет построить зависимость линейного декремента затухания колебаний, выраженного числом циклов N, от первоначальной амплитуды колебаний А. Амплитуда выражена в показаниях вольтметра, подключенного к выходам датчиков. На рис. 6.2 представлены описанные зависимости для двух гоночных велосипедных рам фирмы РИХ (RIH) и модели В-552 Харьковского велосипедного завода (ХВЗ).
      Из общего анализа полученных зависимостей можно сделать вывод, что рама гоночного велосипеда модели В-552 является конструкцией, реагирующей на широкий спектр частот возмущающих воздействий. Эти воздействия вызваны неровностями дороги, случайными предметами, попадающими под колеса велосипеда, или усилиями со стороны СНКГ, приложенными к педалям. С другой
      стороны, рама фирмы РИХ имеет значительно более узкий спектр частот возмущающих воздействий, при которых рама или ее отдельные элементы входят в резонанс. Если учесть, что на колебательные процессы в раме требуются определенные энергозатраты, то на поддержание одной и той же скорости движения на велосипеде, собранном на базе рамы РИХ, энергозатраты ниже.
     
      6.2. Конструкционные качества колес
      Спицевый набор. Колесо гоночного велосипеда может быть смонтировано несколькими способами, которые отличаются вариантами спицевого набора, характеризующимися числом так называемых крестов, образованных парами перекрещивающихся между собой спиц. Число
      Рис. 6.3. Варианты спицевого набора в 36 спиц (штрихами показана тыльная сторона колеса): а — бескрестовый набор; б — набор в один крест; в — набор в два креста; г — набор в три креста
      крестов, приходящихся на одну спицу (рис. 6.3), в прямом смысле не определяет механические свойства колеса, но в удобной форме характеризует угол наклона спиц относительно радиуса колеса. Именно этот параметр является одной из главных характеристик спицевого набора, Наиболее часто встречающимися и рациональными являются наборы в три и реже в два и четыре креста. Число спиц в колесе кратно четырем.
      Спицевый набор решает несколько задач: удерживает заданную форму колеса и обеспечивает такие его механические свойства, как радиальная и крутильная жесткость. Радиальная жесткость колеса определяет его несущую способность, крутильная — свойства при передаче крутящего момента.
      Важной частью спицевого набора являются втулки колеса. Практикой велосипедного спорта отработаны две типовые конструкции втулки: фланцевая (диаметр окружности расположения отверстий под спицы 67 мм) и бесфланцевая (диаметр 47 мм).
      На рис. 6.4 показана схема формирования спицевого набора колеса, где спица 2, соединяющая фланецвтулки
      Рис. 6.5. Изменение продольных составляющих радиальной и тангенциальной сил, действующих на спицевый набор
      и обод 6 соответственно в точках А и В, образует с радиусом фланца г угол 90°. Любое изменение этого угла приводит к изменению (в сторону уменьшения) фактического диаметра набора спиц на фланцах втулки и к изменению числа крестов. Кривая 4 является графиком изменения положения точки А (точки соединения спицы 2 и фланца 1) в зависимости от радиуса фланца в интервале 0 г R, где R — радиус обода.
      Сила Q, действующая вдоль спицы 2, является результирующей действия трех сил: QN — силы номинального натяжения спицевого набора; Q« — продольной составляющей силы радиальной нагрузки Q«; Qx — продольной составляющей силы Qx (передаваемого крутящего момента). График изменения вектора силы Q представлен
      кривой 7. Сила Q имеет минимальное значение Qmin при угле соответствующем оптимальному положению спиц в наборе 3. Этому положению соответствует оптимальный радиусг0, фланца втулки (кривая 5) с закреплением спицы в точке А0.
      Указанные на рис. 6.4 силы Q% и Q« изменяются (соответственно кривые и 2 на рис. 6.5) определенным образом в зависимости от соотношения rlR, и в предельных слу аях (при rR = 0 и rR = 1) их сумма Qs (кривая 3) стремится к бесконечности. Оптимальный вариант спицевого набора (Q2 - min) будет при rR = 0,68. Однако конструктивная реализация подобного набора с радиусом фланцев втулки г = 0,23 м вряд ли будет целесообразной из-за резкого возрастания полярного момента инерции колеса JL = J0 + Ус + mcp2, равного сумме момента инерции J0, увеличивающихся фланцев втулки, уменьшающегося экваториального момента инерции Jс 36 спиц набора и полярного момента инерции тср2 этих спиц, радиус р в котором определяется расстоянием от оси втулки до центра масс каждой спицы (тс — масса спиц). График 4 иллюстрирует изменение момента в зависимости от увеличения диаметра фланцев втулки толщиной 3 мм и соответствующего уменьшения длины спиц диаметром d = 1,8 мм.
      Если для переднего колеса, в котором действует только радиальная нагрузка, диаметр фланцев не играет роли и его можно принять минимальным, то для заднего колеса диаметр фланца играет важную роль в снижении нагрузки на спицы, особенно во время спуртов. В целом для заднего колеса существующие диаметры увеличенных фланцев (до 150 мм) находятся в оптимальной области, характеризуемой соотношением rR = 0,11.
      Крутильная жесткость спицевого набора колеса является важной динамической характеристикой, так как она органически входит в динамическую систему гон-,щик—велосипед и влияет на энергетические потери, -связанные с колебательными процессами.
      Вид спицевого набора по числу крестов, число спиц и их жесткостные свойства, тип обода и его жесткостные свойства, качество проката, сила номинального натяжения спиц и степень равномерности их натяжения, а также Уип однотрубки и избыточное давление воздуха в ней — все это вместе взятое определяет жесткостные свойства колеса гоночного велосипеда, которые могут быть опреденены экспериментально. Для этого обод колеса Об (рис. 6.6) жестко фиксируется в специальном приспособлении, рычаг Р с помощью резьбовой насадки навинчивается и жестко фиксируется на резьбовой части втулки, индикатор И1 показывает линейные перемещения х под действием эталонной нагрузки Q. График 1 представляет собой зависимость тангенциальной деформации спицевого набора в три креста от приложенного крутящего момента М для колеса с диаметром фланцев втулки 150 мм, числом спиц п = 36, номинальным натяжением спиц
      Аналогичные характеристики могут быть определены и для однотрубок, находящихся под различным избыточным давлением воздуха. Для этого дополнительно устанавливают индикатор И2 на уровне минимального радиуса R однотрубки Тр. Графики 2—5 иллюстрируют тангенциальную деформацию х шоссейной и трековой однотрубок, находящихся под различным избыточным давлением воздуха.
      Радиальная деформация колеса, возникающая под действием радиальной нагрузки, может быть определена экспериментально по следующей схеме (рис. 6.7). Колесо К без однотрубки, установленное в специальном приспособлении, нагружается радиальной силой QR: соответствующая этой нагрузке радиальная деформация спицевого набора х (график 1) фиксируется индикатором И1.
      Радиальная деформация однотрубки Тр (график 2) определяется аналогичным образом, но с размещением индикатора И2 непосредственно на ободе колеса.
      Дисковый набор. Конструкторы спортивного авто-и мотостроения давно пришли к выводу о нерациональности использования традиционного спицевого набора колес, и в настоящее время колеса, например, гоночных шоссейных мотоциклов имеют набор из литых спиц аэро-динамичного профиля, число которых колеблется от четырех до шести. Такая конструкция является переходным вариантом от спицевого набора к дисковому, который обладает улучшенными динамическими качествами. Дисковые колеса ряда иностранных фирм, проверенные по описанной выше методике, показали результаты, существенно отличающиеся от аналогичных показателей колес со спицевым набором.
      Для дисковых колес характерны повышенные крутильная и радиальная жесткости, имеющие нелинейный характер, причем с увеличением нагрузки приращение жесткости на единицу нагрузки возрастает. Эта особенность хорошо проявляется во время гонки, когда при малых нагрузках колесо достаточно эластично, но при их возрастании жесткость существенно увеличивается. Главным достоинством дисковых колес является их высокое аэродинамическое качество (см. гл. 8), позволяющее заметно изменить энергетический баланс системы гонщик—велосипед.
      Конструкционная прочность колеса. Впервые вопрос о расчете конструкционной прочности велосипедного колеса был рассмотрен в 1902 г. Н. Е. Жуковским, который получил дифференциальное уравнение упругой оси обода с учетом ее растяжения — сжатия, при этом обод рассматривался как тонкий кривой брус на упругом основании, а предварительное натяжение спиц — как непрерывная упругая среда. Дальнейшее развитие этой теории [23 ] позволило сформулировать задачу анализа действующих в колесе сил.
      (...)
      Результаты расчета но условиям (6.65) показывают, что сила трения покоя в зоне контакта вала каретки и кривошипа оказывает значительное влияние на напряжение в клине, возникающее от приложенного крутящего момента М. В данной задаче преднамеренно не учитывается предварительная затяжка клина, чтобы можно было сравнивать между собой рассмотренные два варианта крепления кривошипа к валу каретки. В результате можно констатировать, что несмотря на меньший запае прочности и меньшую точность центрирования первый вариант конструкции является предпочтительным, так как он обеспечивает более равномерное распределение контактных напряжений по плоскостям четырехугольного вала, а также лучше условия монтажа и демонтажа узла.
     
      Глава 7
      ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕДАЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ГОНОЧНОГО ВЕЛОСИПЕДА
     
      7.1. Энергетическое обеспечение процесса педалирования
      Источники биологической энергии. Большинство последних достижений в изучении механизма мышечного сокращения явилось следствием интеграции биохимических, биофизических и электронно-микроскопических подходов исследователей в этой области. Мышцу следует рассматривать как высокоэффективную и универсальную машину, обладающую замечательными техническими характеристиками, в ряде случаев значительно превосходящими характеристики машин, созданных самим человеком. Сократительная система клетки обеспечивает превращение химической энергии в механическую энергию движения.
      Волокна скелетных мышц представляют собой сильно вытянутые многоядерные клетки, покрытые плазматической мембраной — сарколеммой (рис. 7.1). Большую часть объема мышечной клетки занимают миофибриллы, состоящие из функциональных сократительных элементов — саркомеров, которые содержат параллельные нити двух типов. Под микроскопом видно, как темные А-диски длиной около 1,6 мкм (анизотропные или двулучепрелом-ляющие) образованы системой параллельно расположенных толстых филаментов, тогда как светлые I-диски длиной около 1,0 мкм (изотропные с нормальным лучепреломлением) образованы системой тонких филаментов. Отсюда название мышцы — поперечно-полосатая. Целая продольная единица ограничена двумя Z-линиями длиной около 80 нм [12, 14, 241.
      Толстые филаменты образованы пучками нитевидного белка миозина, а тонкие — двумя скрученными а-спи-ральными цепями фибриллярного белка F-актина. Каждый толстый филамент окружен шестью тонкими. Кроме этих двух основных белков сократительная система содержит тропомиозин и комплекс тропонина. Миофибриллы окружены внутриклеточной жидкостью — саркоплазмой, содержащей гликоген, гликолитические ферменты, аде-нозинтрифосфат, креатинфосфат, неорганические электролиты, а также значительное количество аминокислот и пептидов. Вдоль миофибрилл расположено большое количество митохондрий. При сокращении филаменты двух типов скользят относительно друг друга, не изменяя
      своей длины. Изменяется только расстояние между Z-линиями. При максимальном сокращении саркомер укорачивается на 20—50 % своей нормальной длины. Всю структуру скелетной мышцы пронизывают кровеносные капилляры и многочисленные Т-трубочки, входящие в систему нервно-мышечных соединений.
      Единство организма человека с внешней средой проявляется прежде всего в постоянном обмене веществ и «s; энергии, который выражает-5 ся в процессах ассимиляции и диссимиляции. Эти процессы проявляются, с одной стороны, в освоении поступающих в организм питательных веществ и кислорода и накоплении потенциальной энергии, с другой стороны, в постоянном распаде усвоенных сложных химических веществ на более простые с высвобождением химической энергии, которая затем переходит в тепловую, механическую и биоэлектрическую.
      Обмен веществ в организме может быть подразделен на три стадии: 1) поступление в организм питательных веществ и кислорода; 2) усвоение питательных веществ и кислорода тканями человеческого тела и протекание окислительных биохимических процессов; 3) выведение из тканей и организма продуктов распада. Кислород поступает в организм через органы внешнего дыхания,
      Рис. 7.1. Схема микроскопического строения поперечно-полосатого мышечного волокна и пути движения молекул кислорода из межтканевой жидкости внутрь митохондрий:
      1 — цистерна; 2 — саркоплазма? 3 кровеносные капилляры 4 — миофибриллы 5 - сарколемма; нервно-мышечное соединение
      а питательные вещества (белки, жиры, углеводы, минеральные соли, микроэлементы, витамины и вода) — через органы пищеварения.
      Белки являются основными носителями жизни и основной составной частью клеток. Они необходимы для обеспечения многих процессов жизнедеятельности организма: образования белков плазмы, многочисленных ферментов, гормонов, антител, хромопротеидов (гемоглобин) и других биологически активных соединений; стимуляции трофических процессов в организме; поддержания его реактивности и повышения уровня окислительных процессов. При недостатке углеводов и жиров в случае больших энергозатрат белки могут использоваться организмом как энергетический материал. Так, при окислении 1 г белков в организме выделяется 17,2 кДж теплоты. Белки являются единственным источником азота для организма человека.
      Основным источником белков для человека служат белки животного и растительного происхождения. Они усваиваются после предварительного расщепления в пищевом канале до аминокислот, из которых впоследствии строятся собственные белки организма. В состав белков входит свыше 20 аминокислот. Восемь из них (валин, лейцин, изодейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, лизин) не могут образовываться в организме человека и являются незаменимыми, поэтому их поступление с пищей жизненно необходимо. Остальные аминокислоты являются заменимыми, так как могут синтезироваться в организме в процессе азотистого обмена.
      Для взрослых людей оптимальная норма белков в суточном рационе в среднем составляет 1,5 г на 1 кг массы тела. При интенсивных спортивных тренировках и соревнованиях потребность организма в белках может увеличиваться до 2,5—3 г на 1 кг массы тела в сутки.
      Жиры относятся к группе простых липидов и представляют собой сложные эфиры жирных кислот и трехатомного спирта глицерина.
      Источниками для образования жира в организме человека являются жиры пищевых продуктов животного и растительного происхождения. Кроме того, они могут синтезироваться в организме из углеводов и в меньшей степени из белков. Жиры с низкой температурой плавления (растительные масла, рыбий жир и др.) усваиваются легче, чем с высокой температурой плавления (говяжий бараний, свиной и др.).
      При недостаточном введении углеводов с пищей и низкой ее калорийности жиры, в первую очередь резервные, могут расходоваться как высокоэнергетический материал, так как при окислении в организме 1 г жира выделяется 38,9 кДж теплоты.
      В состав жиров входят насыщенные (пальмитиновая, стеариновая, масляная, капроновая и др.) и ненасыщенные (олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая) жирные кислоты. В растительных маслах (подсолнечном, кукурузном, хлопковом, льняном, соевом, конопляном и др.) содержатся преимущественно ненасыщенные жирные кислоты, а в животных жирах (бараньем, говяжьем, свином и др.) — главным образом насыщенные.
      Биологическая ценность жиров для организма в значительной мере определяется содержанием высоконенасыщенных жирных кислот; линоленовой, линолевой, арахидоновой. Они не образуются в организме и поэтому являются незаменимыми факторами питания. Основными поставщиками высоконенасыщенных жирных кислот являются растительные масла (подсолнечное, кукурузное, соевое, хлопковое) и некоторые животные жиры (птичий, рыбий жир, жир костного мозга).
      На долю жиров должно приходиться 28—30 % калорийности суточного рациона. Суточная потребность человека в жирах должна покрываться на 30 % за счет растительных и на 70 % за счет животных жиров. Потребность человека в жирах за сутки составляет 1,5 г на 1 кг массы тела. Потребность взрослого человека в незаменимых жирных кислотах составляет 7—10 г в сутки (20—30 г растительного масла).
      Углеводы — органические вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Углеводы являются основным энергетическим материалом. По весу они составляют 60—74 % общего количества питательных веществ суточного рациона, на их долю приходится приблизительно 50—60 % калорийности. При сгорании 1 р углеводов выделяется 17,2 кДж теплоты. Углеводы необходимы для нормального течения обменных процессов. В частности, достаточное обеспечение организма человека углеводами способствует полному окислению жиров. За счет расхода энергии, доставляемой преимущественно углеводами, обеспечивается возможность функционирования различных систем и органов. Углеводы, усваиваемые организмом человека, способствуют поддержанию постоянного уровня сахара в крови (нормальное содержание 3,3—5,5 ммольл).
      При достаточном обеспечении организма углеводами глюкоза откладывается в виде гликогена (животного крахмала) преимущественно в клетках печени (около 100 г) и мышц (около 250 г). Гликоген представляет собой резервный источник углеводов. По мере необходимости гликоген расщепляется и обеспечивает организм необходимым количеством глюкозы, которая поступает в кровь и используется тканями.
      Потребность организма в углеводах должна покрываться на 13 за счет легкоусвояемых (моносахаридов и дисахаридов) и на 23 за счет медленноусвояемых (крахмал) углеводов. При полном отсутствии углеводов в пище они могут синтезироваться в организме человека из жиров и белков (гликонеогенез). При кратковременных значительных энергозатратах важно использование легкоусвояемых углеводов.
      Витамины — вещества с высокой биологической активностью, которые являются незаменимыми для организма и ничтожно малые количества которых играют важнейшую роль в процессах его жизнедеятельности. Тесная связь витаминов с ферментами определяет их роль как биологических катализаторов всех жизненных функций организма. Витамины подразделяются на две группы: водорастворимые (С, В3, Вь В2, РР, Вв, В12, В15, Р, U, F и др.) и жирорастворимые (A, D, Е, К).
      Минеральные вещества играют важнейшую роль в поддержании и регулировании многочисленных жизненных процессов в организме человека и подразделяются на макро- и микроэлементы. Макроэлементы в организме (натрий, калий, кальций, магний, фосфор, хлор, сера) имеют высокую концентрацию, микроэлементы (железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод, фтор) содержатся в очень небольших количествах. Минеральные вещества поступают в организм человека в составе пищевых продуктов и жидкостей.
      Вода в качестве растворителя органических и ми-.неральных веществ является главным компонентом человеческого организма, обеспечивающим почти все биохимические и биофизические реакции, она выполняет роль транспортной системы. Общее содержание воды в теле человека массой 70 кг составляет примерно 42 л, т. е, около 60 %, из которых на внутриклеточное пространство приходится примерно 28 л (40 %), а на внеклеточное — 14 л (20 %, из них 3,5 л, т. е. 5 %, приходится на долю плазмы). В нормальных условиях суточная потребность в воде составляет 2,3—2,8 л, в условиях спортивной деятельности она возрастает до 3,5 л и более.
      Энергетический баланс. Баланс энергии есть мера жизнедеятельности человеческого организма, устанавливающая соотношение между количеством энергии, поступающей в организм, и энергозатратами, расходуемыми на поддержание жизнедеятельности организма и выполнение функциональной работы. Современный рацион нормального питания в среднем рассчитан на 16 700 кДж в сутки. Затраты энергии в большинстве случаев меньше. Например, у работников умственного труда энергозатраты составляют примерно 12 500—14 700 кДж, у работников, занятых физическим трудом, — 18 800—21 000 кДж, у спортсменов высокой квалификации в циклических видах спорта (бег на длинные и средние дистанции, лыжные гонки, шоссейные велосипедные гонки и т. д.) — до 29 000 кДж и более в сутки.
      Объем суточных энергозатрат зависит не только от количества выполненной функциональной работы, позволяющей достигнуть того или иного спортивного результата, но и от уровня рациональности в организации этой работы, от массы и размеров звеньев тела спортсмена, особенностей процессов обеспечения его жизнедеятельности, а также от технической оснащенности и уровня техники выполнения функционального движения (например, педалирования применительно к велосипедному спорту).
      В различных видах спорта фактор биологической энергии играет свою, присущую каждому виду, роль. В одних видах, например художественной гимнастике, стрельбе из лука, прыжках с трамплина и т. п., энергетические возможности спортсмена не являются определяющим фактором. В других видах, например велосипедном спринте, прыжках в высоту, фехтовании и т. п., влияние энергетического фактора становится весьма заметным, поскольку рассматриваемые виды соревнований предполагают многократный выход на старт в течение одного дня. В третьих видах, например шоссейных велогонках, марафонском беге, лыжных гонках и т. п., энергетический фактор является определяющим.
      Источником, способным генерировать биологическую энергию в человеческом организме, является аденозин-трифосфорная кислота (АТФ). В структуре ее молекулы имеются три макроэргические фосфатные связи, при разрыве которых выделяется энергия, способствующая сокращению мышц.
      При мышечном сокращении АТФ реагирует с белками мышечных клеток (миозином и актином), теряет одну из трех макроэргических фосфатных групп и превращается в аденозиндифосфатную кислоту (АДФ), а освободившаяся энергия обеспечивает сокращение мышечных волокон. Эту реакцию условно можно записать следующим образом:
      Запасы КрФ в клетках организма невелики, и поэтому ресинтез большого количества АТФ невозможен.
      2. Глюкоза образуется в кишечном тракте при переваривании пищи, в основном углеводов. В кишечнике молекулы глюкозы всасываются в кровь и разносятся по всему организму. Концентрация глюкозы в крови удерживается на относительно постоянном уровне и в состоянии покоя составляет 4,44—6,66 ммольл. Во время мышечной работы концентрация глюкозы в крови повышается до 11,10—13,87 ммольл Во время работы запаса гликогена, образованного действием инсулина на глюкозу, в организме хватает в среднем на 45—60 мин. При более длительной работе требуется дополнительное питание, основным содержанием которого является глюкоза.
      Процесс поглощения глюкозы организмом происходит следующим образом. Глюкоза, находящаяся в крови, проникает через поры сосудистых стенок и мышечных мембран внутрь мышечной клетки, где она реагирует с фосфатными соединениями и превращается в сложные соединения с наличием фосфатных групп. Затем следует процесс переноса фосфатных групп в АДФ, которая ресинте-зируется в АТФ, а субстрат, лишенный фосфатных групп, превращается в пировиноградную кислоту (ПВК). В определенных условиях ПВК реагирует с частицами водорода и превращается в молочную кислоту. Совокупность этих реакций без участия кислорода называется гликолизом (анаэробный процесс).
      3. ПВК, образовавшаяся в протоплазме мышечной клетки в процессе реакций гликолиза, проникает внутрь митохондрий, где в сложном цикле реакций распадается на воду, углекислый газ и свободный водород. В цикле внутримитохондриальных реакций создаются условия для ресинтеза АТФ. Совокупность этих реакций с участием кислорода получила название окислительного фосфорилирования (аэробный процесс). Продукты распада — вода и углекислый газ — удаляются из организма через легкие, а также в виде пота, мочи и кала.
      Из рассмотренных процессов наиболее емкий — ресинтез АТФ при наличии кислорода. При отсутствии кислорода окислительное фосфорилирование частично или полностью блокируется. Ресинтез АТФ продолжается, но уже в анаэробной форме. Частицы водорода при этом уже не нейтрализуются кислородом, они реагируют с ПВК и образуют молочную кислоту, в организме резко повышается концентрация водородных ионов и накопление молочной кислоты. Организм быстро теряет работоспособность.
      При дыхании воздух попадает в легкие и омывает альвеолы, кислород поступает по капиллярам в кровь, а из крови в легкие выделяется углекислый газ, который выдыхается в атмосферу. Кислород, проникший в кровь, попадает в эритроциты и связывается там гемоглобином. Поток обогащенной крови устремляется от легких к сердцу, а оттуда — в различные органы и ткани организма. Достигнув периферийных капилляров, кислород освобождается от гемоглобина, проникает через стенки эритроцита, преодолевает слой плазмы, проникает через стенки капилляра и попадает в межтканевую жидкость, омывающую мышечную клетку. В мышечных клетках небольшая часть кислорода связывается миоглобином,
      основная часть кислорода проникает внутрь митохондрий и вступает в реакцию с водородом. Происходит очень важный для жизнедеятельности организма процесс — нейтрализация водорода.
      Сокращение мышц происходит от электрического импульса, приходящего от двигательного нерва через моторную концевую пластинку или нервно-мышечное соединение. Этот импульс передается мышечной клетке, быстро распространяется по всей сарколемме, и происходит деполяризация, т. е. изменение разности потенциалов между наружной и внутренней областями сарколеммы. Обычно разность потенциалов удерживается на уровне 60 мВ.
      Электрический импульс передается внутрь мышечной клетки через многочисленные Т-трубочки (см. рис. 7.1), которые находятся в контакте почти со всеми миофибрил-лами. При возбуждении сарколеммы и деполяризации Т-системы увеличивается проницаемость саркоплазмати-ческой сети. В результате ионы Са2+ выбрасываются из цистерн саркоплазматической сети, где они обычно изолированы, когда мышцы находятся в состоянии покоя. Считается, что очень быстрое выделение ионов Са2+ в саркоплазму является сигналом начала взаимодействия АТФ с миозином и актином.
      После прохождения возбуждающего импульса и высвобождения Са2+ саркоплазма и саркоплазматическая сеть возвращаются в первоначальное поляризованное состояние при избыточном потенциале в 60 мВ. Изоляция Са2+ в цистернах саркоплазматической сети происходит за счет действия «кальциевого насоса». Способность саркоплазматической сети изолировать Са2+ вызывает расслабление мышц.
      Таким образом, биологическая энергия, необходимая как для мышечного сокращения, так и для любого процесса жизнедеятельности организма, образуется при распаде АТФ до АДФ. Запасы АТФ в организме ничтожны, но в нем постоянно действуют механизмы ресинтеза АТФ из АДФ, благодаря чему концентрация АТФ в клетках поддерживается во время мышечной работы на относительно постоянном уровне. АТФ ресинтезируется из АДФ в циклах креатинфосфокиназных реакций, в реакциях гликолиза и окислительного фосфорилирования. Из них, как отмечалось, самый емкий и определяющий — процесс окислительного фосфорилирования. Изменить в сторону увеличения концентрацию АТФ в организме средствами спортивной тренировки практически невозможно, но в процессе спортивного совершенствования возрастает мощность реакций ресинтеза АТФ.
      Общая временная картина действия анаэробных и аэробных процессов в мышцах представлена на рис. 7.2. Энергия для процессов сокращения и расслабления постоянно образуется в мышцах, так как в них содержатся небольшие количества АТФ и креатинфосфата (КрФ).
      Этого запаса хватает на 10 — 12 с работы благодаря интенсивному расщеплению АТФ (кривая 1) и КрФ (кривая 2). Анаэробное расщепление достигает максимума
      через 40—50 с непрерывной работы мышцы (кривая 4). Через 60—70 с доминируют уже аэробные процессы (кривая 3) благодаря увеличению
      Чс подачи 02 (вследствие действия окислительных реакций) в работающую мышцу, Очевидно, что потенциальные возможности аэробных процессов несколько ниже анаэробных, которым более свойственен взрывной характер.
      Энергетические возможности спортсмена. Основными компонентами, необходимыми для ресинтеза АТФ, являются глюкоза и кислород. Следовательно, эти компоненты должны подаваться в организм в требуемом количестве. Для интенсификации биологических процессов требуются дополнительные многочисленные ферменты и гормоны, которые не могут заменить АТФ, но участвуют в ее ресинтезе. При распаде одной молекулы глюкозы ресинтезируется до 38 молекул АТФ, причем на долю аэробных реакций приходится до 36 из них. Это означает, что чем больше во время мышечной работы окисляется глюкозы, тем большее количество АТФ ресинтезируется и тем большую мощность может развить гонщик, т. е. аэробные возможности спортсмена определяют уровень окислительных процессов глюкозы аэробным путем. Повышение аэробных возможностей спортсмена в основном обусловливается формированием слаженной деятельности тех механизмов организма, которые связаны в первую очередь с транспортировкой кислорода к работающим мышцам в возможно большем объеме. Эти функции выполняют три важнейшие вегетативные системы: дыхание, кровообращение и кровь. Регулирует эти процессы центральная нервная система (ЦНС).
      Работа системы внешнего дыхания спортсменов в состоянии покоя и состоянии интенсивной мышечной работы отличается в первую очередь количественными показателями, поскольку содержание кислорода во вдыхаемом воздухе составляет около 21 %, в выдыхаемом — около 17 %, что обеспечивает насыщение крови на 95—98 %. Некоторые опытные данные по количественным показателям системы внешнего дыхания приведены в табл. 7.1.
      Таблица 7.1. Параметры системы внешнего дыхания спортсмена
      Необходимо отметить, что для нормального функционирования организма во время умеренной работы требуется примерно до 5 л кислорода в минуту, т. е. через легкие должно проходить 50—100 л атмосферного воздуха. Такой объем вентиляции за минуту способны обеспечить легкие с жизненной емкостью (ЖЁЛ) 3,5—4 л. Именно такую гЖЕЛ имеют физически здоровые люди без специальной тренировочной подготовки. Однако одной из основных задач каждого гонщика является специальная подготовка и тренировка системы внешнего дыхания, чтобы снизить мышечные напряжения при одном и том же уровне легочной вентиляции. У велогонщиков высокого класса, как правило, ЖЕЛ достигает 6—6,5 л и больше, а максимальная вентиляция легких — свыше 200 лмин.
      Система тканевого дыхания с повышением тренированности организма существенно совершенствуется. Возрастает число капилляров на единицу поперечного сечения мышечной ткани, улучшается снабжение мышц кровью, кислородом и другими веществами, в каждом мышечном волокне увеличивается число митохондрий, возрастает биологическая активность многочисленных ферментов, катализирующих окислительные процессы.
      Кровь — жидкая ткань, циркулирующая в кровеносной системе, обеспечивающая жизнедеятельность клеток и тканей организма и выполняющая многочисленные физиологические функции. Кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов. В нормальных условиях в I л крови содержится (3,94-5,0) 1012 эритроцитов [у мужчин (4,04-4-5,0) 1012, у женщин (3,94-4,7) 1012]; (4,04-9,0) 109 лейкоцитов; (1804-320) 109 тромбоцитов. Средняя скорость движения крови в артериальных сосудах 0,2—0,5 мс, в венозных — 0,1—0,2 мс, в капиллярных — 0,0005— 0,0020 мс.
      Количество крови составляет 7—8 % от массы тела (например, в организме человека массой 70 кг содержится 5—6 л крови). В состоянии покоя 40—50 % крови выключается из кровообращения и удерживается в печени, селезенке, сосудах кожи, мышц и легких. При мышечной работе запасной объем крови включается в кровообращение. Наибольший объем крови рефлекторно направляется к работающему органу. Такое перераспределение крови осуществляет ЦНС.
      Кровь, циркулирующая в кровеносной системе, выполняет следующие основные функции:
      — трофическую (т. е. функцию питания тканей) — переносит кислород благодаря нестойкому соединению его с гемоглобином и питательные вещества;
      — регулярную — переносят гормоны и другие вещества, изменяющие функционирование отдельных органов и целых систем;
      — теплообменную — охлаждает работающие мышцы и другие перегретые ткани, нагревает охлажденные мышцы и ткани;
      — защитную — борется с инородными телами, болезнетворными микробами и ядовитыми веществами благодаря фагоцитозной способности лейкоцитов, блокирует места повреждения тканей благодаря тромбоцитам, способствующим процессу свертывания крови.
      Систематические тренировки организма способствуют увеличению гемоглобина и эритроцитов в крови, что повышает кислородную емкость крови. Кроме того, кровь тренированного человека, находящегося в хорошей спортивной форме, обеспечивает значительно более высокую сопротивляемость организма простудным и инфекционным заболеваниям, ускоряет процессы восстановления после предельных нагрузок как в рамках цикла функционального движения, так и после больших физических нагрузок в период отдыха после гонки или тренировки.
      Система кровообращения — важный энергетический тракт, связывающий системы внешнего и внутреннего дыхания. Главный показатель работы сердца — объем крови, перекачиваемый за единицу времени. Эта величина определяется частотой сердечных сокращений (ЧСС) и объемом систологического выброса (ОСВ). ОСВ тренированного спортсмена вдвое превышает аналогичный показатель новичка и составляет соответственно примерно 110—115 и 170—205 мл. Это позволяет при одной и той же частоте сердечных сокращений обеспечить больший уровень минутного объема кровообращения. Следовательно, сердечно-сосудистая система поддается тренировке, и повышение ОСВ — единственный путь совершенствования системы кровообращения, а значит, и энергетического потенциала организма спортсмена. В табл. 7.2 приведены обобщенные данные многочисленных исследований по анализу работы системы кровообращения.
      Анализ приведенных данных показывает, что ОСВ вырастает только до некоторого уровня мощности (примерно 160 Вт), а ЧОС непрерывно продолжает возрастать с увеличением мощности. При работе с повышенной мощностью (свыше 400 Вт) возникает диссоциация: ЧСС продолжает увеличиваться, а ОСВ снижается. Наибольшие значения ОСВ соответствуют такой мощности, при которой ЧСС составляет 130—180 ударов в минуту. У нетренированного человека, как отмечалось выше, ОСВ значительно меньше и явление диссоциации возникает при меньших уровнях мощности. В целях совершенствования сердечнососудистой системы тренировки должны проходить на таком уровне мощности, который соответствует максимальным значениям ОСВ.
      Повышение объема транспортированного и усваиваемого кислорода зависит от мощности рассмотренных систем, согласованности их потенциальных возможностей и слаженности их функционирования при ведущей роли ДНС. В итоге при реализации субмаксимальной мощности для данного спортсмена наступает кислородный предел, который характеризуется максимальным объемом кислорода (МПК), потребляемого в единицу времени. Этот показатель является основным критерием аэробных энергетических возможностей спортсмена. Здесь речь идет только об энергетических возможностях и совершенно не рассматривается их функциональная реализация. Международная федерация спортивной медицины считает МПК самым надежным показателем энергетического потенциала организма спортсмена. В табл. 7.3 даны некоторые экспериментальные данные по МПК для спортсменов различной квалификации, специализирующихся в циклических видах спорта.
      Теоретически рассчитано, что максимальное значение МПК может достигать 8—8,5 лмкн, этот показатель соответствует подаче крови сердцем 40 лмин. Самые высокие показатели МПК, зарегистрированные на практике, составляют 6 5 лмин.
      Активная мышечная деятельность вызывает усиление деятельности сердечно-сосудистсй, тельной и других систем организма, которые действуют согласованно, в тесном единстве. Эта взаимосвязь осуществляется гуморальной регуляцией и нервной системой. Гуморальная регуляция осуществляется через кровь посредством особых химических веществ — гормонов, выделяемых железами внутренней секреции. Главенствующая роль в системе регуляции принадлежит ЦНС, которая осуществляет регуляцию деятельности организма посредством биоэлектрических импульсов. Основными нервными процессами являются возбуждение и торможение, инициируемые в нервных клетках.
      В ходе тренировки совершенствуется ЦНС, улучшаются процессы взаимодействия возбуждения и торможения, при этом взаимодействие нервных центров, регулирующих сокращение и расслабление различных групп мышц, становится все более четким, обеспечивая гармонический процесс мышечных сокращений. Двигательные навыки становятся более устойчивыми и управляемыми, спортсмен получает возможность более широко и глубоко сознательно оценивать выполняемые им функциональные действия. Постепенно вырабатывается стереотип основного функционального движения велогонщика. Качество этого движения и определяет в основном потенциальные возможности спортсмена.
      Утомление — защитная реакция организма, вызванная его насыщением веществами, циркуляция которых в крови приводит к появлению этого симптома. Именно утомление заставляет уменьшить или вообще прекратить расходование энергии, чтобы не исчерпать полностью все резервы организма и не привести его к необратимым последствиям. Однако спортсмен сознательно пренебрегает этим и заставляет свой организм преодолевать барьер
      утомления искусственным стимулированием функциональной деятельности. Это стимулирование в подавляющем большинстве организуется целенаправленной деятельностью ЦНС, но, к сожалению, встречаются случаи и часто трагические, когда спортсмен прибегает к стимулированию более активной деятельности своего организма с помощью допинга.
      Допинг — медицинский препарат, способный дополнительно возбудить на некоторое, весьма ограниченное время нервно-мышечную активность спортсмена. Производит ли допинг эйфорическое или успокаивающее действие, как наркотик, повышает ли нервный тонус или стимулирует нейровегетативную систему, как амфетамины и другие психоактиваторы, влияет ли непосредственно на сердечную мышцу или органы дыхания — в любом случае допинг снижает порог бдительности организма и маскирует симптомы недостаточности, вызываемые мышечной деятельностью и стрессом. Допинг как бы уменьшает болезненное ощущение перегрузок, снижает или вообще снимает состояние тревоги. Спортсмен оказывается за пределами своей выносливости, истощает свои последние рс. зервы, не чувствуя этого. Организм перестает реагировать на утомление и сам себя отравляет, что в ряде случаев, широко известных в мировой практике велоспорта, привело к летальному исходу.
      Первая международная конференция Европейского совета по допингам в спорте состоялась в 1965 г. На ней были определены группы веществ, воздействующих на центральную нервную, сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы организма, и утверждены методы обнаружения допинга в биологических жидкостях (моче, крови, слюне). Список допинг-препаратов из года в год пополняется, методы анализа постоянно совершенствуются, и современная газовая хроматография позволяет обнаружить допинг в организме даже в незначительных дозах в течение 36—48 ч после приема.
      Количественный газохроматический анализ позволяет определить состав многокомпонентной смеси, содержание в ней одного или нескольких компонентов и общее содержание остальных веществ. Эволюционная хроматограмма представляет собой ряд пиков (рис. 7.3, а). Каждый пик, соответствующий определенному веществу, характеризуется следующими параметрами: высотой ОС, шириной его основания АВ и площадью АСВ (рис. 7.3, б), которая фактически пропорциональна количеству вещества. По фазе выделения вещества, представляющей собой время удержания вещества в колонке хроматографа, находят качественную характеристику, т. е. вид допинга. По параметрам пика хроматограммы определяют его дозу.
      УСИ одним из первых начал энергичную борьбу с применением допинга. На первенствах мира по велосипедному спорту антидопинговый контроль начал проводиться с 1965 г., а с 1971 г. антидопинговый контроль введен на международных официальных соревнованиях, прозоди-мых в СССР, и на первенствах СССР по шоссе и треку. Он осуществляется в соответствии с международными правилами. В декабре каждого года в официальном бюллетене УСИ публикуются списки веществ-допингов на сезон предстоящего года. На основании этого списка и решается вопрос о применении допинга спортсменом при обнару-жении препарата в его моче, взятой на исследование.
      В СССР официальным учреждением является антидопинговая лаборатория при Московском врачебно-физкультурном диспансере.
     
      7.2. Технический анализ процесса педалирования
      Техника педалирования. Термин «техника педалирования», принятый в велосипедном спорте, представляет собой весьма емкое понятие и включает уровень исполнения основного функционального движения гонщика — педалирования, а также сопутствующих ему других движений — таких, как прием «танцовщица», приемы преодоления препятствий, прохождения виражей, сложных участков трассы и других движений, обеспечивающих высокий уровень эффективности использования энергетического потенциала гонщика. Важнейшим из всех перечисленных движений, бесспорно, является педалирование, обеспечивающее скоростной режим ведения гонки.
      Техника педалирования велогонщика различными специалистами оценивается по-разному. Существует много методов контроля и измерений, форм трактовки полученных результатов, а также рекомендаций по их практическому использованию. В любом случае перед специали-стами-тренерами, исследователями и преподавателями ставится задача овладения достаточно надежной и научно обоснованной методикой оценки качества педалирования велогонщика, на основании которой можно увязать многообразные факторы, влияющие на этот весьма сложный циклический процесс.
      Циклический характер основного функционального движения велогонщика — педалирования — является определяющим фактором при рассмотрении проблемы техники педалирования.
      Многочасовые велогонки, особенно многодневные, требуют от спортсмена осмысленной экономии энергии, находящей свое выражение в рациональной технике педалирования. Экономичное педалирование — залог успеха гонщика при прочих равных условиях. В моменты максимальной усталости организма оно позволяет при незначительных усилиях поддерживать высокую скорость движения, а на решающих этапах гонки — выполнять работу с наивысшей отдачей. Еще более повышенные требования к качеству педалирования предъявляются в индивидуальных, командных и гитовых гонках на треке, в которых быстрая утомляемость организма гонщика сильно сказывается на характере педалирования в заключительной фазе гонки и, как следствие этого, снижает КПД системы гонщик—велосипед.
      Таким образом, объективная оценка качества педалирования велосипедиста является решающей задачей в анализе этого процесса.
      Основным фактором, обеспечивающим движение велосипеда, является крутящий момент, создаваемый от усилия, приложенного велосипедистом к педали. ,В дальнейшем этот момент принят в качестве основного показателя, характеризующего количественную и качественную взаимосвязь «биологического» двигателя (организма велосипедиста, совершающего работу) и велосипеда как механической системы, потребляющей эту работу с определенной эффективностью, в основе которой лежит качество педалирования.
      На качество педалирования при общепринятой конструкции гоночного велосипеда может оказывать влияние целый ряд факторов: посадка велосипедиста, степень его тренированности, физиологические, эмоциональные характеристики и т. д. При этом необходимо отметить, что далеко не все перечисленные факторы могут быть учтены в полном объеме.
      Для анализа комплексного влияния перечисленных факторов на качество педалирования может быть использован хорошо известный тензометр и чески й метод, различные варианты и результаты использования которого неоднократно описывались в литературе. Такой метод позволяет регистрировать крутящие моменты на обоих кривошипах велосипеда и углы их поворота, а также воспроизводить фазовую картину изменения крутящего момента на велосипеде, установленном на обычном велостанке. Для оценки педалирования предусмотрена индукционная установка, смонтированная на оси заднего ролика велостанка. Установка позволяет плавно менять и контролировать момент сопротивления, создаваемый в процессе исследования.
      Для иллюстрации эффективности данного метода проанализируем качество педалирования двух спортсменов: гонщика низкой квалификации на обычном велостаике (рис. 7.4, а); этого же гонщика на велостанке, нагруженном моментом сопротивления (рис. 7.4, 6); гонщика высокой квалификации на обычном велостанке (рис. 7.4, в).
      Особенностью представленных графиков является преднамеренное отсутствие масштаба исследуемых функций, так как в процессе эксперимента перед гонщиками ставилась только одна задача — продемонстрировать характерное для них качество педалирования.
      Как видно из графиков, характер педалирования в рассматриваемых трех случаях различен. У гонщика низкой квалификации при форсировании нагрузки наблюдается отрицательный крутящий момент на левом кривошипе (см. рис. 7.4, б), область которого заштрихована. При увеличении частоты вращения путем снятия нагрузки и переходе на более легкий режим педалирования область отрицательного момента котя и сужается (см. рис. 7.4, о), но остается по-прежнему в каждом цикле педалирования. Кривые результирующего крутящего момента карактеризуются существенным перепадом экстремальных значений Mmax и Мтц. Наилучшие показатели крутящего момента наблюдаются у гонщика более высокой квалификации (см. рис. 7.4, в).
      Полученные экспериментальные данные позволяют выявить два критерия (С, и К2) оценки качества педалирования, отвечающие требованиям, предъявляемым ко всяким критериям (они должны быть безразмерными, эффективными, универсальными и иметь физический смысл):
      Рассматриваемые критерии имеют следующий физический смысл: Ki—неравномерность крутящего момента, определяемого относительно его среднеинтегрального значения; Кг—относительная скорость изменения отклонения суммарного крутящего момента за цикл педалирования Т.
      Обработка полученных результатов содержит ряд последовательных математических операций, связанных с разложением в ряд Фурье функции крутящего момента, выделением функций его отклонения, вычислением ее производной, определением экстремумов, расчетом численных значений критериев качества педалирования и табулирования полученных функций.
      Результаты расчета для рассмотренного выше примера представлены в табл. 7.4. Анализируя результаты, можно констатировать, что критерии Ki и К2 чувствительны к изменению условий педалирования. Это хорошо видно на примере критерия Ki- Критерий Кг также достаточно чувствителен. При этом надо иметь в виду, что на его численное значение большое влияние оказывает период цикла педалирования, определяющий скорость изменения функции отклонения крутящего момента. Значение критерия Кг для рассматриваемого третьего случая существенно снизилось бы, а для второго случая повысилось при условии равенства периодов педалирования.
      Описанный метод оценки качества педалирования достаточно трудоемок в практическом применении и требует сложного технического оснащения. Метод становится эффективным при возможности реализации оперативного контроля качества педалирования и оперативной обратной связи с гонщиком во время испытательного заезда.
      На практике характеристика крутящего момента (ХКМ), оцениваемая рассмотренными критериями качества педалирования, является важным инструментом педагогической работы в учебно-тренировочном процессе. Этой характеристикой удобно оперировать как при количественных оценках, так и при текстуальном описании качества педалирования того или иного гонщика.
      Механический аспект процесса педалирования. Процесс педалирования характеризуется тремя основными параметрами: частотой, шагом и характеристикой крутящего момента (ХКМ), создаваемого на оси каретки велосипеда. Идеальным следует считать такого гонщика, который способен обеспечить ХКМ типа турбинной характеристики при частоте педалирования в диапазоне, требуемом условиями гонки.
      Однако практика показала, что характеристика крутящего момента существенно отличается от турбинной, а частота педалирования не может увеличиваться беспредельно. Особенно это относится к темповым гонкам, в которых фактор продолжительного времени гонкн оказывает определяющее влияние на частоту педалирования.
      Механизмом, избирательно регулирующим скоростносиловые параметры педалирования, является цепная передача гоночного велосипеда. Особенности его технического оснащения позволяют варьировать передаточное отношение привода и тем самым дают возможность подойти весьма тонко и дифференцированно как к формированию двигательного стереотипа, в первую очередь, по частоте, так и к его поддержанию. На трековом велосипеде параметры передачи устанавливаются гонщиком непосредственно перед гонкой с учетом вида гонки, характеристики велотрека, состава участников, тактических задач и личного самочувствия. На шоссейном велосипеде вопросы выбора параметров цепной передачи решаются значительно проще с помощью переключателя скоростей. В обоих случаях решение о скоростно-силовой нагрузке
      лри ведении гонки принимает сам гонщик. Его опыт и квалификация (точнее, потенциал мощности) являются определяющими в выборе передаточного отношения цепной передачи.
      Гонщиков и тренеров многих поколений волновал и продолжает волновать вопрос о таком соотношении указанных выше основных параметров процесса педалирования (частоты, шага педалирования и ХКМ), которое позволило бы достичь наивысшего качества педалирования и более высокой скорости движения. Вопрос этот является достаточно сложным потому, что биологический двигатель — организм гонщика — не имеет стабильной энергетической характеристики, а двигательный аппарат (система кривошип—педаль—стопа—голень—бедро) имеет большое число степеней свободы. Следовательно, существует еще один неявный параметр педалирования, увязывающий три перечисленных выше фактора, — мощность педалирования.
      Этот параметр является функцией многих переменных, в том числе общей тренированности гонщика, его физиологического состояния, технической оснащенности и т. д. Мощность педалирования Р характеризует потенциальные возможности организма и является основным показателем скоростно-силовой подготовки гонщика:
      где Мкр (а) — функция крутящего момента; ® — круговая частота педалирования; а — угол поворота кривошипа.
      Шаг и частота педалирования являются параметрами, неразрывно связанными с биологическими и антропометрическими особенностями человека. Опыт более столетнего существования мирового велосипедного спорта выработал, можно с уверенностью утверждать, оптимальные или близкие к оптимальным шаг и частоту педалирования. Эти параметры зависят от размеров ног гонщика и соответствуют наилучшим условиям напряжения и расслабления мышц в рамках цикла функционального движения.
      В качестве шага педалирования в дальнейшем будем рассматривать четырехкратную длину кривошипа, соответствующую расстоянию между двумя крайними (например, задним и передним) положениями одной педали.
      В качестве частоты педалирования — число оборотов кри* вошипа в минуту. Задача выбора длины кривошипа и частоты педалирования является компромиссной задачей. Ее решение сводится к отысканию рационального соотношения этих параметров по критерию минимизации затрачиваемой мощности при длительном педалировании или максимизации мощности при кратковременном педалировании.
      Вопросы минимизации затрачиваемой мощности в каждом виде велосипедных гонок надо рассматривать с учетом специфики каждой гонки.
      Например, в гите на 1 км, который разыгрывается в один заезд, вопрос экономного расходования энергии может рассматриваться только в рамках тактики этого единственного заезда с позиции требований поддержания заданной скорости на протяжении всей дистанции.
      В спринте с учетом многократных стартов экономное расходование энергии приобретает важное стратегическое значение для финальных заездов. В этих гонках в каждом заезде первостепенную роль играет фактор достижения максимально возможной мощности, что необходимо для победы. Фактор непрерывной экономии энергии отступает на второй план и рассматривается только с позиции стратегии спортивной борьбы в предстоящих заездах.
      Иная картина наблюдается в индивидуальной гонке преследования, например на дистанции 4 км и особенно в рекордных заездах на стайерских дистанциях 10 , 20 , 50, 100 км, и в часовой гонке. Здесь непрерывная экономия энергии становится главной задачей гонщика при неизменных требованиях поддержания заданной графиком скорости движения, т. е. ставится задача достижения рекордной скорости при минимальной мощности педалирования.
      Частота педалирования является показателем скоростных возможностей гонщика. Это относится в первую очередь к таким видам гонок, как спринт или финишные спурты шоссейных гонок. В темповых гонках, начиная с гита на 1 км, гонки преследования на 4 км и кончая часовой гонкой, частота педалирования стабилизируется с увеличением дистанции и становится важным фактором, иллюстрирующим постоянство биологических способностей организма человека.
      Анализ развития мировых рекордов в классической часовой гонке на треке является наилучшим подтверждением относительной стабильности частот педалирования у ведущих гонщиков мира на протяжении по крайней мере тридцати лет. В табл. 7.5 приведены некоторые данные по передачам и частотам педалирования при установлении мировых рекордов в часовой гонке среди профессионалов. Из таблицы видно, что на протяжении 30 лет частота педалирования практически оставалась неизмен-
      Таблица 7.5. Выборочные данные по мировым рекордам в часовой гонке на треке среди профессионалов
      Рассмотренные положения могут быть проиллюстрированы с помощью рис. 7.5, построенного на основании данных табл. 7.6. В этой таблице представлен анализ отдельных рекордов мира на классических дистанциях трековых гонок среди любителей. Факт достижения в каждой гонке максимальных мощностей является неоспоримой истиной, так как эти данные соответствуют уровню развития велоспорта на рассматриваемый момент и, следовательно, предельным мощностным возможностям сильнейших велосипедистов мирового любительского спорта.
      Интересно проследить изменение мощностей и частот педалирования по мере увеличения длительности езды при условии стремления гонщика к достижению максимального спортивного результата. Кривая 1 — изменение частот f педалирования во времени при прохождении дистанций 500 м, 1, 4, 5, 10 и 20 км со стартом с места и в часовой гонке; кривая 2 — дистанций 200 м с хода; прямая 3 — асимптота, иллюстрирующая процесс стаби-
      лизации частоты при переходе к длительному педалированию ((дл 12 мин) на уровне рекордных скоростей; кривая 4 — изменение мощности Р, расходуемой на обеспечение движения без учета КПД системы гонщик—велосипед при рекордных скоростях движения; прямая 5 — асимптота, иллюстрирующая процесс стабилизации мощности при переходе к длительному педалированию также при уровне рекордных скоростей; кривая 6 — изменение мощности педалирования во времени в условиях достижения рекордного результата.
      Мгновенная максимальная мощность приближается к значению Ртах « 2000 Вт, ей соответствует частота педалирования тах л* 205 обмин. При длительном педалировании обеспечивать большую мощность гонщик не в состоянии, и ее асимптотическое значение (прямая 7) достигает значения Рлл « 290 Вт при частоте педалирования дл 100 обмин. Здесь следует еще раз подчеркнуть, что эти результаты являются среднестатистическими и что у каждого гонщика — рекордсмена мира (прошлого или будущего) — свои характеристики педалирования и потенциальные возможности по параметрам мощности и частоты.
      Важным фактором организации тренировочного процесса является постоянная работа над развитием скоростных возможностей гонщика. Эта работа обычно начинается ранней весной при использовании малых передач и продолжается в течение всего года. Хорошо отработанное педалирование и высокий скоростной потенциал гонщика — залог экономного и эффективного расхода энергии на затяжных и крутых подъемах, а также при отрывах и финишных спуртах.
      Рассматриваемые параметры педалирования — частота и шаг — имеют свои аналоги и в других видах функциональных движений, например при ходьбе. Анализ ходьбы показал [1], что работа А на единицу пути, мощность Р, развиваемая при ходьбе, и оптимальная длина шага
      где m — масса человека; g — ускорение свободного падения; L — длина шага; h — координата положения центра масс по вертикали; р, = тнте — отношение массы ноги к массе корпуса; Fr = vly^gh—число Фруда; v — скорость передвижения.
      Первые члены правых частей уравнений (7.4) и (7.6) определяют работу и мощность, затрачиваемые на поддержание тела, вторые члены — на перенос ноги. Численные решения уравнений показали, что при v = 1,25 мс (4,5 кмч), i=l ми р = 0,2 оптимальная длина шага при ходьбе составляет LonT = 0,7 м при частоте шага опт = 105,3 шагмин. При этом мощность будет Рш1п = = 150 Вт. Важно отметить, что оптимальный шаг при ходьбе приблизительно равен шагу педалирования, т. е. четырехкратной длине кривошипа. Длина кривошипа, согласно существующему стандарту, равна 0,171 м (6,75") или 0,178 м (7,0"). Таким образом, шаг педалирования составляет соответственно 0,684 или 0,712 м. При анало-
      гичной мощности (Р = 150 Вт) езда на велосипеде с частотой педалирования = 105 обмин позволяет развить скорость 24 кмч.
      Нет достаточных оснований считать такое совпадение случайным. В этом совпадении есть определенная закономерность — стремление конструкторов велосипедов и велогонщиков к максимально экономичной организации функционального движения. В теории ходьбы и педалирования на велосипеде человек шел разными путями * поиске оптимальных решений и пришел к общему результату — оптимальные по мощности шаг ходьбы и шаг педалирования приблизительно равны между собой при одинаковой частоте функциональных движений.
      Таким образом, мощность Р педалирования может быть рассмотрена как амплитудно-частотная характеристика на основании выражения
      Р = kMf, (7.8)
      где М — крутящий момент на оси каретки, Н м; — частота вращения кривошипов, обмин; k — коэффициент пропорциональности.
      Потенциальные возможности гонщика зависят от его силовой (амплитудная часть мощностной характеристики) и скоростной (частотная часть мощностной характеристики) подготовки. Такое разделение является искусственным, так как мало кого может интересовать чисто силовая (статическая сила) или чисто скоростная (без-нагрузочное скоростное педалирование, например с отключенным цепным приводом) подготовка гонщика. Такие упражнения часто используются гонщиками на тренировках для развития силы и скорости движений или в качестве контрольных тестов общефизической подготовки.
      Интерес в первую очередь представляет так называемая скоростно-силовая выносливость, определяемая развиваемой мощностью и временем ее поддержания. Графически это иллюстрирует рис. 7.6, где условные кривые 1 и 2 построены на основании зависимости Pfti = const. В малом интервале времени, примерно ( 1 мин, спринтер способен кратковременно развивать значительно большую мощность (РГкв Т’г’кв), чем стайер. В большем интервале времени, примерно 5 мин, спринтер, как правило, проигрывает в мощности стайеру дл С "2 дл,Ь Вместе с тем существует область времени гонки, примерно от t 2 мин до t С 3,5 мин, в которой мгновенные мощности спринтера и стайера приблизительно равны (Рг « « Р2). Эти соображения часто вносят существенные разногласия при комплектовании состава команд в гонках преследования на 4 км, в которых пытаются использовать спринтеров со стайерскими наклонностями.
      Итак, спортивная подготовка гонщика определяется уровнем его скоростно-силовой выносливости. Это относится к гонщикам любых специализаций: как к спринтерам, обладающим кратковременной скоростно-силовой выносливостью на высоком уровне мощности, так и к стайе-рам, обладающим длительной скоростно-силовой выносливостью на менее высоком уровне мощности. Обеспечение способности поддержания высокого уровня мощности на протяжении всей гонки и на наиболее ответственных ее участках является предметом учебно-тренировочного процесса гонщика.
      Как отмечалось выше, мощность является амплитудно-частотной характеристикой, и, следовательно, необходимо обеспечить такие условия работы СНКГ, когда при оптимальной частоте педалирования для данного гонщика мышечный аппарат способен выполнить наибольшую работу. Многочисленные исследования работоспособности СНКГ показали, что при разных взаимных положениях элементов СНКГ гонщик будет развивать разные усилия и обеспечивать разную частоту циклических движений. Это свидетельствует о необходимости выбора рациональной посадки гонщика на велосипеде в целях обеспечения максимальной мощности педалирования за время прохождения дистанции гонки.
      Биомеханический аспект педалирования. Биомеханика СНКГ является доминирующим объектом анализа в общей биомеханике велосипедного спорта. К функциональным биомеханическим характеристикам гонщика следует отнести характеристики СНКГ (длины А2, А3 и А4 и массы элементов СНКГ, представленные на рис. 2.12), условия работы СНКГ (параметры посадки гонщика на велосипеде, определяющие взаимные положения элементов СНКГ с помощью углов ф„-2 Фг-з, Фз-4 и ф0-4 — см. рис. 2.7) и мощностные параметры СНКГ, определяемые амплитудно-частотной характеристикой мышечного аппарата СНКГ. Если размерные и массовые характеристики СНКГ определены природными данными каждого индивидуума, то их взаимное расположение обусловлено параметрами посадки гонщика на велосипеде, которые и определяют выходную мощность и время ее поддержания на требуемом уровне.
      В целом центральная нервная система человека всегда стремится осуществить свою деятельность наиболее экономичным путем. При этом по мере многократного повторения функционального движения в коре больших полушарий головного мозга организуются связи, которые устанавливают определенный порядок возбудительных и тормозных процессов — вырабатывается автоматический стереотипный навык, который не нарушается или почти не нарушается даже в состоянии утомления.
      Несмотря на общность принципов организации, ЦНС каждого индивидуума имеет свои, присущие только ей характерные признаки, которые проявляются, в частности, и в организации функционального движения велогонщика — педалировании. Эти характерные признаки могут быть обнаружены только с помощью технических средств, позволяющих регистрировать биосигналы и их временные характеристики. В периоды сокращения мышц при выполнении функционального движения в их клетках возникают биотоки, которые могут быть зарегистрированы с помощью специальных электродов, наложенных сверху или введенных в мышцу. Полученные сигналы регистрируются специальной аппаратурой. В мышцах, находящихся в состоянии покоя, биотоки отсутствуют. Напряжение в мышцах и интенсивность его нарастания пропорциональны в определенных пределах величине биосигнала и интенсивности его изменения.
      Подобный метод исследования позволяет в общих чертах проанализировать активность работы отдельных мышц и их групп, а также оценить координационные характеристики, фазовые сдвиги и построить общую циклограмму работы основных мышечных групп. На рис. 7.7 представлена комплексная контрастная картина ЭМГ отдельных мышц рук, корпуса и ног двух спортсменов, один из которых является новичком, а другой имеет классификацию мастера спорта.
      Для удобства анализа целесообразно выделить группу мышц ног, разделив их на сгибатели и разгибатели, построить временную циклограмму на базе условной модели ноги велогонщика, представленной схематично в виде прямолинейных стержней, оснащенных дополнительными кронштейнами и пружинами (рис. 7.8). Кронштейны имитируют места крепления мышц к надкостнице, а пружины — мышцы, работающие только в режиме периодического сжатия. При построении циклограммы ставилась задача наглядной демонстрации взаимосвязанной работы отдельных мышн-антагонистов. Такой анализ выборочно взятых мышц-антагонистов не позволяет давать количественную оценку из-за сложности расчета пространственной схемы рабочего органа (в данном случае ноги), явно нелинейной характеристики ЭМГ, наличия биотоков насыщения и отсутствия достаточного количества экспериментальных данных.
      Если выделить в СНКГ для анализа всего четыре мышцы (двуглавую бедра 4, прямую бедра 2, икроножную 6 и переднюю большеберцовую 8) и построить для них качественную диаграмму биотоков в виде временной циклограммы с нормированной амплитудой, равной еди-
      нице, то создается четкая картина преимущества работы сравниваемых мышц квалифицированного велогонщика (мастера спорта) по сравнению с новичком. Разумеется, здесь не делается попытки сравнить в количественном отношении работу, например, искроножной и передней
      ос, ot
      Рис. 7.9. Циклограмма работы четырех специально выбранных мышц иоги на основании данных ЭМГ (см. рис. 7.7) применительно к условной структурной схеме (см. рис. 7.8): а — у новичка; 6 — у мастера спорта
      1, 2 — характеристики активности двуглавой и прямой мыша бедра; 3 — их результирующая характеристика; 4,5— характеристики икроножной и передней большеберцовой мышц; 6 — их результирующая характеристика (а — угол поворота кривошипа, соответствующий работе мыши в противофазах)
      большеберцовой мышц. Обнаруженное преимущество особенно наглядно видно при анализе рис. 7.9, построенного на основе ЭМГ (см. рис. 7.7). Представленные графики приближенно характеризуют условную среднеинтегральную работу. Они, как указывалось выше, не могут дать количественной информации, так как сравниваются только парные мышцы-антагонисты, работа которых в отдельные моменты времени происходит в противофазах |3
      |4. В условных сравниваемых единицах работа новичка равна 132, работа мастера спорта — 102. Как видно, для „поддержания одной и той же скорости движения, согласно ЭМГ, процесс педалирования мастера спорта более экономичен.
      Это позволяет сделать важный вывод: помимо увеличения силы, выносливости и скорости сокращения мышц тренировка позволяет достичь синхронности и необходимой последовательности включения и выключения мышц в работу по выполнению функционального движения. Хорошо тренированный организм весьма четко реализует обратную связь управления физиологическими процессами, обеспечивая в автоматическом режиме максимальную экономию мышечной энергии. Достижение гармонического временного сочетания работы мышц — важнейшая задача тренировочного процесса. Утомленный организм, в том числе и перетренированный, утрачивает должный автоматизированный (или стереотипный, как принято называть в физиологии) контроль за мышечной деятельностью, что неизбежно приводит к снижению качества ранее отработанного функционального движения. Это нарушение проявляется, во-первых, в изменении временных параметров циклограммы работы мышечного аппарата и сдвиге по фазе включений (выключений) мышц в работу. Во-вторых, снижаются показатели скорости сокращения и силы мышц, что усиливает нарушение исходной циклограммы. Все вместе взятое приводит к кризису, называемому утомлением организма.
      Эффективность педалирования в зависимости от биомеханических факторов — параметров посадки гонщика, мышечной активности и суставных моментов в СНКГ — можно проследить на следующем примере [27].
      Параметры процесса педалирования представлены в табл. 7.7. Гонщик № 1 принят в качестве эталонного, все остальные варианты сравнивались с первым. Изменение нагрузки на педали сопровождалось изменением передаточного отношения (21 цепной передачи при поддержании (варианты 4 и 5) постоинной угловой скорости кривошипа в1. Взаимосвязь между нагрузкой на педаль и передаточным числом выявлялась с помощью выражения для мгновенной мощности Р = Мв,, развиваемой на оси кривошипа. Полагая, что потери мощности в пепной передаче пренебрежимо малы, можно считать, что мощность на оси кривошипов равна мощности на оси заднего колеса. Следовательно, Mi со, = М2ч2=Р, гДе Мг— момент на оси заднего колеса; в2 —угловая скорость заднего колеса. Теперь можно установить прямую связь между моментами на оси кривошипа и оси заднего колеса:
      Таким образом, получен выигрыш в мощности на 21,05 % для варианта № 4 и проигрыш на 21,05 % для варианта № 5 по сравнению с эталонным № 1. Варианты № 2 и 3 предусматривали такие режимы педалирования, при которых мощность на выходе остается неизменной -Это требование достигалось сохранением соотношения о1е21 = const.
      Биомеханический аспект последующего анализа состоит в учете изменения активности мышц СНКГ при изменении передаточного числа цепной передачи t21 в цикле педалирования или в случае изменения посадки гонщика с учетом ее процентного параметра П, значения которого приведены в табл. 7.7.
      Оценка биомеханического потенциала гонщика была выполнена 127] на основании комплексного анализа: тен-зометрирования касательной и нормальной составляющих силы, приложенной к педали со стороны СНКГ, потенцио-метрирования углов поворота кривошипа и педали и регистрации активности мышц СНКГ с помощью поверхностных электродов (синхронная запись ЭМГ). Типичная картина мышечной активности представлена на рис. 7.10. В процессе измерений этих параметров имела место высокая степень повторяемости не только при выполнении непрерывной серии циклов педалирования, но и в раздельных попытках, что еще раз подтверждает стабильность стереотипных процессов в организме спортсмена при выполнении функциональных, в первую очередь циклических движений.
      Анализ мышечной активности с использованием специального программного обеспечения ЭВМ выполнялся относительно ЭМГ, принятой за эталон у гонщика № 1 (см. табл. 7.7), и производился методом нормализации уровней интегральных значений ЭМГ каждой мышцы относительно максимального уровня интегрирования ЭМГ этой же мышцы. Процентная разность интегрированных ЭМГ каждой мышцы в каждом интервале угла поворота кривошипа учитывалась в дальнейших расчетах.
      (...)
      При выполнении биомеханического анализа предложенное разделение момента на кинематический и статический целесообразно по двум причинам. Во-первых, оно облегчает возможность описания и изучения функции мышц, которая заключается в управлении СНКГ и создании усилий на педалях. Совместный анализ мышечной активности СНКГ и приложенной к педали силы позволяет сравнивать их между собой и устанавливать корреляции между ними. Во-вторых, суперпозиция кинематического и статического моментов позволяет глубже проникнуть в суть биомеханики процесса педалирования.
      Биомеханический анализ гонщика № 1 (эталонный вариант, см. табл. 7.7) показывает, что, хотя имеется полная картина суставных моментов и действующих сил (рис. 7.12), а также соответствующая им диаграмма мышечной активности (см. рис. 7.10), принять однозначное решение об эффективности работы мышечного аппарата СНКГ при педалировании пока не удается.
      Сложный биомеханический анализ должен заканчиваться критериальной формой оценки качества педалирования.
     
      Наиболее сложным для анализа и значительным по величине является КПД педалирования, который учитывает качество педалирования, определяемое ХКМ, и потери на преодоление инерционного сопротивления СНКГ.
      Опыты показали, что при различных режимах работы, выполняемой в различных условиях, КПД велосипедиста по некоторым данным колеблется от 8 до 29 %, а по другим данным достигает 40 % Г Причем он увеличивается с ростом тренированности, квалификации спортсмена и уровня его технической оснащенности.
      Разность Е0 — Еп составляет объем потерь, которые и характеризуют эффективность системы гонщик—велосипед. Эти дополнительные потери определяют затратами на обеспечение ряда процессов, сопутствующих выполнению функциональной работы. В полном объеме эти процессы невозможно да и нет надобности перечислять. Вот некоторые из них: затраты энергии на жизнеобеспечение организма в период выполнения работы, потери энергии, связанные с теплообменом, несовершенством работы двигательного аппарата, низким качеством педалирования гонщика, механическим трением в узлах велосипеда, а также косвенные потери энергии, связанные с организацией движения системы гонщик—велосипед.
      Не останавливаясь подробно на всех компонентах энергетических потерь системы гонщик—велосипед, ограничимся разбором некоторых из них.
      Последний из перечисленных выше факторов — организация движения — имеет немаловажное значение, так как расчет итогового показателя работы Еп предусматривает идеальное движение велосипеда по установленной траектории, например по линии разметки полотна велотрека. Фактически траектория движения велосипеда, вызванная недостаточной квалификацией гонщика, существенно отличается от расчетной, которая, как было сказано, является зачетной при определении спортивного результата.
      Так, при радиусе виражей велотрека 30 м и при прохождении этих виражей на расстоянии 0,1 м выше линии разметки гонщик в гонке преследования на 4 км фактически пройдет лишних 7,5 м. В расчете же затраты энергии, связанные с периодическим подъемом на некоторую высоту при входе в вираж, не учитываются.
      Приведем другой пример влияния организации движения в командной гонке преследования на конечное значение КПД системы гонщик—велосипед. Известно, что для поддержания максимальной скорости лидирующий гонщик меняется через один круг или половину круга. Каждая смена обходится команде примерно в трехметровое отставание по сравнению с условным движением команды, в которой лидер не меняется. За дистанцию 4 км при лидировании по 0,5 круга набегает суммарное увеличение дистанции на 72 м. Исключение этих потерь при условии прохождения дистанции, предположим, без смены лидера позволило бы команде вместо результата, например, 4 мин 30 с иметь результат 4 мин 25 с.
      В гонках, особенно продолжительных, велики суммарные потери энергии в двигательном аппарате спортсмена. Спортивный опыт, тренированность и техника выполнения отдельных движений позволяет спортсмену существенно экономить энергию, затрачиваемую организмом на организацию функционального движения. Например, квалифицированный бегун, владеющий более совершенной техникой бега, имеет лучшие по сравнению с новичком показатели по амплитуде колебаний центра масс тела в вертикальной плоскости в цикле бегового движения. Бегун, обладающий большой массой, в том числе нижних конечностей, затрачивает больше энергии, чем менее массивный бегун.
      Аналогичные проблемы экономии энергии имеются и у велогонщиков, и в первую очередь это касается КПД педалирования, одной из особенностей которого являются инерционные сопротивления СНКГ. Полная мощность Р, развиваемая гонщиком при педалировании, определяется полезной мощностью Рп, необходимой для преодоления сопротивления движения системы гонщик—велосипед, и мощностью Р„, необходимой для преодоления инерционного сопротивления СНКГ. Возникает еще одно понятие так называемого динамического КПД, зависящего от инерционных характеристик СНКГг
      КПДд = (Р - Ра)Р. (7.26)
      Динамический КПД характеризует потери мощности при педалировании в зависимости от длины и массы эле-
      ментов СНКГ, параметров посадки гонщика на велосипеде, длины кривошипов, их частоты вращения и (в случае применения эллиптической системы цепного привода) параметров эллиптического делительного контура ведущей звездочки и угла смещения его осей относительно кривошипа. Из соотношения (7.26) следует, что чем меньше масса СНКГ, тем меньше потери на инерционное сопротивление и тем выше динамический КПД. Однако СНКГ с малой мышечной массой не обладает необходимой силовой возможностью, что, как известно из практики велосипедного спорта, компенсируется частотой педалирования.
      В заключение необходимо еще раз подчеркнуть значительные трудности определения КПД системы гонщик—велосипед как экспериментальными, так и теоретическими методами. Значительно легче поддается расчету КПД механических систем гоночного велосипеда, и некоторые методы и результаты даны в следующих параграфах.
     
      7.3. Кинематика и кинетостатика процесса педалирования
      Кинематика педалирования. В основу кинематического анализа процесса педалирования положен наиболее наглядный графо-аналитический метод. В качестве примера рассмотрен условный гонщик массой 72 кг, равномерно движущийся со скоростью v = 50 кмч в условиях часовой гонки на треке.
      (...)
      При выполнении кинетостатического анализа по всему циклу педалирования может быть построена функция движущего момента Мг (о^) по углу поворота кривошипа. Практическое использование функции движущего момента при анализе процесса педалирования рассмотрено в п. 8.G.
      Концы векторов сил, действующих в системе СНКГ, соединенные плавной линией, образуют годографы.
     
      7,4. Проблемы применения
      некруглых зубчатых звездочек в цепных передачах гоночных велосипедов
      Велосипед, в частности гоночный, представляет собой уникальную по простоте конструктивного решения машину, которая прошла испытание временем в условиях жесткой спортивной конкуренции. В настоящее время, когда проблема транспортных и пассажирских перевозок, можно сказать, практически решена, когда современный комфортабельный автомобиль стал доступен любому частному лицу, поток людей, пытающихся «изобрести» или по крайней мере усовершенствовать велосипед в целях наиболее эффективного использования его в быту, нисколько не убывает. Одним из центров внимания изобретателей является узел привода велосипеда. Их многочисленные попытки увеличить КПД системы привода тем не менее не дали однозначных положительных результатов.
      Практика использования велосипеда показала, что наиболее эффективной системой привода является цепной
      привод с кривошипно-педальным механизмом. Признавая оптимальность этого конструктивного решения, изобретатели и рационализаторы обратили внимание на циклический характер системы привода и на наличие так называемых мертвых зон при движении кривошипов в цикле педалирования, когда кривошипы находятся в вертикальном положении. Эти зоны можно назвать мертвыми весьма условно, так как конструкция педалей, оснащенных тук-липсами, позволяет даже в мертвых зонах создавать крутящий момент на оси карет?* ки гоночного велосипеда. Равенство крутящего момента нулю или наличие отрицательного момента в этих зонах свидетельствует о низком качестве педалирования, что недопустимо для гонщика даже низших спортивных разрядов.
      Одновременно в цикле педалирования имеются наиболее активные зоны, когда кривошипы расположены горизонтально и создаются условия максимального приложения усилий со стороны СНКГ. В этих условиях целесообразно иметь такую систему привода, которая автоматически изменяла бы передаточное отношение между кривошипом и колесом с учетом положения кривошипа: когда кривошип приближается к горизонтальному положению, передаточное отношение плавно уменьшается, а когда к вертикальному — увеличивается, так как
      Известны многочисленные патенты, предлагающие реализацию синхронного изменения передаточного отношения системы кривошипно-педального цепного привода.
      Наиболее удачное решение, дающее возможность реально использовать эту идею, представлено на рис. 7.15. Решение предусматривает применение эллиптической звездочки К установленной на оси каретки велосипеда, совместно с компенсатором изменения длины цепи в виде обычного суппера, применяемого на шоссейном гоночном велосипеде. Эллиптическая звездочка 1 развернута на
      1 Идея использования эллиптических ведущих звездочек в приводе велосипеда была известна еще в прошлом веке, когда одна из европейских фирм выпустила партию велосипедов с таким приводом, а американский гонщик Тейлор применял эллиптические звездочки в спринтерских гонках.
      торс кое решение привода гоночного велосипеда с эллиптической передней звездочкой некоторый угол (в данном случае я2) относительно кривошипа 2. Изменение длины цепи 3, вызванное изменением передаточного отношения от эллиптической звездочки I к звездочке 5 заднего колеса, компенсируется натяжной системой суппера 4.
      Другое известное решение предусматривает применение эксцентрично посаженных на кривошипы педалей. Ось педали установлена в кольце, смонтированном в обойме кривошипа, так, что при горизонтальном положении кривошипа его длина достигает наибольшего значения, например 0,200 м, а при вертикальном положении — наименьшего, например 0,140 м. Французская фирма «Коль-ру», выпускающая велосипеды, оснащенные подобным приводом, гарантирует в рекламном проспекте снижение энергозатрат при педалировании на 12 % по сравнению с традиционным приводом. Кинематика этого конструктивного решения не ясна из опубликованных материалов фирмы, но сама идея решения интересна и может быть использована в реальных конструкциях гоночных велосипедов.
      В первом и втором случаях решается задача изменения передаточного отношения по закону, определяемому эллипсом передней звездочки цепного привода или эллипсом, по которому изменяется длина кривошипа. Особенностью первого случая является непостоянство в цикле педалирования угла, заключенного между вертикалью и радиусом-вектором точки приема цепи на эллиптическую ведущую звездочку, особенностью второго случая — постоянство этого угла. Преимущество того или иного конструкторского решения может быть оценено только с учетом динамики процесса педалирования.
      Привод с эллиптической ведущей звездочкой позволяет наиболее просто решить задачу синхронного изменения передаточного отношения при неизменных остальных деталях механизма. Сложность проблемы состоит в том, чтобы установить, насколько целесообразно применять такой вид передачи вообще, и в том, чтобы в случае положительного ответа на этот вопрос определить оптимальное соотношение полуосей эллиптической звездочки и угол сдвига осей звездочки относительно кривошипа. На рис. 7.16 представлена схема цепного привода гоночного велосипеда с эллиптической ведущей звездочкой. Цепь 2, сходящая в точке N2 с ведомой звездочки 3 в направлении стрелки V, набегает на ведущую эллиптическую звез-
      дочку в точке Nx с радиусом-вектором гх. Эффективным радиусом ведущей звездочки, определяющим действительное передаточное отношение цепной передачи, будет радиус гх, являющийся функцией угла поворота кривошипа аг. Излишек (недостаток) цепи компенсирует суппер 4. Кривошип 5 в данном случае совпадает с малой осью эллиптической ведущей звездочки.
      Рис. 7.16. Схема цепного привода с эллиптической ведущей звездочкой
      Задача анализа сводится к определению закономерности изменения угловой скорости вращения кривошипа при постоянной скорости схода цепи с ведомой звездочки в условиях равномерного движения велосипеда.
      (...)
      Выражения (7.43), полученные для таких кинематических параметров, как угловая скорость и ускорение вращения кривошипа, зависящие от линейной скорости движения цепи и параметров эллиптического делительного контура ведущей звездочки, позволяют перейти к анализу эффективности передачи.
      Современный привод велосипеда характеризуется комбинацией трехзвенной биомеханической СНКГ и механической педально-кривошипной цепной системы. Если кинематические параметры механической части общей системы привода — вполне определенные и стабильные, то
      параметры биомеханической части этой системы являются переменными в пределах одного цикла педалирования.
      Последнее обстоятельство позволяет выделить два важных для процесса педалирования аспекта. Первый — сугубо биомеханический, т. е. связанный с эффективностью использования мышечной работы в различных фазах и положениях СНКТ, определяемых углом поворота кривошипа. Второй — сугубо механический, т. е. связанный с рационализацией кинетостатики СНКГ. Биомеханический аспект педалирования индивидуален для каждого гонщика и весьма сложен для анализа из-за отсутствия необходимого объема достоверной информации, на основании которой можно было бы построить и рассчитать биомеханические модели. Некоторые сведения из этой области исследований изложены в гл. 2 и п. 7.2. В настоящем параграфе рассматривается только механический аспект, что позволяет ответить на вопрос: можно ли совершенствовать механизм привода велосипеда с целью уменьшения энергозатрат на организацию его движения? Но, с другой стороны, не приведет ли применение эллиптических ведущих звездочек в приводе к дополнительным затратам энергии гонщика? Другими словами, можно ли оптимизировать параметры привода велосипеда для конкретного гонщика с учетом особенностей СНКГ?
      В механическом аспекте СНКГ можно представить (см. рис. 7.13, а) в виде коромысла 3 (бедро) и шатуна 2 (система голень—стопа) совместно с кривошипом х велосипеда, образующих плоский сдвоенный кривошипношатунный механизм с переменным параметром 2. Векторный контур механизма позволяет записать векторное уравнение:
      СНКГ обладает весьма значительной распределенной массой. Так, при массе гонщика 72 кг общая масса СНКГ составляет (см. рис. 2.12) 27,4 кг. Отдельные элементы СНКГ движутся с большими скоростями и ускорениями, что приводит к большим инерционным нагрузкам, поэтому преодоление сопротивления инерции требует от гонщика дополнительных энергозатрат. Эти энергозатраты могут быть использованы для оценки эффективности привода в системе гонщик—велосипед.
      Для рассматриваемой схемы механизма привода (см. рис. 7.13, а) введены следующие обозначения: 5г — ЦМ сбалансированной кривошипно-педальной системы; S2 — приведенный ЦМ системы голень—стопа; S3 — ЦМ бедра. Аналогично приведенным выше зависимостям получим следующие уравнения:
      для ЦМ звена 2:
      Дальнейший кинетостатический анализ действующих сит можно выполнить согласно методике, изложенной в п. 7.3, в соответствии с рис. 7.14. В результате получим выражения для сил инерции Ft и моментов инерции ЛЦ:
      Параметры цепного привода (длина кривошипа = 0,170 м, соотношение звездочек г, X г, = 51 X 14 и частота педалирования = = 107 обмин) соответствуют результату в часовой индивидуальной гонке на треке около 50 км (точно 50,371 км).
      На примере кинограммы педалирования Ж- Анкетиля составлена таблица параметров 2 и 2, которые идентичны друг другу и сдвинуты по фазе на угол я (табл. 7.8). Угола4 = 0 (см. рис. 7.13, а) соответствует вертикальному верхнему положению кривошипа 1. Таблица построена для восьми положений кривошипа. При расчетах это число принималось равным 16. Угол ф между кривошипом и малой осью эллипса варьировался в интервале 0 ср я. Малая полуось эллипса изменялась в пределах 0,5г0 ^ b г0.
      Расчеты показали, что в цепном приводе с эллиптической ведущей звездочкой энергозатраты на преодоление инерционного сопротивления СНКГ существенно зависят от параметров эллипса (рис. 7.17). Кривая 1 характеризует привод с круглой ведущей звездочкой, когда а = Ь = 0,08246. Часть кривой, расположенная выше оси абсцисс, характеризует момент, необходимый для привода СНКГ, часть кривой , расположенная ниже оси абсцисс, — момент, возникающий в резуль* тате действия сил инерции и способствующий движению СНКГ.
      Наиболее эффективным из рассмотренных вариантов, т. е. обеспечивающим минимальную работу в цикле педалирования для привода СНКГ, является привод с эллиптической ведущей звездочкой с параметрами а — 0,07215 ми b — 0,09277 м (кривая 2). Последующие расчеты в целях оптимизации угла ф (угла сдвига осей эллипса относительно кривошипа) показали, что из рассмотренных вариантов наиболее эффективным является угол ф = 165° (рис. 7.18). Последующее уточнение этого параметра дало результат ф = 155° и соответственно b!r0 = = 0,82, откуда Ъ = 0,08450 м. На рис. 7.19 приведены графики оптимизации параметров привода с эллиптической ведущей звездочкой. Из рисунка видно, что процесс педалирования является оптимальным по параметру Маг (работа, затраченная в одном цикле педалирования) при b = 0,0804 м (кривая 1).
     
      7.6. Тренажеры, конструкции и методы их практического применения
      Спортивно-технический результат велогонщика зависит в первую очередь от эффективности приложения его физических усилий, т. е. от качества педалирования. Наблюдать и оценивать качество процесса педалирования в условиях езды по велотреку и тем более по шоссе визуально или даже с помощью технической аппаратуры весьма затруднительно из-за большой скорости движения и изменения угла наблюдения. Велосипедные тренажеры позволяют устранить эти трудности, являются прекрасным средством тренировки в условиях спортивного зала в зимний период и в непогоду и широко используются гонщиками для разминки перед заездами на велотреках.
      Первые системы, напоминающие современные велотренажеры, появились уже на рубеже нашего столетия, и их назначение было отнюдь не спортивное, а сугубо техни-
      ческое. С помощью велосипедного привода вращали ротор динамомашины или водяной насос. Первые велосипедные тренажеры были весьма несовершенными, так как их конструкция не учитывала устойчивость велосипеда при вращении колес и они были выполнены статическими, т. е. велосипед или его приводная часть жестко фиксировались в неподвижной раме.
      Современные велотренажеры представляют собой весьма разнообразные по сложности и назначению техниче-
      ские средства, начиная с обычных механических тренировочных велостанков и кончая системами управления тренировочным процессом на базе компьютерной техники.
      Велотренажеры для тренировок. В велосипедном спорте эту категорию тренажеров называют велосланками. Они представляют собой простую, но достаточно эффективную в динамическом и функциональном отношениях механическую систему. Неотъемлемой частью такого тренажера является обыкновенный шоссейный или трековый гоночный велосипед.
      Велостанок (рис. 7.20) состоит из сварной трубной рамы 2 и трех роликов 1, изготовленных из армированного пластика и смонтированных на шарикоподшипниках, установленных на осях, закрепленных в гнездах на противоположных трубах рамы. Два ролика соединены приводным паси ком 4, представляющим собой обыкновенное
      Рис. 7.21. Механическая система торможения ролика велосипедного станка
      моноволокно диаметром 1—1,5 мм, широко используемое в качестве рыболовной жилки. Все шесть опор велостанка имеют резиновые амортизаторы 3.
      В целях искусственного создания дополнительных сил сопротивления, имитирующих естественные сложности велосипедной гонки, велостанки оснащают специальными системами различного технического исполнения. Наибольшее распространение получили механическая, инерционная и индукционная системы.
      Механическая система может быть выполнена (рис. 7.21) в виде подпружиненного обрезнненного наточка 2, установленного на системе рычагов 3 и катящегося по поверхности ролика 1 обыкновенного велостанка. Силовая загрузка каточка осуществляется пружиной 5 и регулировочной гайкой 4. Контроль уровня загрузки ведется с помощью индикаторного динамометра 6. Увеличивая или уменьшая загрузку каточка 2 с помощью регулировочной гайки 4 по градуированному динамометру, можно дозировать дополнительное сопротивление в процессе тренировки.
      Существенный недостаток этой системы — невозможность практического обеспечения достаточной точности изготовления и сборки узла торможения, что отрицательно сказывается на характеристике момента сопротивления в цикле каждого оборота ролика.
      Инерционная система монтируется на обычном велостанке в виде дополнительного массивного стального диска 10 (рис. 7.22), закрепленного на торце одного из роликов 9 велостанка. Инерционная система приводится в движение с помощью цепного привода велосипеда, включающего кривошип 5, звездочки 4 и 1, цепь 2 и заднее колесо 3, которое контактирует с парой роликов 9 и 8 велостанка (рис. 7.22, а). Переднее колесо велосипеда 6 приводится во вращение роликом 7 велостанка.
      Для создания подобной системы можно использовать стандартный велостанок без конструктивных изменений. Инерционный диск 10 изготавливают таким образом, чтобы его можно было смонтировать (рис. 7.22, б) с помощью установочного гнезда на торцовой поверхности ролика 9
      Рис. 7.22. Инерционный тренажер на безе стандартного велостанка: а — кинематическая схема; б — схема монтажа инерционного диска
      при существующих зазорах между этим роликом и рамой 11. Единственным дополнением может быть увеличение высоты амортизаторов 12, чтобы высота Н обеспечивала свободное проворачивание инерционного диска диаметром D.
      Размеры инерционного диска 10 — толщина h и диаметр D — определяют его инерционные свойства и могут быть выбраны в зависимости от задач, которые предстоит решить с использованием тренажера данной конструкции.
      Использовать инерционную систему для отработки ускорений с малых скоростей движения нецелесообразно, так как на малых скоростях резко снижается устойчивость велосипеда на роликах велостанка. При больших скоростях движения эффективность инерционной системы для целей тренировки возрастает, так как возникает возможность имитации реальных ускорений.и финишных спуртов за счет необходимости преодоления инерционных сопротивлений всей приводимой в движение системы. Динамика этого процесса может быть описана уравнением
      Опыт многолетней эксплуатации подобранных тренажеров показывает, что геометрические размеры стального инерционного диска D — 350 мм и h = 10 мм вполне позволяют решать задачи отработки ускорений и финишных спуртов на велостанках с инерционной системой нагрузки.
      Индукционная система также монтируется на обычном велосипедном станке и может быть сделана в двух исполнениях: стационарной и нестационарной.
      Стационарная система (рис. 7.23, а) предусматривает монтаж индукционных катушек 1 и 2 непосредственно на раме 3 велостанка. На ролике 5 монтируют диск 4 из алюминиевого сплава с геометрическими размерами D = 300 мм и h — 10 мм (рис. 7.23, б). Сердечники индукционных катушек 1 я 2 устанавливаются так, что между их торцовыми поверхностями и диском 4 имеется зазор Л = 2 мм. При подаче напряжения на обмотку катушек 1 и 2 в диске 4 индуцируются вихревые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем катушек, создает противодействующий момент. Момент сопротивления можно менять в зависимости от поданного на катушки напряжения. Число катушек желательно иметь не менее четырех для выравнивания напряжений и деформаций в диске.
      В нестационарной системе (рис. 7.23, в) для контроля величины нагрузочного момента индукционные катушки монтируют на каретке 7, вращающейся относительно оси ролика 5. На каретке установлен груз 6 массой т, который под действием электромагнитных сил смещается на угол р в положение 6. Момент сопротивления, приведенный к оси каретки велосипеда 0lt составляет
      Эта конструкция принудительного нагружения позволяет дозировать нагрузки и управлять, таким образом, тренировочным процессом.
      Функциональные велотренажеры. Под термином функциональные велотренажеры понимают системы, предназначенные для отработки или контроля отдельных или целой группы функциональных параметров, энергетических характеристик, качества выполнения функциональных движений велогонщика в процессе тренировки или лабораторного исследования. Эта категория велотренажеров насчитывает значительное количество систем, имеющих различное назначение, конструктивное исполнение и практическое использование. Наиболее интересные конструкции описаны ниже.
      Велоэргометр — универсальная стационарная установка, предназначенная для оценки функциональных способностей спортсменов в режиме кратковременных нагрузок. Система и сопутствующая аппаратура обеспечения позволяют наблюдать визуально и регистрировать в автоматическом режиме механические параметры (частоту педалирования, линейную скорость условного движения, момент сопротивления, полезную мощность приЕода) и медико-биологические характеристики сердечно-сосудистой системы (частоту пульса, давление крови) и легочно-дыхательного тракта (частоту и объем дыхания, компоненты выдыхаемой смеси). Велоэргометр такого типа может быть использован только в лабораторных исследованиях и не пригоден для тренировок высококвалифицированных спортсменов.
      Визуальный велотренажер предназначен для отработки техники педалирования под собственным наблюдением гонщика за посадкой и процессом педалирования. В состав визуального тренажера входят гоночный велосипед, стандартный велостанок и система зеркал, которая позволяет получить отражения, удобные для визуального анализа сбоку, спереди и сзади.
      Эргонометрические велотренажеры составляют обширную группу систем, изготовленных рядом исследователей для обеспечения как процесса тренировки, так и функционального контроля процесса педалирования, качество которого неизменно связано с факторами нагрузки и утомляемости. Такие велотренажеры промышленность не выпускает, они в единичных экземплярах находятся в лабораториях своих создателей. Вместе с тем, учитывая перспективы их применения, целесообразно ознакомиться с их конструкцией и областью практического использования.
      Во всех трех описанных ниже и наиболее интересных в техническом отношении конструкциях использованы обычный стандартный велостанок, гоночный велосипед (как правило, трековый) и система измерения параметров процесса педалирования.
      1. Частота педалирования — один из наиболеэ доступных для измерения параметров процесса педалирования. Возможны многочисленные технические решения регистрации этого параметра. Например, в конструкции, описанной в работе [181, использованы ферритные магниты 2 (рис. 7.24), закрепленные на кривошипах. При прохождении магнита вблизи приемника 1, установленного на раме, в приемнике наводится э. д. с., под действием которой запускаются триггер Шмидта и регистратор импульсов, например частотомер, отградуированный в значениях частоты или скорости условного движения велосипеда. Индикаторное табло прибора может быть расположено непосредственно перед гонщиком или на пульте управления тренировочным процессом.
      (...)
      Датчиком измерителя скорости и дистанции является фотоэлектрическое устройство, состоящее из направлен-
      ного источника света и фотоэлемента. Модулятор представляет собой алюминиевый диск с обрезиненным ободом и тремя прорезями для прохождения светового луча от источника к фототранзистору.Прорези расположены под углом 120°. Длина окружности по ободу 300 мм. Модулятор, установленный в шарикоподшипниках, пружиной прижимается к среднему- ролику велостанка. Во время вращения ролика вращается и модулятор, обеспечивая подачу световых импульсов на фототранзистор, частота импульсов пропорциональна окружной скорости ролика. Модулятор поворачивается на 120° при прохождении велосипедом 0,1 м пути.
      Время прохождения задаваемой на пульте управления дистанции измеряют с помощью мультивибратора с точностью ±1,0 сч, что соответствует точности механических секундомеров. Счетчик времени принят семиразрядным с индикацией шести цифр в часах, минутах и секундах с десятичными долями.
      Скорость измеряют с помощью трехразрядного счетчика того же типа, что и счетчик времени, но с периодической индикацией скорости в единицах кмч. Цикл индикации 7,2 с.
      Велотренажеры на базе компьютерной техники. Создание и практическое применение систем управления процессом педалирования является более сложной технической задачей, которую можно решить только на основе современной электронной и компьютерной техники. Велосипедный спорт пока еще не знает примеров практически реализованных и действующих систем подобного назначения. Рассмотрим вариант системы на основе критериальной оценки качества педалирования, описанной в п. 7.2.
      Основными параметрами процесса педалирования в этой системе являются крутящий момент на валу каретки и угол поворота кривошипов. Структурная схема управления процессом представлена на рис. 7.28.
      Крутящий момент определяют с помощью тензометри-ческих преобразователей сопротивления по 200 Ом каждый, наклеенных на кривошипы и собранных в мостовые схемы. Питание мостовых схем производится от малогабаритных аккумуляторов, размещенных на кривошипах. Таким образом, левый и правый кривошипы являются датчиками крутящего момента. Кроме этих датчиков система имеет датчик, фиксирующий начало оче-
      редного оборота кривошипа и датчик, фиксирующий дискретный угол его поворота.
      Аналоговые сигналы с четырех датчиков поступают в модулятор, который модулирует амплитудный сигнал в частотный, передаваемый в эфир передатчиком, установленным на раме велосипеда.
      Приемник, установленный, например, в центре велотрека, принимает сигнал и дешифрует его в широтно-им-
      Рис. 7.28. Структурная схема системы управления процессом педалирования
      пульсную модуляцию. Интерфейс преобразует широтноимпульсный сигнал в цифровой код по каждому из четырех каналов и организует прерывание программы в зависимости от угла поворота кривошипов.
      Процессор работает по программе обсчета и анализа информации с выдачей результатов на внешнюю память для ее хранения. Оперативная информация выводится на экран дисплея (для оперативного управления процессом педалирования) и на автоматическое цифропечатающее устройство (для фиксирования и анализа результатов как в анализируемом отрезке времени, так и всего тренировочного заезда). Внешняя память позволяет производить полный анализ результатов с выдачей графиков и табличных данных.
      Принцип организации системы управления процессом педалирования позволяет осуществить обратную оперативную связь тренера-оператора с гонщиком через дополнительную систему радиосвязи звукового диапазона. Гонщик в виде устных команд получает информацию, например, об изменении параметров движения СНКГ по углу фз_7, что приводит к непременному изменению углов ф2_3 и фо-2 (см- п- 2.5). Последовательный поиск оптимального по принятым критериям процесса педалирования позволяет гонщику и тренеру-оператору зафиксировать удачный вариант функционального движения и продолжить работу над его закреплением для выработки устойчивого стереотипа. Важную роль данная система будет играть в научных биомеханических и физиологических исследованиях в велосипедном спорте.
     
      Глава 8
      КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА СИСТЕМЫ ГОНЩИК-ВЕЛОСИПЕД
     
      8.1. Структура системы гонщик — велосипед
      Структурная схема системы гонщик — велосипед (рис. 8.1) состоит из двух объектов — управляющего (гонщик) и управляемого (велосипед) — и ряда таких воздействующих внешних условий, как аэродинамические, механические и кинематические воздействия.
      Управляющий объект — гонщик, воспринимая информацию о состоянии дорожного покрытия, кинематических (траектория, скорость, ускорение), аэродинамических, тактико-технических и других условий гонки, формирует с помощью центральной нервной системы (ЦНС) целенаправленное воздействие на объект управления таким образом, чтобы создать наиболее эффективные условия передачи энергии от биологического двигателя — гонщика к потребителю — велосипеду в целях достижения наивысшего спортивно-технического результата. Это целенаправленное воздействие, сформированное ЦНС в виде команды нервно-мышечному аппарату, с помощью исполнительных органов (нижних и верхних конечностей, а также всего тела гощика) создает функциональное действие, осуществляемое по двум самостоятельным каналам, соответствующим функциям педалирования и управления.
      Функция педалирования характеризуется двумя параметрами; крутящим моментом, определяемым касательной силой при педалировании, и частотой педалирования, совокупность которых является своеобразной амплитудно-частотной характеристикой гонщика. Регулятором совмещенного действия этих двух факторов являются переключатель скоростей на шоссейном велосипеде или предварительно установленные звездочки на трековсм велосипеде. Такой регулятор позволяет получать рациональные передаточные отношения, с использованием которых гонщик может в экстремальные моменты гонки развивать максимальную мощность, а в остальные периоды гонки педалировать с минимальными затратами энергии. Учитывая, что шоссейные гонки продолжаются в течение нескольких часов, целенаправленное управление функциональными действиями гонщика приобретает решающее значение.
      Функция управления фактически сводится к трем основным процессам: маневрированию (с учетом поддержания равновесного устойчивого движения системы), торможению и переключению скоростей. Обратная связь по каналам этой функции осуществляется с использованием параметров и характеристик трассы гонки.
      В действительности все элементы рассматриваемой системы сами по себе представляют весьма сложные и недостаточно изученные объекты, между которыми осуществляются многоканальные связи, позволяющие реализовывать гармоничные и близкие к оптимальным действия гонщика по достижению наивысшего спортивно-технического результата.
      Энергетическое обеспечение функционального движения гонщика также может быть описано структурной схемой (рис. в.2), в которой установлен баланс энергозатрат условного энергетического двигателя (с учетом КПД мышечной и центральной нервной систем), системы педалирования и механической системы велосипеда. Рассматриваемая схема энергозатрат является условной и не охватывает в полном объеме все виды энергозатрат, например теплообменные процессы. Каждый вид энергозатрат представляет собой сложные и недостаточно изученные процессы, которые в совокупности характеризуют человеческий организм.
     
      8.2. Кинематика системы гонщик — велосипед
      Кинематика системы в целом. Траектория движения системы гонщик — велосипед ограничена трассой — поверхностью трекового полотна, шоссе или кроссовой дороги. Во всех случаях, за исключением свободного полета (прыжков) при преодолении препятствий, движение велосипеда предполагает непрерывный контакт с поверхностью трассы. Именно этот контакт лежит в основе механики движения велосипеда и его управления.
      Рис. 8.3. Виды движения системы гонщик — велосипед
      Согласно законам механики, изменения скорости и направления движения системы гонщик — велосипед не могут происходить без воздействия на нее внешних сил. При отсутствии последних система стремится сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. В этом случае вектор скорости системы о0 совпадает с направлением движения ab (рис. 8.3, а).
      Для изменения скорости и направления движения системы необходима внешняя сила F, тем большая, чем больше масса системы т и ускорение w, которое ей требуется сообщить. Масса системы является мерой ее инертности, т. е. способности сохранять неизменными параметры движения. Так, при воздействии внешней силы F со стороны дорожного покрытия в зоне контакта ведущего колеса с дорогой система получает ускорение w в течение
      времени Дt и скорость движения становится равной юл = = у0 + w&t (рис. 8.3, б).
      Действие внешней силы способно изменить не только скорость, но и направление движения. Так, под действием силы F, направленной перпендикулярно к траектории движения, система приобретает дополнительную скорость у2. Суммарная скорость v3 = о0 + п2 будучи суммой двух векторов (рис. 8.3, в), является скоростью движения системы по траектории ab в отличие от скорости о0
      прямолинейного движения.
      Итак, только наличие внешней силы позволяет осуществить поворот велосипеда, т. е. изменить первоначальную траекторию движения системы. Для анализа действия этой силы будем считать, что велогонщик, двигаясь прямолинейно со скоростью v (рис. 8.4), повернул руль в точке А на угол d(p. Пусть этот поворот осуществлен в момент времени t. Можно считать, что в момент времени t -f- dt переносная скорость системы опер в силу закона инерции практически не изменится ни по величине, ни по направлению. При повороте на угол d(p абсолютная скорость точки А контакта колеса с дорогой уже не равна нулю, так как переносная скорость оси опер и относительная скорость и0тн точки А колеса не лежат на одной прямой. Скорость точки А становится равной dv и направлена в сторону угла поворота dcp.
      Для изменения скорости движения на величину dv необходимо приложить внешнее усилие, которым может быть только сила трения колеса о поверхность дороги. Следовательно, при повороте колеса появляется сила трения dF, действующая на колесо в направлении dv, чем и обеспечивается необходимое ускорение системы. Очевидно, что при отсутствии сил трения или при недостаточных их значениях контролируемый поворот становится невозможным 1.
      1 Примером может служить попытка выполнить поворот на скользкой обледенелой дороге, когда разворот колеса не изменяет траекторию движения, а приводит только к падению из-за потери устойчивости.
      Практика показывает, что одновременно с поворотом необходимо осуществить наклон велосипеда в сторону центра кривизны, чтобы компенсировать центробежные силы инерции. Требуемый угол наклона ф приближенно можно определить из известного равенства
      Это равенство получено на основании анализа сил, возникающих в системе гонщик — велосипед при прохождении поворота с плоским дорожным покрытием (рис. 8.5). Ясно, что гонщик должен находиться верти-
      кально, иначе он упадет. Но его вертикаль аа не совпадает с земной Оу, она наклонена под некоторым углом ср, который не зависит от массы т гонщика, а зависит от радиуса кривизны поворота и скорости его прохождения. Однако масса системы определяет величину силы реак-диии N дорожного полотна на колеса велосипеда и величину силы трения F в зоне контакта колеса с дорогой. Устойчивость системы гонщик -— велосипед обеспечивается балансом моментов центробежной силы F ц = = rrnFR и гравитационной силы Fr = mg.
      Для обеспечения предельной скорости прохождения виража, определяемой допустимым значением [р], применяют прием смещения центра масс (ЦМ) системы в сторону, противоположную центру кривизны виража (рис. 8.5, б). Это позволяет сместить ЦМ вниз на величину &У — У1 — У2* что, однако, не изменяет условий взаимодействия системы с поверхностью дороги, определяемых углом 4% который образован линией аа, проходящей через точку опоры О и ЦМ системы, с горизонталью Ох. Дополнительный угол наклона велосипеда у и вертикальное положение корпуса значительно повышают мобильность гонщика в управлении велосипедом и в достижении предельных значений угла ф. Максимально возможные скорости прохождения виражей при различных покрытиях и состоянии дороги показаны на рис. 8.6.
      Аналогичный анализ может быть проведен и для условий прохождения наклонных виражей велосипедного трека (рис. 8.7), где система координат х10у1 полотна трека развернута на угол р относительно горизонта. В зависимости от скорости движения системы радиус кривизны R траектории движения ЦМ изменяется от Rmax при v = 0 до Rmln при v = утах. Уравнение (8.1) в данном случае требует уточнения в связи с учетом радиуса кривизны траектории движения ЦМ системы гонщик — велосипед. В таком случае скорость прохождения виража в зависимости от угла ф выразится уравнением (...)
     
      ЗАКЛЮЧЕНИЕ
      «Пока меня не спрашивали об этом, я знал, что это такое» — сказал древний философ. И пока автор не брался за написание настоящей книги, он знал, как казалось ему, практически все о гоночном велосипеде, которому в прошлом посвятил свои молодые годы. Сейчас, когда книга написана, автор испытывает определенное чувство озабоченности открывшимся масштабом технических и технологических проблем.
      Возникает естественный вопрос: как решить технические проблемы, связанные с велосипедом вообще и с гоночным в частности? НИИ подобных проблем не существует, единственное ЦКБ велостроения в г. Харькове занято в основном конструкторскими разработками моделей широкого профиля, начиная с детских и кончая взрослыми велосипедами бытового назначения. Малочисленная группа, занятая проектированием гоночных велосипедов, несмотря на имеющиеся успехи в создании современной модели «Тахион» пока еще далека от решения вопросов, связанных с выпуском гоночных велосипедов, отвечающих современным требованиям мирового стандарта. А гоночный велосипед — это сгусток современной технологии и научно-технической мысли, реализованной во внешне простой и всем доступной, с первого взгляда, форме. Но, как замечено практикой, за внешней простотой всегда скрыты сложнейшие проблемы. Как падающая капля
      воды своей внешне простой формой породила глубокие физико-механические исследования ее состояния, так и гоночному велосипеду предстоит его очередное «открытие»: научное объяснение его механической сущности.
      В работе над книгой автор собрал много материала, который хотя и не вошел в данное издание, ко убедительно показал, что теория велосипеда может и должна быть создана. Эта теория позволит не просто глубже проникнуть в механизм движения системы гонщик — велосипед, но позволит оптимизировать многофакторные процессы, протекающие при движении велосипеда, и указать пути и методы совершенствования его конструкции.
      В заключение хочется поставить вопрос: будет ли продолжена работа над теорией велосипеда? Ответ можно сформулировать вполне определенно: тема чрезвычайно интересна, в настоящей книге предприняты попытки изложить только некоторые начала такой теории, поэтому ее обобщение — весьма заманчивая идея для человека, любящего велоспорт и пытающегося проникнуть в суть его многообразных явлений.
     
      СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
      1. Белецкий В. В. Двуногая ходьба. — М.: Наука, 1984. — 267 с.
      2. Велосипедный спорт. Правила соревнований. — М.: Физкультура и спорт, 1987. — 128 с.
      3. Воробьев Н. В. Цепные передачи.—М.: Машиностроение, 1968. — 252 с.
      4. Готовцев А. А., Котенок И. П. Проектирование цепных передач: Справочник. —М.: Машиностроение, 1982. — 158 с.
      5. Гросс А., Кайл Ч., Майлуики Д. Аэродинамика аппаратов, движимых мускульной силой человекаВ мире науки. — 1984. — № 2. С. 74—83.
      6. Ердаков Е. В., Гайфулии С. М. Повышение устойчивости техники педалирования в состоянии утомленияВелосипед. спорт: Ежегодник.— М.: Физкультура и спорт, 1973.—С. 76—85.
      7. Ердаков С. В., Нижегородцев А. Д. Возрастные и конституционные характеристики сильнейших велосипедистов мираВелосипед. спорт: Ежегодник. — М.: Физкультура и спорт, 1974. — С. 73—74.
      8. Иванов Н. Электронный тренажер велосипедистаВ помощь радиолюбителюКиев, ДОСААФ СССР. — 1986. — Вып. 86. — 80 с.
      9. Козлов А. М. Комплексный стенд для тестирования велосипе-дистовВелосипед. спорт: Ежегодник. — М.: Физкультура и спорт,
      1984. — С. 49—53.
      10. Котельникова Е. Г., Захарьянц Ю. 3. Исследование педалирования на велостанкеВелосипед. спорт: Ежегодник. — М.: Физкультура и спорт, 1962. — С. 32—35.
      11. Крылатых Ю. Г. Определение величины передач на велосипе-деВелосипед. спорт. Ежегодник. — М.: Физкультура и спорт, 1981. — С. 27—28.
      12. Михайлов В. В. Аэробные возможности велосипедовВело-сипед. спорт: Ежегодник. — М.: Физкультура и спорт, 1974. — С. 99— 117.
      13. МОК и международные спортивные объединения: Справочник
      Н. П. Агапитов, С. Н. Баландин, А. А. Вербин и др. — М.: Физкультура и спорт, 1979. — 263 с.
      14. Муси Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. — М.: Мир, 1984. — 214 с.
      15. Нижегородцев А. Д., Ердаков С. В. Формирование темпа педалирования у велосипедистов-преследователейВелосипед. спорт: Ежегодник. — М.: Физкультура и спорт, 1974. — С. 75—82.
      16.Полиевский С. А. Гигиена спортивной одежды и снаряжения. — М.: Физ-ра и спорт, 1987. — 111 с.
      17. Павлов В. А. Гироскопический эффект, его проявление и использование. — Л.: Судостроение, 1985. — 176 с.
      18. Пальцев М. J1., Попов Э. М. Датчики темпа педалирования Велосипед, спорт: Ежегодник.—М.: Физкультура и спорт, 1984.— С. 53—64.
      19. Петров В. А., Татин Ю. А. Механика спортивных движений. — М.: Физкультура и спорт, 1974. — 233 с.
      20. Седов А. В. Техника велосипедиста. —М.: Физкультура и спорт, 1972. —С. 142.
      21. Тарнопольский Ю. М. Прочность и жесткость основных узлов велосипеда: Дис... канд. техн. наук. — Защищена 1956. — 108 с. — Библиогр.: с. 57—104.
      22. Тимошенков В. В. Установка рациональной посадки на вело-сипедеВелосипед. спорт: Ежегодник.—М.: Физкультура и спорт,
      1985. — С. 42—44.
      23. Федосеев В. И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов. — М.: Наука, 1967.— 373 с.
      24. Физиологические основы экономизации в велосипедном спорте
      B. В. Михайлов, Н. А. Левенко, Р. Н. Рагимов и др. Велосипед, спорт: Ежегодник.—М.: Физкультура и спорт, 1973.—
      C. 44—62.
      25. Чхаидзе Л. В. Очерки по технике педалированияВелосипед. спорт: Ежегодник.—М.: Физкультура и спорт, 1962.—С. 18—31.
      26. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. — М.: Наука, 1974. 711 с.
      27. Hull М., Jorge М. A method for biomechanical analysis of bicycle pedalingJ. of biomechanics. — 1985. — № 9. — P. 631—644.
     
     
      СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ПРОФЕССИОНАЛИЗМОВ В ВЕЛОСИПЕДНОМ СПОРТЕ
     
      АНАБОЛИКИ — медицинские препараты, относящиеся к группе запрещенных стимулирующих средств.
      БАЗА — расстояние между осями колес велосипеда.
      БАРАШЕК — специальная гайка с рукоятками, предназначенная для крепления колес на велосипедах н их быстрого съема без применения гаечного ключа.
      БОНИФИКАЦИЯ — премиальное время, присуждаемое за победу на промежуточном и окончательном финише и вычитаемое из общего результата.
      БОНУС — приз, вознаграждение, поощрение.
      БОРТ (ТРЕКА) — деревянное обрамление внешней линии полотна велосипедного трека.
      БРОСОК — маневр, тактический прием ведения гонки, связанный с резким ускорением в целях изменения позиции гонщика в группе или скорейшего достижения финиша (финишный бросок).
      ВАГОН — небольшая группа гонщиков в групповой шоссейной гонке.
      ВЕЛОКРОСС — внд велосипедных гонок по пересеченной местности на дистанции от 15 до 50 км.
      ВЕЛОМОПЕД — специальный вариант обычного мопеда, движение которого от двигателя внутреннего сгорания совмещено н неразрывно связано с педальным приводом для обеспечения плавного хода и контроля скорости движения. Веломопед широко используется для тренировок на треке команд и отдельных гонщиков прн отработке скорости.
      ВЕЛОПЕРЧАТКИ — перчатки специального покроя, применяемые гонщиками для улучшения контакта ладонн с рулем велосипеда и предотвращения травматизма прн падениях.
      ВЕЛОРУБАШКА — трикотажная рубашка специального покроя со съемными рукавами, карманами на пояснице, применяемая для велосипедных шоссейных гонок; для трековых гонок применяют велорубашку гладкого покроя, которая может быть изготовлена совместно с трусами в виде комбинезона.
      ВЕЛОСИПЕД — «быстрая нога» — таков буквальный перевод слова «велосипед» с латинского языка. Это транспортное средство, приводимое в движение мускульной силой человека.
      ВЕЛОСТАНОК — приспособление для тренировки велогонщика на месте в условиях, приближенных к реальной езде иа велосипеде.
      ВЕЛОТУР — крупная велосипедная шоссейная многодневная гонка, обычно организуемая по традиционному маршруту между городами.
      ВЕЛОТУФЛИ — туфлн специального покроя, применяемые для велосипедных гонок.
      ВЕЛОШЛЕМ — специальный головной убор велогонщика, предназначенный для защиты от ударов при падении.
      ВЕЛОЭРГОМЕТР — устройство с приводом велосипедного типа, предназначенное для экспериментов по оценке энергозатрат при выполнении работы.
      ВИЛКА — передняя (задняя) часть рамы для установки колес.
      ВИРАЖ — поворот велосипеда, в спортивной терминологии чаще употребляется применительно к наклонной части полотна велосипедного трека или к повороту полотна дороги.
      ВОСЬМЕРКА — торцовое биение колеса.
      ВТУЛКА — шарикоподшипниковый узел колеса велосипеда, в котором смонтирована ось колеса и фланцы для набора спиц.
      ВЫНОС — кронштейн Г-образной формы для установки руля.
      ГАНДИКАП — вид гонок, в которых одному нлн группе юищиков предоставляется преимущество во времени илн в расстоянии.
      ГИТ — вид велосипедной гонки иа треке со стартом с места; классическим видом гита является гонка на 1000 м.
      ГЛУХАРЬ — велосипед без свободного хода.
      ГОЛОВКА — небольшая группа гонщиков, идущая впереди основной группы.
      ГОНКА — соревнование в скоростных видах велосипедного спорта.
      — однодневная — проводится в течение одного дня.
      — многодневная — проводится в течение нескольких дней.
      — шестидневная — проводится в течение шести суток для профессионалов и шести дней для любителей.
      — парная — проводится командами из двух гонщиков, из которых попеременно одни обязательно ведет гонку, а другой отдыхает.
      — с выбыванием — проводится командой, каждый гонщик которой проведя свой круг выбывает из состязания, нлн проводится группой, когда на каждом очередном промежуточном финише последний гонщик выбывает.
      ГОНЩИК — спортсмен, выступающий в скоростных велосипедных гонках.
      — активный — набравший максимальное количество премиального времени или очков за активное ведение гонки или победу на финише.
      — горный — набравший максимальное количество премиального времени илн очков иа горных участках гонки.
      ГРЕГОРИ — спортсмен, подчиняющий свои личные интересы командной борьбе илн интересам лидера команды (термин характерен для профессионального спорта).
      ДОПИНГ — препарат, употребляемый для искусственного возбуждения организма гонщика.
      ДРАЙЛЕР - см. СУППЕР.
      КАРАВАН — большая общая группа гонщиков в шоссейной велосипедной гонке.
      КАРЕТКА — узел рамы велосипеда, в котором смонтирована ось кривошипов.
      КВАРТУПЛЕТ — четырехместный велосипед.
      КВИНТУПЛЕТ — пятиместный велосипед.
      КЛИРЕНС — минимальное расстояние между поверхностью дороги и нижней точкой велосипеда — передней шестерней пепного привода.
      КОРОБОЧКА — прием тактической борьбы, выражающийся в преднамеренном окружении соперника заинтересованными гонщиками-
      конкурентами, что исключает возможность его свободного перемещения в группе в данный момент гонки.
      КРИВОШИП — стержневая деталь, монтируемая на ось каретки велосипеда, иа которую устанавливается педаль. На протяжений всей истории отечественного велосипедного спорта ошибочно используется термин ШАТУН.
      КРОССИНГ — запрещенный прием ведения гонки, выражающийся в резком изменении направления движения гонщика и создающий опасность падения для других гонщиков.
      ЛИКВИДАТОР — гонщик, избравший тактикой ведения гонки ликвидацию отрывов, предпринимаемых соперниками.
      ЛИМИТ — время, устанавливаемое судейской коллегией для ограничения отставания гонщика (команды или группы гонщиков) от лидеров.
      ЛИЦЕНЗИЯ — документ, официально утверждающий профессиональный или любительский статус гонщика согласно регламенту УСИ.
      ЛЯГУШКА — специальный быстродействующий замок на ремне педали.
      МАНЕТКА — узел рычага переключателя передач гоночного велосипеда.
      МАТЧ — заезд двух гонщиков, например спринтерский матч, по результатам которого победителю начисляются очки.
      МЕНЕДЖЕР — тренер, попечитель, начальник команды.
      МОК — Международный олимпийский комитет основан 23 июня 1894 г. СССР является членом МОК с 1951 г.
      МСФ — международные спортивные федерации по видам спорта.
      МУЧЕТТА — сумка для еды, передаваемая гонщикам на питательных пунктах дистанции.
      НОК — Национальный олимпийский комитет. НОК СССР основан в 1951 г.
      ОДНОТРУБКА — пневматическая шина гоночного велосипеда, выполненная за одно целое с камерой, что обеспечивает быструю ее установку и съем с колеса.
      ОМНИУМ — велосипедное многоборье, включающее несколько видов гонок.
      ОТРЫВ — уход вперед малочисленной группы или одного гонщика от основной или головной группы.
      ПЕЛЕТОН—основная группа велогонщиков в групповой шоссейной гонке.
      ПЕРЕХОДНИК — устройство, соединяющее насос и вентиль од-иотрубки.
      ПИЛОТ — мотоциклист, ведущий велогонку по трассе и информирующий гонщиков о ее ходе.
      ПИСТОН — вкладыш чашеобразной формы, устанавливаемый в ободе для крепления спицы.
      ПОДДУЖНЫЙ — гонщик, активно работающий на лидера своей команды.
      ПОСАДКА — расположение гонщика на велосипеде, обеспечивающее наилучшие условия ведения гонки.
      ПОЧТАЛЬОН — гонщик, избегающий активной спортивной борьбы и предпочитающий пассивный вариант ведения гонки.
      ПРЕСЛЕДОВАНИЕ — индивидуальная или командная гонка на треке на дистанцию 4 км, когда одновременный старт дается на противоположных прямых; тактический прием, связанный с необходимостью ликвидировать дистанционную фору соперника или группы гонщиков.
      ПРОЛОГ — традиционная гонка с раздельного старта на короткую дистанцию (около 4—10 км), которой открывается многодневная гонка; пролог обычно проводится с целью индивидуального представления гонщиков зрителям и определения лидера для первого этапа.
      ПРОТЕКТОР — наружная резиновая поверхность однотрубки, имеющая специальный профиль в зависимости от вида гонок, типа дорожного покрытия и его состояния.
      РЕГЛАМЕНТ — устав, свод правил, утвержденный порядок проведения гонки.
      РОЛИК — трубчатая конструкция, ограничивающая продольное передвижение переднего колеса велосипеда при езде за лидерским мотоциклом (машиной).
      РЫВОК — резкое ускорение, предпринимаемое в целях решения тактических задач гонки или финиша (финишный рывок).
      СВОБОДНЫЙ ХОД — движение велосипеда при неподвижных кривошипах, возможен только при наличии трещотки; трековые вело-сйпеды не имеют свободного хода.
      СПРИНТ — гонка на короткую дистанцию (два-три круга, 1 км) без учета времени, в которой главную роль играет место гонщика на финише.
      СПУРТ —см. РЫВОК.
      СТАКАН — передний узел рамы, в котором смонтировано устройство передней вилки.
      СТВОР (ФИНИШНЫЙ) — ширина проезжей части дороги, ограниченная финишными стойками.
      СТРЕЛОЧНИК — гонщик, не выдержавший накала спортивной борьбы в струне, покинувший струну и тем самым создавший условия для отрыва впереди идущим.
      СТРУНА — езда гонщиков цепочкой в гонке при встречном или боковом ветре при движении на скоростях, близких к предельно возможным для участников гонки.
      СУППЕР — переключатель скоростей гоночного велосипеда, различают передний и задний супперы.
      СЮРПЛЯС — тактический прием ведения гонки, выражающийся в стоянии на велосипеде на одном месте.
      ТАНДЕМ — двухместный велосипед.
      ТАНЦОВЩИЦА — прием езды на велосипеде стоя на педалях.
      ТЕЛЕГА—гонщик, предпочитающий темповую езду.
      ТЕМПОВИК — гонщик, предпочитающий тактику ведения гонки на высоких скоростях в целях выматывания соперников.
      ТРЕЩОТКА — устройство цепного привода, обеспечивающее свободный ход гоночного велосипеда без вращения кривошипов.
      ТУКЛИПС — стальная деталь, изогнутая по профилю носка велосипедных туфель, устанавливаемая на педаль в целях жесткой фиксации ноги с помощью ремня.
      УСИ — Международный союз велосипедистов (Union Cicliste in-ternationle — UC1). Основан в 1900 г. по данным 1979 г. в союз входят 112 национальных федераций велосипедного спорта. СССР принят в УСИ в 1952 г.
      ФИАК — Международная любительская федерация велосипедного спорта. Основана в 1965 г.. По данным 1979 г. в федерацию входят 111 национальных федераций. СССР является членом ФИАК с 1965 г.
      ФИКП — Международная федерация профессионального велосипедного спорта. Основана в 1900 г. СССР является членом ФИКП с 1988 г.