DjVu

Основные конструктивные особенности современных велосипедов определились еще в конце прошлого века. Благодаря присущим велосипеду положительным качествам ин терес самых широких слоев населения к нему не ослабевает, о чем свидетельствует стойкая тенденция постоянного увеличения выпуска велосипедов во всем мире.
      Отсутствие двигателя делает велосипед экологически чистым и бесшумным средством передвижения, не требующим затрат на топливо. Низкая стоимость, простота в изго товлении и эксплуатации, наименьшая масса из всех колесных средств передвижения — таковы основные достоинства велосипеда. По отношению к массе пассажира (75 кг) масса велосипеда (15 кг) составляет 20%. При движении по дороге с гладким твердым покрытием велосипедист затрачивает примерно в 5 раз меньше энергии, чем пешеход на преодоление такого же расстоя ник, а скорость его передвижения в среднем в 4 раза выше. На багажнике велосипеда можно перевозить грузы, масса которых превышает массу самого велосипеда.
      Для щиженич двухколесного велосипеда достаточно неширокой ве лосипедной дорожки. Низкая нагрузка на колесо велосипеда обес иечивает сохранность дорожною покрытия На велосипеде возможно передвижение по дорогам без покрытий и преодоление таких участ ков пути, которые янтяются непро езжчми для других колесных, транспортных средств. Кроме того, благодаря небольшой массе чепез единичные препятствия в-.лосит-ед можно перемещать вручную. Та ким образом, передвижение на велосипеде в большинстве случаев оказывается вполне осуществимым там, где можо пройди пешеход.
      Езда на велосипеде способствует общему физическому развитию человека, может служить оздоровитель ным средством Эти особенности определяют использование велосипеда как спортивного снаряда.
      К достоинствам велосипеда мож но отнести и то, что при хранении он занимает сравнительно мало места (не требуется специальны?' соо ружеиий, и в елнчае необходимости его можно хранить в жилище). Особенно удобны при хранении складные велосипеды Срок сл\жбы велосипеда может составлять не один
      десяток лет, уход за ним необременителен.
      К недостаткам велосипеда следует отнести неустойчивость его на дороге, незащищенность велосипедиста от неблагоприятных погодных условий — холода, ветра, атмосферных осадков и т. д. Движение велосипеда затруднено по заснеженным и обледенелым дорогам. Эти обстоятельства в большинстве регионов нашей страны ограничивают использование велосипеда в холодное время года, вследствие чего его эксплуатация носит сезонный
      характер. Однако, как показывает практика, эти недостатки не препятствуют повсеместному широкому распространению велосипеда.
      Немного об истории развития велосипеда. Ранними предшественниками его были деревянные самокаты на двух колесах, расположенных одно за другим. Время их возникновения точно не известно. Изображения таких самокатов встречаются уже на древних фресках (рис. 1).
      Первые конкретные сведения об изготовлении самокатов, на которых можно было передвигаться, сидя верхом и отталкиваясь ногами от земли, относятся к 1761 г. В Германии каретный мастер М. Касслер построил такой самокат из дерева. Во Франции в 1791 г. граф де Сив-рак изготовил свой «Селярифер», очень похожий на самокат М. Касслер а.
      Самокаты, очевидно, строили тогда и в России. В «Словаре Верхотурского уезда Пермской губернии», изданном в Перми в 1910 г., написано, что мастеровой Уральских заводов Артамонов в 1801 г. во время коронации бегал на изобретенном им велосипеде. Более подробных сведений об этом событии и о конструкции самоката-велосипеда не сохранилось.
      Более достоверные данные о конструкции самокатов имеются во Франции и Германии. Один из них, названный впоследствии тележкой Бланшера, был построен в Париже в 1808 г. Примечательно, что у всех этих самокатов не было управляемого колеса и двигаться они могли только прямо.
      Важным усовершенствованием было изобретение, запатентованное немецким лесничим бароном Карлом фон Драйзом. Он построил в 1813... 1817 гг. несколько самокатов с управляемым поворотным передним колесом, позволяющим на ходу изменять направление движения (рис. 2). Принцип передвижения оставался прежним — нужно было отталкиваться ногами от земли. Известно, что Карл фон Драйз использовал самокаты в практических целях — объезжал вверенные ему участки.
      Самокаты с управляемым колесом приобрели популярность в Германии и Англии, в большинстве случаев их использовали теперь для спортивных целей. Английские самокаты, в отличие от немецких, имели не деревянную, а железную кованую раму.
      Историческое значение изобретения Карла фон Драйза заключается
      Рис. 2. Самокат Карла фон Драйза
      в том, что он создал управляемое двухколесное средство передвижения, элементы управления которого были в дальнейшем использованы для велосипеда. Окончательно велосипед сформировался после возникновения педального привода, позволяющего передвигаться, не касаясь ногами земли.
      Сам принцип приведения в движение повозки при помощи мускульной силы человека, находящегося в этой повозке, был известен значительно раньше. При помощи педального привода, например, приводились в движение знаменитая «самобеглая коляска» (1752 г.) талантливого крестьянина самоучки Нижегородской губернии Леонтия Шамшуренкова или самодвижущаяся коляска (1791 г.) известного русского механика Ивана Кулибина. Однако прошло около пятидесяти лет, прежде чем педальный привод появился на двухколесном самокате. Первым в этой связи упоминается имя шотландца Мак-Миллона, приспособившего в 1839 г. к самокату две педали, посредством передвижения которых вперед и назад можно было через систему тяг и рычагов вращать заднее колесо. Немецкие механики Г. Миллиус (1845 г.) и Ф. Фишер (1850 г.) предложили несколько иную систему привода. Они поставили шатуны с педалями непоередственно на ось переднего колеса, впервые использовав таким образом круговое движение педалей. Конструкция существенно упростилась, но пострадало удобсыю управления велосипедом, так как переднее колесо совместило теперь сразу две функции — приведение в движение велосипеда и управление им.
      Машины Г. Миллиуса и Ф. Фишера, построенные в единичных экземплярах, были вскоре забыты, но осуществленный ими простейший привод на переднее колесо продолжал привлекать внимание изобретателей. Во Фракции в 1853 г. каретный мастер Г1. Мишо и его помощник П. Лальман организовали целое производство велосипедов также с педальным приводом на переднее колесо. Кстати, тогда же и укоренилось французское слово велосипед (от латинского вслоке — быстрый и пед — нога), перешедшее затем и в русский язык. Велосипеды Мишо содержали еще два важных новшества: тормоз, воздействующий на металлическую шину заднего колеса, и подпружиненное седло (рис. 3).
      Вскоре оказалось, что передвигаться на таких велосипедах трудно даже по ровной дороге: частота вращения педалей должна была быть непомерно высокой, так как за один оборот колесо проходило слишком малый отрезок пути, определяемый его периметром. Дальнейшим совершенствованием конструкции велосипеда является увеличение диаметра переднего приводного колеса. В Англии появились велосипеды с передним колесом очень большого диаметра 1,6...1,8 м и маленьким, в 4...5 раз меньшим, свободно катящимся задним колесом. Для обеспечения прочности большого переднего колеса спицы и ободья начали изготовлять из стали. Из стали делали и увеличившуюся раму «гриф». Шины из сплошной резины должны были смягчать толчки и удары, возникающие при качении колес по неровной дороге. На этих велосипедах можно было развивать скорость до 30 км/ч, но
      передвижение на велосипеде было доступно лишь хорошо тренированным спортсменам, гак как в результате высокого расположения седла над передним колесом посадка и удержание равновесия во время движения были затруднительны. Кроме того, тенденция к опрокидыванию вперед при наезде переднего колеса даже на незначительное препятствие создавала опасность серьезной травмы. Несмотря на эти недостатки, «высокие» велосипеды получили большое распространение в Европе и Америке, и их продолжали выпускать в течение примерно 20 лет.
      В России «высокий» велосипед из-за своего огромного переднего колеса с тонкими как паутина спицами получил прозвище «паук», в Англии, по-видимому, из-за разницы н размерах переднего и заднего колес назывался «пенни-фартинг» — по названию имевшихся в обращении монет, сильно различавшихся по размеру (рис. 4).
      Рис. 4. Велосипед «пенни-фартинг» (1875 г.)
      Дальнейшее повышение предельной скорости за счет увеличения диаметра переднего приводного колеса стало невозможным, так как это неизбежно привело бы к увеличению расстояния между педалями и седлом, естественно ограниченного длиной ног велосипедиста. Стремление сблизить педали и седло стало причиной применения на велосипеде изобретенной незадолго до этого цепной передачи. Кроме расположения педалей в более удобном для велосипедиста месте цепная передача позволяла с целью повышения скорости движения увеличить частоту вращения приводного колеса по отношению к частоте вращения педалей. Однако все преимущества цепной передачи были освоены не сразу. Примером может служить английский велосипед «Кенгуру», имеющий переднее приводное колесо все еще значительно большего диаметра, чем заднее, и две цепные передачи, симметрично расположенные по обе стороны переднего колеса таким образом, что каждая педаль имеет свой собственный привод (рис. 5). Обойтись одной цепкой передачей при такой схеме невозможно, так как спицы колеса между педалями не позволяли расположить оба шатуна на одном валу. Но уже в 1868 г. французская фирма «Мейер» начинает выпускать велосипеды с цепным приводом на заднее колесо. Переднее колесо перестало быть приводным, было освобождено от педалей и управление велосипедом стало более удобным. Отпала необходимость в двух цепях, так как оба шатуна располагались на одном валу.
      С этого времени цепная передача в конструкции велосипеда применяется почти без каких-либо принципиальных изменений до настоящего времени. Практика использования велосипеда во многих областях человеческой деятельности, в том числе и в спорте, показала достаточную эффективность та-
      кой системы передачи. Однако и этой системе с самого начала присущи были недостатки, основным из которых является наличие так называемых «мертвых зон», когда шатуны при вращении педалей оказываются в вертикальном положении, и становится невозможным рациональным образом прикладывать усилия к педалям. Попытки конструкторов снова применить рычажный привод для ликвидации указанного недостатка из-за сложности конструкции и увеличенной массы привода не дают положительных результатов. Не получили широкого распространения частично устраняющие вредное влияние «мертвых зон» ценные передачи с эллиптическими звездочками или специальными кулачковыми механизмами, принцип действия которых основан на автоматическом изменении передаточного отношения цепной передачи в зависимости от углового положения шатунов.
      Не получила массового применения на велосипедах и передача с горизонтально расположенным валом и двумя парами конических зубчатых колес. КПД такой передачи ниже, чем у цепной, она значительно сложнее в изготовлении и стоимость ее намного дороже.
      В последнее время в связи с прогрессом в области производства полимернвьч материалов наметилась тенденция использования ременной передачи с зубчатым ремнем. Однако по принципу действия такая передача мало чем отличается от цепной.
      Важные усовершенствования в конструкцию велосипеда внес англичанин Лоусон (1874 г.). Самым существенным было то, что цепной привод на заднее колесо позволил ему уменьшить диаметр приводного колеса, сделав велосипед не таким высоким; уменьшить массу переднего управляемого колеса, что в свою очередь облегчило управление велосипедом; перенести седло на середину рамы, а шатуны е педалями поместить между передним и задним колесами.
      Несмотря на то, что Лоусон предложил делать колеса одинакового размера, другие велосипедные фирмы. перейдя на заднее приводное колесо, еще долгое время выпускали ера шокодосные» велосипеды. Так англиш кий «Бицнклег руд ж» (1877 г.) имел, очевидно, по традиции, бочьшое переднее колесо, а «Хамбер гейфти» («884 г.), наоборот, очевидно и -з,1 стремления повысить скорость передвижения приводился в движение большим задним колесом. К, схеме велосипеда с увеличенным задним приводным колесом и в на;не время обращаются конструкторы при проектировании опытных моделей перспективных спортивных велосипедов, для которых первоеюпенное значение имеет скорость.
      После того как переднее и заднее колеса велосипеда стали делать одинакового размера начал вырабатываться тот тип велосипедной рамы, который можно назвать традиционным. Стержни рамы перестали быть изогнутыми. С целью уменьшения массы начали устанавливать трубчатые стержни. Форма рамы стала напоминать трапецию; появилась подседельная труба, упиравшаяся в каретку и предававшая жесткость раме в вертикальной плоскости. Еще раньше головную трубу, в которой поворачивается управляемая вилка переднего колеса, делали с небольшим наклоном назад. Эго способствовало стабилизации прямолинейного движения ве-шоеипеда и вместе о изогнутой вперед передней вилкой помогало велосипедисту сохранять устойчивое положение велосипеда посредством небольших размеров руля.
      Большинство современных велосипедов имеет раму трапециевидного вида, основные черты которой сохранилисть с тех пор. Конструкция рамы наиболее рациональна с точки зрения прочности и легкости. Поэтому, не случайно, что именно такая рама применяется на спортивных велосипедах.
      Отдельно следует остановиться на рамах открытого типа Эти рамы появились несколько позже, в них использовались элементы трапециевидных рам, одна или две трубы могли быть изогнутыми. Поскольку трубы в них не образовывали замкнутую систему, они были менее прочными, и для их укрепления внутрь труб вставлялись специальные усилители, что увеличивало их массу. Первоначально такие рамы предназначались для женских велосипедов. При этом значительно облегчались посадка и можно было ездить на велосипеде в длинной одежде.
      К началу XX века велосипед внешне приобрел все основные черты современных велосипедов (рис. 6). Примером может служить английский велосипед Рэллей «Олл стилл» (1900 г.). К этому времени велосипеды имели рамы и рули из стальных труб, основные узлы из стала, во втулках колес и узлах передачи применялись подшипники качения. Параллельно с развитием конструкции велосипеда шло совершенствование его узлов. Тонкие проволочные спицы велосипедного колеса начали располагать не строго но радиусу, а с некоторым смещением почти по касательной к окружности втулки. При таком расположении спицы работают только на растяжение, что придает колесу особую прочность. Колеса такого типа называли «тангентными».
      Особо нужно отметить изобретение в 1888 г. англичанином Дж. Данлопом велосипедной пневматической шины, которая хорошо амортизировала толчки и удары, возникающие при наезде колеса на мелкие неровности дороги. Передвижение на велосипеде стало более плавным, резкое снижение динамических нагрузок позволило уменьшить массы силовых деталей велосипеда. Кроме того, при установке пневматических шин снижается сопротивление качению колеса на неровных дорогах. Все это позволило еще повысить скорость передвижения.
      В 1898 г. во Франции изобрели механизм свободного хода (так называемую «трещотку»), устанавливаемый на втулке заднего колеса и позволяющий велосипедисту не вращать педали при движении велосипеда по инерции и под уклон. Примерно в то же время были изобретены и другие типы механизмов свободного хода, используемые на различных моделях велосипедов до настоящего времени. Совершенствовались конструкции ручных тормозов. Был также изобретен тормозной механизм, встраиваемый в заднюю втулку и приводимый в действие обратным вращением педалей. Многие из конструкций были настолько хорошо отработаны, что некоторые из них, например задняя втулка с механизмом свободного хода и встроенным тормозным механизмом (тормозная втулка заднего колеса типа «Торпедо»), спроектированная в 1898 г. немецкой фирмой «Фихтель и Закс», применяется на многих моделях совре-
      менных велосипедов без существенных изменений.
      Важное значение для развития конструкция велосипеда имеет многоступенчатая передача, позволяющая обеспечить оптимальное соответствие передачи различным дорожным условиям В 1906 г. во Франции де Вннье предложил цепной переключатель передач, с помощью которого изменение передачи происходит в результате перебрасывания цепи с одной звездочки на другую, имеющею иное число зубьев Переключателями такого типа оборудуются все современные спортивные шоссейные и туристские велосипеды, причем конструкция переключателей постоянно совершенствуется.
      Почти одновременно с цепными переключателями передач появились многоскоростные задние втулки с встроенными внутрь зубчатыми механизмами позволяющими замедлять или ускорять частоту вращения ценной звездочки.
      За рубежом многоскорогтными задними втулками, в большинстве случаев трехскорсотными, оборуду ется множен во моделей дорожных велосипедов.
      Неустойчивость двухколесного велосипеда, затрудненность медленного передвижения на нём, невозможность даже кратковременной остановки без опоры, связанное с этим неудобство перевозки пассажиров, а также необходимость выработки велосипедистом епоцнфи ческих навыков для удержания равновесия вынуждали конструкторов искать способы ликвидации этих недостатков. Особенно много попыток постройки трех- и даже четырехколёсных велосипедов (рис. 7) наблюдалось в последней трети XIX в., как раз в то время, когда были распространены чрезвычайно неустойчивые «высокие» велосипеды. Однако в то время вследствие несовершенства конструкций велосипедных узлов - - отсутствия пневматических шин, излишне большой массы, громоздкости, а также плохого состояния дорог — многоколесные велосипеды дальнейшего развития не получили.
      Некоторое возрождение трех- и четырехколесных схем четко определилось в 20—30-е гг. XX в. в ограниченных областях применения велосипеда В то время в Ин дни, Китае и некоторых других странах Восточной и Южной Азии с теплым климатом необходимость экономичной перевозки пассажиров и багажа привела к созданию специальных, чаще всего трехколесных, экипажей — велорикш или, как их назвали впоследствии, педике-бов. Для их постройки использовались современные велосипедные узлы' колеса, приводы, седла, части рам и т. д. Конструкции их были различны — места для пассажиров могли располагаться сзади, спереди или иногда на боковом прицепе аналогично коляске мотоцикла. По указанному принципу в европейских странах получили распространение трех- и четырехколесные грузовые велосипеды для перевозки мелких партий груза (рис. 8).
      Современное состояние велосипедной техники и технологии, появление новых высокопрочных материалов, повсеместное улучшение дорожных условий, достижения эргономики (науки о функциональных возможностях человека в процессах труда) и осознанное стремление снизить загрязнение окружающей среды вызвали к жизни новое средство передвижения, называемое веломобилем (рис. 9).
      Веломобиль благодаря рациональному расположению тела человека, способствующему более эффективному приложению усилий к педалям, и высоким аэродинамическим качествам корпуса имеет больший КПД, чем велосипед. Кроме того, передвижение на веломобиле не требует, как правило, дополнительных усилий на поддержание равновесия. Веломобили могут быть как одноместными, так и многоместными, и приведение их в движение может осуществляться как одним человеком, так и всеми находящимися в нем людьми. Для преодоления подъемов веломобиль обязательно должен быть оборудован многоступенчатой передачей. Большинство веломобилей имеют специальное место для ручного багажа. Немаловажным является то, что люди, находящиеся внутри веломобиля, могут быть защищены от непогоды крышей или тентом, что обеспечивает сравнительно комфортные условия передвижения. Указанные особенности выгодно отличают веломобиль от велосипеда. По определению, данному проф. А. В. Нарбутом, основными признаками, определяющими это отличие, являются; наличие кузова или его части, например днища или крыши; сиденье, похожее на сиденье автомобиля, но не седло, наличие не менее трех, расположенных не на одной линии, колес. Двух любых из трех указанных признаков достаточно, чтобы экипаж считался веломобилем, а не велосипедом. Веломобили, не отвечающие третьему признаку (двухколесные), встречаются крайне редко.
      Конструктивно веломобили в настоящее время очень разнообразны. В нашей стране веломобили строятся в единичных экземплярах, главным образом в порядке индивидуального творчества, так как с нх эксплуатацией в настоящее время связано много проблем. Не ясен вопрос об области применения веломобилей, возникают сомнения в их способности сосуществовать с моторными средствами в современном напряженном транспортном потоке. Трудно решаются вопросы, связанные с паркованием и хранением веломобилей в условиях города. Вне дорог с улучшенным покрытием передвижение веломобилей практически невозможно. Поэтому в ближайшие годы основным из средств передвижения, приводимых в действие мускульной силой человека, видимо, по-прежнему останется велосипед.
      Тем не менее, в европейских странах, где велосипед традиционно используется в качестве транспортного средства предпринимаются попытки заменить при регулярных поездках на короткие расстояния легковой автомобиль веломобилем. Например, в Голландии, в городе Роттердаме Министерство путей сообщения в порядке эксперимента предоставляет своим служащим одноместные веломобили специально разработанной для этого конструкции. Целью эксперимента является выяснение возможности частичной замены легковых автомобилей в городе на экологически чистое транспортное средство, а также предотвращение транспортных заторов в часы «пик».
      Веломобиль представляет собой самодвижущуюся тележку на трех велосипедных колесах, два передних из которых управляемые, а заднее ведущее. В транмиесии веломобиля используется велосипедная цепная передача с переключателем передач. В комбинации с двухскоростной втулкой заднего колеса трансмиссия позволяет получать двенадцать передач, что дает возможность выбрать оптимальную передачу для движения в гору и против сильного ветра. Веломобиль оборудован легким кузовом из пластмассы, хорошо защищающим пассажира от непогоды и благодаря аэродинамической форме снижающим сопротивление воздуха при движении веломобиля до малой величины. Длина веломобиля более 2 м, ширина 0,75 м.
      Предполагается, что мощность, необходимая для передвижения веломобиля, будет на 15...20% ниже затрачиваемой велосипедистом при передвижении на дорожном велосипеде, и веломобиль будет передвигаться по велосипедным дорожкам со средней скоростью около 20 км/ч.
      Специально для менеджеров веломобиль может быть дополнительно оборудован телефоном и миникомпьютером. В дальнейшем предполагается установить на веломобиле вспомогательный силовой электродвигатель, что повысит его среднюю скорость движения в неблагоприятных условиях.
      В заключении нужно подчеркнуть значительное влияние конструкции велосипеда на развитие конструкций многих безрельсовых транспортных средств. С этой точки зрения мотоцикл является прямым продолжением конструкции велосипеда. То же самое относится к значительному числу автомобильных узлов.
      Прежде всего автомобиль заимствовал у велосипеда пневматические шины, назначение и конструкция которых у велосипеда и автомобиля в принципе одинаковы. Ранние модели автомобилей имели в составе трансмиссии цепную передачу. Межколесный механический дифференциал, впервые был применен на трехколесном велосипеде. Наконец, зубчатая планетарная передача, использовавшаяся в свое время в коробках передач автомобилей на одной из моделей фирмы «Форд», также впервые была применена в двухскоростных каретках велосипедных передач фирмы «Варианд». Колеса с тангентным расположением спиц, как у велосипеда, долгое время устанавливались на автомобилях, особенно спортивных типов. Барабанный колесный тормоз в принципе очень похож на тормоз задних втулок велосипеда.
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ