Велосипед (варианты), его привод, прицеп к велосипеду и комплект, содержащий велосипед и прицеп

 

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к универсальным шоссейно-туристским велокомплектам для быта, спорта и путешествий, которые состоят из велосипедов с рычажно-шатунными приводами дорожного, спортивного или туристского назначения, (велопривод дорожного назначения отличается от спортивного или туристского величиной передаточного отношения, которая остается в пределах передаточных отношений велоприводов серийно выпускаемых в настоящее время; велоприводы спортивного или туристского назначения отличаются увеличенными передаточными отношениями в соответствии с возросшей величиной момента крутящего), велоприцепов с кейсами для перевозки велосипедов и прицепов в др. видах транспорта и вручную. Предлагается серийно выпускаемые велосипеды снабжать приводом усовершенствованной конструкции, а также устанавливать эти приводы на велосипеды, с измененной под эти велоприводы геометрией рамы. Конструкция велопривода содержит в себе рычажно-шатунный (РШМ), педальные (ПМ) и холостого хода механизмы (ХХМ), которые выполнены в следующих видах: РШМ в виде рачажной пары, комплекты «бумерангообразных» рычагов которой установлены на концах вала каретки; каждый двуплечий рычаг комплекта состоит из педального и шатунного плечей, последние жестко соединены с шатунами, которые приводят во вращение вал каретки. ПМ в виде двух педальных рам с полноопорной постановкой стоп ног в обуви, закрепленной на пластинах, принудительно или автоматически фиксируемых на педальных рамах, которые передают 100% усилий велосипедиста на рычажную пару без излишних конструкционных напряжений деталей.

ХХМ в виде обгонной муфты, установленной в ведущем блоке шестерен соосно валу каретки; на периферийной части обгонной муфты закреплены венцы ведущих шестерен, при этом храповик обгонной муфты жестко связан с шатунами с возможностью приведения ими во вращение. Велосипед в первом варианте содержит два колеса, втулки которых снабжены фланцами, увеличенного, до 400 мм диаметра, которые с внешней стороны соединены радиально установленными спицами с ободом колеса, а с внутренней стороны жестко посажены на ступицы втулок колес. Велосипед во втором варианте содержит четыре колеса и раму, состоящую из двух соединенных между собой частей, при этом части рамы расположены параллельно и шарнирно соединены между собой горизонтальными тягами. Велосипед (в обоих вариантах) оснащается прицепом с независимой подвеской колес и гидравлическими амортизаторами, а также жестким буксировочным устройством, которое содержит буксирный узел, выполненный с возможностью проворота и изменения угла наклона буксировочного устройства велосипеда относительно буксировочного устройства прицепа. Повышаются эксплуатационные свойства велосипеда путем оптимизации педалирования с одновременным увеличением всех параметров движения через увеличение момента крутящего. Повышается комфортность и безопасность езды, а также езды вдвоем рядом, что способствует сближению людей, особенно в семьях. Также появляется возможность удобного транспортирования велосипеда с прицепом в других видах транспорта и вручную. 17 ил, 4 табл.

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к универсальным шоссейно-туристским велокомплектам для быта, спорта и путешествий, которые состоят из велосипедов с рычажно-шатунными приводами дорожного, спортивного или туристского назначения (велопривод дорожного назначения отличается от спортивного или туристского величиной передаточного отношения, которая остается в пределах передаточных отношений велоприводов серийно выпускаемых в настоящее время; велоприводы спортивного или туристского назначения отличаются увеличенными передаточными отношениями в соответствии с возросшей величиной момента крутящего), велоприцепов с кейсами для перевозки велосипедов и прицепов в др. видах транспорта и вручную.

Известен привод велосипеда, содержащий ведущий блок с педально-шатунным механизмом и по меньшей мере с одной ведущей шестерней, закрепленной на правом шатуне (перечисленный комплект деталей установлен на валу каретки рамы велосипеда), ведомый блок по меньшей мере с одной ведомой шестерней, соединенной с ведущей шестерней гибкой связью, и обгонную муфту (см. RU 2155141 С1, публ. 2000 г.) (ближайший аналог для привода).

Недостатком известного технического решения является относительно низкая величина преобразования усилия велоприводом, которая обеспечивает относительно низкие ходовые качества, не соответствующие энергозатратам организма при педалировании.

Известен велосипед, содержащий раму с колесами, руль, привод заднего колеса, тормозную систему (см. RU 2155141 С1, публ. 2000 г.) (ближайший аналог для велосипеда по первому варианту)

Недостатком данного технического решения является относительно невысокие эксплуатационные характеристики.

Известен велосипед-тандем, содержащий раму с двумя колесами, состоящую из двух кареточных узлов, два руля, два последовательных привода заднего колеса, тормозную систему (см. SU 1789412 А1, публ. 1993 г.) (ближайший аналог для велосипеда по второму варианту)

Недостатками данного технического решения являются следующие:

- велосипедист, сидящий сзади исполняет только пассивную функцию педалирования;

- нагрузка на колеса и удельное давление колеса на грунт возрастает в 2 раза.

Известен прицеп велосипеда, содержащий раму с колесами, присоединенную с помощью буксировочного устройства к основанию подседельного штыря рамы велосипеда (см. RU 2051059 С1, публ. 1995 г.) (ближайший аналог для прицепа).

Недостатками известного прицепа являются следующие:

- длинное водило, гибкость которого дает низкий КПД буксировки;

- зависимая подвеска колес и отсутствие амортизаторов, практически, исключают возможность буксировки прицепа по пересеченной местности;

- кузовная конструкция, которая увеличивает собственный вес прицепа;

- отсутствие необходимого уровня безопасности при движении велосипедиста с прицепом на спусках и, особенно, при прохождении поворотов, т.к. у серийно выпускаемых прицепов отсутствует тормозная система, а буксировочное устройство выполнено без учета возможности изменения угла наклона велосипеда относительно прицепа, при входе велосипедиста в вираж.

Ближайшего аналога для предлагаемого комплекта не выявлено.

Технической задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств велосипеда путем оптимизации процесса педалирования с одновременным увеличением всех параметров движения через увеличение крутящего момента, повышение комфортности и безопасности езды, а также возможности удобного транспортирования велосипеда с прицепом в других видах транспорта и вручную.

Техническая задача решается тем, что велопривод содержит ведущий блок по меньшей мере с одной ведущей шестерней, венец которой закреплен на периферийной части обгонной муфты, установленной в ведущем блоке шестерен на валу каретки; рычажношатунный (РШМ) и педальные (ПМ) механизмы, ведомый блок по меньшей мере с одной ведомой шестерней, соединенной с ведущей шестерней гибкой связью. РШМ выполнен в виде пары рычагов, установленных на противоположных концах вала каретки с помощью скользяще-жесткой посадки. Каждый рычаг имеет педальное и шатунное плечи, изогнутые в плоскости перпендикулярной оси вала каретки и образующие «бумерангообразные» профили. Шатунное плечо рычага жестко соединено с шатуном, который передает поступающий крутящий момент на вал каретки, при этом храповик обгонной муфты жестко связан с шатунами с возможностью приведения ими во вращение.

В конструкцию РШМ, кроме эффекта увеличения момента крутящего на валу каретки, внесены конструктивные элементы, которые также активно способствуют увеличению выходного момента крутящего велосипеда и оптимизации процесса педалирования, а именно:

- «бумерангообразный» профиль плеч рычагов, эффект от вращения которых выражен в исчезновении мертвой точки в системе «нога-педаль», что дает дополнительно 25%, за счет появления плеч вращения в «нулевых» точках (две из восьми: 0° и 180°), классического цикла педалирования;

- дифференцирование комплектов рычажной пары на «комплект толчковой ноги» и «комплект тяговой ноги», что создает

стабильность движений при использовании велосипеда, т.к. появляется постоянное стартовое положение педальных механизмов;

- «ускорительный эффект» массы ускорителей определенного веса и формы, которые под действием силы тяжести активно способствуют вращению РШМ в передней части окружности полного цикла педалирования, повышая приложенные усилия до 50% от номинала, в зависимости от частоты педалирования.

Конструктивно последние два вышеприведенных эффекта взаимосвязаны и возникают за счет установки на шатунном плече «рычага толчковой ноги» и на педальном плече «рычага тяговой ноги», упомянутой массы ускорителей, которая в результате - располагается по одну сторону от кареточного вала, устанавливая рычажные комплекты в постоянное, оптимально-выгодное стартовое положение (возникновение эффектов такого рода возможно только в биотехнических системах).

Ось втулки заднего колеса может иметь по меньшей мере по одной опоре, расположенной по разные стороны от блока ведомых шестерен. Наличие на оси втулки заднего колеса по меньшей мере по одной опоре, расположенной по разные стороны от блока ведомых шестерен позволяет исключить возникновение консольной нагрузки на втулке заднего колеса, в результате чего повышается износостойкость конструкции и эффективность передачи кинетической энергии на заднее колесо, что приводит к увеличению выходного момента крутящего.

Педальный механизм может состоять из педальной рамы, имеющей носковую траверсу для опоры оси большого пальца стопы, пяточную траверсу для опоры пяточной кости стопы и две средних полутраверсы, центральная и пяточная соответственно, для эффективного и равномерного восприятия и передачи усилия от стопы ноги на педальную головку рычага рычажной пары через «бумерангообразный» двуплечий педальный рычаг, в котором располагается шарнирный узел педального механизма и который

снимает проблему появления общей мертвой точки в системе: двуплечий рычаг РШМ и двуплечий рычаг ПМ, когда система находится в горизонтальной оси (90-270)° полного цикла педалирования. В оконечности носкового плеча рычага жестко крепится носковая траверса, в оконечности пяточного плеча рычага жестко крепится пяточная полутраверса. В педальной раме, одним из своих концов жестко установлена центральная полутраверса, которая другим своим концом опирается на внутренние подшипники шарнирного узла, при этом упомянутый двуплечий педальный рычаг опирается на наружные подшипники шарнирного узла. В результате, конструкция педальной рамы с двуплечим рычагом и шарнирным узлом соответствует проекции стопы ноги на плоскость и без конструкционных напряжений полностью передает усилия велосипедиста на головку педального плеча рычажной пары. Такое выполнение педального механизма позволяет обеспечить полноопорную постановку стоп ног велосипедиста на педалях и разнести оси приложения сил (носковую и пяточную) и ось вращения самого педального механизма между собой и, в соответствии с анатомическим строением стопы. Конструкция позволяет передать практически 100% усилия ног на головки педальных плеч рычагов рычажной пары, при этом организм человека получает и оздоравливающий эффект, т.к. удельное давление педали на стопу возникает ниже, чем при ходьбе (отсутствует ударная нагрузка шага), поэтому время пребывания человека в седле можно приравнять ко времени передвижения человека пешком, но на порядок большие расстояния и с оздоравливающим эффектом.

Педальный механизм может содержать устройство для закрепления обуви на педальной раме, которое состоит из пластины, закрепляемой на подошве обуви, фиксирующего устройства, расположенного в носковой части педальной рамы для закрепления носковой части пластины с обувью, и фиксирующего устройства, расположенного в пяточной части педальной рамы для закрепления пяточной части пластины с обувью. Фиксирование (ручное или автоматическое) пяточной части пластины с обувью на

педальной раме позволяет обеспечить рабочие фазы второй половины цикла педалирования, которые состоят из фазы «протяжки» пяткой и носком, а также «тяги коленом».

Целесообразно фиксирующее устройство для закрепления носковой части пластины с обувью выполнять из находящихся в передней части рамы пазов для вхождения в них соответствующих краевых участков упомянутой пластины, а фиксирующее устройство для закрепления пяточной части пластины с обувью выполнять состоящим из установленных с возможностью проворота на оси рычагов-фиксаторов, конические выступы которых входят в отверстия, выполненные в пяточной части упомянутой пластины.

Вышеописанная конструкция ПМ позволяет увеличить средний радиус приложения усилий до 221 мм при классическом радиусе вращения рычажной пары 170 мм на полном цикле педалирования, что увеличивает силовой контур полного цикла педалирования на 210% по сравнению с серийно выпускаемыми моделями педалей и на 235% выходной момент крутящий за счет «бумерангообразного» профиля плеч рычагов.

Техническая задача решается также тем, что велосипед, по первому варианту, содержит раму с двумя колесами, руль, тормозную систему, привод заднего колеса, выполненный согласно первому объекту изобретения, при этом втулка каждого из колес снабжена двумя фланцами, которые с внешней стороны соединены спицами с ободом колеса, а с внутренней стороны жестко соединены со ступицами втулок колес.

Снабжение велосипеда новым приводом поставило вопрос о внесении изменений в конструкцию колес, при этом каждое из колес снабжено втулкой с фланцами, увеличенного до 400 мм диаметра, которые с внешней стороны соединены радиально расположенными спицами с ободом колеса, а с внутренней стороны жестко закреплены на ступицах втулок колес, что позволило повысить жесткость колес (за счет сокращения длины спиц и увеличения их поперечного сечения), необходимую для восприятия повышенного момента крутящего, а также повысить амортизирующие

свойства колес для повышения безопасности, комфортности и динамики движения.

Предпочтительно, если спицы соединяют обод колеса с внешней окружностью фланцев и расположены по радиусу колеса, а внутренняя часть фланцев выполнена в виде лопастнообразных плоскостей, перемычки которых соединяют внешнюю и внутреннюю окружности фланцев между собой, при этом оси перемычек расположены по касательным к ступицам втулок колеса, в результате возникает амортизирующий эффект, выражающийся в снижении величины ударного воздействия на втулки колес и детали рамы, а также «векторный» эффект, позволяющий передать нагрузку торможения с тормозных дисков, закрепленных на наружных окружностях фланцев, на втулку колеса через вектора «силы на разрыв», проходящие по осям лопастнообразных фланцевых перемычек, таким же образом передается нагрузка ускорения от втулки заднего колеса, что способствует повышению износостойкости колес.

Для повышения безопасности движения и износостойкости тормозных колодок каждое колесо может быть снабжено парой тормозных дисковых устройств, в состав которых входят тормозные диски, увеличенного (более 400 мм) диаметра, закрепленные на наружных окружностях фланцев и колодочные механизмы (механика или гидравлика), устанавливаемые в основаниях перьев передней вилки и в основании вантин задней вилки.

По меньшей мере один из двух тормозных дисков заднего колеса может приводить во вращение своим обрезиненным торцом по меньшей мере один генератор электроэнергии. Такое исполнение привода генератора позволяет снять боковое давление с колеса, вызываемое существующим фрикционным приводом генератора, а также исключить боковой поверхностный износ шины колеса.

Для повышения информированности велосипедиста о состоянии работы механизмов велосипеда, параметрах движения и физиологических параметрах собственных, велосипед снабжен щитком приборов,

выполненным с возможностью индикации частоты вращения шестерен ведущего блока и педальных механизмов, прикладываемого усилия к педалям, включенной передачи, скорости движения, указателей поворота и физиологических параметров велосипедиста.

Для снижения лобового сопротивления и повышения комфортности езды велосипед может быть снабжен обтекателем, установленным в районе руля или полуоткрытой кабиной аэродинамической формы.

В геометрию рамы велосипеда внесены изменения в связи с установкой педальных механизмов, дающих сложный рисунок педалирования и требующих передвижения седла и рулевой колонки с передней вилкой вперед на определенное расстояние для получения велосепидистом оптимального эффекта полного цикла педалирования.

Для установки предлагаемого привода на существующие типы рам подседельный штырь может быть выполнен изогнутым в сторону переднего колеса, а рулевая колонка закреплена на рулевой колонке рамы велосипеда, т.е. выполнена выносной, что позволяет сместить велосипедиста вперед и получить максимальный эффект от педалирования.

Велосипед может быть снабжен буксировочным устройством, съемный буксирный треугольник которого соединяется с задним треугольником рамы велосипеда, с центровкой на оси заднего колеса, тем самым достигается оптимальное тяговое усилие и необходимая жесткость буксировки при полной свободе маневра велосипедом, за счет трехшарнирного буксирного узла, который обеспечивает и автоматическое торможение прицепа при его накате.

Техническая задача решается также тем, что велосипед, по-второму варианту изобретения содержит раму с четырьмя колесами, состоящую из двух соединенных между собой частей, два руля, тормозную систему, два привода колес, каждый из которых выполнен согласно первому объекту изобретения, при этом части рамы расположены параллельно и шарнирно соединены между собой горизонтальными тягами.

Зубья храповиков обгонных муфт их приводов могут быть выполнены с возможностью двухстороннего действия для возможности передвижения задним ходом при вращении педалей назад.

Каждая часть рамы может быть снабжена буксировочным устройством, на конце которого закреплен тягово-шаровой шарнир для установки горизонтальной буксирной тяги.

Части рамы могут быть шарнирно соединены между собой тремя горизонтальными тягами, с возможностью работы в параллелепипедном и прямоугольном, принудительно фиксируемом, режиме.

Управление рулем и тормозной системой может быть выполнено с возможностью его осуществления только одним из велосипедистов в зависимости от вида сторонности движения, принятого в стране использования велосипеда.

Техническая задача решается также тем, что прицеп велосипеда содержит раму с независимой подвеской колес и горизонтально расположенными гидравлическими амортизаторами, присоединенную с помощью буксировочного устройства к буксировочному устройству велосипеда через буксирный узел, выполненный с возможностью проворота и изменения угла наклона буксировочного устройства велосипеда относительно буксировочного устройства прицепа.

Наличие буксирного узла, выполненного с возможностью проворота и изменения угла наклона буксировочного устройства велосипеда относительно буксировочного устройства прицепа позволяет велосипедисту изменять угол наклона при входе в вираж без ущерба для устойчивости прицепа.

Буксирный узел по велосипеду первого варианта может содержать два шарнира, один из которых выполнен в виде тягово-шаровой опоры с возможностью изменения угла наклона велосипеда, а второй в виде карданного шарнира, который соединяется с тяговым устройством прицепа с возможностью автоматического торможения за счет наката.

Буксирный узел по велосипеду второго варианта может содержать два шарнира, один из которых выполнен в виде двух тягово-шаровых опор с возможностью изменения угла наклона велосипеда, а второй в виде карданного шарнира, который закреплен по центру горизонтальной буксирной тяги и присоединен к буксировочному устройству прицепа тяговым узлом, который выполнен с возможностью автоматического привода тормозов при накате прицепа.

Для сохранения устойчивости велосипеда на стоянке буксирный узел снабжен ручным стояночным тормозом.

Наличие независимой подвески колес с горизонтально расположенными гидравлическими амортизаторами, позволяет велосипедисту комфортно передвигаться с прицепом по пересеченной местности.

Рама прицепа может быть выполнена в виде арочной конструкции, снабженной средством для подвешивания транспортируемого груза, например, лебедкой. Такая конструкция прицепа позволяет перевозить разногабаритные грузы.

Прицеп может быть снабжен грузовой гондолой, которая позволяет перевозить грузы с минимальным лобовым сопротивлением и максимальной пылевлаго защищенностью.

Грузовая гондола может быть выполнена с возможностью трансформации в кейс для перевозки велосипеда и прицепа в других видах транспорта и вручную.

Техническая задача решается также тем, что комплект содержит велосипед по одному из двух упомянутых вариантов исполнения и упомянутый прицеп, снабженный грузовой гондолой, которая выполнена с возможностью трансформации ее в кейс для перевозки велосипеда и прицепа.

Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей.

На фиг.1 показан общий вид велосипеда с прицепом, на фиг.1а и 1б показано заднее колесо с фланцами и тормозными дисками, на фиг.2 показана рама велосипеда по пункту 16 формулы, на фиг.3 показан индикаторный щиток приборов велосипеда, на фиг.4 показана схема привода велосипеда, на фиг.5 показан ведущий блок с механизмом холостого хода, на фиг.6 показан педальный механизм, на фиг.7 показана велогетка с опорной пластиной, закрепляемой на педальной раме, на фиг.8 показан прицеп без гондолы, на фиг.9 показан прицеп с грузовой гондолой, на фиг.10 показан комплект, содержащий велосипед и прицеп, помещенные в кейс. На фиг.11 и 11 а показан велосипед по второму варианту; на фиг.12 показана упрощенная схема эллипсовидно-кругового педалирования; на фиг.13 показана схема фаз цикла педалирования; на фиг.14 показан испытательный макет рычажного механизма велопривода.

Велосипед по первому варианту (см. фиг.1) содержит раму 1 с колесами 2 и съемным буксировочным устройством 45, руль 3, привод 4 заднего колеса, тормозную систему, включающую дисковые тормоза, состоящие из тормозных дисков 6, установленных на фланцах 9 втулок 7 колес и колодочных механизмов 8. Втулка каждого колеса снабжена двумя фланцами 9 увеличенного до 400 мм диаметра, которые по внешней окружности соединены увеличенного сечения спицами 10 с ободом колеса. Внутренняя часть фланцев, жестко посаженных на ступицах втулки 7, выполнена в виде лопастнообразных плоскостей, оси перемычек 11 которых служат векторами сил передачи ударной нагрузки, передаваемой спицами, и направлены по касательным к боковым поверхностям ступиц втулки. Генератор 12 установлен на вантине 13 задней вилки рамы, фрикционный привод которого работает от обрезиненного торца тормозного диска 9а. На руле размещен обтекатель 13 а аэродинамической формы, щиток приборов 14 (см. фиг.3), служащий для индикации частоты вращения шестерен ведущего блока и педальных механизмов, прикладываемого усилия на педалях,

включенной передачи, скорости движения, указателей поворота и физиологических параметров велосипедиста.

Эллипсовидный рисунок педалирования внес существенные коррективы в геометрию рамы велосипеда, которые выразились в удлинении верхней 1а и нижней 1 труб и изменении угла наклона подседельной трубы 1в. Для установки велопривода с ПМ на существующие велосипеды необходимо выносную рулевую колонку 15 (см. фиг.2) закреплять на рулевой колонке рамы 16, а подседельный штырь 17 выполнять изогнутым в сторону переднего колеса, в результате чего седло, руль и колесо смещаются вперед.

Съемный треугольник буксировочного устройства велосипеда соединен с задним треугольником рамы, горизонтальная тяга которого центрируется на задней оси велосипеда, а диагональная тяга крепится к основанию подседельного штыря велосипеда, при этом основное тяговое усилие проходит по нижней части задней вилки велосипеда.

Велопривод 4 (см. фиг.4 и 5) содержит ведущий и ведомый блоки шестерен. Ведущий блок состоит из обгонной муфты (см. фиг.5) перефирийная обойма 18 которой является несущей ступицей для зубчатых венцов А, В С, Д и Е ведущего блока шестерен. На валу 19 каретки 20 жестко установлен храповик 38 с роликами 39 обгонной муфты. На валу 19 каретки 20 жестко установлен РШМ с ПМ 30. Ведомый блок шестерен 42 (см. фиг.4) жестко соединен со втулкой заднего колеса, ось 40 которой имеет по меньшей мере по одной опоре 41, расположенной по разные стороны от жестко установленного блока ведомых шестерен 42, который имеет семь шестерен, пять средних из которых расположены в плоскостях ведущих шестерен. Такое взаиморасположение блоков шестерен дает 15 вариантов передач (см фиг.4).

РШМ выполнен в виде рычажной пары, каждый из «бумерангообразных» рычагов которой установлен на концах вала 19 каретки 20 с помощью скользяще-жесткой посадки; каждый рычаг имеет изогнутые педальное 21 и шатунное 22 плечи. Шатунное плечо 22 жестко

соединено резьбовым соединением 23 с также изогнутым шатуном 24, закрепленным на валу 19 каретки 20. На шатунном плече 22 «рычага толчковой ноги» и на педальном плече 21 «тяговой ноги», т.е. по одну сторону от вала каретки 19 установлены грузы 25.

Педальный механизм (см. фиг.6) состоит из педальной рамы, имеющей хребтовую ось 26, носковую 28 и пяточную 29, траверсы, а также две полутраверсы, центральную 30 и пяточную 31, соответственно. Носковая траверса 28 и обе полутраверсы 30 и 31 жестко закреплены в хребтовой оси 26 рамы. Траверса 28 и полутраверса 31 жестко крепятся в двуплечевом бумерангообразном педальном рычаге 32. Центральная полутраверса 30 опирается хвостовиком в подшипники 33 оси 34 шарнирного узла 35. В носковой части педальной рамы расположено фиксирующее устройство для закрепления носковой части пластины с обувью, состоящее из выполненных в носковой части педальной рамы пазов 27. В пяточной части педальной рамы расположено фиксирующее устройство для закрепления пяточной части пластины с обувью, состоящее из установленных с возможностью проворота рычагов-фиксаторов 36, имеющих конические выступы-фиксаторы 37. Фиксирующее устройство замыкается рукояткой эксцентрика 38. На подошве обуви велосипедиста (см. фиг.6 и 7) - «велогетке» 39 жестко закрепляется опорная пластина 40, в пяточной части которой выполнены стопорные отверстия 41 для вхождения в них выступов - фиксаторов 37, а в носковой части предусмотрены краевые участки - фиксаторные поля 42 для размещения в пазах 27 рамы.

Прицеп велосипеда (см. фиг.8) содержит раму с арками 43, колеса 44, буксировочное устройство 47, с помощью которого прицеп присоединяется к буксировочному устройству 45 велосипеда. Буксировочное устройство содержит буксирный узел 46, выполненный с возможностью проворота и изменения угла наклона буксировочного устройства 45 велосипеда относительно буксировочного устройства 47 прицепа. На арочной раме прицепа установлена независимая подвеска колес, содержащая рычаги 49,

соединенные с горизонтально расположенными гидравлическими амортизаторами 50.

На арках 43 закреплена лебедка 51 для подвешивания транспортируемого груза, который может быть помещен и в грузовую гондолу 52 (см. фиг.9).

Комплект (см. фиг.10) содержит велосипед, прицеп и грузовую гондолу, которая выполнена с возможностью трансформации в кейс 53 для перевозки велосипеда и прицепа.

Велосипед по второму варианту (фиг.11) содержит раму из двух частей, расположенных параллельно друг другу и соединенных горизонтальными тягами 54 с шаровыми шарнирами. Обгонные муфты велоприводов содержат храповики двустороннего действия. Буксирный узел прицепа содержит две шарнирные ступени, объединенные между собой горизонтальной буксирной тягой 55, которая со стороны велосипедов опирается на шаровые опоры 56 буксировочных частей каждого велосипеда, а со стороны прицепа, расположенного по ее центру, соединяется с буксирным узлом 57 карданным шарниром.

Особенности принципа действия и преимущества данной группы изобретений по сравнению с существующими аналогами.

Особенность механизма холостого хода заключена в том, что во время движения велосипедиста в режиме холостого хода происходит аккумулирование кинетической энергии общей массы системы «велосипедист-велосипед» во вращение переднего блока шестерен с наружной обоймой обгонной муфты и цепью. Новая компоновка механизма холостого хода дает возможность получения трекового эффекта за счет жестко посаженного на ступице втулки заднего колеса ведомого блока шестерен, который активно передает через вращение цепи, накопленный запас кинетической энергии на ведущий блок шестерен, облегчая вращение рычажно-шатунного механизма. Кроме того имеет место эффект полуавтоматического переключения передач, поэтому велосипедисту,

который движется в режиме холостого хода, необходимо только передвинуть манетки переключателей передач в нужное положение, при этом постоянно вращающаяся цепь, автоматически перейдет в нужное положение, причем в оптимально нагрузочном режиме.

Особенность принципа действия кареточного узла связана с наличием концевых участков вала 19 каретки 20 (см. фиг.4), что позволяет снять с шатунов 24 поперечно-осевую нагрузку от воздействия усилий ног велосипедиста. Эту нагрузку принимают на себя двуплечие рычаги рычажной пары через педальные плечи, которые имеют жесткую опору на концах вала (люфт скользящей посадки выбирается регулировочными шайбами) и шатунные плечи рычагов, жестко соединенные (с определенным зазором) с шатунами 24, которые приводят во вращение вал каретки с храповиком обгонной муфты.

Особенность принципа действия рычажно-шатунного механизма связана с увеличением сумарной длины плеч рычажной пары, что повышает момент крутящий, передаваемый на вал каретки. Величина Мкр также зависит от приложенного усилия и частоты педалирования, которая находится во взаимодействии с массой грузов-ускорителей 25, расположенных по одну сторону от вала 19 каретки 20. В результате возникает «ускоряющий» эффект, в основе которого заложено использование потенциально-кинетической энергии, жестко закрепленной массы грузов-ускорителей, вращающихся в вертикальной плоскости (данный эффект возможно использовать только в биомеханических системах, в которых закон дисбаланса механических систем не действует). Другая особенность связана с эффектом, возникающим вследствие «бумерангообразной» конфигурации плеч рычагов рычажной пары, которая исключает возникновение общей мертвой точки при педалировании в системе «нога-педаль», а также в системе: рычаг РШМ - педальное плечо ПМ, горизонтальной оси (90°-270°) полного цикла педалирования.

Особенность принципа действия ПМ связана с передачей мышечных усилий на педальные плечи рычагов рычажной пары при полноопорной постановке стоп на педалях, за счет разнесения между собой носковой (P 1 и F1) и пяточной (P 2 и F2) осей приложения силы и оси вращения 30 педальной рамы (см. фиг.12 и фиг.6), вокруг которой на внутренних подшипниках (33) шарнирного узла вращается каждый рычажный комплект.

Вращение педальных механизмов такой конструкции образует силовые контуры с элипсовидными кривыми, которые «рисуют» оси приложения сил к педальной раме и правильными окружностями, которые «очерчивают» головки педальных и шатунных плеч рычажных комплектов. Средний радиус элипсовидных контуров полного цикла педалирования равен 221 мм, при остающемся классическим, радиусе вращения рычажных комплектов равного 170 мм. Суммарное превышение преобразования прикладываемых усилий велосипедистом, а значит и величина выходного момента крутящего на 235% выше, чем у велосипедов с серийными педалями среднестатистической площади 62,5 см.

По эффектообразующим элементам данное превышение выглядит следующим образом:

- «полноопорная постановка стопы на педаль» при круговом педалировании - на 180%.

- увеличение среднего радиуса педалирования на 30%

- бумерангообразный эффект рычагов - 25%.

Оздоровительный эффект и эффект экономии усилий проявляются в результате, практически, 100% приложения усилий к педальной раме, причем велосипедисты с любым размером ноги и весом получают оздоравливающий эффект, т.к. удельное давление педали на стопу возникает, ниже чем при ходьбе, поэтому время пребывания человека в седле можно приравнять ко времени передвижения человека пешком, но на порядок большие расстояния и с большим оздоравливающим эффектом за счет отсутствия ударной нагрузки шага или бега, также происходит более полное расслабление мышц

ног в фазе давления (0-97)°, причем без ущерба для темпа движения, в фазе тяги коленом (195-306)° эффективно и с большой амплитудой работают мышцы бедра, что при возможности сохранения восстановительного баланса благотворно влияет на рост общей тренированности организма.

Испытания велопривода.

Образец испытанного велопривода представляет собой сварную конструкцию, где рычаги выполнены в виде педальных плеч, которые своими диаметральными основаниями жестко (сварочное соединение) соединены с шатунами, приводящими во вращение вал каретки, а ось вала каретки проходит через диаметральный центр рычагов виртуально. При движении в такой конструкции (II поколение) появлялся скручивающий момент, который разбивал клиновые соединения на валу каретки примерно через 150 км пути, приходилось менять клинья и устанавливать прокладки. Но несмотря на такой существенный недостаток, результаты говорят сами за себя (см. табл.1 и 2). Испытания были проведены автором в одиночном велопробеге 22-26 октября 2002 г. по маршруту Смоленск-Минск-Смоленск. За трое суток пробега (41 ходовой час) было пройдено 638 км со средней скоростью 15,560 км/час. На велосипеде «Турист ХВЗ» имелся стандартный вал каретки, но были заменены шариковые подшипники на промышленные №202. Велопривод был оснащен одной передачей 51:15 (3,4), для получения более точных расчетов при анализе результатов велопробега; педали применялись спортивные с ремешками, а велотуфли с шипами.

Для сравнения был выбран велопоход, который проходил в августе 2001 в горах Тянь Шаня. За семь суток похода (35 ходовых часов) было пройдено 544 км со средней скоростью 15,542 км/час. В велопоходе принимали участие 5 велотуристов (средний возраст 31,4 года) на велосипедах горного типа, имевших от 21 до 27 штатных передач. Примерное среднее передаточное число 2,2. Педали различные, как контактные, так и со свободной постановкой стопы. Количество груза на одном велосипеде примерно равное (около 30 кг), но вес велосипеда «Турист

ХВЗ» с предлагаемым велоприводом превышал на 75% вес велосипеда велопохода. (см. табл.1.)

Таблица 1
Сравнительные данные испытательного велопробега и велопохода IV категории сложности
Сравнительные данныеИспытаниеВелопоход
1Среднесуточная продолжительность езды, час.13,7 5
2 Среднесуточное расстояние, км 21379
3Средняя скорость движения, км/час15,615,5
4Среднее передаточное отношение3,42,2
5 Возможность использования различных передаточных отношениинетесть
5Средний возраст участников, года5734,1
7 Вес велосипеда (собственный), кг 2112
8Вес груза, кг 3030
9Климатические условия дожди, мороз -7°Савгуст
Таблица 2
Расчетные данные испытаний и велопохода
 Суточный пробег Соотношение данных, %
расстояние, кмВремя, час РасстояниеВремя
Испытание21313,7270274
Велопоход79 5100100

Вывод: Основные параметры движения, такие как расстояние и время, испытательного велопробега превысили эти же параметры велопохода в среднем на 172% только за счет рычажно-шатунного и ускорительного эффектов велопривода второго поколения.

Достижение практически одних и тех же параметров скорости движения также говорит в пользу испытанного велопривода, т.к. величина передаточного отношения, 3,4 (95 дюймов), применяется велосипедистами уровня сборной страны в гонках на треке. Для наглядного представления о полученном скоростном эффекте обратимся к примеру: механизм переключения передач велосипеда (в плане соотношения этих передач) аналогичен КПП грузового автомобиля КАМА3-2х5. Примененная единственная передача испытываемого велопривода 51:15 соответствует IV повышенной передаче автомобиля КАМАЗ, и соответственно 30 кг груза для велосипеда соответствует примерно 7 тоннам для КАМАЗа. Отсюда - сможет ли КАМАЗ передвигаться с этим грузом на IV повышенной единственной передаче, тем более со скоростью 50-60 км час, адекватной 15 км/час велосипедиста с грузом?

Лабораторные испытания рычажного макета предлагаемого велопривода.

Приводится для более полного раскрытия эффекта действия рычажно-шатунного механизма на примере скользяще-жесткой посадки рычагов рычажной пары на концах кареточного вала в отличии от конструкции испытанного в велопробеге велопривода второго поколения.

Образец рычажного механизма (см. фиг.14) представляет собой один комплект рычажной пары рычажно-шатунного механизма велопривода третьего поколения с прямой конфигурацией плеч, в котором педальное плечо 58 и шатунное плечо 59 установлены в ступице 60, со скользяще-жесткой посадкой на хвостовике кареточного вала 61. Шатун 62, жестко соединенный с шатунным плечом 59, передает крутящий момент на фланец кареточного вала 61. В конструкции рычажного механизма также предусмотрена возможность трансформации в одну половину классического велопривода, путем перестановки педального плеча 58 со ступицы 60 кареточного вала, на фланец кареточного вала 63 (диаметры ступицы и фланцев равны между собой).

Рычажный механизм испытывался в двух вариантах с различной оценкой.

Вариант №1: испытания при помощи динамометра

При условии равенства длин педального и шатунного плеч, равных по 178 мм, к педальному плечу подвешивается груз в 1,5 кг. На подвеске штатива крепится динамометр, выход пружины которого закрепляется на противоположном конце кареточного вала в основании его фланца.

Опыт проводился в варианте классического велопривода и предлагаемого велопривода. Результаты приведены в таблице №3.

Таблица 3
Виды велоприводаВес груза, кг Длина плечПоказания динамометра в кгУгол отклонения педального плеча, град
Велопривод «Классика» 1,51787,4 28
Предлагаемый велопривод1,5178 7,227

Опыт показывает, что при одном и том же усилии, приложенном к педальному плечу, в варианте предлагаемого велопривода величина момента крутящего, согласно показаниям динамометра и угла отклонения педального плеча уменьшились. Эти данные доказывают, что Мкр, переданный шатуном 24 (фиг.4) на кареточный вал рычажного механизма, уменьшился за счет увеличения плеча передачи усилия и, чтобы достичь показаний динамометра варианта «Классика», груз на педальном плече необходимо увеличить на 2,81%. В практике движения велосипеда произойдет обратное: при одном и том же сопротивлении качению, усилие на предлагаемом велоприводе потребуется меньшее, что подтверждают дорожные испытания велопривода второго поколения.

Для проведения второго варианта испытаний в конструкцию подвески рычажного комплекта были внесены изменения, которые заключались в следующем: рычажный комплект был установлен на кронштейне штатива в конусах со скользящей посадкой; опыт проводился без применения динамометра и груза, но на условиях установления равновесия рычажной системы в классическом варианте и определения изменения этого равновесия в варианте предлагаемого велопривода. Опыт проводился в двух состояниях систем: в статике, когда системы устанавливаются в нулевое (горизонтальное) положение и выходят из него самостоятельно; и в динамике, когда системы устанавливаются в возможно допустимое (по конструкции штатива) вертикальное положение и самостоятельно возвращаются в положение, соответствующее условиям равновесия каждой системы. Данные приведены в таблице №4

Таблица 4
Вид РМУгол отклонения педального плеча от горизонтали, град
СтатикаДинамика
РМ «Классика»00
РМ предлагаемый515

Опыт показывает, что при одном и том же сопротивлении качению в виде регулируемого плеча, установленного на кареточном фланце, педальное плечо 58 варианта предлагаемого РМ отклоняется от нулевой отметки так, как если бы его удлиняли или прикладывали дополнительное усилие. На основании приведенных опытов можно утверждать, что система увеличения выходного Мкр с помощью введения дополнительных плеч (шатунное плечо и шатун) передачи усилия действует во вращающихся системах рычагов, в которых точка приложения силы и ось вращения системы разнесены между собой.

1. Привод велосипеда, содержащий ведущий блок по меньшей мере с одной ведущей шестерней, с рычажно-шатунным и педальными механизмами, ведомый блок по меньшей мере с одной ведомой шестерней, соединенной с ведущей шестерней гибкой связью, и обгонную муфту, отличающийся тем, что венцы ведущих шестерней закреплены на периферийной части обгонной муфты, установленной в ведущем блоке шестерен на валу каретки, рычажно-шатунный механизм выполнен в виде пары рычагов, установленных на противоположных концах вала каретки с помощью скользяще-жесткой посадки, каждый из рычагов имеет педальное и шатунное плечи, при этом шатунное плечо рычага жестко соединено с шатуном, который передает момент крутящий, полученный от шатунного плеча, на вал каретки, а храповик обгонной муфты жестко связан с шатунами с возможностью приведения ими во вращение.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что педальное и шатунное плечи каждого рычага, изогнутые в плоскости перпендикулярной оси вала каретки, и образующих «бумерангообразные» профили.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что на педальном плече одного из рычагов и на шатунном плече другого рычага жестко установлены грузы.

4. Привод по п.1, отличающийся тем, что на оси втулки заднего колеса установлены по меньшей мере по одной опоре, расположенной по разные стороны от блока ведомых шестерен.

5. Привод по п.1, отличающийся тем, что педальный механизм состоит из педальной рамы, имеющей носковую часть для опоры передней части стопы и пяточную часть для опоры задней части стопы, при этом в носковой части педальной рамы в месте приложения усилия по оси большого пальца стопы, поперек продольной оси педальной рамы жестко закреплена носковая траверса, на конце которой поперек траверсы жестко закреплено носковое плечо двуплечего «бумерангообразного» рычага, конец пяточного плеча которого жестко соединен с пяточной полутраверсой, при этом в педальной раме, одним концом жестко установлена центральная полутраверса, которая другим своим концом опирается на внутренние подшипники шарнирного узла, на наружных подшипниках которого установлен упомянутый двуплечий «бумерангообразный» рычаг, плечи которого изогнуты в плоскости, перпендикулярной оси контакта шарнирного узла педального механизма с головкой педального плеча рычага рычажно-шатунного механизма.

6. Привод по п.5, отличающийся тем, что педальный механизм содержит устройство для закрепления обуви на педальной раме, которое состоит из пластины, закрепляемой на подошве обуви, фиксирующего устройства, расположенного в носковой части педальной рамы, для закрепления носковой части пластины с обувью, и фиксирующего устройства, расположенного в пяточной части педальной рамы, для закрепления пяточной части пластины с обувью.

7. Привод по п.6, отличающийся тем, что фиксирующее устройство для закрепления передней части пластины с обувью состоит из выполненных в передней части рамы педали пазов для вхождения в них соответствующих краевых участков упомянутой пластины, а фиксирующее устройство для закрепления пяточной части пластины с обувью состоит из установленных с возможностью проворота на оси рычагов-фиксаторов, имеющих конические выступы для вхождения в отверстия, выполненные в пяточной части упомянутой пластины с фиксированием пластины на педальной раме рукояткой эксцентрика.

8. Велосипед, содержащий раму с колесами, руль, привод заднего колеса, тормозную систему, отличающийся тем, что привод выполнен по любому из пп.1-7, при этом втулки каждого из колес снабжены двумя фланцами, которые с внешней стороны соединены спицами с ободом колеса, а с внутренней стороны жестко соединены со ступицами втулок колес.

9. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что спицы соединяют обод колеса с внешней окружностью фланцев и расположены по радиусу колеса, а внутренняя часть фланцев выполнена в виде лопастнообразных плоскостей, перемычки которых соединяют внешнюю и внутреннюю окружности фланцев между собой, а векторы сил, воспринимаемые перемычками, направлены по касательным к поверхности втулки колеса.

10. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что каждое колесо снабжено дисковыми тормозами, содержащими тормозные диски диаметром более 400 мм, установленных на внешних окружностях фланцев.

11. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере один тормозной диск своим обрезиненным торцом приводит во вращение по меньшей мере один генератор электроэнергии.

12. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что он снабжен щитком приборов, выполненным с возможностью индикации частоты вращения шестерен ведущего блока и педальных механизмов, прикладываемого усилия к педалям, включенной передачи, скорости движения, указателей поворота и физиологических параметров велосипедиста.

13. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем, установленным в районе руля.

14. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что он снабжен полуоткрытой кабиной аэродинамической формы.

15. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что в геометрию его рамы внесены изменения в связи с установкой педальных механизмов, дающих сложный рисунок педалирования и требующих передвижение седла и рулевой колонки с передней вилкой вперед на определенное расстояние для получения велосепидистом оптимального эффекта полного цикла педалирования.

16. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что для установки велопривода на имеющиеся у населения и производителей велосипеды без изменения геометрии рамы подседельный штырь выполнен изогнутым в сторону переднего колеса, а выносная рулевая колонка с передней вилкой закреплена в рулевой колонке рамы.

17. Велосипед по п.8, отличающийся тем, что он снабжен съемным буксировочным устройством, горизонтальная тяга которого центрируется на задней оси велосипеда, а диагональная тяга крепится за основание подседельного штыря велосипеда, при этом основное тяговое усилие проходит по нижней части вилки велосипеда.

18. Велосипед, содержащий раму с четырьмя колесами, состоящую из двух соединенных между собой частей, два руля, два привода колес, тормозную систему, отличающийся тем, что каждый из приводов колес выполнен по любому из пп.1-7, при этом части рамы расположены параллельно и шарнирно соединены между собой горизонтальными тягами.

19. Велосипед по п.18, отличающийся тем, что зубья храповиков обгонных муфт их приводов выполнены с возможностью двухстороннего действия для возможности передвижения задним ходом при вращении педалей назад.

20. Велосипед по п.18, отличающийся тем, что каждая часть рамы снабжена буксировочным устройством, на концах которого закреплены тягово-шаровые шарниры для установки горизонтальной тяги буксирного узла.

21. Велосипед по п.18, отличающийся тем, что части рамы шарнирно соединены между собой тремя горизонтальными тягами с возможностью работы в параллелепипедном и прямоугольном, принудительно фиксируемом режиме.

22. Велосипед по п.18, отличающийся тем, что рулевое управление и тормозная система выполнены с возможностью осуществления управления только одним из велосипедистов в зависимости от вида сторонности движения, принятого в стране использования велосипеда.

23. Прицеп велосипеда, содержащий раму с независимой подвеской колес и с горизонтально расположенными гидравлическими амортизаторами, и буксировочное устройство для присоединения к буксировочному устройству велосипеда, отличающийся тем, что буксировочное устройство прицепа содержит буксирный узел, выполненный с возможностью проворота и изменения угла наклона буксировочного устройства велосипеда относительно буксировочного устройства прицепа.

24. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что буксирный узел содержит два шарнира, один из которых выполнен в виде тягово-шаровых опор с возможностью изменения угла наклона велосипеда, а второй в виде карданного шарнира, который соединен с тяговым узлом прицепа, выполненного с возможностью автоматического привода тормозов при накате прицепа.

25. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что буксирный узел снабжен ручным стояночным тормозом.

26. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что его рама снабжена независимой подвеской колес.

27. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что подвеска колес снабжена горизонтально расположенными гидравлическими амортизаторами.

28. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что его рама выполнена в виде арочной конструкции, снабженной средством для подвешивания транспортируемого груза.

29. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что он снабжен грузовой гондолой.

30. Прицеп по п.23, отличающийся тем, что грузовая гондола выполнена с возможностью трансформации в кейс для перевозки велосипеда и прицепа.

31. Комплект, содержащий велосипед по п.8 или 18, прицеп по п.23, снабженный грузовой гондолой, которая выполнена с возможностью трансформации его в кейс для перевозки велосипеда и прицепа.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области часовой техники, к механическим часам, которые используются в особых ситуациях, когда недопустима или нежелательна остановка хода механических часов по причине неожиданного или нежелательного окончания завода пружинного двигателя часового механизма

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к режущим органам куттеров, и может быть использовано для тонкого измельчения мясного сырья

Техническое решение относится к самоходным транспортным средствам, прежде всего к вездеходам с рамой, и в частности к силовым конструктивным элементам их каркасов и кузовов, выполненных в основном из синтетических материалов, а также к расположению или монтажу их трансмиссий отличающихся устройством или расположением приводных валов.
Наверх