ДВУХКОЛЕСНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С АМОРТИЗИРОВАННОЙ ЗАДНЕЙ ПОДВЕСКОЙ
TWO-WHEEL TRANSPORT FACILITY WITH SHOCK-MOUNTED SUSPENSION

Изобретение относится к двухколесным транспортным средствам (т.е. бициклам), преимущественно с мускульным приводом (т.е. велосипедам), предназначенным для движения по городу и по неровным дорогам.
При использовании велосипеда в условиях города, в котором нет велодорожек и пандусов, приходится часто прерывать нормальный режим движения и становиться на ноги. В таких условиях эксплуатации преимущество получают двухколесные велосипеды, у которых седло расположено достаточно низко - рикамбенты (лигерады).
Одна из наиболее ранних конструкций подобного велосипеда известна по патенту [US 690.733] от 1902 года. Велосипед содержит жесткую раму и седло со спинкой. Педальная каретка расположена далеко впереди седла. Заднее колесо приводится в движение с помощью цепной передачи. Переднее колесо, меньшего диаметра, чем заднее, закреплено на поворотной вилке. Руль - «передний», но приближен к седлу за счет того, что установлен на отдельной оси и связан с вилкой переднего колеса цепной передачей.
Основной недостаток данной конструкции - полное отсутствие амортизации. Другой недостаток связан с тем, что при «полулежащем» положении велосипедиста, опирающегося на спинку, «передний» руль для удобства управления должен находиться достаточно высоко и близко к седлу, т.е. занимать пространство впереди велосипедиста. Это, с одной стороны, утяжеляет конструкцию, а с другой - представляет некоторое неудобство при посадке на велосипед, и в особенности, при «экстренном спешивании».
Известны, например [US 3.834.734, US 4.527.811, US 4.878.684, DE 3.405.790 (A1), WO 81/01821, WO 86/05154], конструкции велосипедов, отличающиеся от предыдущей тем, что ось руля, связанного с передней вилкой передаточным механизмом, расположена не впереди седла, а под ним - «нижний руль».
Достоинства такой схемы, по сравнению с предыдущей, состоят в том, что при «нижнем» расположении руль не мешает посадке-высадке и существует возможность частично разгрузить позвоночник от толчков за счет опоры на руки. Однако главный недостаток, связанный с отсутствием амортизатора, сохраняется.
Известны велосипеды, в том числе полулежащего типа (со спинкой), имеющие амортизацию задней подвески [US 6.189.908 (B1), US 6.585.278 (B1), US 6.695.335 (B1), US 7.234.718 (В1), СА 2.628.447 (А1), DE 20.2008.004.907 (U1), EP 0.870.672 (А1) и др.].
В качестве прототипа принято двухколесное транспортное средство [US 470.317]. Оно содержит раму, седло, переднее колесо, установленное на поворотной передней вилке, руль, закрепленный непосредственно на передней вилке, заднее колесо, а также амортизированную подвеску заднего колеса. Эта подвеска включает маятниковую вилку заднего колеса, шарнирно закрепленную относительно рамы, и амортизатор, связывающий маятниковую вилку с рамой, причем ось амортизатора расположена вертикально и находится под седлом. Основными элементами амортизатора являются пружина сжатия и центральный шток, связанный с маятниковой вилкой.
Достоинство подобного двухколесного транспортного средства (бицикла) состоит в наличии амортизированной подвески. Однако при достаточно низком расположении седла, характерном для рикамбентов, проявляются следующие недостатки:
- Занятое пространство впереди велосипедиста представляет препятствие при «экстренном спешивании».
- Поскольку и ноги и руки велосипедиста впереди, то на неровной дороге все толчки, хотя и ослабленные амортизатором, воспринимаются позвоночником.
- Эффективный амортизатор, помимо пружины, должен содержать гидравлическое или пневматическое гасящее устройство, которое увеличивает общую стоимость и снижает общую надежность велосипеда.
Для устранения указанных недостатков в двухколесном транспортном средстве (бицикле) с амортизированной задней подвеской, содержащем раму, седло, переднее колесо, закрепленное на поворотной передней вилке, руль, заднее колесо, подвеска которого включает маятниковую вилку, шарнирно закрепленную относительно рамы и связанную с ней пружинным амортизатором, связанный с этой вилкой шток, который расположен вертикально и находится под седлом, руль установлен на вертикальном штоке с возможностью поворота относительно его оси и связан с передней вилкой передаточным механизмом. При этом вертикальное усилие со стороны рук передается непосредственно на маятниковую вилку, минуя амортизирующую пружину.
Как и другие бициклы с «нижним» расположением руля, предлагаемая конструкция обеспечивает удобную посадку-высадку и позволяет часть нагрузки с позвоночника переносить на руки. Как и другие транспортные средства с амортизированной задней подвеской, данная конструкция защищает человека, в особенности его позвоночник, от резких толчков на неровной дороге. Сверхсуммарный эффект возникает в результате того, что руки, опирающиеся на маятниковую вилку минуя пружину, успешно выполняют функцию гасителя колебаний упругой подвески. Это позволяет не только «сэкономить» на гидравлическом или пневматическом амортизаторе, но также максимально увеличить ход подвески и дополнительно улучшить ее характеристики за счет подключения рефлексов человеческого организма. Руки, первыми «ощущающие» толчок, машинально увеличивают сопротивление этому толчку.
Руль выполнен состоящим из двух наклонных труб, сходящихся в своей нижней части, соединенных горизонтальной перекладиной в средней части, а в верхней - заканчивающихся рукоятками, расположенными горизонтально на уровне седла. В нижней, сходящейся части руля и в середине горизонтальной перекладины закреплены втулки с отверстиями, предназначенными для взаимодействия со штоком. «Треугольная» форма руля обеспечивает его необходимую прочность, а расположение рукояток - максимальное удобство.
Для увеличения «поперечной» жесткости системы: маятниковая вилка-рама, шток связан с маятниковой вилкой шарниром, имеющим ось, параллельную оси шарнира между маятниковой вилкой и рамой, и взаимодействует с направляющими элементами, закрепленными на раме, препятствующими повороту штока в плоскости, перпендикулярной направлению движения транспортного средства. В простейшем случае такой направляющий элемент выполнен в виде закрепленной на раме направляющей втулки с охватывающим шток цилиндрическим отверстием. Причем ось этого отверстия перпендикулярна плоскости, проходящей через оси шарниров, образуемых маятниковой вилкой с рамой и штоком в среднем положении маятниковой вилки.
Рациональным, с точки зрения компактности и снижения веса, является конструктивное решение, в котором амортизирующая пружина надета на шток. Ее нижний торец через разделительную втулку опирается на кольцевой выступ штока, а верхний торец - на направляющую втулку, связанную с рамой и охватывающую шток. Нижняя втулка руля взаимодействует с разделительной втулкой через радиально-упорный подшипник. Верхняя втулка руля, закрепленная на перекладине, охватывает шток в его части, расположенной выше направляющей втулки, закрепленной на раме.
В другом конструктивном варианте, обеспечивающем наиболее низкое расположение седла, ось штока, несущего руль, жестко зафиксирована на маятниковой вилке, а амортизатор, связывающий маятниковую вилку с рамой, находится впереди штока.
Примеры реализации изобретения иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показано предлагаемое транспортное средство (велосипед), вид сбоку, на фиг.2 - тот же велосипед, вид сверху, на фиг.3 - передняя поворотная вилка, на фиг.4 - задняя маятниковая вилка, на фиг.5 - руль на вертикальном штоке. На фиг.6 показан другой конструктивный вариант предлагаемого транспортного средства.
Велосипед, изображенный на фиг.1-5, содержит раму 1, седло 2 со спинкой 3, переднее колесо 4, закрепленное на поворотной передней вилке 5, руль 6, заднее ведущее колесо 7, подвеска которого включает маятниковую вилку 8, шарнирно закрепленную относительно рамы и связанную с ней пружинным амортизатором 9. Связанный с этой вилкой шток 10 расположен вертикально и находится под седлом. Руль 6 установлен на вертикальном штоке 10 с возможностью поворота относительно его оси и связан с передней вилкой 5 передаточным механизмом, который в данном случае включает две горизонтальные тяги 11. При этом вертикальное усилие со стороны рук через руль 6 и шток 10 передается непосредственно на маятниковую вилку 8, минуя амортизирующую пружину 9.
Руль 6 (см. фиг.5) выполнен состоящим из двух наклонных труб 12, сходящихся в своей нижней части, соединенных горизонтальной перекладиной 13 в средней части, а в верхней - заканчивающихся рукоятками 14, расположенными горизонтально на уровне седла 2. В нижней, сходящейся части руля закреплена нижняя втулка 15, а в середине горизонтальной перекладины 13 - верхняя втулка 16, имеющие отверстия, предназначенные для взаимодействия со штоком 10. «Треугольная» форма руля 6 обеспечивает его необходимую прочность, а расположение рукояток 14 на уровне седла 2 - максимальное удобство.
Для увеличения «поперечной» жесткости системы: маятниковая вилка 8 - рама 1, шток 10 связан с маятниковой вилкой 8 шарниром 17, имеющим ось, параллельную оси шарнира 18 между маятниковой вилкой и рамой, и взаимодействует с направляющей втулкой 19, жестко закрепленной на раме 1. Такая конструкция является работоспособной при условии, что ось отверстия втулки 19 (и продольная геометрическая ось штока 10) в среднем положении маятниковой вилки 8 перпендикулярна плоскости, содержащей оси шарниров 18 и 17.
Амортизирующая пружина 9 надета на шток 10. Ее нижний торец через разделительную втулку 20 опирается на кольцевой выступ 21 штока 10, а верхний торец - на направляющую втулку 19, связанную с рамой 1 и охватывающую шток 10. Нижняя втулка 15 руля взаимодействует с разделительной втулкой 20 через радиально-упорный подшипник 22. Верхняя втулка руля 16, закрепленная на перекладине 13, охватывает шток 10 в его части, расположенной выше направляющей втулки 19, закрепленной на раме 1. На чертеже (фиг.1) также показаны: телескопическое устройство 23 удлинения рамы 1, откидной багажник 24, передний отражатель 25.
Транспортное средство, изображенное на фиг.1-5, приводится в движение за счет мускульной силы человека с помощью педального привода, содержащего кривошип 26, цепь 27 ведущую 28 и ведомую 29 звездочки. Однако предлагаемая конструкция амортизированной задней подвески может использоваться и в сочетании с другими видами привода, в частности, в легком мотоцикле.
Система работает следующим образом. При движении по гладкой дороге велосипедист легко придерживает руль 6 (можно одной рукой). Толчки от мелких неровностей дороги, одиночные или происходящие с высокой частотой (например, щебенка), успешно воспринимает пружина 9. На глубоких выбоинах и волнообразных неровностях человек должен перенести часть своего веса на руки. Это, во-первых, непосредственно снижает нагрузку на седалищные бугры и позвоночник, а во-вторых, практически мгновенно гасит колебания амортизирующей системы. При этом толчки, передающиеся на руки со стороны дороги, не являются абсолютно жесткими, так как шток 10 находится не на оси заднего колеса, а смещен вперед и имеет некоторый вертикальный ход вместе с маятниковой рамой, хотя и гораздо меньший, чем седло.
В другом конструктивном варианте, показанном на фиг.6, относящемся к транспортным средствам с наиболее низким расположением седла 2, геометрическая ось штока 10, несущего руль 6, зафиксирована на маятниковой вилке 8, а амортизатор 9, связывающий маятниковую вилку 8 с рамой 1, находится впереди штока 10. В этой конструкции дополнительная «поперечная» жесткость системы обеспечивается не штоком 10, а усиленным шарниром 18, связывающим маятниковую вилку 8 с рамой 1. Амортизирующая система работает аналогично предыдущей.
Предлагаемое двухколесное транспортное средство более удобно, чем обычный дорожный велосипед при движении по городу. На нем удобно остановиться и продолжить движение, так как для этого достаточно поставить на землю ноги (или одну ногу). С бордюрного камня необязательно прыгать, а можно «сползти», опираясь на ноги, оставаясь в седле. При встрече с крупным препятствием человеку не угрожает находящийся впереди руль. Легкое «спешивание» во многих случаях помогает избежать падения. Полугоризонтальное положение тела более благоприятно для грудной клетки и органов малого таза. От существующих же рикамбентов предлагаемая конструкция отличается значительно лучшей амортизацией, что делает возможным ее применение на неровных дорогах и даже на пересеченной местности. Перспективным представляется также использование предлагаемого устройства в легких мотоциклах, и транспортных средствах с электроприводом.