ПОЛНОПРИВОДНЫЙ ВЕЛОСИПЕД
ALL-WHEEL-DRIVE BIKE

Изобретение относится к полноприводным велосипедам, приводимым в действие движением ног велосипедиста, и позволяет с различной скоростью, раздельно или одновременно использовать либо только передний привод, либо передний и задний приводы.
Наличие полного привода позволяет двигаться на велосипеде как по дорогам, так и по бездорожью на умеренно пересеченной и горной местности.
Велосипеды, предназначенные для езды как по шоссейным дорогам, так и по пересеченной местности, известны (см. Интернет-ресурс. Энциклопедия «Кругосвет»): в конце 1980-х годов у любителей велосипедных прогулок и велосипедного туризма, а также у жителей пригородного пояса, ежедневно ездящих в город на работу, огромным успехом стал пользоваться велосипед, в котором объединены конструктивные особенности горного и туристского велосипеда. Такой велосипед смешанного типа имеет, как правило, опущенный или нормальный руль и имеет до 21 передачи: три ведущих и 7 ведомых звездочек. Велосипед смешанного типа многие считают идеальным велосипедом общего назначения для езды как по дорогам, так и по бездорожью (на умеренно пересеченной местности), поскольку он, подобно горному велосипеду, хорошо управляем на влажной почве и галечном грунте, имеет малую массу и легок на ходу при езде по шоссе. Иногда подобные велосипеды называют городскими или пригородными.
Известны дорожные велосипеды. Универсальные дорожные велосипеды обычно имеют одну, три или пять передач. Их масса часто превышает 14 кг, рама длинная с удлиненными изогнутыми концами перьев передней вилки (для смягчения ударов колеса о неровности дороги), руль приподнятый или нормальный, долговечные клинчерные шины, нередко предусматриваются щиток цепи и тормозная втулка заднего колеса со свободным ходом. Седло обычно широкое, пружинное, мягкое с кожаным или виниловым чехлом. Дорожные велосипеды, как правило, недороги, достаточно комфортны для поездок на небольшие расстояния и не требуют особого ухода. Они используются в городах как транспортное средство для доставки небольших количеств разных товаров (от продуктов питания до газет) и как средство передвижения. В первой половине 20 века дорожные велосипеды применялись в военных действиях. Во многих городах и пригородных зонах Европы и США велосипед является транспортным средством для патрульного полицейского.
В 1990-х годах появились велосипеды для туризма с более свободной позой велосипедиста. Велосипедист сидит прямо на сидении со спинкой, а его ноги вытянуты вниз-вперед, к педалям. Благодаря заднему упору для нижней части корпуса седока более эффективно используется сила мышц бедер. Кроме того, у таких велосипедов ниже располагается центр тяжести.
Повышенной маневренностью в сложных дорожных условиях, например в загруженном городском транспортном потоке или на пересеченной местности, обладают велосипеды с разъемной рамой, позволяющей выполнять различные маневры и повороты.
Например, известно транспортное средство по патенту РФ№2049013 [1], в котором приложение крутящего момента к переднему ведущему колесу осуществляется при возвратно-вращательном движении рулевого кронштейна, выполненного в виде двуплечего рычага. Вращение двуплечего рычага посредством двух автономных передач, имеющих звездочки и обгонные муфты, преобразуется во вращение переднего ведущего колеса в одном направлении. При этом воздействие на двуплечий рычаг осуществляется одновременным участием обеих рук и обеих ног велосипедиста.
Транспортное средство содержит раму, выполненную в виде передней и задней полурам, рулевой кронштейн в виде двуплечего рычага с нижним и верхним плечами, установленного на передней полураме с возможностью вращения вокруг поперечной горизонтальной оси, ножные педали, сиденье со спинкой, размещенное на задней полураме, задние ведомые колеса и установленные на задней полураме переднее ведущее колесо и привод переднего ведущего колеса. Привод переднего ведущего колеса содержит правую и левую передачи. Поворот транспортного средства осуществляется приложением поворачивающего момента с помощью обеих рук к рулевому кронштейну. При этом передняя и задняя полурамы поворачиваются относительно друг друга на поворотном шкворне на некоторый угол.
Недостатком указанного транспортного средства является наличие двух задних колес, что делает транспортное средство устойчивым, но не позволяющим использовать его в сложных дорожных условиях, например в загруженном городском транспортном потоке или на пересеченной местности.
Наличие укороченной колесной базы (расстояние между осями) велосипеда также повышает его маневренность.
Известны велосипеды с укороченной базой, например мини-велосипед по патенту РФ№2224679 [2], содержащий раму с головной трубой, вилкой заднего колеса и стойками, каретку цепного привода с кривошипами, педалями и ведущей звездочкой, расположенную спереди от головной трубы, переднее колесо с вилкой и стержнем, руль со стержнем, заднее колесо со звездочкой и муфтой свободного хода, седло со спинкой, закрепленное с возможностью регулирования, элементы складывания. Рама содержит кронштейн каретки и трубу, связанные с головной трубой, каретка размещена над передним колесом, труба связана с вилкой и стойками заднего колеса посредством шарнирного разъема, седло со спинкой на кронштейне установлено на раме посредством замка, стержня, подседельной шарнирной стойки и подкоса с подвижным упором. Стержень руля связан со стержнем вилки переднего колеса через шарнирный разъем и с кареткой через подкос с подшипником, а также снабжен натяжным механизмом ведомой ветви цепи и переключателем передач для блока звездочек заднего колеса.
Однако выполнение горизонтальной трубы рамы, несущей основную нагрузку, разъемной уменьшает жесткость конструкции, а вынос вперед каретки с педалями уменьшает жесткость конструкции и вызывает повышенную нагрузку на переднее колесо, все это не позволяет эффективно использовать известный мини-велосипед в условиях горной и пересеченной местности, а лишь в комфортных городских условиях на трассе с хорошим покрытием.
Для условий горной и пересеченной местности наиболее эффективными являются полноприводные велосипеды.
Из источников патентной информации полноприводные велосипеды известны.
Все они имеют заднее колесо с ножным педально-цепным приводом и переднее колесо с ручным рычажно-цепным или цепным приводом (например, описанные в патентах на изобретения: DE 19632519, DE 4132794, FR 2624087, FR 265168, в патенте на полезную модель DE 8503367 и пр.).
Известен также велосипед с двумя независимыми приводами на одну тяговую цепь (авт. св. N 1643306, В62М 1/20, опублик. 23.04.91). Велосипед имеет дополнительную вилку с зафиксированным в ней рулем и возможностью качания на ножках передней вилки перед рамой велосипеда. Дополнительная вилка связана с тросом через обгонный механизм с тяговой цепью заднего колеса [3]. Недостатком велосипеда является сложность управления велосипедом, необходимость приложения больших усилий при маневре (повороте), при движении на подъеме и сложных дорожных условиях.
Известен полноприводный велосипед по патенту РФ №2097249 [4], включающий раму, седло, заднее колесо с ножным педально-цепным приводом, переднее колесо с ручным рычажно-цепным приводом, рулевую вилку, механизм привода переднего колеса, установленный на вынесенную от оси вращения рулевую вилку, качающиеся рулевые рычаги. Привод на переднее колесо полноприводного велосипеда осуществляется выполнением руками велосипедиста возвратно-поступательных движений тянуще-толкающего характера, прикладываемых на рукоятки двух асинхронно качающихся рулевых рычагов. Недостатком велосипеда является сложность конструкции, а также сложность управления велосипедом, невысокая маневренность в сложных дорожных условиях.
По совокупности существенных признаков указанное техническое решение по патенту РФ №2097249 принято за прототип.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание маневренного полноприводного велосипеда с укороченной базой, пригодного для езды на подъеме и сложных дорожных условиях (пересеченная местность, бездорожье и пр.) за счет возможности передвижения как с передним приводом, так с передним и задним приводами одновременно.
Указанный результат достигается за счет того, что в заявляемом полноприводном велосипеде, содержащем раму, седло, руль, переднее и заднее колеса, механизм переключения передач, механизм привода переднего колеса, механизм привода заднего колеса, передний привод выполнен педально-цепным, с осью вращения, совмещенной с осью переднего колеса, при этом цепная передача переднего привода связана с раздаточной втулкой, установленной в верхней части вилки переднего колеса, при этом задний привод выполнен цепным, а связь между раздаточной втулкой и механизмом заднего привода выполнена виде шарнирного механизма, при этом шарнирный механизм одной своей частью, связанной с вилкой, через цепную передачу связан с раздаточной втулкой, а другой своей частью, связанной с рамой, через другую цепную передачу связан с задним колесом.
При этом педально-цепной механизм содержит многоскоростную цепную систему передач.
При этом механизм включения заднего привода содержит переключатель, взаимодействующий с рабочей и паразитной звездочками, установленными на корпусе раздаточной втулки и связанными цепной передачей с шарнирным механизмом.
При этом шарнирный механизм выполнен в виде карданного механизма.
При этом седло дополнительно снабжено спинкой и выполнено с возможностью перемещения и фиксирования в зависимости от роста велосипедиста.
Дополнительный задний привод заявляемого велосипеда позволяет велосипедисту работать более эффективно, особенно при подъеме в гору, при этом велосипедист упирается руками в руль, что невозможно при качающемся руле, как у прототипа.
Заявляемый велосипед выполнен с укороченной базой за счет привода на переднее колесо, при этом заднее колесо получается опорным. Минимальный радиус поворота заявляемого велосипеда - от 1,3 м.
Благодаря переднему приводу возможна посадка с прямой спиной, что дает хороший обзор, а также делает возможным более свободную позу велосипедиста. Велосипедист сидит прямо на сидении со спинкой, а его ноги вытянуты вниз-вперед, к педалям. Благодаря заднему упору для нижней части корпуса седока более эффективно используется сила мышц бедер, велосипедист может более эффективно работать ногами в тяжелых условиях. Кроме того, у таких велосипедов ниже располагается центр тяжести, сиденье получается ниже, чем у обычного велосипеда. При остановке ноги достают до земли, что позволяет стоять, не вставая с сиденья, и выполнять задний ход ногами, быстро стартовать и, приподняв велосипед, разворачиваться на месте.
На фиг.1 изображена общая схема заявляемого полноприводного велосипеда; на фиг.2 - кинематическая схема полноприводного велосипеда; на фиг.3 - фото полноприводного велосипеда.
Полноприводный велосипед содержит раму 1, колеса: переднее 2 с вилкой 10 и кронштейном 12, и заднее 3; руль 4 с рычагами переключения передач и привода (не показаны), расположенных на руле велосипеда, седло 5, которое может быть выполнено со спинкой, а также с возможностью перемещения и фиксирования в зависимости от роста и желаемой посадки велосипедиста; шарнирный механизм 13, размещенный в верхней части штока 22 выноса руля велосипеда; педально-цепной механизм, содержащий опорные подшипники 15 в нижней части вилки 10, цепной привод 8 с кривошипами, шатуны 16 с педалями и ведущей звездочкой 17 и с осью 7 вращения, совмещенной с осью переднего колеса 2, привод переднего колеса, привод заднего колеса, механизм включения заднего привода и механизм переключения передач.
Механизм привода переднего колеса выполнен следующим образом.
Ось переднего колеса 2 совмещена с осью 7 вращения педально-цепного механизма 6. На оси установлена ведущая звездочка 17 педально-цепного механизма, соединенная цепной передачей 8 с ведомой звездочкой 18, связанной с раздаточной втулкой 9 через храповой механизм (не показано).
На раздаточной втулке 9 установлена ведущая звездочка 19 привода переднего колеса, связанная цепной передачей 14 с ведомой звездочкой 20 привода переднего колеса.
Раздаточная втулка 9 установлена с возможностью вращения на кронштейне 12 в верхней части вилки 10 переднего колеса 2 и служит для передачи усилия на переднее колесо 2 или на оба колеса 2 и 3 одновременно.
Педально-цепной механизм известен, он содержит многоскоростную цепную систему передач. Система передач состоит из набора ведущих 17 и ведомых 18 звездочек, цепи 14, переднего и заднего переключателей (не показано), рукояток переключения (манеток) (не показано), приводных тросиков (не показано), шатунов 16 с педалями.
Число ведущих звездочек 17 может быть равно, по крайней мере, 2-м, а оптимально - 3-м ведущим звездочкам, а ведомая звездочка 18 может иметь набор от 1 до 10 звездочек, что позволяет получить до 30 передач. Многоскоростная система передач позволяет подобрать нужное передаточное число в зависимости от условий езды и тем самым оптимизировать усилия велосипедиста в зависимости от профиля дороги.
Известный механизм переключения передач параллелограммного типа размещен в верхней части вилки.
Механизм привода заднего колеса выполнен следующим образом.
Раздаточная втулка 9 через цепную передачу 21 связана с шарнирным механизмом 13, расположенным на штоке 22 выноса руля, таким образом, что ось вращения штока совпадает с точкой излома шарнира. Опорой вращения шарнира 13 являются четыре подшипника 32, два из которых крепятся в обойме, расположенной в штоке выноса руля, а два других подшипника закреплены в кронштейне, связанном с рамой велосипеда. Таким образом, одна часть 23 шарнирного механизма связана с вилкой, а другая - 24, расположенная на кронштейне, - с рамой велосипеда. Таким образом решена задача возможности передачи вращательного момента от раздаточной втулки 9, расположенной на поворачивающейся вилке 10, к заднему колесу 3, расположенному на неподвижной раме 1.
Шарнирный механизм может быть выполнен в виде карданного механизма.
Рабочая звездочка 25 раздаточной втулки 9 через цепную передачу 21 связана с шарнирным механизмом 13 посредством звездочки 26, расположенной на оси шарнирного механизма.
На оси шарнирного механизма 13 закреплена звездочка 27, связанная посредством цепной передачи 29 с ведомой звездочкой 28 заднего колеса 3.
Механизм переключения привода содержит выключатель 30, взаимодействующий с рабочей 25 и паразитной 31 звездочками шарнирного механизма, установленными на оси раздаточной втулки 9. Паразитная звездочка 31 не связана с раздаточной втулкой 9 и установлена на подшипнике (не показано) с возможностью свободного вращения.
Велосипед приводится в действие следующим образом.
Педально-цепной механизм 6 приводит в движение ведущую звездочку 17, через цепной привод 14 вращает ведомую звездочку 18 и раздаточную втулку 9 с установленными на ней звездочкой 19 привода переднего колеса и звездочкой 25. Звездочка 19 посредством цепной передачи 8 вращает звездочку 20 переднего колеса 2.
Передний привод работает постоянно.
При не работающем заднем приводе цепной привод шарнирного механизма переключен на паразитную звездочку 31 переключателем 30.
При необходимости задний привод включается следующим образом.
От манетки, расположенной на руле, переключатель 30 перебрасывает цепь 21 на рабочую звездочку 25. Рабочая звездочка 25 через цепную передачу 21 вращает часть 23 шарнирного механизма 13 посредством звездочки 26, закрепленной на оси шарнирного механизма, приводя во вращение часть 24 шарнирного механизма и, соответственно, звездочку 27, закрепленную на оси шарнирного механизма 13. Звездочка 27 вращает цепной привод 29 заднего колеса 3, который приводит во вращение ведомую звездочку 28 заднего колеса 3.
Переключение передач осуществляется манетками переключения передач (не показаны), установленными на руле.
Полноприводный велосипед снабжен тормозной системой, например известным рычажно-клещевым тормозом.
Заявляемый полноприводный велосипед позволяет с различной скоростью передвигаться как по дорогам, так и по бездорожью, на умеренно пересеченной и горной местности. Изготовлен опытный образец полноприводного велосипеда (фиг.3), который показал хорошие эксплуатационные качества. Проведены испытания - более 2000 км, велосипед преодолевал горные подъемы до 17%, бездорожье (пахотная землю), по шоссе скорость на переднем приводе 30-35 км/ч - все это на стандартной, неширокой резине. Максимальный зафиксированный однодневный пробег - 231 км за 9,5 часов.
Заявляемый полноприводный велосипед не имеет специальных узлов, требующих высокотехнологичной обработки. Наличие цепных передач не требует точной подгонки различных узлов друг к другу.
Вес опытного образца - 17 кг, вес дорожного велосипеда 18 кг.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2049013 «Транспортное средство», опубликовано 1995.11.27.
2. Патент РФ №2224679 «Мини-велосипед Привалова», опубликовано 2004.02.27.
3. Авторское свидетельство. N 1643306 «Велосипед с двумя независимыми приводами на одну тяговую цепь», опубликовано 23.04.1991.
4. Патент РФ №2097249 «Полноприводный велосипед», опубликовано 1997.11.27 (наиболее близкий аналог).