ВЕЛОСИПЕД (ВАРИАНТЫ)
BICYCLE (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к наземным транспортным средствам, приводимым в движение мускульной силой человека, в частности к велосипедам.
Уровень техники
Из уровня техники известно большое количество велосипедов, предназначенных для различных условий эксплуатации.
Из уровня техники известен велосипед, содержащий раму, основное переднее колесо, заднее колесо, средства крепления колес, привод вращения заднего колеса, седло, руль (патент RU 2264945 С1, класс МПК В62К 15/00, опубликован 27.11.2005). Данный велосипед обеспечивает широкие возможности по регулировке.
В качестве наиболее близкого аналога выбран велосипед, содержащий раму, основное переднее колесо, заднее колесо, средства крепления колес, привод вращения заднего колеса, седло, руль (патент RU 2379211 С1, класс МПК В62К 3/00, опубликован 20.01.2010). Данный известный велосипед выполнен полноприводным и предназначен для эксплуатации в горной местности и местности со сложным рельефом. Данный велосипед обладает повышенной проходимостью. Недостатком является сложность конструкции, высокая стоимость в изготовлении и эксплуатации.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание велосипеда, обладающего повышенной плавностью хода и устойчивостью в движении в сложных дорожных условиях.
В ходе решение данной задачи обеспечивается достижение следующей совокупности технических результатов: повышается устойчивость движения по горным дорогам, неровной местности и каменистым трассам; улучшение сцепления с дорогой; повышение плавности хода; повышение надежности в эксплуатации велосипеда.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что велосипед содержит раму, основное переднее колесо, заднее колесо, средства крепления колес, привод вращения заднего колеса, седло, руль, параллельно основному переднему колесу в дополнительном средстве крепления установлено дополнительное переднее колесо, диметр которого составляет от 0,7 до 0,9 диаметра основного переднего колеса, ось вращения дополнительного переднего колеса, нагруженного только собственным весом, расположена ниже оси вращения основного переднего колеса, нагруженного только собственным весом, так что нижние точки основного переднего колеса и дополнительного переднего колеса находятся на одном уровне, расстояние между основным передним колесом и дополнительным передним колесом составляет от 0,1 до 0,2 диаметра основного переднего колеса, оба передних колеса установлены с пружинными амортизаторами, жесткость на сжатие амортизатора дополнительного переднего колеса составляет величину от 0,6 до 0,9 жесткости амортизатора основного переднего колеса.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что велосипед содержит раму, основное переднее колесо, заднее колесо, средства крепления колес, привод вращения заднего колеса, седло, руль, параллельно основному переднему колесу в дополнительном средстве крепления установлено дополнительное переднее колесо, диметр которого составляет от 0,7 до 0,9 диаметра основного переднего колеса, ось вращения дополнительного переднего колеса, нагруженного только собственным весом, расположена ниже оси вращения основного переднего колеса, нагруженного только собственным весом, так, что нижние точки основного переднего колеса и дополнительного переднего колеса находятся на одном уровне, расстояние между основным передним колесом и дополнительным передним колесом составляет от 0,1 до 0,2 диаметра основного переднего колеса, оба передних колеса установлены с пружинными амортизаторами, жесткость на сжатие амортизатора дополнительного переднего колеса составляет величину от 0,6 до 0,9 жесткости амортизатора основного переднего колеса, основное и дополнительное передние колеса, а также их средства крепления расположены симметрично по обе стороны рамы велосипеда.
Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что велосипед содержит раму, основное переднее колесо, заднее колесо, средства крепления колес, привод вращения заднего колеса, седло, руль, параллельно основному переднему колесу в дополнительном средстве крепления установлено дополнительное переднее колесо, диметр которого составляет от 0,7 до 0,9 диаметра основного переднего колеса, ось вращения дополнительного переднего колеса, нагруженного только собственным весом, расположена ниже оси вращения основного переднего колеса, нагруженного только собственным весом, так, что нижние точки основного переднего колеса и дополнительного переднего колеса находятся на одном уровне, расстояние между основным передним колесом и дополнительным передним колесом составляет от 0,1 до 0,2 диаметра основного переднего колеса, оба передних колеса установлены с пружинными амортизаторами, жесткость на сжатие амортизатора дополнительного переднего колеса составляет величину от 0,6 до 0,9 жесткости амортизатора основного переднего колеса, основное переднее колесо расположено в одной плоскости с рамой велосипеда, а дополнительное переднее колесо расположено сбоку от рамы.
Отличием данного изобретения является наличие второго переднего колеса, параллельного основному переднему колесу.
Технические результаты достигаются также тем, что дополнительное средство крепления дополнительного переднего колеса выполнено с возможностью снятия.
Технические результаты достигаются также тем, что амортизаторы передних колес выполнены с регулируемой жесткостью.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан общий вид компоновки велосипеда.
На фиг.2 показан вид спереди при расположении дополнительного переднего колеса сбоку от рамы велосипеда.
На фиг.3 показан вид спереди при симметричном расположении дополнительного переднего колеса и основного переднего колеса.
На фиг.4 показана схема расположения колес при наклоне велосипеда в движении.
Осуществление изобретения
Велосипед имеет традиционную компоновку основных элементов. Велосипед содержит раму 1, основное переднее колесо 2, заднее колесо 3, средства 4 и 5 крепления переднего и заднего колес соответственно, привод 6 вращения заднего колеса, седло 7, руль 8. Данные элементы могут быть выполнены любым известным способом. Параллельно основному переднему колесу 2 в дополнительном средстве крепления 9 установлено дополнительное переднее колесо 10, диаметр d которого составляет от 0,7 до 0,9 диаметра D основного переднего колеса 2. В качестве средств крепления колес могут использоваться вилки, применяемые в большинстве велосипедов.
Ось вращения дополнительного переднего колеса 10, нагруженного только собственным весом, расположена ниже оси вращения основного переднего колеса 2, нагруженного только собственным весом. Расстояние между осями выбрано таким образом, чтобы нижняя точка А основного переднего колеса 2 и нижняя точка Б дополнительного переднего колеса 10 находились на одном уровне. Таким образом, в свободном состоянии колес (свободное состояние колес имеет место, когда на них не действует никакая нагрузка, кроме собственного веса, например, когда велосипед подвешен в горизонтальном положении за раму) между осями вращения основного переднего колеса 2 и дополнительного переднего колеса 10 имеется расстояние Δ от 0,05 до 0,15 диаметра D основного переднего колеса 2.
Расстояние L между основным передним колесом 2 и дополнительным передним колесом 10 составляет от 0,1 до 0,2 диаметра основного переднего колеса 2. Расстояние L измеряется между точками А и Б (см. фиг.2).
Оба передних колеса 2 и 10 установлены с пружинными амортизаторами 11 и 12 соответственно. Жесткость на сжатие амортизатора 12 дополнительного переднего колеса 10 составляет величину от 0,6 до 0,9 жесткости амортизатора 11 основного переднего колеса 2.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения основное 2 и дополнительное 10 передние колеса, а также их средства крепления 4 и 9 расположены симметрично по обе стороны рамы 1 велосипеда. Такой вариант выполнения показан на фиг.2.
Согласно одному из вариантов изобретения основное переднее колесо 2 расположено в одной плоскости с рамой 1 велосипеда, а дополнительное переднее колесо 10 расположено сбоку от рамы 1. Такой вариант показан на фиг.3.
Дополнительное средство 9 крепления дополнительного переднего колеса 2 может быть выполнено с возможностью снятия, т.е. отделения от рамы 1.
Амортизаторы 11 и 12 передних колес могут быть выполнены с регулируемой жесткостью.
Устройство работает следующим образом.
В условиях горной местности, дорог с дефектами (выбоины, ямы), при наличии препятствий для передвижения в виде камней и т.д. главной задачей является обеспечение устойчивости велосипеда (особенно на малых скоростях) и комфорта седока. Скоростные характеристики не являются доминирующими в этих условиях.
В эксплуатации велосипед не отличается от большинства известных велосипедов. Мускульное усилие седока передается на движитель, которым является заднее колесо велосипеда. Особенностью конструкции данного изобретения является наличие второго переднего колеса, а также параметры, включенные в качестве признаков в формулу изобретения.
Между признаками, включенными в формулу изобретения, и достигаемым техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь.
Наличие дополнительного переднего колеса 10, установленного в дополнительном средстве крепления параллельно основному переднему колесу, многократно увеличивает площадь опоры велосипеда, что повышает его устойчивость на всех режимах и особенно на малых скоростях.
Выбор диметра d дополнительного переднего колеса 10 в интервале от 0,7 до 0,9 диаметра D основного переднего колеса 2 влечет за собой разные угловые скорости вращения колес при движении велосипеда. Часто при езде в сложных дорожных условиях, особенно по камням, переднее колесо велосипеда подвергается динамическим нагрузкам и на нем могут образовываться вмятины и иные дефекты, снижающие плавность хода и комфорт седока. В случае образования дефектов сразу на двух колесах 2 и 10 вследствие, например, наезда на препятствие, разные диаметры колес 2 и 10 и разные угловые скорости их вращения не позволяют этим дефектам двигаться параллельно и синхронно и снижать эксплуатационные характеристики велосипеда. Вмятина на дополнительном колесе 10 после удара опередит вмятину на основном колесе 2 и, таким образом, вмятины будут в дальнейшем контактировать в дорогой по очереди, а не вместе. Наличие амортизаторов на обоих колесах будет сглаживать толчки от дефектов колес. Кроме этого, наличие дополнительного колеса 10 повышает надежность эксплуатации велосипеда, поскольку при повреждении шины основного колеса 2 нагрузка распределиться на дополнительное колесо 10 и возможность дальнейшей эксплуатации значительно продлится. При диаметре d дополнительного колеса 10 меньше 0,7D характеристики проходимости дополнительного колеса 10 будут значительно хуже, чем основного колеса 2, поскольку проходимость транспортного средства прямо пропорциональна размеру колес. При выполнении диаметра d более 0,9D образовавшиеся дефекты будет двигаться практически синхронно и результат не будет достигнут.
Расположение оси вращения дополнительного переднего колеса 10, нагруженного только собственным весом, ниже оси вращения основного переднего колеса 2, нагруженного только собственным весом, так, чтобы нижние точки основного переднего колеса и дополнительного переднего колеса находились на одном уровне, также повышает устойчивость велосипеда, поскольку вертикальная нагрузка сразу начинает восприниматься двумя колесами и амортизаторы обоих колес с самого начала движения демпфируют неровности дороги.
Выбор расстояния L между основным передним колесом 2 и дополнительным передним колесом 10 в интервале от 0,1 до 0,2 диаметра D основного переднего колеса 2 обусловлен обеспечением устойчивости велосипеда в движении. При движении по сложным дорогам велосипедист отклоняется от вертикального положения на угол α (см. фиг.4). По проведенными нами экспериментальным оценкам максимальное отклонение составляет от 6 до 12 градусов. Расстояние L выбрано таким, чтобы проекция верхней точки основного переднего колеса 2 при максимальном отклонении не выходила за точку опоры дополнительного переднего колеса 10. С другой стороны расстояние L нельзя увеличивать, поскольку это снизит маневренность и проходимость велосипеда.
Выбор жесткости на сжатие амортизатора 12 дополнительного переднего колеса 10 в интервале от 0,6 до 0,9 жесткости амортизатора 11 основного переднего колеса 2 требуется для повышения плавности хода. Как известно, вибрация имеет максимальную амплитуду при резонансе, т.е. когда частота вынуждающего воздействия совпадает с частотой собственных колебаний механизма. Если выполнить амортизаторы 11 и 12 с примерно одинаковой жесткостью, то оба колеса 2 и 10 будут иметь приблизительно одинаковые собственные частоты и резонанс будет возникать в них одновременно, что повлечет сильную тряску. С другой стороны, колесо 10 работает в несколько иных условиях, чем основное переднее колесо 2. При движении велосипедист выбирает наиболее благоприятную траекторию, ориентируясь на основное переднее колесо 2. Препятствия целесообразно преодолевать в том положении плоскости колеса, когда она перпендикулярна поверхности препятствия, т.е. фронтальным наездом. Велосипедист обеспечивает фронтальный наезд основного переднего колеса 2. Однако при этом дополнительное переднее колесо 10 часто преодолевает препятствия не фронтальным наездом на него, а боковым. Если жесткость амортизатора 12 дополнительного переднего колеса 10 будет слишком высокой, то оно не сможет наезжать на препятствие боковой стороной и движение будет затруднено.
Расположение основного и дополнительного передних колес, а также их средств крепления симметрично по обе стороны рамы велосипеда дополнительно повышает удобство эксплуатации велосипеда, уменьшает нагрузку на руль
Расположение основного переднего колеса в одной плоскости с рамой велосипеда, а дополнительного переднего колеса сбоку от рамы позволяет выполнить дополнительное переднее колесо 10 съемным. Таким образом, велосипед приобретает традиционный вид и может эффективно использоваться на обычных дорогах.
Выполнение амортизаторов 11 и 12 регулируемыми позволяет адаптировать велосипед к различным дорожным условиям.