ВЕЛОТАНДЕМ
TANDEM BICYCLE

Велотандем относится к средствам совместного перемещения двух человек с помощью их мускульной силы.
Хорошо известны велотандемы, предназначенные для двух взрослых велосипедистов, или - для взрослого и ребенка.
Известен велотандем, принятый за прототип, которым могут пользоваться как двое взрослых, так и (после небольшой переналадки) взрослый с ребенком. Велотандем содержит раму, на которой закреплены передняя вилка, два колеса, руль, два седла с узлами их крепления и регулировки по высоте, передний и задний механизмы переключения передач и торможения, цепной привод с ведущими и ведомыми шестернями, узел каретки с валом, левым и правым кривошипами с передними педалями, задние педали, состоящие из двух узлов: первого, представляющего собой стандартную педаль, и второго, содержащего верхнюю и нижнюю пластины, - два шарнирных узла, два механизма ограничения продольного перемещения верхних пластин, две штанги, передними концами шарнирно прикрепленные к осям передних педалей, а задними - входящими в шарнирные узлы. (см. патент 2725835 МПК В62К 13/02, 2020).
Однако этот велотандем имеет существенные недостатки. Во-первых, в нем задние педали крепятся к штангам традиционно консольно, что создает в местах крепления изгибающие моменты и требует увеличения прочности штанг и осей педалей. Во-вторых, задние педали крепятся к штангам с помощью выполненных в них резьбовых отверстий и потому они могут занимать лишь несколько дискретных положений, что исключает возможность оптимального педалирования для людей разного роста.
Задачей изобретения является создание нового велотандема.
Технический результат заключается в снижении требований по прочности к штангам и задним педалям, упрощении конструкции задних педалей, обеспечении возможности их установки в любых точках штанг, что позволит ехать вторым номером как взрослому, так и ребенку любого роста, а также в уменьшении габаритов привода задних педалей.
Задача и технический результат достигаются тем, что велотандем, содержащий раму, на которой закреплены вилка, два колеса, руль, два седла с узлами их крепления и регулировки по высоте, передний и задний механизмы переключения передач и торможения, цепной привод с ведущими и ведомыми шестернями, узел каретки с валом, левым и правым кривошипами с передними педалями, два шарнирных узла, две штанги, передними концами шарнирно прикрепленные к осям передних педалей, а задними - входящими в шарнирные узлы, задние педали, состоящие из двух узлов: первого, прикрепленного к штанге, и второго, содержащего подвижную верхнюю и неподвижную нижнюю пластины, - а также два механизма ограничения продольного перемещения верхних пластин, снабжен двумя кронштейнами, жестко прикрепленных к передним концам штанг, и шарнирно соединенных с осями передних педалей, а первые узлы задних педалей выполнены в виде опор (монолитных или состоящих из нескольких элементов), размещенных на штангах так, чтобы точки приложения результирующих сил педалирования совпадали с продольными осями штанг, при этом опоры имеют возможность продольного перемещения по штангам и крепятся в рабочем положении фиксаторами, причем опоры имеют в продольном сечении форму четырехугольников, верхние стороны которых относительно нижних наклонены вперед на ~ 30°, кроме того, к опорам жестко прикреплены нижние пластины вторых узлов, на передних концах подвижных верхних пластин установлены ограничители, а тяги механизмов ограничения продольного перемещения верхних пластин задних педалей прикреплены к этим пластинам и своим опорам шарнирно.
В велотандеме штанги могут быть выполнены телескопическими, состоящими из двух секций, при этом внутренняя секция каждой штанги в виде отрезка трубы или стержня шарнирно - неподвижно прикреплена к раме, а наружная секция с размещенной на ней задней педалью выполнена в виде отрезка трубы аналогичного сечения, при этом длина внутренней секции превышает длину наружной.
В велотандеме тяги механизмов ограничения продольного перемещения верхних пластин задних педалей могут быть выполнены телескопическими, при этом каждая тяга состоит из двух секций, одна из которых (наружная) шарнирно - подвижно посредством шарнирной головки прикреплена к верхней пластине задней педали, а вторая - шарнирно -неподвижно прикреплена к раме, причем наружная секция выполнена в виде отрезка трубы и со стороны второй секции снабжена жесткой диафрагмой, ограничивающей продольное перемещение наружной секции в пределах, определяемых установленными на внутренней секции упорами, а на концах наружной секции закреплены ограничители, препятствующие ее выходу из шарнирной головки.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
На фиг. 1 показан общий вид велотандема.
На фиг. 2 - вид сверху на узел заднего привода.
На фиг. 3-вид сбоку на узел заднего привода.
На фиг. 4 - поперечное сечение задней педали.
На фиг. 5 - кронштейн для крепления штанги к передней педали.
На фиг. 6, 7 - конструкция привода с двумя телескопическими штангами в крайних положениях.
На фиг. 8 - конструкция привода с телескопическим выполнением тяги механизма ограничения продольного перемещения верхней пластины задней педали.
Велотандем (фиг. 1, 2) содержит раму 1, в которой закреплены передняя вилка 2, переднее и заднее колеса 3 и 4, руль 5, седла 6 и 7 с узлами их крепления и регулировки 8 и 9, передний 10 и задний 11 механизмы торможения, узел каретки 12 с валом 13, кривошипы 14 с передними педалями 15, ведущая 16 и ведомая 17 шестерни цепного привода, цепь 18 штанги 19, шарнирные узлы 20, задние педали 21, кронштейны 22 для крепления штанг 19 к осям передних педалей 15, механизмы ограничения продольного перемещения верхних пластин задних педалей 23, 24, 25, 26. Передний и задний механизмы переключения передач с наборами ведущих и ведомых шестерен, а также механизмы крепления и регулировки седел для лучшего чтения чертежей не показаны. На фиг. 3 и 4 более подробно показана конструкция задней педали и способ крепления ее к штанге. Педаль состоит из двух узлов: первого, выполненного в виде опоры 27, закрепляемой в рабочем положении фиксатором 28, причем опора имеет в продольном сечении форму четырехугольника, верхние стороны которого относительно нижних наклонены вперед на ~ 30°, и второго, содержащего нижнюю пластину 29, жестко прикрепленную к опоре 27, и верхнюю пластину 30, имеющую возможность продольного перемещения по пластине 29 с использованием подшипников скольжения или (как в данном случае) качения на шариках 31. К пластине 30 прикреплены фиксатор велообуви 32, ограничитель 33 и тяга 23 механизма ограничения продольного перемещения пластины 30, причем тяга 23 прикреплена к пластине 30 с помощью шарнирно - неподвижной опоры 34. Механизм содержит также опору 24 и два упора 25 и 26, ограничивающих перемещение пластины 30 назад и вперед. Положение упоров на штанге 23 регулируется. Тяга 23 крепится к опоре 24 с помощью шарнирно-подвижного узла 35. Кронштейн 22 (фиг. 5) имеет два отверстия 36 и 37, предназначенных для крепления к штанге 19 и к оси передней педали 15.
Велотандем работает следующим образом. Передние педали 15 вращаются традиционно по круговой траектории, а задние - по траектории близкой к эллиптической. Возможность закрепления педалей на штангах 19 в различных точках, а также регулировка диапазона перемещения пластин 30 позволяют изменять эффективную условную длину задних кривошипов в широких пределах и ехать вторым номером как взрослому, так и ребенку практически любого роста. Задние педали крепятся к штангам так, чтобы результирующие силы педалирования прикладывались в точках, совпадающих с продольными осями штанг, это устраняет возможность появления поперечного изгибающего момента и снижает требования по прочности к штангам и задним педалям. Поскольку вторая педаль закреплена на штанге не шарнирно, а жестко, то она не имеет возможности углового перемещения, которое для любителей (а тем более для детей) не является обязательным, однако у профессионалов для повышения КПД педалирования педаль при одном обороте кривошипа изменяет угол наклона от ~ 30° до ~ 70° (см. например, В.П. Любовицкий. Гоночные велосипеды. Л. Машиностроение, 1989, стр. 50, рис. 2.21). В предлагаемой конструкции заднего привода опора 27 выполнена с наклоном вперед на ~30°, кроме того, стопа велосипедиста имеет возможность углового перемещения в фиксаторе 32, что в итоге создает предпосылки для оптимального педалирования. Ограничители 33 препятствуют контактам велообуви велосипедистов, а шарнирное крепление тяг 23 к опорам 24 и пластинам 30 не препятствует перемещению задних педалей.
В велотандеме (фиг. 6, 7) штанги выполнены телескопическими и состоят из двух секций: внутренней 38 и наружной 39. К секции 39 прикреплена опора 27 задней педали со всеми необходимыми деталями 23-35. Внутренняя секция 38 через шарнирно - неподвижную опору 40 прикреплена к раме, а наружная секция 39 с помощью кронштейна 22 прикреплена к передней педали 15.
Велотандем работает следующим образом. Длина наружной секции 39 выбрана равной примерно удвоенной длине кривошипа 14, а длина внутренней - несколько большей, за счет этого осуществляется перекрытие секций в крайнем левом положении педалей (фиг. 6). Наружная секция 39 представляет собой отрезок трубы с сечением аналогичным сечению внутренней секции 38, при этом свободный конец секции 38 имеет возможность выходить за габариты наружной секции в том случае, когда передняя педаль 15 приближена к шарнирной опоре 40 (фиг. 7), что уменьшает длину привода задних педалей.
В велотандеме (фиг. 8) тяги механизмов ограничения продольного перемещения верхних пластин задних педалей выполнены телескопическими, состоящая каждая из двух секций, одна из которых (наружная) 41 шарнирно -подвижно посредством шарнирной головки 42 прикреплена к пластине 30, а вторая 43 - через шарнирно - неподвижную опру 44 прикреплена к раме, причем секция 41 выполнена в виде отрезка трубы и со стороны секции 43 снабжена жесткой диафрагмой 45, ограничивающей продольное перемещение секции 41 в пределах, определяемых установленными на секции 43 упорами 25 и 26, а на концах секции 41 закреплены ограничители 46 и 47, препятствующие выходу секции из шарнирной головки 42.
Велотандем работает следующим образом. При движении педалей вперед секция 41 перемещается влево внутри шарнирной головки 42 и по секции 43 до тех пор, пока левый упор 25 не достигнет диафрагмы 45. После этого пластина 30 вместе со стопой второго велосипедиста движется вниз и начинает движение назад лишь на нисходящем участке траектории обратного вращения педалей. При этом секция 41 будет выходить из шарнирной головки 42 и перемещаться по секции 43 до момента касания упора 26 диафрагмы 45, после чего пластина 30 начнет перемещаться вверх и ожидать возвращения пластины 29. Такая конструкция позволяет уменьшить габариты привода задних педалей и улучшить дизайн велотандема.
Был изготовлен и испытан опытный образец велотандема. В нем штанги длиной 620 мм выполнены из прутка дюралюминия марки Д16Т диаметром 16 мм, а в качестве шарнирных узлов использованы шарнирные головки типа PHS -16. При испытаниях велотандема вторым номером были взрослый, подросток и ребенок 6-ти лет.
Таким образом, поставленная задача выполнена и технический результат достигнут.