Складной велосипед из композиционных материалов

Улучшенный велосипед для пассажиров, использующих различные виды транспорта. Для городских жителей, которые вынуждены пересаживаться с велосипеда на поезд, метро или автобус, большинство складных велосипедов, имеющихся в продаже, все еще остаются достаточно тяжелыми, не очень компактными и удобными в переноске. К тому же, их довольно сложно разложить в конце дня для обратной поездки. Они также неудобны для поездок на большие расстояния.

Инновационные разработки компании Hummingbird Bike Co. Ltd., расположенной в Великобритании, направлены на решение этих проблем. Сверхлегкие велосипеды, основные элементы конструкции которых изготовлены из углепластика, легко складываются и раскладываются, и могут поместиться даже в стандартный чемодан. Источник всех фотографий: компания Hummingbird Bike Co. Ltd.

В производстве самого легкого в мире складного велосипеда используется углепластик, что обеспечивает высокую жесткость и прочность при небольшом весе. Складные велосипеды олицетворяют идею упростить жизнь городских жителей, которые вынуждены пересаживаться с велосипедов на поезда, метро и автобусы. Велосипед, который можно сложить, отнести на работу, затем снова разложить и вынести на улицу, помогает сэкономить на замках и устройствах для хранения в общественных местах и избежать связанных с этим рисков кражи и вандализма.

К сожалению, реальность такова, что большинство складных велосипедов достаточно тяжелые, а также не очень компактные и удобные для езды на большие расстояния. Сегодня эта ситуация меняется благодаря инновационному подходу молодой компании из Великобритании.

ИНЖЕНЕРНЫЕ ЗАДАЧИ

Складные велосипеды должны быть достаточно прочными и жесткими, чтобы выдерживать ежедневную тряскую езду по бетону и асфальту, но при этом и достаточно легкими для переноски. Они должны компактно складываться для переноски / хранения, а также быстро и просто раскладываться.

Поэтому неудивительно, что они часто изготавливаются из композиционных материалов, особенно из пластика, армированного углеродным волокном (углепластик), однако задача состояла в том, чтобы уменьшить вес и размеры в сложенном виде, но при этом создать велосипед, который пригоден для ежедневного использования и не становится нерентабельным.

Недавно разработчик архитектурных моделей и заядлый велосипедист Петре Красиун решил создать улучшенный складной велосипед, увидев, как нелегко его подруге Лигии Стэн, которая ездит на работу и обратно по Лондону, поднимать свой тяжелый велосипед наверх в квартиру. Результатом, полученным при поддержке сообщества автоспорта и перспективного проектирования Prodrive (г. Банбери, Оксфордшир, Великобритания), стал велосипед Hummingbird, (сейчас продается компанией Hummingbird Bike Co.  Ltd., Лондон, Великобритания), самый легкий складной велосипед в мире на сегодняшний день, который весит 6,9 кг.

Красиун, называющий себя “энтузиастом, который оптимизирует вещи и решает проблемы”, сначала сконструировал рабочий прототип, затем успешно запустил кампанию по сбору средств на сайте Kickstarter.com (Бруклин, Нью-Йорк, США), чтобы запустить производство. Тем временем Лигия Стэн поехала на работу на прототипе и показала его двум боссам, которые были впечатлены размером и весом этого велосипеда.

Они стали первыми инвесторами новой компании. Один финансовый партнер был знаком с учредителем и председателем Prodrive, Дэвидом Ричардсом, и предложил ему опробовать велосипед. Ричардс совершил короткую поездку на велосипеде и предложил помочь спроектировать его для производства. Первый велосипед был изготовлен через 12 месяцев.

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Базовая конструкция велосипеда принципиально не изменялась с тех пор, как Красиун задумал ее. Рама, руль, подседельный штырь и передняя вилка изготавливались из композиционных материалов. Маятник, колеса и трансмиссия изготавливались из алюминиевого сплава.

Предметом инженерно-конструкторских работ было соответствие стандартам безопасности и облегчение производства. “Команда хотела создать складной велосипед, который бы больше был похож на традиционный велосипед, но с высокой регулируемой рулевой системой и подседельным штырем, чтобы удовлетворить требования широкого спектра пользователей”, – говорит Красиун. “Это обеспечило нам возможность создать Hummingbird с регулировкой положения седла в широком диапазоне. Мы остановились на седле, которое можно перемещать вверх / вниз, вперед / назад и менять угол наклона для максимально удобной посадки велосипедиста”.

“Самая сложная задача, с которой мы столкнулись при разработке базовой модели велосипеда, состояла в том, как достигнуть заданного веса», – вспоминает Фил Шервуд, инженер по композиционным материалам компании Prodrive. Сначала мы рассматривали массу каждого отдельного компонента… пока не сконцентрировались на качестве езды и управления”.

“Первоначальный целевой вес был менее 7 кг, но мы стремились к 6,5 кг”, – добавляет Красиун. “В итоге было достигнуто несколько компромиссов относительно веса узла трансмиссии в пользу повышения надежности и доступности деталей, что обеспечило нам вес 6,9 кг. Мы хотели, чтобы люди смогли обслуживать свой велосипед в местных велосипедных магазинах, поэтому отказались от слишком специализированных материалов”.

Уникальной особенностью этого велосипеда является его трехточечная система складывания. Механизм складывания Swinglock из анодированного алюминия позволяет сложить задний «треугольник» вокруг каретки без изменения натяжения цепи. Это устраняет необходимость в повторной регулировке натяжения цепи при следующем раскладывании велосипеда.

Подседельный штырь, который служит также для крепления тормозного механизма, держит задний треугольник. “Механизм складывания был основным элементом конструкции велосипеда и подробно описывался в блокнотах с зарисовками по различным способам складывания велосипедов, которые делал Петре”, — вспоминает Райан Ванн, инженер структурного анализа компании Prodrive.

“Удаление центрального шарнира рамы, который используется во многих других складных велосипедах, позволило достигнуть отличных характеристик хода и управляемости».

Складной механизм представлял собой основу конструкции, которую необходимо было поместить в композитную раму, а расчет на прочность и проектирование были направлены на то, чтобы эта конструкция работала. Учитывая, что основные силы при работе педалями прикладываются в области каретки, эта часть рамы должна быть самой прочной. Команда использовала программный пакет Abaqus Explicit от компании Dassault Systèmes (Велизи-Вилакубле, Франция) для динамического расчета конструкции и Optistruct от компании Altair Engineering Inc. (Трой, штат Мичиган, США) для статического линейного анализа и топологической оптимизации.

“Больше всего изменений было внесено в узел заднего маятника, они были направлены на снижение веса, поддержание требуемой жесткости и придание привлекательного внешнего вида”, – объясняет Ванн. “Первоначальный вариант претерпел существенные изменения по сравнению с окончательным, где те же результаты достигаются при половине исходного веса”.

Хотя используемые детали, по большей части, имелись в продаже, некоторые компоненты потребовалось изготавливать на заказ. “Некоторые люди считают конструкцию недоработанной, но в действительности это очень продуманная и довольно простая система”, – добавляет Ванн.

Конструкция механизма складывания и блокировки трансформировалась в систему с двумя уровнями складывания: компактный и более компактный. Первый достигается в три манипуляции менее чем за 5 секунд и обеспечивает размеры 110 х 20 х 55 см.

Более компактный вариант (85 х 20 х 55 см) занимает на минуту больше. Переднее колесо снимается и крепится на наконечник маятника, затем снимается подседельная труба и размещается между колесами, в результате чего велосипед становится размером с чемодан.

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

Хотя композиционные материалы на основе углеродного волокна имели решающее значение в достижении заданных конструкционных характеристик при небольшом весе, команда также рассматривала использование базовых слоев, упрочненных базальтовым волокном, поскольку этот материал обеспечил бы показатели, схожие с показателями стекла и углерода, при более низкой стоимости.

Но использование базальтового волокна привело к превышению целевого веса, поэтому идея была отложена до лучших времен. “Тип и укладка армирующего наполнителя широко обсуждались производственной группой и специалистами по структурному анализу для определения целесообразного производственного решения, которое отвечало бы конструктивным требованиям”, — добавляет Шервуд.

В компонентах использовался эпоксидный препрег, упрочненный углеродным волокном (от компании Microtex Composites Srl., Виа Тоскана, Италия), который укладывался вручную и подвергался вакуумному формованию / автоклавному отверждению. Для создания полых трубчатых конструкций использовались диафрагмы.

В раме используются разборные элементы, в которые седло / головная труба и каретка вставляются и скрепляются в процессе сборки. Эпоксидная система X1 Matrix от компании Microtex была выбрана, исходя из конструктивных характеристик и визуальной прозрачности. Полностью отвержденная смола рассчитывалась для непрерывного использования при температуре 80°C. В саржевом переплетении 2×2 с двунаправленными слоями использовалось 245 г ткани, однонаправленные базовые слои содержали 660 г и применялись для дополнительного армирования в зонах высокого напряжения. Производство каждого велосипеда, изготовленного вручную, заняло около 18,5 часов.

Изготовление этого велосипеда стало небольшим отклонением от типичной работы, но специалисты Prodrive применяют такие же строгие стандарты, включая подробное руководство по сборке и контроль качества на выходе, которые они используют при сборке сложных автомобильных систем. Производство в Азии обеспечило бы снижение цены, но для команды было важнее качество. “Это отличный функциональный продукт, и мы хотели сохранить контроль над производством и оставить на этикетке надпись «Handmade in Britain» (Сделано вручную в Британии)”, – объясняет Крис Уолкингшоу, руководитель проекта Prodrive.

Однако такая надпись говорит о том, что цена велосипеда (базовая цена 3 495 евро / 4 700 долларов США) для многих будет недоступна. “Мы считаем, что цена складного велосипеда из углепластика отражает качество конструкции и уровень мастерства, вложенного в изготовление каждого велосипеда вручную”, – говорит Красиун. “Мы не планируем делать много, – добавляет он. — Плановые продажи на один-два года составляют 200 велосипедов в год, так что это довольно эксклюзивный клуб”.

Тем не менее, велосипеды Hummingbird продавались через вэб-сайт компании с июля 2017 года, а также через британскую компанию интернет-торговли с несколькими магазинами с декабря 2017 года. Сообщается, что они получают хорошие отзывы в СМИ, и продажи стабильны. Велосипеды поставляются покупателям на только в Великобритании, но и в Европе, США, Мексике, Японии и Австралии.

“Наши покупатели продолжают присылать нам фотографии своих велосипедов из различных мест, поэтому мы знаем, что они катаются по всему миру”, – смеется Красиун.

“Несмотря на то, что мы довольно небольшая команда …, мы выпустили фантастический продукт”, – объясняет Красиун. “Мы понимаем, что не можем делать все и сразу, поэтому основное внимание уделяем поставкам нашего отличного велосипеда.

Мы планируем дальнейшие улучшения и разработку новых моделей.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

15-я международная специализированная выставка «КОМПОЗИТ-ЭКСПО»
15-я международная специализированная выставка «КОМПОЗИТ-ЭКСПО»
С 28 по 30 марта 2023 года Выставочная Компания «Мир-Экспо» проводит 15-ю Международную специализированную выставку…
31.10.2022
33
Коррозионностойкие трубопроводы из композиционных материалов
Коррозионностойкие трубопроводы из композиционных материалов
30-летний опыт использования коррозионностойких композиционных материалов, армированных стекловолокном, в трубопроводах на нидерландском заводе по производству…
Аманда Джейкоб
05.10.2020
159
Производство панелей фюзеляжа из композиционных материалов нового поколения
Производство панелей фюзеляжа из композиционных материалов нового поколения
Демонстрационная панель размером 18 на 12 футов, представленная на Парижском авиасалоне, оснащена обшивкой с интегрированными…
Джефф Слоан
07.09.2021
232
Распорки из гибридных композиционных материалов снижают вес и улучшают управляемость автомобилей
Распорки из гибридных композиционных материалов снижают вес и улучшают управляемость автомобилей
Элементы жесткости днища кузова из пултрузионных углеродных / стекловолокнистых композиционных материалов теперь и в автомобилях…
Пегги Малнати
16.03.2021
252
Пресс для производства баллистических бронепластин
Пресс для производства баллистических бронепластин
В компании Wickert отмечают возрастающий интерес к прессам, используемым для производства композитной брони для гражданской…
31.08.2022
104
Переработанное углеродное волокно на железных дорогах
Переработанное углеродное волокно на железных дорогах
Прототип вагонной тележки из переработанного углеродного волокна был создан с целью получения более легких и…
Карен Мейсон
07.07.2020
447
Композиционные химические никелевые покрытия для применения в ветроэнергетике
Композиционные химические никелевые покрытия для применения в ветроэнергетике
Способность композиционных химических никелевых покрытий взаимодействовать с разнообразными частицами делает их крайне полезными для применения…
Майкл Фелдштейн
17.05.2021
273
Камера сгорания ракетного двигателя из нескольких композиционных материалов
Камера сгорания ракетного двигателя из нескольких композиционных материалов
Компания Black Engine использует новую микропористую огневую стенку камеры из композиционных материалов с керамической матрицей…
Джинджер Гардинер
05.10.2022
71
Натуральные волокна в основе электрических фургонов для доставки посылок
Натуральные волокна в основе электрических фургонов для доставки посылок
Новый проект транспортного средства для доставки посылок предполагает использование препрегов из натурального волокна для обеспечения…
Элизабет Х. Лоу
16.06.2021
159