VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Конструирование и сборка дрифт трайков
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
С давних времен человек придумывал различные способы передвижения и перевозки грузов, начиная с волокуши, гужевого транспорта, и заканчивая космической ракетой на данном этапе развития человечества.
От переноса тяжелых камней на прокатываемых бревнах человек перешел к созданию, сначала, сплошных колес-дисков на оси повозки, а затем, совершенствуя это колесо, и к современному его виду. В течение тысячелетий человек совершенствовал колесо. Сооружая его из отдельных ступиц, втулок, ободьев и спиц, он смог облегчить его и сделать более эффективным. Человек сделал ободья и покрышки из меди или железа, чтобы они могли дольше служить. Наконец научились делать резиновые шины.
Цели, которые ставил человек для исполнения своих хозяйственных и промышленных нужд, вызывало не только изменение количества спиц колеса, но и изменение конструкции повозки.
К наиболее известным ранним образцам повозок в истории человечества можно отнести колесницу. Известен факт, что в 1312 году до нашей эры в боях между египтянами и хеттами участвовали около 2500 колесниц с каждой стороны. Подобная «техника» была разнообразной: от двухколесных с упряжкой из одной или двух лошадей (1 или 2 лошадиные силы), четырехколесные с четверкой лошадей (4 л.с.) и другие. Их кузов фиксировался на низких колесах, что придавало устойчивость конструкции. В передней части колесницы устанавливались перила. За них можно было держаться во время движения и привязывать вожжи. Задняя часть колесницы была открыта, чтобы воины могли во время боя спрыгивать и запрыгивать в повозку. Колеса имели восемь спиц, а ось находилась у самого задка колесницы. Кузов повозок на конной тяге подвешивался на ремнях.
В доисторической Европе также использовались четырехколесные экипажи с классической конструкцией в виде колеса и рессорной подвеской. Большой популярностью пользовались такие виды гужевого транспорта: тарантас, бричка, дрожки, кибитка, линейка и т.д.
Весьма популярным среди молодежи видом транспортного средства стали трехколесные технические устройства – трициклы (или трайки), имеющие три колеса. Набирает популярность устройство – дрифт трайк (бывает с двигателем и без), напоминающий детский велосипед, и являющийся средством для активного образа жизни.
Для нас стала актуальной проблема самостоятельного создания трицикла с использованием бензинового двигателя для безопасного движения по городским улицам с дрифтованием. Знание способов самостоятельного конструирования дорожного средства передвижения позволят другим молодым конструкторам создавать различные и, самое главное, конструктивно новые двигательные средства на земле, в воздухе и под водой.
Поэтому мы сформулировали цель работы – самостоятельное конструирование и сборка дрифт трайков.
Нами были определены и решались следующие задачи:
- изучить научно-популярную литературу по истории создания трайков;
- изучить техническую литературу по основным комплектующим элементам дрифт трайка;
- научиться анализировать параметры комплектующих элементов для создания своего средства передвижения;
- научиться осуществлять сборку элементов комплектующих дрифт трайка на двигателе.
- опубликовать статью по конструированию дрифт трайков.
Методы исследования:
1. теоретический метод: анализ литературы по основным комплектующим элементам и конструированию дрифт трайков;
2. практический метод: конструирование скоростного технического устройства – дрифт трайка, способного осуществлять движение по городским дорогам.
Глава 1. Дрифт трайк
1.1 История становления дрифта
Дрифт (иногда, дрифтинг) – это высокотехничный вид автоспорта, вышедший из Японии, который проделал путь от неформальных тусовок до высокопрофессионального чемпионата D1 (кольцевые гонки).
Понятие «дрифт» (англ. Drift – занос) используют для обозначения техники прохождения поворотов c использованием управляемого заноса на максимально возможных для удержания на трассе скорости и угла к траектории. Соревнования проводятся на асфальте, льду, трассах с большим количеством поворотов [1]. По сути, принцип дрифта схож с раллийными гонками на ледяном треке, но все мастерство, единение с автомобилем и отточенную технику пилот демонстрирует на асфальте. Основной целью дрифта является прохождение поворотов на высокой скорости в состоянии заноса.
В США дрифт пришёл только в 1996 году и практикуется на специально подготовленных трассах, поскольку, во-первых, доработка автомобилей во многих штатах запрещена законом, а во-вторых, право вето наложено на «намеренную пробуксовку шин» (англ. burnout) и уличные гонки.
При выполнении автогонщиком дрифта учитывается следующие моменты движения: траектория прохождения поворота, скорость и зрелищность.
В России дрифтинг появился не так давно. Местом его рождения стал, естественно, Владивосток из-за территориальной близости с Японией. Постепенно он добрался до Западной части России, эволюционировав от любительских малозначительных собраний энтузиастов до соревнований на высоком уровне. В 2007 году в рамках Чемпионата «Формула-Дрифт» (www.formula-drift.ru) были проведены первые высококлассные соревнования по дрифтингу в европейской части России. А в 2008 году соревнование «Формула-Дрифт» стал уже полноценным многоэтапным Чемпионатом, участие в котором принимают не только пилоты и команды из самых разных городов России, но и стран СНГ. В рамках показательных выступлений европейского чемпионата King of Europe (www.kingofeurope.ru) по Дрифтингу был проведен Red Square Drift Ramble, прошедший в Москве в Лужниках, где в напряженной борьбе сошлись лучшие пилоты из Европы и России. И, несмотря на большой опыт европейских дрифтеров, второе место было за российским гонщиком Сергеем Зайцевым из Москвы. [1]. Одним из значимых событий в развитие дрифтинга в России стало появление Российского Дрифт Клуба (www.drift.ru), где можно почитать новости, посмотреть фото и видео материалы с прошедших соревнований в России и других странах, а также пообщаться с единомышленниками.
Считается, что дрифтинг является одним из самых зрелищных видов автоспорта с элементами шоу-программ, в котором как автомобилю, так и гонщику представляется прекрасная возможность показать все, на что они способны.
Так, в Екатеринбурге 16 июня 2016 года состоялся Байк шоу, на выставке которого было несколько номинаций кастом и трициклы, выполненные руками автолюбителей [2]. На рисунке 1 показан трицикл, выполненный автолюбителем с использованием основных узлов мотоцикла «Урал».
Рис.1. Трицикл на базе агрегатов мотоцикла «Урал» [2]
1.2 История развития трайка в мире и в России
Термин «трайк» (trike) пришел в Россию из США и переводится как «трицкил». Слово «трицикл» составлено из двух греческих слов: от др.-греч. τρι – «трёх-» и ϰύϰλος – «круг» и обозначает: «трехколесное транспортное средство» [3]. Это понятие вбирает в себя все категории транспортных средств, у которых имеются три колеса (автомобили, велосипеды, мотоциклы и прочие).
Однако в настоящее время к трайкам относят мотоциклы, имеющие три колеса. Для других трехколесных транспортных средств имеются свои названия: велосипеды – трехколесные лигерады, велотрайки, грузовые велосипеды и просто трехколесники, автомобили – трициклы). Но по сути, особого разграничения в употреблении данных терминов нет. Поэтому в России трайком можно называть любой трехколесный аппарат. Ярким примером может являться набирающий популярность дрифт трайк (бывает с двигателем и без), напоминающий детский велосипед, и являющийся средством для активного образа жизни.
Как появились трициклы? Первым трициклом в истории была телега, работавшая на водяном паре. Автором этого изобретения считается французский инженер Николя Жозе Кюньо [3]. Трехколесная телега разрабатывалась для перевозки снарядов, снаряжения и пушек. Она имела небольшую скорость (около 4км/ч), и требовала постоянной дозаправки водой (полного бака хватало на 10-15 минут работы). Паровая телега произвела огромное впечатление на руководство Франции. Поэтому на совершенствование этого аппарата руководство Франции выделило около 20 тысяч франков. Вторая попытка Н.-Ж. Кюньо не увенчались успехом, в результате чего второй проект был помещен в Парижский музей искусств и ремесел после многолетнего прозябания на задворках (рис. 2).
Рис.2. Паровой автомобиль Николя Жозе Кюньо [3].
В XIX веке паровые телеги продолжали совершенствоваться, и не только в качестве рабочей силы, а так же в качестве личных транспортных средств. Что в свою очередь дало огромный шаг в популяризации данного вида транспорта. На рисунке 3 показан трицикл немецкого инженера Карла Фридриха Михаэля Бенца (1886 г).
В царской России были свои гении-самоучки инженерной мысли, которые еще за 150 лет до создания первых европейских автомобилей с двигателем внутреннего сгорания сконструировали «самоходную коляску», способную передвигаться без тягловых животных.
В мае 1752 года в Санкт-Петербурге было продемонстрировано движение экипажа без применения лошадиных сил. Этот экипаж носил название «самобеглая коляска», которая была построена русским крепостным крестьянином Нижегородской губернии Леонтием Лукьяновичем Шамшуренковым (рис.4).
Рис. 3. Трицикл К.-Ф.М. Бенца Рис. 4. Самобеглая коляска
Л.Л.Шамшуренкова
Русский самоучка-инженер Л.Л.Шамшуренков планировал сконструировать и «самоходные сани» и счетчик до «тысячъ верст» с колокольчиком, звенящим через каждый пройденный километр.
Другой русский самоучка-инженер И.П.Кулибин в 1784 году спроектировал, а в 1791 году построил свою «самокатку». В этом устройстве впервые для обеспечения равномерности хода были использованы подшипники качения и маховик. Используя энергию вращающегося маховика, храповый механизм в приводе от педалей позволял коляске двигаться свободным ходом. Самый интересный элемент кулибинской «самоходки» – это механизм для смены передач, являющийся неотъемлемой частью трансмиссии всех автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
К сожалению, гениальные конструкции русских гениев инженерного искусства не поддерживались царскими чиновниками.
Чтобы Россия не отставала в создании различных конструкций в разных областях техники, требуются условия для взращивания таких же гениев. Поэтому в сентябре 2015 года стартовал образовательный проект «Инженерный класс в московской школе». Он проводится в 173 средних общеобразовательных учреждениях вместе с 16 ведущими российскими инженерными университетами и сотней с лишним высокотехнологичных предприятий. Это, например, Центр проектной деятельности Политехнического университета. По престижности, инженерная профессия обгоняет профессию программиста.
Правовой статус трициклов в Российской Федерации. С 5 ноября 2013 года для управления трициклом в водительских правах открывается категория «B1» – «трициклы и квадрициклы». Все обладатели водительских прав категории «В» без последствий могут пересаживаться на трехколесный транспорт. Владельцам легких трициклов и квадрициклов необходима категория прав «M» либо обладать любой другой открытой категорией водительских прав.Транспортные средства на трех колесах, приводимые в движение двигателем (электродвигатель до 250 Вт) или мускульной силой, считаются велосипедами, и не требуют прав.
Дрифт трайки можно разделить на 2 категории: с приводом и без. На трайках без привода катаются с уклонов или разгоняются, цепляясь за машины тросами, веревками и т.д. С приводом можно кататься где душе угодно, главное: поверхность должна быть ровной и не подвергать опасности себя или других участников движения.
Какие риски существуют при движении на трайках? Следует отметить, что трехколесные модели, во-первых, обладают большей склонностью к опрокидыванию набок (из-за того, что их нужно было значительно более аккуратно заводить в поворот, нежели четырехколесные), во-вторых, значительно легче переворачиваются назад (из-за того, что вес задней части аппарата стабильно больше, чем передней).
При этом трехколесные аппараты очень популярны среди любителей погоняться, в первую очередь, из-за своего значительно меньшего по сравнению с квадроциклами, веса. Однако, при изучении этого вопроса мы не нашли сведений о большом участии в конструировании дрифт трайков современной молодежью. Наши родители разрешили нам заниматься конструированием, сборкой и эксплуатацией дрифт трайка только после окончания 8 класса.
Вывод: 1. В ходе работы над проектом была изучена история создания трайков в мире и в России;
2. Была изучена техническая литература по основным комплектующим элементам дрифт трайка;
3. В ходе работы было доказано, что дрифт трайки являются современным видом транспорта для испытания скоростью и сложностью дорожного покрытия любителями автоспорта.
Глава 2. Конструирование и сборка самодельных трайков для дрифта
2.1. Изготовление чертежей схемы самодельной установки трехколесного движителя с двигателем
Создание собственного дрифт трайка началось с его проектирования.
Нами был составлен список необходимых основных узлов и материалов для того, чтобы сделать дрифт трайка своими руками: руль, колеса, рама, двигатель, ручка газа и тормоза, подшипники.
Для двигателя нужны были: движок, цепь, топливный бак, болты и шайбы.
Основу трайка составляют: рулевая/тормозная система, шасси и двигатель. Ниже на рисунке 5 показана рама дрифт трайка с размерами, которая была использована нами при конструировании трайка. На рисунке 6 показаны размеры оси дрифт трайка, а на рисунке 7 – характеристики колеса дрифт трайка.
Рис.5. Схема рамы дрифт трайка
Рис. 6. Размеры оси дрифт трайка с подшипником
Рис.7. Характеристики колеса дрифт трайка
Установка задней оси. Ось прикреплена к раме, но может свободно вращаться, если прикрепить опорный кронштейн держателя к задней оси.
Сиденье дрифт трайка. Кресло должно быть сделано так, чтобы водитель при резких поворотах плотно сидел в нем и не смещался в сторону наклона. Необходимо оставить достаточно места для руля.
Установка подвески двигателя. Для того, чтобы прикрепить двигатель, необходимо прикрепить пластину к задней части рамы. Расположить двигатель на пластине таким образом, чтобы его звезда совпадала с рабочей звездой на оси. Затем сделать разметку, где будут отверстия для болтов. Крепление звезды к оси лучше производить до того, как будет вставляться ось в подшипники. Для укрепления звезды можно воспользоваться установочным винтом. Еще одним вариантом его укрепления является сварка ее с осью, но она должна обязательно лежать со звездой двигателя на одной линии;
Установка колес на ддрифт трайк. Для обеспечения дрифт трайка наибольшего ускорения и контролируемости, лучше взять небольшие гоночные колеса. Колеса присоединяются к осям. Затем устанавливали тормозную систему для обеспечения безопасности дрифт трайка. Для создания тормозной системы необходимо прикрепить суппорт к шасси и диск к задней оси.
Перед проездом на дрифт трайке нами была проведена проверка подвески и тормозной системы
2.2. Конструирование и сборка дрифт трайков
Для сборки дрифт трайков нами была использована металлическая рама с размерами 90х90 см. Размеры профиля, из которого сделана рама: 25x40 см. К раме все крепилось на болты М8, М10. Диаметр колеса от велосипеда – 20 дюймов. Кресло пластиковое (не нужное сиденье со стадиона «Центральный», г.Щелково) располагается на платформе из стеклопластика, прикрепленной к раме через 4 пружины (дрифт трайк И-1) (рис.8).
Рис.8. Дрифт трайк И-1
В конструкции другого дрифт трайка (дрифт трайк О-1) использовано жесткое крепление сиденья. Металлическая ось картинговая, длина – 90 см, диаметр трубы оси 30 мм. Подшипники с внутренним диаметром 30 мм прикреплены к раме, на которой установлена металлическая разрезная звезда на 36 зубьев; на звезду одета цепь 428. Первая цифра обозначает шаг цепи, вторая и третья – ширину мото цепи. Подобрана еще одна цепь на центробежное сцепление. Подшипники металлические, имеющие размеры: ширина 45 мм длина 15 см. На ось одеты ступицы колесные от картинга длиной 10 см и шириной под ось 30 мм.
Ступицы через шпильки прикреплены к дискам, на диски надета картинговая покрышка слик, т.е. без рисунка протектора для лучшего сцепления с асфальтом диаметром примерно 25 см. Сверху на покрышки надета накладка из пнд-трубы (труба из полиэтилена низкого давления) диаметром 250 мм; а ширина трубы – 1,5 см. Давление в шинах составляет 3 атмосферы.
Для дрифт трайка О-1 был взят движок от мотоблока газонокосилки, а для дрифт трайка И-1 был куплен новый двигатель (характеристики двигателя: 196 см3, одноцилиндровый с наклоном 250, четырехтактный, ОНУ, принудительное воздушное охлаждение, 11,0/3000 Нм/мин-1 ) мощности до 6 л.с. с развитием скорости до 70 км/ч. Стоимость дрифт трайка Can-Am Spyder F3, изготовленного известной фирмой, составлял в 2015 году 1 799 000 рублей [4].
А компания WRMengels, которая занимает лидирующую позицию в производстве дрифт трайков в России, продает, в зависимости от размера, дрифт трайки стоимостью от 55 000 до 70 000 рублей [5].
Примерная стоимость нашего самодельного дрифт трайка составляет около 22 800 рублей.
На рисунке 9 представлены две модели самодельных дрифт трайков (И-1 и О-1).
Рис.9. Две самодельные модели дрифт трайков (И-1 и О-1)
Отличия этих моделей друг друга заключены в следующем:
1) различные двигатели, но оба двигатели мощностью 6 л.с.;
2) крепление сиденья: в модели дрифт трайка И-1 сиденье закреплено на четырех пружинах; в модели дрифт трайка О-1 сиденье закреплено жестко;
3) крепление двигателя: в модели дрифт трайка И-1 двигатель закреплён через платформу; в модели О-1 двигатель закреплен напрямую к раме;
4) угол наклона передней части относительно рамы на дрифт трайке И-1 больше, чем на дрифт трайке О-1.
В Приложении 1 показаны фотографии дрифт трайка модели И-1 двух видов: вид сзади и вид сбоку.
Вывод: 1. Проанализирован состав комплектующих элементов для создания своего средства передвижения – дрифт трайка;
2. Осуществлена сборка элементов комплектующих дрифт трайка на бензиновом двигателе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе была поставлена цель: самостоятельно сконструировать и осуществить сборку дрифт трайков. Для достижения поставленной цели выполнены следующие задачи: изучена научно-популярная литература по истории создания трайков и техническая литература по основным комплектующим элементам дрифт трайка. Также проанализированы параметры комплектующих элементов для создания своего средства передвижения. Получен опыт сборки дрифт трайков на бензиновым двигателе.
Работа над данным проектом позволила поверить в собственные возможности конструировать и собирать технические устройства не слишком большой технической сложности.
Предполагается дальнейшая работа по данному проекту, которая позволит конструирование дрифт трайка с другими техническими характеристиками и электродвигателем на солнечных батареях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. https://www.avtosport.ru/news/122564/ от 03.08.2017 г
2. https://www.drive2.ru/b/3223742/ от 03.08.2017 г
3. http://r-evolution.ru/blog/2015/06/23/what-is-the-tricycle-and-trike/от 25.07.2017г
4. http://amposter.com/motonews/can-am-spyder-2016.html от 27.08.17
5. http://drifttrikespb.ru/prodazha-drift-traykov/ от 30.08.17
Приложение
ФОТОГРАФИИ МОДЕЛИ И-1
Рис. 1. Вид модели дрифт трайка И-1 сзади
Рис.2. Вид модели дрифт трайка И-1 сбоку