Чертеж рама для электровелосипеда своими руками

Источник

Электровелосипед «Турист» своими руками: чертежи, видео

Илья Голошумов увлекся велосипедами еще в детстве. Со временем заинтересовался теми, что на электротяге, но готовые модели, которые можно купить, его не интересовали. Строил технику сам, под свои задачи. После трех лет езды на электровелосипедах и постоянной их доработки решил собрать что-то действительно мощное. Но из имеющихся на рынке рам ничего не нравилось — все они были большими, но при этом одноместными. Также не хотелось использовать мотор-колесо из-за проблем с его перегревом и перегруженности заднего колеса. А все центральные моторы (так называемые Mid drive) были недостаточно мощными. Так и родилась идея сконструировать раму самому. Так как передвигаться на новом электробайке планировалось преимущественно вне дорог, по концепции подходили классические вседорожные и легкие мопеды/мотоциклы. Оттуда и черпал идеи. С мотором было решено «схитрить»: установить распространенное мощное мотор-колесо не в колесо, а в раму.

Мотор-колеса, особенно в скоростных версиях (с трехвитковой обмоткой), способны развивать высокие обороты (до 1500 об/мин), что на практике, при установке таких моторов в колесо, попросту не позволяет раскрыть их потенциал. Уже половина от максимально возможных оборотов обеспечивает байку очень высокую скорость, которая не нужна для выполнения поставленной задачи — езды вне дорог, к тому же требуются уже мотоциклетные узлы. На низких же оборотах мотор-колесо работает в неэффективном режиме и может быстро перегреваться. Установка такого мотор-колеса в раму и использование понижающей трансмиссии позволили использовать почти весь потенциал мотора и снизить зону низкого КПД, тем самым получив еще более высокий крутящий момент на колесе, избавиться от проблем с перегревом и добиться ювелирной дозировки скорости.

Цепная передача от мотор-колеса к колесу имеет передаточное отношение 2:1, то есть колесо вращается в два раза медленнее мотора. Во время наших заездов в лесу, по тяжелому слипшемуся снегу, мотор на ощупь стал еле теплым. Илья как знаток дела утверждает, что у обычного электромопеда он бы в таких условиях разогрелся весьма сильно. Установка мотора в базе машины обеспечивает развесовку по осям, максимально приближенную к соотношению 50:50.

Нельзя не отметить и еще один очень существенный момент: все электробайки с мощными безредукторными моторами (Direct drive) лишены возможности свободного наката при сбрасывании газа, поскольку вал мотора и ось колеса жестко связаны между собой. При сбрасывании газа питание на мотор не поступает, он замедляется вместе с колесом. В электромобилях это используется для рекуперации энергии, когда инерция свободного выбега машины позволяет чуть подзаряжать аккумуляторы, благодаря тому, что двигатель переключается в режим генератора. Однако в нашем случае ось заднего колеса имеет муфту свободного хода, как у обычного велосипеда, поэтому мопед может просто катиться, а вал мотора при этом оставаться неподвижным. Экономия энергии, запасенной в аккумуляторах, оказывается существеннее, чем при использовании рекуперации. К тому же, исключается самоторможение двигателя, обусловленное взаимодействием электромагнитных полей. Как видим, конструкция с вынесенным из ступицы мотор-колесом имеет ряд важных преимуществ по сравнению с традиционной схемой, поэтому нет ничего удивительного в том, что Илья защитил свою разработку патентом. А электромопед, сделанный по такой схеме, он назвал «Турист», ведь настоящего путешественника всегда тянет подальше от городов, в леса и горы.

Быть может, стоило поставить обычный электромотор? Мотор-колеса распространены на рынке, они устанавливаются в дропауты (dropout — плоские щеки с прорезями, в которых фиксируется ось колеса). В «Туристе» сделано аналогично, только дропауты находятся посередине рамы. При необходимости можно заменить мотор-колесо на любое другое, с расстоянием между дропаута-ми не более 150 мм.

Итак, мотор-колесо номинальной мощностью 3 кВт вращается в два раза быстрее, чем ведущее колесо — это главное. Цепь использована мотоциклетная, стандарта 420. Вместе с звездочками — это единственные не велосипедные детали в конструкции, поэтому обслуживать и ремонтировать мопед можно в любой велосипедной мастерской. Для натяжки цепи служит специальная маленькая звездочка с подвижной осью. Колеса — от фэтбайка, размерностью 20×4 дюйма. Втулка передней вилки с подшипниками — также от велосипеда, подобрана по нагрузке. Основа мопеда — рама и передняя вилка — полностью самодельная. Указанные детали сварены из изогнутых труб с использованием стали СТ 20, наружный диаметр трубы 22 мм, но толщина стенки разнится в зависимости от места. Если на ненагруженных частях рамы труба тонкостенная, всего 1,5 мм, то на вилке толщина стенки составляет уже 6 мм. Можно заметить, что средние продольные трубы рамы спилены на половину диаметра — это нужно для монтажа/демонтажа мотор-колеса, для этого достаточно только снять заднее колесо.

Поначалу, еще не зная, как покажет себя новая концепция размещения мотора, и просто из интереса Илья экспериментировал с системой переключения передач. КПП, как у мототехники, конечно, не планировалась — использовалась система переключения передач от велосипеда, перекидывающая цепь на оси заднего колеса между звездочками различного диаметра. Но для оффроуда она оказалось совершенно непригодной — беспрерывно отказывала. Такая система полезна при использовании тягового, менее оборотистого мотора, но бессмысленна, если поставить высокоскоростной мотор. Мотор-колесо с передачей на колесо дает на последнем тягу, с которой комфортно чувствуешь себя в любых дорожных условиях. Любопытно, что большинство падений неопытных ездоков, решивших опробовать электромопед Ильи на ходу, связано с переворотом через заднее колесо при слишком резком старте с места. Такой значительный крутящий момент передается на колесо!

Для использования наиболее подходящих к данным дорожным условиям настроек мотора на левой рукоятке руля есть переключатель на три положения. Режим L- аналог пониженной передачи: соответствующая электронная настройка контроллера — «мозга» электромотора -не позволит развить скорость более 15 км/ч, можно вообще ползти со скоростью неспешного пешехода, однако мотор при этом выдает полную мощность. Кстати, мотор-колесо, установленное на традиционном месте — на оси заднего колеса, физически не может вращаться настолько медленно. В режиме D езда становится существенно веселее, однако мотор способен развить не более 40% от максимальной мощности. Это, можно сказать, основной режим движения. Наконец, перещелкнув переключатель на позицию S, все ограничения снимаются — это как режим «Спорт» на автомобилях с АКПП. Мопед очень резво откликается на ручку газа, ведет себя как норовистый конь.

Вопрос, который наверняка вертится на языке у каждого читателя: «Сколько же можно проехать? Наверное, не далеко. » Питается «Турист» от аккумуляторной батареи, упрятанной в аккуратно сшитую сумку из кожзама. Ее хорошо видно посередине рамы, над мотором, пилот обхватывает ее коленями при езде. Согласитесь, что размеры этой «сумки с питанием» весьма скромные. Даже не верится, что это какой-то серьезный источник энергии. Между тем, батарея общей емкостью 21 Ач, развивая номинальное напряжение 85 В, позволяет проехать на мопеде километров 150. Разумеется, очень многое зависит от условий движения, стиля езды, нагрузки. Илья признался, что именно полторы сотни километров за раз не проезжал, но 110 км как-то покрыл. (Заметим, что общий пробег мопеда на сегодняшний день составляет 3500 км.) Число 150 получено расчетным путем, на основании показаний вольтметра, контролирующего разряд батареи. Возможно, в реальности будет и больше 150 км. Представляется, что запас хода более чем внушительный! Скорее устанешь ехать, примостившись на довольно кургузом сиденьице, чем мопед «скиснет». Кстати, он считается двухместным, для пассажира можно установить подножки, также можно установить сиденье побольше.

О текущем состоянии аккумуляторов информирует яркий цифровой вольтметр на правой рукоятке руля. Поворотная рукоятка акселератора, выполнена не под всю ладонь, как на мотоциклах, а под хват большого и указательного пальцев. Таким образом, можно крепко держать руль и не бояться ненароком добавить или сбросить газ, что актуально при активной езде по пересеченной местности.

Максимальная скорость ограничена электроникой и составляет 50 км/ч. Если она будет выше, то транспортное средство автоматически попадет в разряд электромотоциклов. То же самое произойдет, если номинальная мощность мотора будет более 4 кВт. Как видим, «Турист» вполне вписывается в сегмент электрических мопедов. Впрочем, говорить о подобном разграничении пока преждевременно, наверное: в нашей стране на законодательном уровне с этим вопросом пока полная неразбериха. Но не приходится сомневаться, что рано или поздно «гайки закрутят», как это происходит сейчас с тюнингом автомобилей. Сам же трехкиловаттный мотор при соответствующей настройке контроллера способен разогнать мопед до 70 км/ч. Тут уместно заметить, что мотошлемом пренебрегать ни в коем случае не стоит!

Подвески машина не имеет, вся амортизация происходит только за счет мягких объемных шин, и тут важно правильно подобрать давление. Тормоза -велосипедные, дисковые. Специальные колодки с металлическими накладками не так подвержены износу при езде по грязи, как обычные.

Немного удивило, что мопед не оборудован светотехникой и на нем нельзя кататься в темное время суток. Впрочем, Илья предпочитает использовать быстросъемные велофонари. Очевидно, что каждый волен подбирать «свет» в соответствии со своими задачами и пристрастиями, надо лишь поставить преобразователь, понижающий напряжение до привычных 12 В.

Полная зарядка аккумуляторов занимает порядка 3,5 часов. Достаточно вытянуть из сумки провод с разъемом и подключить его к соответствующему зарядному устройству, подключенному в свою очередь к бытовой сети 220 В. Единственное ограничение — батарею, как и любой литиевый аккумулятор, нельзя заряжать на морозе. Поэтому сумка с аккумулятором должна быть быстросъемной, чтобы при зимней эксплуатации мопеда ее можно было относить домой на зарядку, пока техника, например, ночует в холодном гараже. Аккумуляторы -весьма важная, самая дорогостоящая часть машины! Илья использовал далеко не самые дешевые, зато он уверен, что при грамотной эксплуатации они выдержат 1000 циклов заряда/разряда, прослужат не менее 10 лет. Выносливый «Турист» получился!

Источник