书城科普读物科学伴你行——陆地漫游
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第4章 自行车今昔(2)

用新技术、新材料全副装备的赛车。现在很多国家自行车运动颇为兴盛,经常进行自行车比赛,大大促进了赛车的生产和发展。设计师们采用最先进的技术和最好的材料设计和试制出21世纪赛车的样车,很引人注目。美国的新型赛车采用了无辐条的碟形轮,这样可大大减弱快速行驶时的空气阻力。

车轮里面是轻质材料制成的蜂窝结构,外面覆以碳纤维材料的蒙皮,既轻又结实。车轮上装的是充氦气的很窄的轮胎。用钛合金制的脚蹬,比一般的脚蹬重量轻一半。车架是以铝管外包玻璃纤维材料制成的。甚至运动员穿的运动衣和骑车戴的头盔都采用了宇航技术和材料。日本富士公司的赛车,车架下梁采用铝蜂窝结构外包合金板材料,强度高重量轻,价格也较低。这种车的设计在成本上有一定优势,因而具有竞争的能力。意大利设计的赛车,由于使用轻质宇航材料和具有减少空气阻力的良好外形,使它跻身于21世纪赛车之列。它的像飞机翅膀似的车把,可减少风的阻力。在车把中部还加装了里程速度表。所使用的碟形车轮可大大减轻骑行时的空气阻力。

封闭或半封闭的坐式自行车。未来的自行车将由现在的“骑”式蹬踏改为“坐”式蹬踏。这是因为“坐”式比“骑”式优越:首先,“坐”着蹬踏比“骑”着蹬踏迎风的面积小,所受的阻力也就小,蹬踏起来轻松省力;第二,“骑”着蹬踏主要是人的臀部受力,长途骑行臀部会感到疼痛。而“坐”着蹬车时,人的臀部、腰部甚至背部都能承受身体重量,受力面积比“骑”着增大5倍以上,从而使人感到坐在车上像坐在沙发里一样舒适;第三,坐着蹬车比骑着蹬车使出来的劲大得多。据实际测量可知,人在坐着蹬车时,右腿最大蹬力为262公斤,左腿为241公斤。而骑着蹬车时,每条腿最大的蹬力不超过70~80公斤(骑车人的体重),两者相比,坐着比骑着的蹬力几乎增大了两倍之多,因而车的速度也就快多了;第四,坐着蹬车人体的重心下降了约30~40厘米,行驶起来更安全,不会因车子碰到障碍或急刹车时,使车向前翻倒。国外正在研制的坐式自行车,多为封闭或半封闭型的,也有敞开型的。封闭的坐式自行车比半封闭或敞式的优越。这种车在风雨天或在泥泞的路上行驶时,像坐在小汽车里一样使骑车人不受雨淋和保持身上干净。

由于车子全封闭,又呈流线型,所以可大大减少空气阻力。车身上部可以制成类似飞机上装的气泡式透明座舱盖,外形光滑,看起来大方、美观。车内还可设置一个小的放行李的车舱。在车身两侧装有两个小型的支撑轮,在遇到侧风或停车时可将支撑轮放下着地,保持车子稳定。不用时,可将支撑轮收起来。

当然,未来的坐式自行车多是杠杆型或杠杆踏板型的新结构,与现在的自行车大不一样了。

便携式折叠自行车折叠化、小型化是未来自行车追求的目标之一。这种车携带方便,是你出外旅游或短途出差的好帮手。旅游或出差时,可随身将折叠起来的自行车带上,到达目的地后,随时可将它打开骑用。另外,今后住高层楼房的人日益增多,折叠自行车更适合这些人使用,它搬动存放都十分方便,解决了人们的后顾之忧。

有一种剪刀式折叠自行车,折叠后加上货框就是一个小型手推车。无论是地铁列车上,或是电梯间里,携带它都很简便。

还有一种可变速的轻便自行车,虽然它不能折叠,但结构简单,重量很轻,而且安装了先进的变速器,骑行和搬运起来都很轻便省力。

这种轻便车采用的是杠杆式踏板装置,式样新颖。车的闸线由手柄和车把中穿过,就使车子显得紧凑简练。它的车座是固定在车架后斜梁上,这样车座不仅能在弹簧支持下上下运动,而且还可以左右摆动,以适应骑车时人的臀部的运动,减少臀部与车座之间的摩擦。更重要的是,它有一个巧妙的变速器,在人踏动脚踏杠杆遇到车子上坡时,变速器能自动增大驱动力,所以车子上坡或逆风行驶时也不费力。

从自行车到摩托车

如果追根溯源的话,摩托车的祖先就是自行车。

早在100多年前,当自行车刚刚在一些城市街道上出现的时候,人们就想着为它配上发动机,使它成为能自行行驶的车子。这是因为当时的技术已经发展到一定水平,特别是蒸汽机已经出世,人们越来越需要一种使用动力的自行交通工具了。

1869年,美国人鲁佩尔制成了一辆蒸汽自行车,是将一台双缸蒸汽机安装在自行车上,并用两根长长的连杆带动后轮旋转。而用煤加热的小型蒸汽锅炉悬挂在车子前后轮之间,锅炉上的小烟囱则伸在车座的后面。在车把上分别安装着用来控制车速和车间的手柄。它的车速可达每小时60千米,比人力自行车可快多了。制造这辆最原始“摩托车”的鲁佩尔曾自豪地说:“这辆自行车可以爬上任何一道坡,可以把任何一匹马甩在自己的后面。”这辆蒸汽自行车现珍藏在美国斯米措尼安学院博物馆内。

就在鲁佩尔制成蒸汽自行车的同时,法国人贝洛也制成了一辆蒸汽自行车。车上装的是贝洛自己设计制造的单缸蒸汽机。这台蒸汽机小巧玲珑,配有烧酒精的多管道锅炉。由锅炉产生的蒸汽由蒸汽机转换成动力,通过皮带传动来带动自行车后轮转动。这辆车的速度较低,每小时仅15千米。

后来到了1884年,有个叫科普兰的美国人也制成了一种蒸汽自行车。他将蒸汽机安装在大小轮之间,配用了一台单缸立式锅炉。由蒸汽机产生的动力通过皮带传送给后轮,使车子向前行驶,车速约为每小时24千米。当时,美国一家公司根据科普兰的设计图纸生产了200辆两轮和三轮蒸汽自行车。

上面这些蒸汽自行车虽然比一般自行车进了一步,但由于它们都存在着行驶时烟尘滚滚、炉渣难以清除和锅炉易爆炸等缺点,因而未得到普及和推广。于是,人们转而去寻找那些既无烟尘,又无噪声,而且不会烧灼人的发动机。

1893年,美国人莱布制造了一辆弹簧自行车,它上面的弹簧上满弦后所储存的能量,车子只以每小时48千米的速度行驶了700米的路程。显然,这种弹簧自行车无法实际使用。接着,法国人瓦列在一辆三轮车上安装了一台气压发动机,并增加了减速器,采用链式传动来带动后面的两个轮子。但是,由于它所储存的压缩气体有限,仅够车子行驶较短的路程。如果增加储气量,必然会使车子的重量大大增加。结果,这种气压自行车也只好束之高阁了。

人们从失败中发现,那些笨重的发动机、大而沉重的弹簧箱和庞大的储气罐,与“瘦小”的自行车架是极不般配的,而且往往还会使自行车因不堪重负而摇摇晃晃,或者行驶不了多远就翻倒。因此,需要继续寻找更适合自行车使用的发动机。

山重水复疑无路,柳暗花明又一村。就在人们为自行车寻求新的发动机而又无着落时,1885年在德国莱茵河畔的一个小村庄里,一辆木车架、铁箍木轮的十分粗笨的内燃机自行车呱呱落地诞生了,它就是人们所说的“第一号机动车”。由于在自行车上装的是内燃机,而内燃机的英文词是motor,读出音就是“摩托”。所以,这辆装有内燃发动机的自行车,可说是世界上第一辆摩托车了。

实际上,这辆摩托车的发明和创造者——德国工程师戈特利希·戴姆勒,在车上装的是一台四冲程汽油发动机。当初,他并没有明确地想要研制摩托车,只不过是想利用骨架简单的自行车试验一下汽油发动机的性能,并看看能否将它作为这类车子的动力。然而,这一具有划时代意义的试验,却成功地发明了摩托车。

令人感到惊奇的是,戴姆勒这辆“第一号机动车”已经具有现代摩托车的某些结构特点,如在汽油发动机中装有自动进气阀和机械式排气阀,采用了加热管点火装置,以及使用了较简单的离合器等。它的时速12千米,发动机功率为0.5马力。

世界上第一辆摩托车问世之后,各种各样的摩托车便相继涌现出来,使摩托车的面貌不断改观,与现代摩托车越来越接近了。

时过两年,即1887年,英国人爱德华·巴特勒就制成了三轮汽油机摩托车。它用链条传动,发动机为旋转进气阀汽油发动机。这辆三轮摩托车的双缸内燃发动机气缸是横卧在车上的,发动机的两根连杆从两边与车子后轮直接相连,没有离合器和传动箱,因而车子行驶起来难以控制,特别是在车速较高时,车子就更不好操作了。后来,巴特勒发现了自己设计上的错误,就在车上增加了行星齿轮减速装置。这种减速器在当时来说,是很先进实用的。

另外,巴特勒还率先在摩托车上使用了二冲程双缸内燃机(戴姆勒使用的是四冲程内燃机),并在发动机上配有电点火系统和带浮子室的化油器。

到了1894年,德国人希尔登布兰德兄弟对内燃机自行车进行了改进,并第一次使用了充气轮胎。他们在车上安装了一台二冲程双缸发动机。车子后轮上方像挡泥板一样的拱形箱,是用来作为发动机水冷却系统的散热器。从外形上可以看出,这种车与现代摩托车已比较近似了。他们兄弟俩还为自己的车起了个“摩托车”的名字。从此,摩托车这个名字在世界各地流传开来,并一直沿用至今。