Пристрій для використання мускульної сили з метою отримання механічної енергії

Винахід відноситься до області транспортного будування, а саме до будування транспортних засобів, в яких використовується мускульна сила людини з метою отримання механічної енергії, зокрема велосипедів, веломобілів, вело-тягачів, вело-тракторів, велосипедних колясок та ін. Відомий пристрій для використання мускульної сили з метою отримання механічної енергії педального типу (М. Северин "Особенности эксплуатации дорожных велосипедов, Москва, 1990 год, С.17-24), який складається з ведучої зірочки, шатунів, педалей, веденої зірочки, обгінної муфти. Найбільш близьким до винаходу являється пристрій для використання мускульної сили з метою отримання механічної енергії (далі пристрій), яким обладнано велосипеди Харківського велосипедного заводу (Велосипеди: будова, експлуатація, технічне обслуговування, Харків, 1992р., С.12-17, 21-24), що містить по крайній мірі одну ведучу і одну ведену зірочки, два шатуни з педалями, обгінну муфту, вмонтовану у втулку ведучого колеса. Недоліками даного пристрою є нелінійний рух педалей з шатунами, що зумовлює їх протидію мускульній силі людини, особливо при рухові педалі від верхньої мертвої точки та під час наближення педалі до нижньої мертвої точки. Кінематична схема перетворення зворотно-поступального руху ніг людини в обертальний рух кривошипа даного пристрою суттєво знижує коефіцієнт корисної дії мускульної енергії людини в зв'язку з тим, що найоптимальніше використання мускульної енергії людини відбувається одно моментно, в одній точці, коли між ногою людини і шатуном кривошипа утворюється прямий кут, а всі інші положення, в більшій чи меншій мірі, протидіють поступальному руху ноги людини. Одним з недоліків даного пристрою є громіздка конструкція блоку ведучих і ведених зірочок для забезпечення зміни швидкості руху транспорту та ненадійний механізм переключення швидкостей. В основу винаходу поставлено задачу у пристрої для використання мускульної сили з метою отримання механічної енергії шляхом перетворення нелінійного руху ніг людини в лінійний підвищити коефіцієнт корисної дії даного пристрою та оптимізувати швидкість руху транспортного засобу і фізичне навантаження людини. По першому варіанту винаходу вказана мета досягається тим, що пристрій, що містить по крайній мірі одну ведучу і одну ведену зірочки, два шатуна з педалями згідно винаходу обидва направлені вперед по ходу транспорту, на валу закріплені шарнірно і кожен з них обладнано обгінною муфтою. На цьому ж валу нерухомо закріплена ведуча зірочка з можливістю обертання разом з валом, яка з допомогою ланцюгової передачі передає обертальний рух на ведену зірочку ведучого колеса транспортного засобу. Обидва шатуни призначені для ножного приводу і з'єднані між собою через натяжний ролик тросом, що забезпечує черговість руху педалей. По другому варіанту винаходу вказана мета досягається тим, що пристрій, що містить по крайній мірі одну ведучу і одну ведену зірочки, два шатуна з рукоятками згідно винаходу обидва направлені назад по ходу транспортного засобу, на валу закріплені шарнірно і кожен з них обладнано обгінною муфтою. На цьому ж валу нерухомо закріплена ведуча зірочка з можливістю обертання разом з валом, яка з допомогою ланцюгової передачі передає обертальний рух на ведену зірочку ведучого колеса транспортного засобу. Ведуча зірочка з шатунами закріплена на рульовій колонці з можливістю використання мускульної сили рук, а шатуни з рукоятками одночасно служать рулем. Обидва шатуни з'єднані між собою за допомогою важелів і коромисла, що забезпечує черговість руху шатунів та стійкість рульового керування. По третьому варіанту винаходу поставлена задача вирішується тим, що пристрій, що містить два шатуна з педалями, які згідно винаходу направлені вперед по ходу транспортного засобу, на валу закріплені шарнірно і на кожному з них шарнірне закріплено коромисло, один кінець якого з допомогою пружини з'єднаний з шатуном, а другий - з допомогою ланцюга - з веденою зірочкою ведучого колеса, яка в свою чергу обладнана обгінною муфтою. Нижні кінці ланцюгів від обох ведених зірочок з допомогою гнучкого троса, який закріплено на натяжних роликах, обладнаних пружинами, з'єднані між собою, що забезпечує черговість руху педалей. По четвертому варіанту винаходу поставлена задача вирішується тим, що пристрій, що містить два шатуна, які згідно винаходу направлені вперед по ходу транспортного засобу, на валу закріплені шарнірно і на кожному з них одним кінцем шарнірно закріплено важіль, обладнаний пружиною, який другим кінцем з допомогою ланцюга з'єднаний з веденою зірочкою додаткового блоку зірочок. Обидві ведені зірочки закріплені на валу шарнірно і обладнані обгінними муфтами, з допомогою яких почергово передається крутний момент на ведучу зірочку, яка в свою чергу передає обертальний рух з допомогою ланцюгової передачі на ведену зірочку ведучого колеса. Верхні кінці ланцюгів, що проходять через ведені зірочки, з допомогою гнучкого троса, який закріплено на роликах, обладнаних пружинами, з'єднані між собою, що забезпечує черговість руху педалей. По п'ятому варіанту винаходу поставлена задача вирішується тим, що пристрій, що містить два шатуна, які згідно винаходу направлені вперед по ходу транспортного засобу, на валу закріплені шарнірно і на кожному з них одним кінцем шарнірно закріплено обладнаний пружиною важіль, який другим кінцем з допомогою ланцюга, що проходить через опорну зірочку, з'єднаний з веденою зірочкою. Обидві ведені зірочки на валу закріплені шарнірно і обладнані обгінними муфтами. Ланцюги, що проходять через ведені зірочки з'єднуються між собою гнучким тросом, який проходить через ролики, обладнані пружинами. Важелі обладнані зубчастими сегментами з фіксаторами, які приводяться в дію з допомогою гнучких тросів в оболонках. Даний пристрій за рахунок ліквідації неробочих кутів шляхом перетворення нелінійного руху шатунів в лінійний, зменшення енергетичних затрат на холостий хід шатунів, а також застосування варіатора дозволяє суттєво підвищити коефіцієнт корисної дії пристрою, зокрема потужність і швидкість транспортного засобу, забезпечити його рух в оптимальному режимі на різних по складності ділянках доріг. На Фіг.1, 2 схематично зображений запропонований пристрій з ножним приводом, однією ведучою і однією веденою зірочками. На Фіг.3, 4 схематично зображений запропонований пристрій з ручним приводом, однією ведучою і однією веденою зірочками. На Фіг.5, 6 схематично зображений запропонований пристрій з ножним приводом, двома шатунами, обладнаними коромислами і двома веденими зірочками. На Фіг.7, 8 схематично зображений запропонований пристрій з ножним приводом, двома шатунами, обладнаними важелями, блоком зірочок, в якому дві ведені і одна ведуча зірочка, та веденої зірочки. На Фіг.9 ,10 схематично зображений пристрій з приводом від ніг, двома шатунами, обладнаних важелями з зубчатими сегментами і фіксаторами, опорними та веденими зірочками. Запропонований пристрій по першому варіанту виконання (Фіг.1, пп.1-3 формули винаходу) містить раму 1, по крайній мірі одну ведучу зірочку 2, закріплену на валу 3 нерухомо, який в свою чергу з допомогою підшипників 4 шарнірно закріплений на рамі 1 і по крайній мірі одну ведену зірочку 5, нерухомо закріплену на валу 6, лівий шатун 7 і правий шатун 8 з педалями 9. Шатуни 7, 8 на валу 3 закріплені шарнірно і обладнані обгінними муфтами 10. Ланцюг 11 з'єднує ведучу зірочку 2 з веденою зірочкою 5. Трос 12, який проходить через ролик 13, обладнаний пружиною 14, з'єднує між собою шатуни 7, 8. Запропонований пристрій по першому варіанту виконання (пп.1-3 формули винаходу, Фіг.1, 2) працює наступним чином. Під дією мускульної сили ноги людини лівий шатун 7 опускається вниз і через обгінну муфту 10 передає крутний момент на вал 3, який в свою чергу через ведучу зірочку 2 і ланцюг 11 передає цей рух на ведену зірочку 5. Одночасно при опусканні лівого шатуна 7 через трос 12 і ролик 13 здійснюється піднімання правого шатуна 8, при цьому обгінна муфта 10 роз'єднує шатун 8 з валом 3, що дозволяє шатуну 8 рухатися у зворотному напрямку відносно вала 3 і шатуна 7. Аналогічно проходить процес опускання правого шатуна 8 і піднімання лівого шатуна 7. На початковій стадії руху шатуна 8 пружина 14, розтягуючись, дозволяє шатуну 8 набрати однакової швидкості з ведучою зірочкою в той момент, коли шатун 7, який знаходиться внизу і зупинився у нижній мертвій точці. Аналогічний процес відбувається при опусканні шатуна 8. Таким чином забезпечується рівномірність руху ведучої зірочки і транспорту в цілому, Запропонований пристрій згідно другого варіанту винаходу (пп.4-7 формули винаходу, Фіг.3, 4) містить раму 1, по крайній мірі одну ведучу зірочку 2, закріплену на валу 3 нерухомо, який в свою чергу з допомогою підшипників 4 шарнірно закріплений на рульовій колонці 5 і по крайній мірі одну ведену зірочку 6, нерухомо закріплену на осі 7, лівий шатун 8 і правий шатун 9 з рукоятками 10. Шатуни 8 і 9 на валу 3 закріплені шарнірно і обладнані обгінними муфтами 11. Ланцюг 12 з'єднує ведучу зірочку 2 з веденою зірочкою 6. Шатуни 8 і 9 за допомогою важелів 13 і 14 та коромисла 15 з'єднані між собою. Коромисло 15 шарнірно з'єднано з рульовою колонкою 5 в точці 16. Запропонований пристрій згідно другого варіанту винаходу (пп.4-7 формули винаходу, Фіг.3, 4) працює наступним чином. Під дією мускульної сили руки людини лівий шатун 8 піднімається вверх і через обгінну муфту 11 передає крутний момент на вал 3, а вал 3 обертаючи його проти годинникової стрілки, через ведучу зірочку 2 і ланцюг 12 передає цей рух на ведену зірочку 6. Одночасно при підніманні лівого шатуна 8 з допомогою важеля 13 здійснюється обертання коромисла 15 проти годинникової стрілки навколо точки 16 і з допомогою важеля 14 здійснюється опускання правого шатуна 9. Аналогічно проходить процес піднімання правого шатуна 9 і опускання лівого шатуна 8. Запропонований пристрій по третьому варіанту виконання (Фіг.5, 6, пп.8, 9 формули винаходу) містить раму 1, лівий шатун 2 і правий шатун 3 з педалями 4, 5. На шатунах 2 і 3 шарнірно закріплені коромисла 6, 7 в точках 8 і 9, обладнані пружинами 10 і 11. Шатуни 2 і 3 закріплені на валу 12 шарнірне і обладнані підшипниками 13 і 14. Коромисла 6 і 7 одними кінцями з'єднані з допомогою пружин 10 і 11 з шатунами 2 і 3, а другими з допомогою ланцюгів 15 і 16 з веденими зірочками 17 і 18, які в свою чергу з'єднані з валом 19 шарнірно і кожна з них обладнана обгінною муфтою 20 і 21. Вільні кінці ланцюгів 15 і 16 за допомогою троса 22 з'єднані між собою. Трос 22 проходить через натяжні ролики 23 і 24, які в свою чергу обладнані пружинами 25 і 26. Запропонований пристрій по третьому варіанту виконання (пп.8, 9 формули винаходу, Фіг.5, 6) працює наступним чином. Під дією мускульної сили ноги людини лівий шатун 2 опускається вниз проти годинникової стрілки навколо вала 12 і через коромисло і ланцюг 15 передає цей рух на ведену зірочку 17, яка в свою чергу з допомогою обгінної муфти 20 передає крутний момент на ведений вал 19. Одночасно з опусканням лівого шатуна 2 з допомогою ланцюга 15, з'єднувального троса 22, натяжних роликів 23 і 24 та ланцюга 16 при пробуксовуванні обгінної муфти 21 відбувається обертання веденої зірочки 18 за годинниковою стрілкою і з допомогою ланцюга 16, який одним кінцем з'єднаний з коромислом 7 піднімається правий шатун 3. Аналогічно проходить процес опускання правого шатуна 3 і піднімання лівого шатуна 2. На початковій стадії руху шатуна 3 вниз пружина 26, розтягуючись, дозволяє набрати однакової швидкості веденій зірочці 18 з веденим валом 19 в той момент, коли шатун 2, який знаходиться внизу, зупинився у нижній мертвій точці. Таким чином забезпечується рівномірність руху веденого валу 19 і транспорту в цілому. При значному навантаженні при рухові шатуна 2 вниз коромисло 6, обертаючись за годинниковою стрілкою навколо точки 9, одним кінцем розтягуючи пружину 10, другим своїм кінцем, що з'єднаний з ланцюгом 15, наближається до осі 12, зменшуючи відстань від цього кінця коромисла до даної осі. Таким чином забезпечується збільшення потужності при зменшенні швидкості транспортного засобу. Запропонований пристрій по четвертому варіанту виконання (Фіг.7, 8, пп.10-12 формули винаходу) містить раму 1, лівий шатун 2 і правий шатун 3, обладнаний опорними площадками 4 і 5. На шатунах 2 і 3 шарнірно закріплені важелі 6 і 7 в точках 8 і 9. Важелі 6 і 7 обладнані пружинами 10 і 11. Шатуни 2 і 3 шарнірно закріплені на валу 12, на якому нерухомо закріплена ведена зірочка 13. На валу 14 нерухомо закріплена ведуча зірочка 15, яка з'єднана ланцюгом 16 з веденою зірочкою 13, та шарнірно закріплені дві зірочки 17 і 18, які в свою чергу обладнані обгінними муфтами 19 і 20. Важелі 6 і 7 з допомогою ланцюгів 21 і 22 сполучені з зірочками 17 і 18, другими кінцями ці ланцюги за допомогою троса 23 через натяжні ролики 24 і 25 сполучені між собою. Натяжні ролики 24 і 25 обладнані пружинами 26 і 27. Запропонований пристрій по четвертому варіанту (пп.10-12 формули винаходу, Фіг.7, 8) працює наступним чином. Під дією мускульної сили ноги людини лівий шатун 2 опускається вниз проти годинникової стрілки навколо вала 12 і через важіль 6 і ланцюг 21 передає цей рух на зірочку 17, яка в свою чергу з допомогою обгінної муфти 19 передає цей рух через вал 14 на ведучу зірочку 15, а вона в свою чергу з допомогою ланцюга 16 передає обертальний рух на ведену зірочку 13. Одночасно з опусканням лівого шатуна 2 ланцюг 21, обертаючи зірочку 17 проти годинникової стрілки з допомогою троса 23, який проходить через натяжні ролики 24 і 25 та ланцюга 22, при пробуксовуванні обгінної муфти 20, обертає зірочку 18 за годинниковою стрілкою і другим кінцем ланцюга 22, який закріплений на важелі 7, піднімає правий шатун 3. Аналогічно проходить процес опускання правого шатуна 3 і піднімання лівого шатуна 2. На початковій стадії руху шатуна 3 вниз пружина 27, розтягуючись, дозволяє набрати однакової швидкості зірочці 18 з ведучою зірочкою 15 в той момент, коли шатун 2, який знаходиться внизу, зупинився у нижній мертвій точці. При руху шатуна 2 вниз відбувається аналогічний процес. Таким чином забезпечується рівномірність руху ведучої 15 і веденої 13 зірочок і транспорту в цілому. При значному навантаженні під час руху шатуна 2 вниз, важіль 7, зустрічаючи опір ланцюга 21, обертається за годинниковою стрілкою навколо точки 8, розтягуючи пружину 10, чим зменшує робоче плече шатуна 2. Таким чином важіль 7 з пружиною 10, виконує роль варіатора і забезпечує збільшення потужності при зменшенні швидкості транспортного засобу, або зменшення потужності при збільшенні його швидкості. Аналогічно при значному навантаженні і рухові шатуна 2 вниз спрацьовує важіль 6 з пружиною 10. Запропонований пристрій по п'ятому варіанту виконання (Фіг.9, 10, пп.13-16 формули винаходу) містить раму 1, лівий шатун 2 і правий шатун 3 обладнані опорними площадками 4 і 5. На шатунах 2 і 3 шарнірно закріплені важелі 6 і 7 в точках 8 і 9. Важелі 6 і 7 обладнані пружинами 10 і 11, а також зубчатими сегментами 12 і 13, фіксаторами 14 і 15 та приводними, гнучкими тросами в оболонках 16 і 17. Шатуни 2 і 3 шарнірно закріплені на валу 18, на якому в свою чергу шарнірно закріплені ведені зірочки 19 і 20, обладнані обгінними муфтами 21 і 22. Важелі 6 і 7 з допомогою ланцюгів 23 і 24, які опираються на опорні зірочки 25 і 26, які в свою чергу з валом 27 з'єднані шарнірно, сполучені з веденими зірочками 19 і 20. Ланцюги 23 і 24 з'єднані між собою тросом 28, який опирається на натяжні ролики 29 і 30, які в свою чергу обладнані пружинами 31 і 32. Запропонований пристрій по п'ятому варіанту (пп.13-16 формули винаходу, Фіг.9, 10) працює наступним чином. Під дією мускульної сили ноги людини лівий шатун 2 опускається вниз проти годинникової стрілки навколо вала 18 і через важіль 6 і ланцюг 23, який проходить через опорну зірочку 25 обертає проти годинникової стрілки навколо вала 18 ведену зірочку 19, яка з допомогою обгінної муфти 21 обертає вал 18 в тому ж напрямку. Одночасно з опусканням лівого шатуна 2 ланцюг 23, обертаючи зірочку 19 проти годинникової стрілки з допомогою троса 28, який проходить через натяжні ролики 29 і 30 та ланцюга 24, при пробуксовуванні обгінної муфти 22 обертає зірочку 20 за годинниковою стрілкою і другим кінцем ланцюга 24, який закріплений на важелі 7, піднімає правий шатун 3. Аналогічно проходить процес опускання правого шатуна 3 і піднімання лівого шатуна 2. На початковій стадії руху шатуна 3 вниз пружина 32, розтягуючись, дозволяє набрати однакової швидкості зірочці 20 з валом 18 в той момент, коли шатун 2, який знаходиться внизу, зупинився у нижній мертвій точці. Таким чином забезпечується рівномірність руху ведучого колеса і транспорту в цілому. При значному навантаженні при рухові шатуна 2 вниз, важіль 6, зустрічаючи опір ланцюга 23, обертається за годинниковою стрілкою навколо точки 8, розтягуючи пружину 20, чим зменшує робоче плече шатуна 2. При рухові важеля 6 за годинниковою стрілкою навколо точки 8 фіксатор 14, взаємодіючи із зубчатим сегментом 12, фіксує важіль 6 при найбільшому відхиленні в момент найбільшого навантаження, чим досягається зменшення холостого ходу шатуна 2. При зменшенні навантаження фіксатор 14 примусово виводиться із стану зчеплення з допомогою троса в оболонці 16 і важіль 6 під дією пружини 10 повертається у початкове положення. Таким чином важіль 6 з пружиною 10 виконує роль варіатора і забезпечує збільшення потужності при зменшені швидкості транспортного засобу або зменшення потужності при збільшенні його швидкості. При збільшенні або зменшенні навантаження під час руху шатуна 3 вниз відбувається аналогічний процес.