Велосипед

Реферат: Велосипед містить раму, встановлені на рамі кермо, щонайменше одне переднє поворотне колесо, зв'язане з кермом, щонайменше одне заднє привідне колесо, трансмісію, що містить хитні педальні важелі, зв'язані з заднім привідним колесом щонайменше одним гнучким елементом. Для оптимізації руху і витрати енергії, затрачуваної на здійснення руху причому кожен педальний важіль оснащений привідним важелем, виконаним з можливістю повороту навколо осі свого кріплення на педальному важелі, при цьому привідний важіль містить вузол натягу гнучкого елемента. UA 109623 C2 (12) UA 109623 C2 UA 109623 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до наземних транспортних засобів, що приводяться в рух мускульною силою людини, зокрема до велосипедів. Відомо, що обертальний рух педалей велосипедистом не є досконалим через те, що при такому русі періодично з'являються положення педалі, коли лінія дії сили проходить через центр обертання педалей. Ці положення називаються "мертвими", тому що момент сили в цих положеннях дорівнює нулю. Таким чином, при обертанні педалей у "мертвих" положеннях і в близьких до них сила ноги велосипедиста не здійснює корисної роботи. З рівня техніки відомі численні технічні рішення, у яких зазначений недолік долається за допомогою заміни обертального руху педалей на їх коливальні рухи, таким чином, момент сили ніколи не дорівнює нулю, а орієнтовний виграш у роботі складає 20 %…25 %. Однак актуальною є розробка конструкцій велосипедів з хитними педалями, що дозволяють враховувати умови руху (рух по прямій, спуск або підйом) і, таким чином, оптимізувати роботу ніг велосипедиста. Відомий велосипед, описаний у патентному документі Китаю № 2587750, опублікованому 26.11.2003 р., що містить раму, встановлені на рамі кермо, переднє поворотне колесо, зв'язане з кермом, заднє привідне колесо і трансмісію, що містить хитні педальні важелі, кінематично зв'язані з заднім привідним колесом гнучкими елементами. Найближчим аналогом винаходу, що заявляється, є велосипед, описаний у патентному документі Китаю № 203544273, опублікованому 16.04.2014 р., що містить раму, встановлені на рамі кермо, переднє поворотне колесо, зв'язане з кермом, заднє привідне колесо, трансмісію, що містить хитні педальні важелі, кінематично зв'язані з заднім привідним колесом гнучкими елементами. Педальні важелі, у свою чергу, кінематично зв'язані між собою з забезпеченням їх поперемінної роботи. Недоліком описаних пристроїв є відносно висока витрата енергії на їхнє приведення через неможливість автоматичного регулювання передаточного відношення залежно від умов руху (кута нахилу траси). Задачею винаходу, що заявляється, є створення такого велосипеда, конструктивне виконання якого забезпечить досягнення технічного результату, що полягає в оптимізації руху і витрати енергії, затрачуваної на його здійснення, а також в універсальності велосипеда. Поставлена задача вирішується тим, що розроблено велосипед, що містить раму, встановлені на рамі кермо, щонайменше одне переднє поворотне колесо, зв'язане з кермом, щонайменше одне заднє привідне колесо, трансмісію, що містить хитні педальні важелі, зв'язані з заднім привідним колесом щонайменше одним гнучким елементом, при цьому кожен педальний важіль оснащений привідним важелем, виконаним з можливістю повороту навколо осі свого кріплення на педальному важелі, при цьому привідний важіль містить вузол натягу гнучкого елемента. Таким чином, педальні важелі зв'язані з заднім привідним колесом за допомогою привідних важелів, у вузлах натягу яких закріплені гнучкі елементи. При малому навантаженні педальні важелі повертаються навколо осі свого кріплення до рами, а привідні важелі нерухомі щодо педальних важелів (наприклад, займають положення, у цілому паралельне положенню педальних важелів), при цьому вузол натягу привідного важеля рухається за траєкторією, що являє собою дугу, а довжина гнучкого елемента, закріпленого у вузлі натягу привідного важеля, максимальна, що відповідає мінімальному моменту і максимальній швидкості. Зі збільшенням навантаження (наприклад, при підйомі) привідний важіль починає повертатися навколо осі свого кріплення на педальному важелі, що викликає зміну траєкторії руху вузла натягу, а, отже, зміну положення лінії тяги гнучкого елемента, і приводить до збільшення моменту на колесі. При повністю зігнутій нозі сила мінімальна, а момент сили максимальний, при розгинанні ноги сила зростає, а момент зменшується зі збільшенням швидкості. У такий спосіб досягається автоматична оптимізація руху і витрати енергії. Крім того, при натисканні на педальні важелі велосипеда, що заявляється, відбувається природний рух ніг, як при підйомі сходами, причому зазначений рух може здійснюватися з різною амплітудою, що дозволяє велосипедистам з великою різницею в рості користуватися однією моделлю, унаслідок чого велосипед, що заявляється, є універсальним. Вузол натягу може являти собою, зокрема, отвір (вушко) на кінці привідного важеля для закріплення кінця гнучкого елемента, або отвір (вушко) для закріплення кінця гнучкого елемента і напрямну канавку для розташування в ній закріпленого гнучкого елемента, або гачок для зачеплення кінця гнучкого елемента. Гнучкий елемент може являти собою, зокрема, трос, ланцюг або композитний канат. Дані роз'яснення наведені винятково як приклад і не обмежують обсяг домагань за даною заявкою. В одному з переважних варіантів здійснення привідні важелі оснащені регуляторами 1 UA 109623 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зусилля. Останні можуть бути встановлені для регулювання зусилля, необхідного для повороту привідних важелів навколо осі свого кріплення на педальних важелях. При русі трасою з мінімальним нахилом такі регулятори зусилля будуть утримувати привідні важелі від повороту навколо осі кріплення на педальних важелях. При русі трасою зі збільшеним нахилом тяга, створювана гнучким елементом, буде перевищувати зусилля, створюване регуляторами, внаслідок чого привідні важелі будуть повертатися і, отже, змінювати момент на колесі. В одному з переважних варіантів здійснення педальні важелі кінематично зв'язані між собою з забезпеченням поперемінної роботи. Кінематичний зв'язок може бути реалізований за допомогою гнучкого елемента, один кінець якого закріплений на першому педальному важелі, а інший - на другому, при цьому гнучкий елемент перекинутий через зірочку (у випадку, якщо гнучкий елемент являє собою ланцюг) або шків (у випадку, якщо гнучкий елемент являє собою трос), установлені на рамі. В іншому переважному варіанті здійснення привідні важелі кінематично зв'язані між собою з забезпеченням поперемінної роботи педальних важелів. При цьому закон руху важелів не змінюється. Так само, як і в попередньому варіанті, кінематичний зв'язок може бути реалізований за допомогою гнучкого елемента, один кінець якого закріплений на першому привідному важелі, а інший - на другому, при цьому гнучкий елемент перекинутий через зірочку (у випадку, якщо гнучкий елемент являє собою ланцюг) або шків (у випадку, якщо гнучкий елемент являє собою трос), установлені на рамі. У переважному варіанті здійснення велосипед містить пристрій зміни передаточного відношення (що дозволяє у даному випадку спірально намотувати гнучкий елемент), установлений на привідному колесі велосипеда. Зазначений пристрій здійснює додаткову оптимізацію руху і витрати енергії, затрачуваної на його здійснення. Переважно велосипед, що заявляється, містить сідло, встановлене на рамі. В одному з переважних варіантів виконання велосипед, що заявляється, оснащений електричним приводом переднього колеса з акумуляторною батареєю, таким чином забезпечений повний привід велосипеда, що заявляється. Така реалізація винаходу дозволяє велосипедисту забезпечити пересування велосипеда за відсутності можливості його приведення мускульною силою (у стані втоми, при наявності травм). Переважно акумуляторна батарея розташована під рамою. Таке її розміщення забезпечує низький центр ваги велосипеда, а значить і його добру керованість. Винахід, що заявляється, пояснюється за допомогою наступних креслень. Фіг. 1 - загальний вид велосипеда, що заявляється, у якому привідні важелі займають положення, у цілому паралельне положенню педальних важелів. Фіг. 2 - загальний вид велосипеда, що заявляється, у якому привідні важелі повернені щодо свого початкового положення на педальних важелях, при цьому педальні важелі кінематично зв'язані між собою. Фіг. 3 - загальний вид велосипеда, що заявляється, у якому привідні важелі кінематично зв'язані між собою і повернені щодо свого початкового положення на педальних важелях. Фіг. 4 - діаграма руху точки сили прикладення при максимальному навантаженні. На фіг. 1 представлений загальний вигляд велосипеда, що заявляється, який містить раму 1, кермо 2 і сідло 3, встановлені на рамі 1, переднє поворотне колесо 4, зв'язане з кермом 2, заднє привідне колесо 5, а також трансмісію, що містить хитні педальні важелі 6, при цьому кожен хитний педальний важіль 6 оснащений привідним важелем 7, кінематично зв'язаним із заднім привідним колесом 5 тросами 8 і виконаним з можливістю повороту навколо осі 9 свого кріплення на хитному педальному важелі 6. Кожен привідний важіль 7 містить вузол натягу 10 троса 8 у вигляді вушка, у якому закріплений зазначений трос 8. Хитні педальні важелі 6 кінематично зв'язані між собою тросом 11, перекинутим через установлений на рамі 1 шків 12. На розглянутому загальному вигляді привідні важелі 7 займають положення, у цілому паралельне положенню хитних педальних важелів 6. На фіг. 2 представлений загальний вигляд велосипеда, що заявляється, у якому привідні важелі 7 повернені щодо свого початкового положення на хитних педальних важелях 6. Хитні педальні важелі 6 кінематично зв'язані між собою тросом 11, перекинутим через установлений на рамі 1 шків 12, при цьому кінці троса 11 закріплені у вушках 13 педальних важелів 6. Елементи конструкції велосипеда, ідентичні елементам конструкції, зазначеним на фіг. 1, позначені на фіг. 2 відповідним чином. На фіг. 3 представлений загальний вигляд велосипеда, що заявляється, у якому привідні важелі 7 повернені щодо свого початкового положення на хитних педальних важелях 6. Привідні важелі 7 кінематично зв'язані між собою тросом 11, перекинутим через установлений на рамі 1 шків 12, при цьому кінці троса 11 закріплені у вушках 13 привідних важелів 7. 2 UA 109623 C2 5 10 15 20 25 30 35 Елементи конструкції велосипеда, ідентичні елементам конструкції, зазначеним на фіг. 1, позначені на фіг. 3 відповідним чином. На фіг. 4 представлена діаграма руху точки сили прикладення при максимальному навантаженні. На даній діаграмі точкою O позначена вісь повороту хитного педального важеля 6, точкою B - вісь повороту привідного важеля 7, точкою A - точка сили прикладення (точка закріплення троса 8 на привідному важелі 7), позицією 14 - крива сили прикладення при максимальному навантаженні щодо дуги 15, яка являє собою криву сили прикладення без навантаження з віссю обертання в точці O. Діаграма ілюструє закон руху точки A (точки сили прикладення в нижньому, початковому, положенні привідного важеля) до точки A2 (точки сили прикладення у верхньому, кінцевому, положенні привідного важеля), коли велосипед здійснює підйом. При повороті відрізка OB на кут α, що складає 60º (OB → OB1), точка A переміститься в точку A1, при цьому довжина відрізка AA1 буде складати 25 % від довжини відрізка AA2, що забезпечує збільшення крутного моменту в 4 рази. Шлях із точки A у точку A2 (A → A1 → A2) і є подовження троса 8, зв'язаного з заднім привідним колесом 5, щодо кута повороту α важелів AB і BO, а значить і пройденого велосипедистом шляху. Винахід, що заявляється, працює в такий спосіб. Для пересування натискають на хитні педальні важелі 6. При цьому або хитні педальні важелі 6 кінематично зв'язані між собою тросом 11, перекинутим через установлений на рамі 1 велосипеда шків 12, або привідні важелі 7 кінематично зв'язані між собою тросом 11, що також забезпечує поперемінну роботу педальних важелів 6. При малому навантаженні педальні важелі 6 повертаються навколо осі свого кріплення до рами 1, а привідні важелі 7 нерухомі щодо педальних важелів 6 і займають положення, в цілому паралельне положенню педальних важелів 6, при цьому вузол натягу 10 привідного важеля 7 рухається за траєкторією, що являє собою дугу, а довжина гнучкого елемента 8, закріпленого у вузлі натягу 10 привідного важеля 7, максимальна, що відповідає мінімальному моменту і максимальній швидкості. Зі збільшенням навантаження (наприклад, при підйомі) привідний важіль 7 починає повертатися навколо осі 9 свого кріплення на педальному важелі 6, що викликає зміну траєкторії руху вузла натягу 10, а, отже, зміну положення лінії тяги гнучкого елемента 8, і приводить до збільшення моменту на задньому привідному колесі 5. При повністю зігнутій нозі сила мінімальна, а момент сили максимальний, при розгинанні ноги сила зростає, а момент зменшується зі збільшенням швидкості. Зручності використання велосипедисти з різним ростом досягають шляхом збільшення або зменшення амплітуди відхилення педальних важелів 6 при натисканні на них. Таким чином, розроблений винахід являє собою велосипед, конструктивне виконання якого забезпечує досягнення технічного результату, що полягає в оптимізації руху і витрати енергії, затрачуваної на здійснення руху, а також в універсальності велосипеда. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 1. Велосипед, що містить раму, встановлені на рамі кермо, щонайменше одне переднє поворотне колесо, зв'язане з кермом, щонайменше одне заднє привідне колесо, трансмісію, що містить хитні педальні важелі, зв'язані з заднім привідним колесом щонайменше одним гнучким елементом, який відрізняється тим, що кожний педальний важіль оснащений привідним важелем, виконаним з можливістю повороту навколо осі свого кріплення на педальному важелі, при цьому привідний важіль містить вузол натягу гнучкого елемента. 2. Велосипед за п. 1, який відрізняється тим, що привідні важелі оснащені регуляторами зусилля. 3. Велосипед за п. 1, який відрізняється тим, що педальні важелі кінематично зв'язані між собою з забезпеченням їх поперемінної роботи. 4. Велосипед за п. 1, який відрізняється тим, що привідні важелі кінематично зв'язані між собою з забезпеченням поперемінної роботи педальних важелів. 5. Велосипед за п. 1, який відрізняється тим, що містить пристрій зміни передаточного відношення. 6. Велосипед за п. 1, який відрізняється тим, що містить сідло, встановлене на рамі. 7. Велосипед за п. 1, який відрізняється тим, що містить електричний привід переднього колеса з акумуляторною батареєю. 8. Велосипед за п. 7, який відрізняється тим, що акумуляторна батарея розташована під рамою. 3 UA 109623 C2 4 UA 109623 C2 5 UA 109623 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6