Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів

Реферат: Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів, який включає в себе вал рушія, а також, в залежності від типу передачі транспортного засобу, жорстко закріплені на валу ведучу шестірню, ведучий шків або ведучу зірочку рушія, два важелі-шатуни, які встановлені на валу рушія рухомо навколо осі вала для передачі йому переривчастого обертання через механізм одностороннього обертання, при цьому важелі рушія мають обмежувачі робочого і зворотного ходу важелів та приєднані до механізму повернення важелів у вихідне положення пружинного, тросового чи іншого відомого типу. Для спрощення конструкції та збільшення надійності механізм одностороннього обертання кожного важеля виконано із підшипників ковзання одного напрямку обертання, які нерухомо вмонтовані у важелі-шатуни так, що робочий хід важелів протилежний напрямку обертання вказаних підшипників, при цьому зовнішні обойми підшипників виконано як одне ціле з корпусом важелів, а фіксований кінець пружини кожного підшипника закріплено на поверхні важеля притискувальною пластиною. UA 116165 C2 (12) UA 116165 C2 UA 116165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до засобів перетворення зворотно-поступального руху рук чи ніг людини в обертовий рух коліс транспортних засобів, а саме до важільних рушіїв для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів. Технічні засоби перетворення мускульної енергії людини в механічну енергію руху транспортних засобів на землі та на воді були і залишаються одними з найбільш поширених рушіїв в історії людства. Найбільш відомі та найбільш розповсюджені серед них - це рушії для приведення в дію велосипедів. В основі таких засобів лежить використання шарнірновтулкового ланцюга і педального рушія, коли людина змушена обертати педалі по колу. Такий рушій зручний для використання, але не є достатньо ефективним з точки зору використання мускульної енергії людини. Цю неефективність яскраво видно саме на першому етапі перетворення мускульної енергії людини - при обертанні педалей. Енергія натискування педалей ефективно передається від людини лише при русі педалі зверху вниз, тобто приблизно на ¼ частині шляху кожної педалі по колу обертання. Таким чином ¾ частини шляху і ¾ часу обертання педалі використовуються неефективно. Саме тому до сьогодні не припиняються пошуки більш ефективних рушіїв для велосипеда і інших транспортних засобів. Так, наприклад, патент Росії № 2288859 "Велосипед компактный с возвратнопоступательным перемещением педалей" використовує зворотно-поступальний рух важелів для обертання коліс. Технічне рішення направлено на використання ваги людини як основної рушійної сили. Для цього ведуча зірочка розміщується під сідлом велосипеда, та з'єднується з педалям і важелями-шатунами за допомогою жорстких тяг. Такий рушій має сумнівну працездатність та практично не може бути реалізований із-за несиметричності діаметрального приєднання жорстких тяг до ведучої зірочки та потребує складного механізму виведення важелів шатунів із крайніх положень. Патент Росії № 2294859 "Привод для велосипедов и веломобилей" використовує кілька обгінних муфт, крім важелів-шатунів - двоплечий важіль, складну чотиритросову систему передачі енергії, тому має цілий ряд недоліків: складну кінематику та набагато складнішу конструкцію, ніж типовий велосипедний рушій. В результаті такий рушій важко реалізується як технологічно, так і конструктивно, та має високу вартість, порівняно з типовим велосипедним рушієм. Відомі також технічні засоби, які використовують важелі для приведення до обертання ведучої зірочки при русі важелів, наприклад, вверх-вниз на кут 60-90 градусів (патент України на корисну модель № 396). У випадку такого рішення ефективність перетворення мускульної енергії в енергію обертання коліс велосипеда покращується, але технологічно реалізація такого рішення є більш складною та має більшу вартість із-за використання храпових механізмів (тріскачок) і пружинно-стрічкового механізму накопичення енергії для повернення важелів в вихідне положення, порівняно з традиційним педальним рушієм для велосипеда. Аналогом до нашого винаходу є також імпульсно-інерційний рушій для велосипеда за патентом України № 1956] А. В ньому практично збережені всі перевірені практикою елементи велосипедного рушія - ведуча і ведена зірочки, втулково-роликовий ланцюг, привідний вал і важелі-шатуни, але важелі-шатуни встановлені на валу вільно і передають йому обертання через храповий механізм чи обгінну муфту. В цьому рішенні також ефективність перетворення мускульної енергії в енергію обертання коліс велосипеда покращується, але використання храпового механізму чи обгінної муфти в каретці кожного важеля для перетворення зворотнопоступального руху важелів в обертальний рух, на наш погляд, не є оптимальним. Таке рішення складне технологічно, потребує значних конструктивно-технічних затрат та має низьку надійність та високу вартість практичної реалізації. Для перетворення зворотно-поступального руху важелів в обертальний рух привідного валу ведучої зірочки ми пропонуємо використати більш просте і ефективне рішення, а саме розроблений і запатентований раніше автором підшипник одного напрямку обертання (патент України № 79806 "Підшипник ковзання одного напрямку обертання"). Такий підшипник ковзання складається фактично із двох або трьох простих деталей, може в значно менших габаритах повністю замінити функції, наприклад, храпового механізму чи обгінної муфти із десятка складних деталей, які за масою та об'ємом можуть бути більші ніж підшипник. Матеріалоємність і вартість такого підшипника в десятки разів буде меншою, ніж відомих названих пристроїв. В основу винаходу поставлено задачу створення важільного рушія для велосипеда, веломобіля, інвалідного візка та інших транспортних засобів, який би був універсальним, дозволяв би передавати в 2 і більше разів більшу потужність, забезпечував би при цьому кращу технологічність і простоту конструкції, мав би більшу надійність роботи та низьку собівартість виготовлення і низьку вартість впровадження. Важливим, для швидкого і широкого впровадження запропонованого рушія, була б можливість заміни на велосипедах традиційного 1 UA 116165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 педального рушія з круговим обертанням педалей на рушій зі зворотно-поступальним рухом важелів зі збереженням всіх перевірених практикою переваг традиційного велосипедного рушія. Після такої модернізації, ефективність передачі енергії від людини на колеса може бути збільшена практично в 2 і більше рази. Поставлена задача вирішена шляхом створення важільного рушія для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів, що включає в себе вал рушія, а також, в залежності від типу передачі транспортного засобу, жорстко закріплені на валу ведучу шестірню, ведучий шків, або ведучу зірочку рушія, два важелі-шатуни, які встановлені на валу рушія рухомо навколо осі вала і передають йому переривчасте обертання через механізм одностороннього обертання шляхом кутових коливань навколо осі вала. При цьому важелі рушія мають обмежувачі робочого і зворотного ходу важелів та приєднані до механізму повернення важелів в вихідне положення, наприклад пружинного, тросового чи іншого відомого типу. Від відомих рушіїв запропонований відрізняється тим, що механізм одностороннього обертання виконано із підшипників ковзання одного напрямку обертання, які нерухомо вмонтовані в важелі-шатуни так, що робочий хід важелів протилежний напрямку обертання вказаних підшипників ковзання, при цьому зовнішня обойма підшипника виконується як одне ціле з корпусом важеля, а фіксований кінець пружини підшипника закріплюється на поверхні важеля притискувальною пластиною. Згідно з залежними пунктами формули винаходу у випадку використання мускульної енергії ніг людини для приведення в дію важільного рушія, важелі-шатуни для ніг з протилежного від вала кінця закінчуються вилкою, яка виступає над площиною важелів так, що над важелями між стержнями кожної вилки в отвори стержнів вилки, паралельно осі вала рушія, встановлено на своїй осі обертання педалі, які можуть повертатися навколо своєї осі на кут не менше 90 кутових градусів. У випадку приведення в дію рушія одночасно як ногами, так і руками чи для приведення в дію рушія одночасно кількома людьми, на валу рушія додатково розміщуються одна чи кілька пар важелів-шатунів, відповідно, для ніг або рук, які також мають свої обмежувачі робочого і зворотного руху важелів, та також приєднані до своїх механізмів повернення важелів в вихідне положення, прийнятного відомого типу. Суть винаходу пояснюється кресленнями на фіг. 1-3. На фіг. 1 показано загальний вигляд важільного рушія на прикладі рушія для інвалідного візка з важелями для рук. На фіг. 2 наведено загальний вигляд рушія для велосипеда з акцентом на розміщення педалі у вилці, якою закінчуються важелі-шатуни згідно з п. 2 формули винаходу. На фіг. 3показано загальний вигляд важільного рушія для веломобіля, водного велосипеда та інших транспортних засобів для двох людей, тобто який має дві пари важелі в-шатунів. Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів (фіг. 1) складається з вала рушія 1, а також, в залежності від типу передачі транспортного засобу, жорстко закріплених на валу ведучої шестірні, ведучого шківа, або ведучої зірочки 2 рушія, двох важелів-шатунів 3, перший з яких позначено 3-1, а другий позначено 3-2, які встановлені на валу 1 рушія рухомо навколо осі вала і передають йому переривчасте обертання через механізм одностороннього обертання 4 (обертання в одному напрямку), позначено 4-1 і 4-2 для першого 3-1 і другого 3-2 важелів 3. При цьому важелі 3 рушія мають обмежувачі робочого і зворотного ходу важелів (на фігурі не показано) та приєднані до механізму повернення важелів в вихідне положення (на фігурі не показано), наприклад пружинного, тросового чи іншого відомого типу. Від відомих важільних рушіїв для велосипедів, запропонований важільній рушій відрізняється тим, що механізм одностороннього обертання кожного важеля 4-1 і 4-2 виконано із підшипників ковзання одного напрямку обертання, які вмонтовані у важелі-шатуни 3-1 і 3-2 так, що робочий хід важелів протилежний напрямку обертання вказаних підшипників, при цьому зовнішня обойма підшипника 4-1 і 4-2 виконується як одне ціле з корпусом важеля 3-1 і 3-2, а фіксований кінець пружини підшипника закріплюється на поверхні важеля притискувальною пластиною 5-1, для важеля 3-1, і притискувальною пластиною 5-2, для важеля 3-2. Відповідно до залежних пунктів формули, на фіг. 2 наведено загальний вигляд важільного рушія для велосипеда, веломобіля, інвалідного візка та інших транспортних засобів з приведенням в дію ногами, для чого важелі-шатуни 3 для ніг з протилежного від валу кінця закінчуються вилкою 6-1 і 6-2, відповідно першого 3-1 та другого 3-2 важелів, яка виступає над площиною кожного з важелів 3 так, що над важелями між стержнями кожної вилки 6 в отвори стержнів вилки паралельно осі вала 1 рушія встановлені педалі 7-1 і 7-2, відповідно для першого 3-1 та другого 3-2 важелів. Педалі можуть повертатися навколо своєї осі на кут не менше 90 кутових градусів. При цьому площиною важелів вважається площина, яка проходить 2 UA 116165 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 через вісь вала 1 рушія та точку перетину осі симетрії кожного з важелів 3 з площиною кінця важелів. На фіг. 3 показано загальний вигляд важільного рушія для веломобіля, водного велосипеда та інших транспортних засобів з використанням енергії ніг кількох людей, на прикладі використання для приведення в дію рушія ногами лише двох людей. Крім описаних вище елементів, в цьому випадку запропонований рушій для двох людей, додатково має на валу І рушія ще одну пару важелів-шатунів 3, позначених 3-3 - важіль для правої ноги другої людини, і 3-4 - важіль для лівої ноги другої людини, які також мають свої обмежувачі робочого і зворотного руху важелів, та також приєднані до своїх механізмів повернення важелів в вихідне положення (на фіг. 3 не показані). Відповідно до винаходу, важелі 3-3 і 3-4 мають свої підшипники одного напрямку обертання 4-3 і 4-4, притискувальні пластини 5-3 і 5-4 фіксованого кінця пружини підшипника, педальні вилки 6-3 і 6-4, та власне педалі 7-3 і 7-4. У випадку створення рушія для веломобіля для більшої кількості людей, в ньому додатково буде відповідна більша кількість пар важелів, обмежувачів робочого і зворотного руху важелів та механізмів повернення важелів в вихідне положення (на фіг. 3 не показані). Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів на прикладі рушія для інвалідного візка (фіг. 1) працює наступним чином. Перед початком руху, наприклад, важелі правий 3-1 і лівий 3-2 знаходяться у вихідному крайньому задньому положенні (біля обмежувача зворотного ходу, який на фігурі не показано). При натискуванні на важіль, наприклад, правий 3-1, правою рукою від себе, починається робочий хід цього важеля на кут 90 чи більше градусів, який продовжується до зіткнення з обмежувачем робочого ходу важеля (на фігурі не показано). З початком робочого ходу важеля 3-1 підшипник ковзання 4-1 блокується і зусилля з яким людина діє на важіль передається на вал 1 рушія і жорстко з'єднану з ним ведучу зірочку 2, що спричиняє обертовий рух вала 1 і зірочки 2 на відповідний кут обертання. Після припинення робочого ходу правий важіль 3-1 рукою або механізмом повернення (на фігурі не показано) без зусиль повертається в вихідне положення до упору з обмежувачем зворотного ходу важеля, оскільки підшипник одного напрямку обертання 4-1 розблоковується і важіль 3-1 може вільно рухатись навколо вала 1 в протилежному робочому ходу напрямку. При здійсненні робочого ходу важеля 3-1, лівий важіль 3-2 залишається у вихідному положенні, але при завершенні цього робочого ходу чи при наближенні до його завершення, зусилля лівої руки переноситься на лівий важіль 3-2 і він починає свій робочий хід. Аналогічно, з початком робочого ходу важеля 3-2 підшипник ковзання 4-2 блокується і зусилля з яким людина діє на важіль передається на вал 1 рушія і жорстко з'єднану з ним ведучу зірочку 2, що спричиняє продовження обертового руху вала 1 і зірочки 2 на відповідний кут обертання. Як і у випадку важеля 3-1, після завершення робочого ходу лівого важеля 3-2, він механізмом повернення (на фігурі не показано) чи просто рухом лівої руки назад без зусиль (підшипник одного напрямку обертання 4-2 в цей момент розблоковується) повертається у вихідне положення до упору з обмежувачем зворотного ходу важеля 3-2 і цикл може знову повторюватись. При наближенні до завершення робочого ходу важеля 3-2 знову в дію вступає права рука. Зусилля переноситься на правий важіль 3-1 і він починає робочий хід. Таким чином шляхом повторення таких циклів зворотно поступальних рухів важелів 3-1 і 3-2 здійснюється обертовий рух вала 1 і зірочки 2 рушія, який передається на колеса транспортного засобу відомим типом механічної передачі. Аналогічно працює і важільний рушій за п. 2 формули винаходу - для приведення в дію велосипеда. Тільки в цьому випадку робочий хід важелів 3-1 і 3-2 здійснюється, переважно, зверху вниз шляхом поперемінного натискування на педалі важелів 7-1 і 7-2 правою і лівою ногою. Зворотний рух важелів 3-1 і 3-2, в основному, здійснюється механізмом повернення важелів у вихідне положення. Оскільки, в запропонованому рушієві кожна нога людини здійснює лише вертикальні рухи вниз-вверх, а не рухи по колу для повернення в вихідне положення, то за робочий цикл нога проходить, як мінімум, в 2 рази менший шлях та потребує на це в 2 рази менше часу, тобто теоретично в нашому рушієві при однаковій довжині педалі можна забезпечити в 2 рази більшу ефективність передачі енергії від людини на колеса транспортного засобу. Використання вилок 6-1 і 6-2 важелів для закріплення вісі обертання педалей 7-1 і 7-2 з обох боків педалі, а не консольно, як в традиційному велосипедному рушієві, дозволяє збільшити надійність такого кріплення педалей і надійність роботи всього рушія в цілому. Запропонований рушій за п. 3 формули винаходу дозволяє для приведення в дію веломобіля чи іншого транспортного засобу використовувати зусилля кількох людей одночасно, що є суттєвою перевагою запропонованого рішення. На прикладі участі двох людей в роботі 3 UA 116165 C2 5 10 15 20 25 рушія, на фігурі 3 видно, що робота кожної пари важелів 3-1, 3-2 та 3-3, 3-4 може відбуватися незалежно, оскільки кожна пара важелів 3 має окремий механізм повернення важелів у вихідне положення. Навіть більше того, при використанні відповідного механізму повернення важелів у вихідне положення, наприклад, пружинного типу, можлива незалежна робота не тільки окремих пар важелів 3. але взагалі і окремих важелів 3-1, 3-2, 3-3, 3-4. Кожна пара важелів 3-1, 3-2 і 3-3, 3-4 працює аналогічно, як описано вище, але при цьому робота двох пар важелів забезпечує обертання вала 1 і зірочки 2 більш рівномірно при частковій неодночасності робочого ходу важелів 3 кожної пари важелів. При співпадінні чи частковій одночасності робочого ходу важелів кожної з пар важелів 3 забезпечується передача сумарних зусиль двох людей на вал 1 рушія, що збільшує прохідну здатність і надійність рушія при подоланні перешкод і підйомів. В результаті, реалізація суттєвих ознак пункту 3 формули винаходу дозволяє додатково значно підвищити рівномірність обертового руху ведучого валу 1 і ведучої зірочки 2 рушія, та пропорційно кількості задіяних людей збільшити обертовий момент та потужність рушія при передачі зусиль від людей на колеса транспортного засобу та підвищити прохідну здатність рушія. Таким чином, запропоновано важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів, який є універсальним, дозволяє передавати в 2 і більше рази більшу потужність та обертовий момент, забезпечує при цьому кращу технологічність і простоту конструкції, має більшу надійність роботи та низьку собівартість виготовлення і низьку вартість впровадження. Важливою перевагою рушія є можливість заміни на велосипедах традиційного педального рушія з круговим обертанням педалей на рушій зі зворотно-поступальним рухом важелів зі збереженням всіх перевірених практикою переваг традиційного велосипедного рушія. Це забезпечить швидке і широке впровадження запропонованого рушія на всіх моделях велосипедів. Важливим проявом універсальності запропонованого рушія є можливість його використання для інвалідних колясок, велосипедів, водних велосипедів, веломобілів та інших транспортних засобів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 1. Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів, який включає в себе вал рушія, а також, в залежності від типу передачі транспортного засобу, жорстко закріплені на валу ведучу шестірню, ведучий шків або ведучу зірочку рушія, два важелі-шатуни, які встановлені на валу рушія рухомо навколо осі вала для передачі йому переривчастого обертання через механізм одностороннього обертання, при цьому важелі рушія мають обмежувачі робочого і зворотного ходу важелів та приєднані до механізму повернення важелів у вихідне положення пружинного, тросового чи іншого відомого типу, який відрізняється тим, що механізм одностороннього обертання кожного важеля виконано із підшипників ковзання одного напрямку обертання, які нерухомо вмонтовані у важелі-шатуни так, що робочий хід важелів протилежний напрямку обертання вказаних підшипників, при цьому зовнішні обойми підшипників виконано як одне ціле з корпусом важелів, а фіксований кінець пружини кожного підшипника закріплено на поверхні важеля притискувальною пластиною. 2. Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів за п. 1, який відрізняється тим, що важелі-шатуни для ніг з протилежного від вала кінця закінчуються вилкою, яка виступає над площиною важелів так, що над важелями між стержнями кожної вилки в отвори стержнів вилки паралельно осі вала рушія встановлені педалі, виконані з можливістю повертання навколо своєї осі на кут не менше 90 кутових градусів. 3. Важільний рушій для інвалідного візка, велосипеда, веломобіля та інших транспортних засобів за п. 1, який відрізняється тим, що для приведення в дію рушія одночасно як ногами, так і руками чи для приведення в дію рушія одночасно кількома людьми, на валу рушія додатково розміщуються одна чи кілька пар важелів-шатунів, відповідно, для ніг або рук, які також мають свої обмежувачі робочого і зворотного руху важелів, та також приєднані до своїх механізмів повернення важелів у вихідне положення. 4 UA 116165 C2 5 UA 116165 C2 6 UA 116165 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7