КАЧЕЛИ Российский патент 1994 года по МПК A63G9/16 

Изобретение представляет собой качели в виде "ладьи" для катающихся пассажиров, подвешенной на маятниковых рычагах, относится к разделу "удовлетворение жизненных потребностей человека" и может быть использовано в парковом хозяйстве для развлечений.

Известны качели, у которых подвешенная к маятниковым рычагам опора для катающихся приводится в движение с помощью колесного привода, реверсируемого в зависимости от маятникового движения. В качестве колесного привода в известных качелях используются два установленных на поворотном балансире приводных колеса, движущихся в противоположном направлении и снабженных фрикционными накладками, расположенными по окружности. Балансир наклоняется с помощью управляемого привода таким образом, что приводимые колеса поочередно приходят во взаимодействие с нижней стороной опоры для катающихся.

Известное устройство обладает рядом недостатков.

Работа всей системы зависит от целого ряда переменных факторов - массы загрузки катающихся на опоре, распределения их по площади опоры, внешних погодных факторов - влажности, температуры колеса и окружающей среды и степени износа наружной поверхности приводного колеса, что в целом влияет на коэффициент трения скольжения между нижней поверхностью опоры для катающихся и колесом колесного привода, что приводит к тому, что величина значения момента раскачки при постоянном усилии поджатия колеса колесного привода является величиной переменной и никак не связанной с другими динамическими параметрами процесса раскачки, в частности с углом качка. Это приводит к возникновению проскальзывания колеса колесного привода относительно нижней поверхности опоры для катающихся и имеют место различные значения углов раскачки, в результате имеем нестабильные процессы раскачки, излишний вес и нагрев колеса колесного привода, в итоге снижается срок службы качелей.

Наиболее близким по совокупности признаков к предложенным качелям являются качели с "ладьей", содержащие укрепленные на платформе опорные ригели, несущие вал для подвески на рычагах с возможностью качания "ладьи" для пользователя и приводной механизм для "ладьи", включающий установленные с возможностью контактирования с ее днищем колеса с приводом их вращения, механизм управления положением приводных колес и привод для него.

Недостатком известной конструкции является то, что она производит коррекцию величины момента на приводном колесе только по достижении проскальзывания приводного колеса по нижней поверхности опоры для катающихся и не координирует этот момент с фактическим углом отклонения опоры для катающихся при каждом качке, что увеличивает износ приводного колеса, что делает всю систему неэкономичной.

Другим недостатком является то, что не контролируется и не управляется процесс торможения.

Кроме того, используемая в колесном приводе гидравлика не обеспечивает быстродействие всей системы в короткий момент раскачки.

Вся система гидрооборудования недостаточно надежна в условиях паркового хозяйства, требует постоянного ухода, что усложняет эксплуатацию качелей.

Для устранения вышеуказанных недостатков известные качели снабжены системой программного управления, включающей электрически связанные между собой считывающее устройство, блок управления и исполнительный орган, и колесным тормозным механизмом, включающим механизм управления положением тормозных колес и его привод, при этом тормозные колеса установлены с возможностью контактирования с днищем "ладьи", причем считывающее устройство установлено на одном из опорных ригелей и кинематически связано с одним из рычагов, а исполнительный орган электрически связан с приводом вращения приводных колес и с приводами механизмов управления положениями приводных и тормозных колес. Считывающее устройство выполнено в виде датчика угла поворота, а исполнительный орган - в виде ряда электрических реле. При этом колесный тормозной механизм снабжен фрикционными накладками, расположенными вдоль окружности тормозного колеса с возможностью контактирования с ним.

На чертеже изображены качели со схемой системы программного управления, общий вид.

Качели представляют из себя мобильную бесфундаментную металлоконструкцию. На восьми опорных элементах 1 установлена платформа 2 с закрепленными на ней опорными ригелями 3.

Опорные ригели 3 представляют собой два перевернутых V-образных элемента, несущих вал 4. На валу 4 на рычагах 5 с возможностью свободного качения подвешена "ладья" 6 для катающихся пассажиров. Качели снабжены колесным приводом 7 и колесным тормозом 8, контактирующим с днищем "ладьи". Колесный привод 7 в свою очередь снабжен механизмом управления 9, приводом 10 механизма управления 9 и приводом вращения 11. Колесный тормоз 8 снабжен механизмом управления 12 и приводом 13 механизма управления 12. Механизмы управления 9 и 12 могут быть выполнены в виде механических (например: рычажных, винтовых и т.д.) пневматических или гидравлических систем.

На колесе колесного тормоза 8 установлены фрикционные накладки 14, расположенные по его окружности и связанные с механизмом управления 12.

На одном из неподвижных опорных ригелей 3 установлен датчик угла поворота 15, кинематически связанный, например, посредством системы фрикционных колес 16 с одним из качающихся рычагов 5. В качестве датчика угла поворота используют синусно-косинусный вращающийся трансформатор типа ВТ-5. Фрикционные колеса 16, контактируя одновременно с одной стороны с одним из качающихся рычагов 5, а с другой - с датчиком угла поворота 15, передают при работе угловое перемещение рычага 5 с "ладьей" 6 на датчик угла поворота 15.

Датчик угла поворота 15, блок управления 17 и исполнительный элемент 18 образуют систему программного управления, которой оснащены качели. В качестве исполнительного элемента 18 в системе управления используют ряд электрических реле, типа РП21-003. Исполнительный элемент 18 системы программного управления электрически связан с приводом 10 механизма управления 9 колесного привода 7, с приводом 13 механизма управления 12 колесного тормоза 8 и с приводом вращения 11 колесного привода 7.

Качели работают в четырех режимах: "0" режим, режим раскачивания, режим свободного качания, режим торможения.

До начала работы качели находятся в равновесном состоянии, в нулевом положении и фиксируются в нем с помощью колесного тормоза 8. При этом колесо колесного тормоза 8 контактирует с днищем "ладьи" 6. Колесо колесного привода 7 отведено от днища "ладьи" 6 и находится в крайнем нижнем положении. Система программного управления отключена. Идет посадка пассажиров в "ладью" 6.

После того как посадка произведена всю систему (качели и систему программного управления) приводят в "0" режим.

Для этого нажимают кнопку "ПУСК" на панели блока управления 17, а тумблер "КОНТРОЛЬ-РАБОТА" устанавливают в положение "КОНТРОЛЬ", при этом включается питание системы программного управления. Она дает команду на привод 10 "ОТКЛЮЧИТЬ КОЛЕСНЫЙ ПРИВОД" и на привод 13 "ВКЛЮЧИТЬ КОЛЕСНЫЙ ТОРМОЗ". При этих командах и колесный привод 7 и колесный тормоз 8 остаются в своем исходном положении, в том положении, в котором они были в момент загрузки пассажиров. Система программного управления подтверждает это положение.

В "0" режиме система программного управления проверяет наличие исходного положения всего комплекса и выполнение следующих условий:
- абсолютное значение начального угла раскачивания должно быть l α l≅0,01^о
- изменение знака скорости угла
α 0
- абсолютная величина смещения оси "ладьи" 6 относительно ее нулевого положения
| Х | ≅ 10 см при R = 10 м, где R - радиус качания.

Если эти условия выполнены, на лицевой панели блока управления 17 должен засветиться индикатор "0" режим.

Если индикатор не засветился, значит в системе неполадки и тумблер в положение "Работа" переводить нельзя. Неполадки необходимо устранить.

Если индикатор засветился, то оператор производит установку времени сеанса и диапазона раскачивания соответствующими переключателями на лицевой панели блока управления 17. После чего переводят тумблер в положение "РАБОТА" и весь комплекс переходит в режим раскачивания.

В режиме раскачивания блок управления 17 выдает электрический сигнал на исполнительный элемент 18 системы программного управления "ОТКЛЮЧИТЬ ТОРМОЗ", "ВКЛЮЧИТЬ КОЛЕСНЫЙ ПРИВОД", "ВКЛЮЧИТЬ ПРИВОД ВРАЩЕНИЯ". При этом эти электрические сигналы передаются соответственно на приводы 13 и 10, на привод вращения 11.

Сигналы с приводов 13 и 10 в свою очередь передаются соответственно на механизмы управления 12 и 9. После чего колесный тормоз 8 опускается в свое крайнее нижнее положение. Колесо колесного привода 7 начинает вращаться, а сам колесный привод 7 поднимается в крайнее верхнее положение до контакта с днищем ладьи 6. Включается счетчик времени сеанса и обеспечивается с помощью блока управления 17 сравнение текущего времени с временем, установленным оператором.

После момента контакта колеса колесного привода 7 с днищем "ладьи" 6 происходит первый кач "ладьи" 6. "Ладья" 6 и рычаги 5 начинают перемещаться под действием вращающегося колеса колесного привода 7 вокруг оси вала 4. Находящиеся в контакте с рычагами 5 фрикционные колеса 16 тоже поворачиваются вокруг своих осей, этот поворот соответствует повороту "ладьи" 6 вокруг оси вала 4. Поворот фрикционных колес 16 передается на взаимодействующий с ними датчик угла поворота 16. И так как в качестве датчика угла поворота 15 используется синусно-косинусный вращающийся трансформатор типа ВТ-5, то при напряжении питания датчика угла поворота 15, на его синусной обмотке вырабатывается напряжение U₁ = K ˙U_m ˙sin α, а на косинусной - напряжение U₂ = K ˙U_m ˙cos α , где К = 0,96 коэффициент трансформации ВТ-5.

Измерение угла α осуществляется путем запоминания амплитуды напряжения U₁ с помощью блока управления 17.

Вся система управления построена по принципу измерения угла и скоростью изменения угла .

Для измерения - скорости изменения угла фиксируется еще одно значение напряжения U₁' через время Δ t.

Разность напряжений ΔU = U₁ - U'1

На первом каче система управления проверяет условие α > 0,04 и при изменении знака скорости с плюса на минус блок управления 17 выдает электрический сигнал на исполнительный элемент 18, а он - на приводы 10, 13 и на соответствующие механизмы управления 9, 12. После этих сигналов колесный привод 7 опускается в крайнее нижнее положение, а колесный тормоз 8 отключен и остается в крайнем нижнем положении.

На втором и следующих качах блок управления 17 вырабатывает электрический сигнал при условии α > -15^о и положительном знаке . Сигнал передается на исполнительный элемент 18, а тот в свою очередь на привод 10 и механизм управления 9.

Колесный привод 7 поднимается в крайнюю верхнюю точку до контакта колеса колесного привода 7 с днищем "ладьи" 6.

В процессе раскачивания колесный привод 7 то опускается в крайнее нижнее положение (при отрицательном знаке ), то поднимается в крайнее верхнее положение (при положительном знаке ) до контакта с днищем "ладьи" 6. Тем самым устраняется контакт и истирание колеса колесного привода о днище "ладьи" 6, когда "ладья" совершает обратный ход.

В процессе раскачивания блок управления 17 непрерывно сравнивает значение угла α со значением максимального угла раскачивания.

Значение напряжений - установок максимального угла раскачивания определяется выражением: U₂ ' = U₀^.cos α, где U₀ - max значение напряжения на косинусной обмотке датчика угла, а диапазоны максимального угла раскачивания: α = 45^o, α = 60^o,α = 75^o, α = 85^o.

При достижении максимального угла раскачивания блок управления 17 переводит качели в режим свободного качания.

В режиме свободного качания блок управления 17 непрерывно выдает сигналы на исполнительный элемент 18, а от него - на приводы 10, 13 и на соответствующие механизмы управления 9 и 12. При этих сигналах колесный тормоз 8 находится в крайнем нижнем положении, то есть отключен, и колесный привод 7 находится в нижнем положении, и его колесо не контактирует с днищем "ладьи" 6.

Кроме этого в режиме свободного качания блок управления 17 ведет контроль времени. При достижении времени, установленного оператором (t = 0,5; 1; 2; 2,5 c), блок управления 17 переводит комплекс в режим торможения.

В режиме торможения блок управления 17 через исполнительный элемент 18 выдает сигналы на приводы 10 и 13 соответствующих механизмов управления 9 и 12. При этих сигналах колесный привод 7 остается в крайнем нижнем положении, а колесный тормоз 8 включается и поднимается вверх. Одновременно с подъемом колесного тормоза 8 осуществляется отвод фрикционных накладок 14 от колеса колесного тормоза 8. Как только колесо колесного тормоза 8 придет в крайнее верхнее положение, произойдет его контакт с днищем "ладьи" 6 и колесо под действием сил трения начнет свободно вращаться вокруг своей оси и ускорять затухание колебаний ладьи 6.

В режиме торможения блок управления 17 продолжает вести контроль значений угла α и скорости изменения угла . В зависимости от этого контроля и от полученных значений угла α и скорости изменения угла блок управления 17 выдает сигнал, который, поступая на привод 13 и на механизм управления 12, обеспечивает то подвод фрикционных накладок 14 к колесу колесного тормоза 8, притормаживая его, то отвод фрикционных накладок 14 от колеса колесного тормоза 8, давая ему свободно вращаться, но уже со сниженной скоростью. Такое периодическое воздействие на колесе колесного тормоза 8, вызывает плавное затухание колебаний "ладьи" 6, уменьшение трения колеса колесного тормоза 8 о дно "ладьи" 6 и увеличение срока службы колесного тормоза 8 и качелей в целом.

Спустя 2 с (время окончания сеанса) блок управления 17 фиксирует значение α 0 и α < 0,02. После фиксирования этих значений фрикционные накладки 14 последний раз подводят к колесу колесного тормоза 8, сжимают колесо накладками 14 в радиальном направлении, останавливают его и "ладью" 6 в нулевом положении, что соответствует окончанию сеанса. Блок управления 17 отключает систему программного управления. После чего производят высадку пассажиров из "ладьи" 6. Следующий сеанс повторяют аналогичным образом.

Использование предложенного технического решения позволяет производить коррекцию величины момента на колесе колесного привода по достижению проскальзывания последнего по днищу "ладьи" и координировать этот момент с фактическим углом отклонения "ладьи", что позволяет оптимизировать процесс раскачки, выполнить процесс раскачки более экономично и за более короткий промежуток времени, а также контролировать и управлять процессом торможения качелей в целом.

Кроме того, качели представляют собой небольшую сборную конструкцию, которую легко транспортировать и устанавливать в небольших парковых хозяйствах.

Использование: для развлечений в местах отдыха. Сущность: опорные ригели 3 несут вал 4 для подвески "ладьи"6. Система програмного управления положением "ладьи"6 включает электрически связанные между собой считывающее устройство, блок управления и исполнительный орган. Колесный тормозной механизм включает механизм управления положением тормозных колес и его привод. Приводной механизм для "ладьи" включает колеса с приводом их вращения и механизм управления положением приводных колес и привод для него. Считывающее устройство кинематически связано с одним из рычагов для подвески "ладьи". Исполнительный орган электрически связан с приводом вращения приводных колес и с приводами механизмов управления положением приводных и тормозных колес. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. КАЧЕЛИ, содержащие укрепленные на платформе опорные ригели, несущие вал для подвески на рычагах с возможностью качания ладьи для пользователя, и приводной механизм для ладьи, включающий установленные с возможностью контактирования с ее днищем колеса с приводом их вращения, механизм управления положения приводных колес и привод для него, отличающиеся тем, что они снабжены системой программного управления, включающей электрически связанные между собой считывающее устройство, блок управления и исполнительный орган, и колесным тормозным механизмом, включающим механизм управления положением тормозных колес и его привод, при этом тормозные колеса установлены с возможностью контактирования с днищем ладьи, причем считывающее устройство установлено на одном из опорных ригелей и кинематически связано с одним из рычагов, а исполнительный орган электрически связан с приводом вращения приводных колес и приводами механизмов управления положениями приводных и тормозных колес. 2.Качели по п.1, отличающиеся тем, что считывающее устройство выполнено в виде датчика угла поворота, а исполнительный орган - в виде ряда электрических реле. 3.Качели по пп.1 и 2, отличающиеся тем, что колесный тормозной механизм снабжен фрикционными накладками, расположенными вдоль окружности тормозного колеса с возможностью контактирования с ним.