ВОДНЫЕ ЛЫЖИ "БЕГУЩИЕ ПО ВОЛНАМ" Российский патент 1995 года по МПК B63B35/85 

Изобретение относится к средствам для удовлетворения жизненных потребностей человека, в частности к индивидуальным средствам для перемещения по воде, и может быть использовано для туристических переходов, прогулок, для занятий физкультурой и спортом, для охоты и рыбной ловли, буксировки грузов на плотах.

Известны водные лыжи (1) в виде пары плотов. Плавучесть плотов обеспечивается конструкцией, имитирующей лодку с площадкой для ноги, часть корпуса которой занимают герметизированные емкости, а часть заполнена пенообразующими материалами. Поперечная устойчивость и стабилизация направления движения обеспечивается посредством килей, расположенных вдоль бортов плота. Движитель выполнен в виде тормозных пластин на шарнирах с фиксаторами положения, установленных на килях, при шагании каждый плот выполняет попеременно роль весла.

Недостатки конструкции - низкие эксплуатационные и эргономические свойства: громоздкость, неудовлетворительная маневренность и динамичность, ограниченная проходимость, большая масса, не эффективное использование усилий и движений человека, а также сложность конструкции по обеспечению герметизации элементов, установлению тормозных пластин и килей и разделению плотов на секции.

Отсутствует ограничение развода в стороны и сближения плотов, а также ограничение относительного смещения плотов по ходу движения, что создает значительные нагрузки для ног оператора и является помехой активному движению.

Для плотов с тормозными пластинами характерно холостое проскальзывание при повороте пластин до упора, которое снижает эффективность шага. Реакция опоры носит импульсный, прерывистый характер.

Известны водные лыжи (2), выполненные в виде двух, содержащих площадки для ног, плотов, соединенных стабилизаторами положения и снабженных движителями - водяными колесами, приводимыми в действие механической передачей при относительном перемещении плотов. Плавучесть плота обеспечивается одним поплавком из пенообразующего материала, армированным жестким и прочным тавровым профилем из металла. Стабилизация расстояния между плотами и величина относительного смещения плотов по направлению движения обеспечивается ходом ролика одного плота в направляющем профиле другого. Поперечная устойчивость обеспечивается посредством рычага-стержня, установленного концами в направляющих вертикальных осей каждого плота. Для обеспечения маневренности применены рули с ручным управлением. Площадки для ног фиксированы на корпусах поплавков свободным хомутом.

Однако конструкция не обеспечивает ряд требований эксплуатации и эргономики по причинам недостатков, отмеченных ниже.

Изменение массы (увеличение) оператора влияет на угол опорной плоскости плотов по отношению к водной поверхности, что может привести к потере эффективности движителя.

Отсутствует степень свободы плотов в вертикальной плоскости. При жесткой связи обоих плотов в направляющем профиле с роликом и в направляющих рычагах поперечной стабилизации, исключающих смещение плотов по вертикали, погружение одного из плотов относительно другого при смещении оператора или из-за набежавшей волны приводит к поперечному крену опорной плоскости ног обоих плотов и возможному опрокидыванию оператора. Жесткая связь плотов по вертикали ограничивает работу мышц стопы и коленного сустава при перемещении плотов в направлении движения.

Из-за жестких поперечной и вертикальной связей плотов и их громоздкости исключаются операции маневрирования смещением направления каждого из плотов в плоскости перемещения посредством стопы ноги, фиксированной хомутом.

Препятствует изменению направления и система связи движителей обоих плотов. Для обеспечения маневрирования появляется необходимость применения рулей и ручного управления, что влечет передачу функций управления рукам и исключает использование палок с поплавками для рук, которые могут быть применены для ускорения движения, торможения и против опрокидывания.

Вертикальное положение осей рычага (стержня) стабилизации поперечной устойчивости при относительном смещении плотов приводит к возникновению поперечной составляющей силы (трение рычага в направляющих вертикальных осей), которая сближает и разводит носовые части плотов при каждом шаге, что является помехой движениям оператора и управлению.

Индивидуальное размещение на корпусе плота каждого элемента (осей, рычагов, направляющих блоков и др.) требует большого пространства на корпусах, приводит к громоздкости плотов и снижению маневренности, затруднениям при переноске и транспортировке лыж.

Целью изобретения является разработка технического решения и конструкции лыж, свободных от недостатков, отмеченных выше для прототипа, и обеспечение улучшения эксплуатационных и эргономических свойств, а именно:
обеспечение стабильной плавучести при постоянном габарите длины и ширины плотов в пределах шкалы грузоподъемности.

Обеспечение степени свободы перемещения каждого плота в соответствии с направлением движения ног человека, обусловленных его физическими способностями.

Обеспечение автономной движительной системы перемещения каждого плота.

Обеспечение массы лыж в пределах норм ручной переноски для одного человека, минимальных габаритов для удобной и компактной укладки при размещении в общих транспортных средствах.

Кроме того, ставится задача обеспечения простоты и технологичности конструкции для массового производства на рядовых машиностроительных предприятиях.

Указанная цель достигается выбором следующей конструктивной схемы для водных лыж:
Унифицированная конструкция всех элементов плота, кроме поплавков, с расположением поплавков на каркасе спереди и сзади площадки для ноги оператора, объемом по заданной шкале грузоподъемности при постоянных габаритах длины и ширины плотов, с обеспечением полного погружения рабочих элементов движителя в воду после загрузки лыж оператором при обеспечении минимального угла наклона опорной плоскости плотов к плоскости водной поверхности.

Механизм стабилизации положения, ограничения и направленного перемещения, определяющий степени свободы перемещения плотов, может обеспечить наибольшую свободу движений человека в пределах физических способностей при максимальной имитации механизмом костно-суставной системы ног человека. В этом случае плот имитирует стопу, поперечный шарнир на плоту - голеностопный сустав, рычаг на оси шарнира - голень. Шарнир на другом конце рычага - коленный сустав, следующее звено в шарнире (тяга) - бедро и, наконец, шарнир на другом конце тяги, соединяющий тяги двух плотов, - тазовый сустав. Оси шарниров параллельны, шарниры имеют ограничение поворота рычагов и тяг. Ограничения движений в шарнирах имитируют ограничения движений в суставах. При такой имитации костно-мышечная система ног человека получает механическую разгрузку от постоянных и значительных напряжений по стабилизации положения плотов в процессе движения.

Наиболее подвижным элементом в костно-мышечной системе ног человека является стопа, непосредственно соприкасающаяся с корпусом плота. Ее движения могут быть независимы от движения бедер и голени и автономны, поэтому использование площадки под стопой ноги, соединенной с корпусом плота поперечным шарниром, в качестве автономного движителя механической передачи на движитель плота и движителя для отклонения носовой части плота от направления движения (за счет люфтов в шарнирах и упругих деформаций в элементах связи плотов) позволяет обеспечить маневрирование плотом и связкой плотов в плоскости водной поверхности.

Конструкторская разработка и оптимизация элементов выбранной конструктивной схемы и подбор применяемых материалов позволяет снизить габариты и массу лыж в пределах поставленной задачи, решить вопросы улучшения эксплуатации и эргономики, обеспечить простоту и технологичность конструкции водных лыж.

В конечном счете указанная цель достигается следующим конструкторским решением. В водных лыжах, содержащих два плота подвижно, соединенных стабилизатором положения, на каждом из которых имеется площадка для ноги оператора и движитель, который приводится в действие посредством механической передачи в соответствии с движениями ноги оператора, каждый плот выполнен в виде каркаса с закрепленными на нем передним и задним поплавками, каркас снабжен многоплечим рычагом и поперечной осью, которая обеспечивает возможность колебательного движения рычага в вертикальной плоскости, при этом на одном из плеч рычага установлена площадка для ноги оператора, посредством другого плеча или плеч рычаг соединен с механической передачей на движитель, а стабилизатор положения выполнен в виде связи плеч рычагов двух плотов тягами посредством цилиндрических шарниров, оси которых параллельны поперечным осям каркасов.

Отмеченное конструкторское решение позволяет обеспечить воздействие стопы ноги на рычаг с последующей механической передачей движения рычага на движитель, создающий реакцию опоры на воду, выполненный, например, в виде гребных винтов, колес или плавников, обеспечить воздействие стопы на плот в плоскости водной поверхности в пределах люфтов и упругих деформаций элементов связи, а механическая связь рычагов тягами и шарнирами обеспечивает поперечную устойчивость и стабилизацию направленного параллельного движения плотов, ограничивает перемещение плотов относительно друг друга в направлении движения, ограничивает смыкание и разводку плотов в стороны, создает свободу перемещения плотов относительно друг друга в вертикальной плоскости при сохранении горизонтального положения осей и позволяет эффективно использовать потенциальные движения и усилия стопы и ног.

На фиг. 1 изображен общий вид водных лыж "Бегущие по волнам" в процессе их использования; на фиг. 2 - вариант механической передачи для преобразования колебательного движения рычага во вращательное движение вала; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - то же, вариант исполнения; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 6 - вариант механической передачи и преобразования колебательного движения рычага во вращательное гребных колес; на фиг. 7 - укладка водных лыж в чехол для переноски и транспортировки.

Водные лыжи содержат два плота 1, каждый из которых включает каркас 2, закрепленные на нем поплавки 3 и 4, корпус 5 движительного устройства с осью 6, корпус 7 редуктора для установки зубчатых колес 8 и гребных элементов 9. В корпусе 5 движительного устройства установлен на ось 6 рычаг 10 с площадкой для ноги и двумя подпружиненными упорами 11, которые упираются в выемки на зубчатых колесах 12, размещенных с обеих сторон рычага 10 на той же оси 6, и сцепляются с колесами 12 попеременно с одним или другим в зависимости от направления движения рычага 10. Оба зубчатых колеса 12 сцеплены с шестерней 13, установленной на валу 14, на другом конце вала 14 установлена редукторная передача (посредством зубчатых колес) 8 на гребные элементы 9. Рычаги 10 с площадками для ног соединены тягами 15 и шарнирами 16.

Механическая передача для преобразования колебательного движения рычага 10 во вращательное и подачи движения на движитель может быть выполнена с установкой на зубчатых колесах стандартных обгонных муфт вместо использования упоров 11 на рычаге, в этом случае рычаг 10 должен быть закреплен на валу, используемом в качестве оси колес 12, а в варианте передачи (фиг. 6) упоры или обгонные муфты устанавливаются на рычагах 17.

Кинематическая схема преобразования колебательного движения рычага и выбор вида движителя не однозначны и определяются конструктивно, исходя из конкретных условий и используемой технологии предприятия-изготовителя.

Для выполнения зубчатых колес и гребных винтов целесообразно применять пластмассу, например полипропилен или полиамид, для каркаса - профиль из легких алюминиевых сплавов, например лист или трубы, для поплавков - пенообразующие, например пенопласт.

Конструкция работает следующим образом.

Человек устанавливает стопы ног в хомуты на площадках двигательных рычагов 10, при шагании человека стопа ноги обкатывается на оси 6 до упора и плечи рычага 10 совершают движение, при следующем шаге стопа ноги обкатывается на оси 6 в обратную сторону и плечи рычага 10 совершают обратное движение. Вынужденное колебание рычага 10 под действием стопы при естественном шаге усиливается относительным смещением плотов через посредство механической связи обоих плотов.

Рычаг 10 при движении сцепляется с одним из зубчатых колес 12, при обратном движении - с другим. Зубчатые колеса 12 вращают шестерню 13 с валом 14, таким образом, шестерня 13 вращается непрерывно в одну сторону. На другом конце вала 14 установленный редуктор в виде цилиндрических или конических пар шестерен обеспечивает вращение валов гребных элементов 9 с заданным числом оборотов на каждое колебание двигательного рычага 10. Вращающиеся гребные элементы 9 обеспечивают реакцию опоры на воду и двигают плот. Палки 18 с поплавками 19 используются в качестве ускорения движения или тормоза, а также импульсной опоры на случай предотвращения опрокидывания.

Водные лыжи могут быть снабжены гнездами для установки эксплуатационной оснастки: жестких элементов для соединения плотов или пар плотов в единый плот, складного сидения, паруса, а также снабжены инструментом для сборки и разборки лыж с целью укладки, чехлом для укладки - заплечным мешком, носильными ремнями с ручкой, спасательным поясом.

Сущность: лыжи содержат подвижно соединенные стабилизатором положения два плота в виде каркаса, на каждом из которых имеется площадка для ноги оператора и движитель в виде винта, водяного колеса или плавника, приводимого в действие посредством механической передачи. Каркас снабжен многоплечевым рычагом, установленным на поперечной оси с возможностью колебательного движения в вертикальной плоскости. На одном из плеч рычага установлена площадка для ноги оператора, посредством другого плеча или плеч рычаг соединен с механической передачей, при этом стабилизатор положения выполнен в виде соединения плеч рычагов плотов тягами посредством цилиндрических шарниров, оси которых параллельны поперечным осям каркасов. 7 ил.

ВОДНЫЕ ЛЫЖИ "БЕГУЩИЕ ПО ВОЛНАМ".

Водные лыжи, содержащие два плота, подвижно соединенных стабилизатором положения, на каждом из которых имеется площадка для ноги оператора, и движитель, приводимый в действие посредством механической передачи в соответствии с перемещением ног оператора, отличающиеся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных и эргономических свойств, каждый плот выполнен в виде каркаса с закрепленными на нем передним и задним поплавками, каркас снабжен многоплечим рычагом, установленным на поперечной оси с возможностью колебательного движения в вертикальной плоскости, при этом на одном плече рычага установлена площадка для ноги оператора, посредством другого плеча или плеч рычаг соединен с механической передачей, а стабилизатор положения выполнен в виде соединения плеча рычагов плотов тягами посредством цилиндрических шарниров, оси которых параллельны поперечным осям каркасов.