БЕГОВАЯ КАЧАЛКА Российский патент 1996 года по МПК B62C1/08 

Изобретение относится к области гужевого транспорта, а именно к средствам для беговых испытаний.

Известна призовая качалка, представляющая собой конструкцию, включающую V-образную несущую раму, в центре которой размещено сидение для наездника, между боковыми частями рамы и стойками расположены колеса качалки.

Дуга совмещена с рамой и своими концами переходит в оглобли, которые для жесткости соединены с помощью подкосов с узлами крепления колес (Каталог конно-спортивного инвентаря. Арт 207).

К недостаткам этой качалки нужно отнести нерациональность ее конструкции, а именно наличие излишнего веса в конструкции соединения рамы качалки с дугой, обеспечивающей жесткость конструкции.

Избыточный вес конструкции ведет к снижению динамических характеристик качалки, создает более высокое тяговое сопротивление.

Известна качалка (транспортное средство типа дрожек), состоящая из плоских центральной горизонтальной части и боковых парных вертикальных вилок для крепления колес. Горизонтальная часть выполнена таким образом, что ее центр вынесен назад и представляет собой сидение наездника. В передней части горизонтальная панель имеет два отростка, предназначенных для крепления оглобель. Все плоские поверхности изготовлены в виде трехслойных конструкций с легким сотовым заполнителем или заполнителем из пеноструктуры. Отростки в передней части имеют пазы для соединения с оглоблями (Патент Франции N 2604679 кл. B 62 C 1/08).

К недостаткам этой качалки нужно отнести следующее. При изготовлении и эксплуатации качалки значительную сложность представляет узел крепления колес. Он выполнен из металла и соединен с трехслойной конструкцией вилки. При этом сама трехслойная конструкция вилки каждого из колес требует усиления, так как повышенные ударные нагрузки на узел крепления колеса могут привести к значительному биению элементов крепления узла заделки, их расшатыванию и последующему разрушению.

Наиболее близкой к заявляемой и принятая за прототип является качалка, включающая раму, с центральной частью которой соединены две внутренние симметричные стойки и оглобли, колеса, установленные в узлах крепления между боковыми частями рамы и внутренними стойками, подкосы между внешними узлами крепления колес и оглоблями и сиденье для наездника (Коневодство и коннозаводство России. Москва, Росагропромиздат, 1988).

К недостаткам прототипа нужно отнести следующие.

Конструкция качалки такова, что одинарные подкосы, расположенные с внешней стороны качалки (с каждой из сторон), крепятся между оглоблей и узлом крепления колеса. Такое расположение подкосов по отношению к раме качалки при ее нагружении создает крутящий момент, стремящийся вывернуть колесо на внешнюю сторону качалки. Кроме того, данная конструкция вызывает возникновение еще одной пары разнонаправленных крутящих моментов на самой раме, что может привести к ее разрушению.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции качалки для беговых испытаний, обладающей повышенной надежностью, прочностью и улучшенными динамическими характеристиками, при наличии минимального веса. Задача была решена за счет того, что беговая качалка, включающая раму, с центральной частью которой соединены две внутренние симметричные стойки и оглобли, колеса, установленные в узлах крепления между боковыми частями рамы и внутренними стойками, подкосы между внешними узлами крепления колес и оглоблями и сиденье для наездника, дополнительно содержит внутренние подкосы, симметричные наружным и установленные между внутренними узлами крепления колес и оглоблями, каждая пара внутреннего и наружного подкосов соединена с оглоблей стыковочным узлом, на центральной части рамы установлена пара узлов крепления оглобли и стойки с рамой в одной вертикальной плоскости с соответствующей стойкой, а также узлы крепления с сиденьем для наездника, а между внутренними стойками и боковыми частями рамы, а также между элементами парных подкосов расположены распорки, причем конструктивные элементы качалки выполнены из гибридного неметаллического композиционного материала на основе непрерывного волокнистого наполнителя из угле-, стекло-, и/или органопластика и полимерной матрицы. Колеса могут быть выполнены из обода и двух мембран, связанных с ободом клеевым соединением, мембраны изготовлены из пластика, уложенного секторами с направлением армирующих волокон в секторах параллельно биссектрисе угла сектора. Мембраны колес могут быть выполнены из углепластика, облицованного стекло- или органопластиком.

На фиг. 1 показан общий вид качалки. Качалка состоит из рамы 1, двух оглобель 2, двух пар подкосов 3, каждая из которых включает внутренний и внешний подкос, двух стоек 4, двух распорок 5 между каждой парой подкосов, двух распорок 6 между каждой из внутренних стоек и соответствующей боковой стороной рамы, сидения наездника 7, закрепленного на раме с помощью узла - хомута 8, двух стыковочных узлов 9 оглобли и подкоса, двух стыковочных узлов оглобли и стойки с рамой 10.

На фиг. 2 показано колесо качалки, которое состоит из двух мембран 1, обода 2 и втулки 3.

Образцы конструкции беговой качалки были выполнены из углепластика с внешним слоем из стеклопластика на основе стеклоткани T-10-80 и эпоксидного связующего.

Углепластик материал КМУ-11Э на основе ленты Элу р-0,08П (ТУ6-06-31-343-81) на связующем ЭДТ-69Н (ТУ1-595-25-277-89).

Кроме того были выполнены образцы конструкции беговой качалки из углепластика, внешним слоем которого является один слой органопластика на основе органоткани СВМ арт. 56313 и эпоксидного связующего. Углепластик - материал КМУ-11Э на основе ленты Элу р-0,08П (ТУ6-06-31-343-81) и связующем ЭДТ-69Н (ТУ1-595-25-277-89).

Обод колеса качалки выполнен по форме двутавра из углепластика, со структурой армирования в стенке двутавра в диапазоне:
0^o 70 73%
90^o 27 30%
Монолитность и жесткость конструкции колеса качалки обеспечиваются путем соединения мембраны, обода и фланца втулок склеиванием с образованием единой замкнутой полой панели колеса.

Конструкция качалки выполнена из овальных трубчатых элементов, собранных в единую ферменную конструкцию с использованием в узлах соединений металлических (титановых) фитингов, соединяющих стержни силовых элементов в ферменную конструкцию. Фитинговые узлы соединений представляют собой монолитную конструкцию, состоящую из композиционного материала, заформованного в металлические фитинги в процессе изготовления элементов качалки.

Сидение качалки представляет собой монолитную облегченную панель, изготовленную из стекло- или органопластика, и крепится к раме качалки с помощью двух заформованных в раму фитингов с кронштейнами, по которым осуществляют перемещение сиденья на требуемое расстояние.

Было изготовлено 3 (три) идентичных конструкции беговых качалок. При этом 1-я была подвергнута статическим испытаниям, а 2-я и 3-я динамическим испытаниям. При проведении статических испытаний беговой качалки было проведено нагружение конструкции качалки разрушающей нагрузкой. Оглобли качалки при этом были консольно закреплены. Нагрузка разрушения составила 458 кг.

Динамические эксплуатационные испытания были проведены с целью определения поведения конструктивных элементов качалки при воздействии на нее следующими видами нагружений
основной нагрузкой массой наездника (100 кг),
боковой инерционной силой, возникающей на вираже P 30 кг,
крутящим моментом М_кр 2000 кг•см, возникающим от того, что масса наездника вынесена назад за перекладину рамы тележки качалки,
боковой сосредоточенной силой, возникающей в результате столкновения с тележкой соперника P 100 кг,
загружением колеса вертикальными усилиями, поступающими с элементов крепления рамы под весом наездника (реакция рамы) P 200 кг.

После проведения динамических испытаний разрушения узлов качалки на наблюдалось.

Нагружение статическими нагрузками позволило установить коэффициент запаса прочности качалки К= 4,58.

При испытаниях качалки установлено, что использование стыковочных узлов в местах передачи сосредоточенных нагрузок и выполнение конструкции из указанного гибридного композиционного материала в регулярных сечениях элементов конструкции обеспечивают демпфирование механических колебаний, вызываемых эксплуатационными нагрузками и повышают по сравнению с известными конструкциями способность конструкции рассеивать энергию колебаний. Кроме того, имеет место дополнительный эффект гашения механических колебаний в клеевых соединениях силовых комбинированных узлов.

Надежность и прочность качалки повышается за счет разработанной конструкции качалки. Исключено воздействие несимметричных нагрузок, которые вызывают моменты, разрушающие воздействующие на несущие конструктивные элементы качалки.

Предложенное сочетание конструктивных элементов качалки и материалов, из которых эти элементы изготовлены, позволило создать качалку с минимальным собственным весом, причем за счет оптимального армирования несущих элементов конструкции армирующим наполнителем достигнуто динамическое равновесие и согласование поля сопротивления материала с полем нагружения каждого элемента конструкции качалки.

Повышение ударной прочности мембран колес качалки путем облицовки стекло- или органопластиком обеспечило работоспособность конструкции колеса при получении им сквозного ударного повреждения в процессе соревнований с сохранением остаточной прочности на уровне 80%

Использование: в гужевом транспорте, в частности, как средство для тяговых испытаний. Сущность изобретения: беговая качалка содержит раму с двумя узлами крепления колес на двух ее боковых загнутых концах. К каждому узлу крепления с его внутренней стороны присоединена стойка, соединенная с оглоблей. Каждая оглобля соединена с внешним и внутренним подкосами в одном месте с образованием стыковочного узла. Каждая оглобля соединена с загнутым концом рамы в месте его крепления с колесом посредством внешнего подкоса. Внутренний подкос соединяет оглоблю и стойку одного узла крепления. Рама с сиденьем, оглобли, подкосы, стойки и колеса выполнены из гибридного неметаллического композиционного материала на основе непрерывного волокнистого наполнителя из угле-, стекло- и/или органопластика и полимерной матрицы. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Беговая качалка, содержащая раму с двумя узлами крепления колес на двух ее боковых загнутых концах, к каждому из которых с его внутренней стороны присоединена стойка, соединенная с оглоблей, и сидение для наездника, каждая оглобля соединена с загнутым концом рамы в месте его крепления с колесом посредством внешнего подкоса, отличающаяся тем, что она снабжена двумя внутренними подкосами, каждым из которых соединен с соответствующими оглоблей и стойкой, каждая оглобля соединена с подкосами в одном месте с образованием стыковочного узла, внутренняя стойка и боковой загнутый конец каждого узла крепления соединены между собой распорками, внешний и внутренний подкосы каждого колеса соединены между собой распоркой, каждый узел крепления оглобли со стойкой размещен на конце прямолинейного участка рамы в вертикальной плоскости стойки, при этом рама с сидением, оглобли, подкосы, стойки и колеса выполнены из гибридного неметаллического композиционного материала на основе непрерывного волокнистого наполнителя из угле-, стекло- и/или органопластика и полимерной матрицы. 2. Качалка по п. 1, отличающаяся тем, что колеса выполнены из обода и двух мембран, скрепленных с ним посредством клеевого соединения, при этом мембраны выполнены из углепластика, уложенного секторами с направлением армирующих волокон параллельно биссектрисе угла сектора. 3. Качалка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что мембраны колес выполнены из углепластика с облицовкой стекло- или органопластиком.