ПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2001 года по МПК A63B27/00 A01D46/00 

Изобретение относится к области лесного хозяйства, может быть использовано для заготовки лесных семян, плодов и черенков, обрезки сучьев, уходу за кроной дерева и служит для доставки верхолаза в область кроны растущих деревьев.

Характеристика аналогов. В практике лесокультурного и лесосеменного дела для доставки сборщиков в кроны деревьев применяют различные подъемные устройства [1-11].

В США запатентовано портативное устройство "Платформа для подъема на деревья" [12], которое имеет плоскую четырехугольную платформу с двумя противоположными продольными и двумя концевыми кромками. Выемка в первой концевой кромке предназначена для охвата ствола дерева. На концах выемки установлены два проникающих плоских элемента со скошенными во внутрь заостренными концами. Проникающие элементы входят в древесину ствола, закрепляя платформу на стволе дерева. К нижней поверхности платформы прикреплены два кронштейна, шарнирно переводимые из первого положения во второе. В первом положении кронштейны сложены и прилегают к платформе. Во втором положении кронштейны отходят от платформы и сходятся на стволе дерева, обеспечивая платформе дополнительную опору. Платформа крепится к дереву с помощью гибких скоб, охватывающих ствол дерева. Основным недостатком данного устройства является то, что скорость лазанья и гарантии безопасности работы во многом зависят от физического состояния верхолаза, которое изменяется в течение рабочего дня.

"Подъемное устройство" [13] , также запатентованное в США, имеет платформу приспособленную для поднятия и опускания по стволу дерева. Несущая платформа поднимается и опускается вдоль ствола с помощью несущего элемента - опорного элемента, идущего от платформы и охватывающего дерево с противоположной стороны. Направляющие ролики прикреплены к опорному звену, идут от платформы, а также с противоположной стороны, соприкасаясь со стволом дерева. Подъемный механизм включает также регулируемую ремень-ленту, соединенную с платформой и которая охватывает ствол дерева. Она регулируется так, что платформа остается на уровне горизонта независимо от диаметра дерева.

Данное изобретение имеет два разнотипных захватывающих устройства. Первое захватывающее устройство образуется с помощью несущего каната, путем закрепления его за надежный сук в области кроны или путем образования затягивающей петли на стволе дерева. Основным является второе зацепляющее устройство, которое косо под наклоном автоматически зацепляет ствол дерева. Данное захватывающее устройство идет от платформы, охватывая ствол, несколько углубляясь в него по диагонали, так как снабжено стопорным приспособлением с заостренными краями. Устройство для перемещения по стволу имеет длинный канат, который соединен с захватывающим механизмом, а он приводится в действие ножной педалью. Кроме того, захватывающее устройство расцепляется с помощью этой педали. При необходимости на раму навешивается лебедка для лучшего поднятия и опускания платформы с помощью несущего каната.

Характеристика прототипа. Наиболее близким техническим решением является "Устройство для влезания на столбоподобные объекты" [14]. Устройство для влезания на столбоподобные объекты подобно мачтам, деревьям и трубам дымоходов и подымает рабочего и его оборудование включает:
несущую корзину для рабочего;
две пары направленных вдоль объекта подъема опорных ведущих колес, закрепленных на цапфах одна пара выше другой;
двигатель на раме для привода ведущих колес через реверсивную передачу;
устройство закрепления (удержания) на объектах подъема (столб, ствол дерева и т.д.), которое имеет - вал-раму с парой ведомых колес, два стальных троса, направляющие блоки, лебедку с барабаном и скользящей передачей.

Несущая корзина для передвижения по объекту снабжена двумя парами ведущих колес, которые располагаются одна пара выше другой. Колеса, зацепляя столбоподобный объект, направлены более или менее радиально и удерживают устройство за счет ведомых колес, вращающихся на угловато-связанной оси (вал-раме), которые охватывают столбоподобный объект с противоположной стороны, удерживая устройство с помощью пары элементов натяжения в виде стальных тросов. Тросы простираются к несущей корзине с противоположной стороны объекта подъема, при этом несущая корзина имеет средства натяжения одного или обоих тросов - типа лебедки, имеющей барабан для намотки троса, привод которого осуществляется от двигателя.

Удерживающее устройство имеет разъемное приспособление типа карабина на конце каждого троса и кольцами для зацепления на вал-раме. Удерживающее устройство устанавливается на объектах подъема (столб, ствол дерева и т.д.) с противоположной стороны несущей корзины, которая прижимается к ним колесами с достаточным усилием, чтобы обеспечить подъем или спуск. Элементы натяжения - предпочтительно гибкие тросы - проходят по направляющим блокам к барабану лебедки.

Средства привода установлены на несущей корзине (раме или платформе), которая включает ходовую часть (шасси), со стороны объекта подъема, две горизонтальные оси, установленные для вращения, одна выше другой, на каждой из которых закреплены взаимосвязанные бесконечной цепной передачей пары ведущих колес. Одна из этих осей так устроена, чтобы приводить через звездочку другую бесконечную цепную передачу от двигателя, который установлен на ходовой раме.

Чтобы облегчить присоединение удерживающего устройства и снятия с объекта подъема (ствола дерева), удерживающее устройство снабжено расцепляющим устройством типа карабина или пары карабинов, соединенных с одним или с каждым натягивающим тросом и добавочно оборудованных кольцами, соединенными с корпусом оси ведомых колес.

Реверсивная передача обеспечивает связь между двигателем и механизмом привода ведущих колес, при этом можно посредством изменения направления вращения колес изменять направление движения вдоль столбоподобного объекта.

Двигатель присоединяется к барабану лебедки посредством скользящей передачи. Во время запуска двигателя моторный вал вращает барабан лебедки через скользящую передачу, обеспечивая все время необходимое натяжение прижимных элементов, посредством чего ведущие колеса прижаты с требуемой силой для сцепления с поверхностью объекта подъема (ствола дерева), обеспечивая подъем по нему.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее:
1. Зацепляющее устройство требует для подъема полной очищаемости от сучьев ствола, в противном случае работа с устройством затруднена или практически невозможна;
2. Отсутствие возможности захода в крону дерева из-за наличия с противоположной стороны корзины устройства закрепления (удержания - вал-рамы), на которой установлена пара направляющих прижимных ведомых колес;
3. При перемещении по стволу опорные ведущие колеса удерживаются за счет трения опорных ведущих колес о поверхность ствола, что приводит к повреждению коры дерева;
4. Устройство требует много структурного материала, вследствие чего аппарат имеет высокие массогабаритные характеристики.

Целью данного изобретения является подъемное устройство на растущие деревья, имеющее достаточно надежные эксплуатационные и технологические характеристики при сравнительно низких массогабаритных показателях.

Задачей предлагаемого изобретения является максимально упростить технику подъема и спуска по стволу с учетом обеспечения техники безопасности и высокой сохранности поверхности ствола.

Поставленная задача достигается тем, что подъемное устройство рассматривается как механизм, имеющий два однотипных захватывающих приспособления в виде затягивающихся петель. Петли образуются по очереди из концов двух несущих тросов с помощью карабинов вокруг ствола дерева, выбранного для подъема. Другие концы несущих тросов, пройдя направляющие блоки, закрепляются на барабане лебедки.

Барабан лебедки разделен перегородкой на две равные части, в каждой из которых и закреплено по одному несущему тросу равной длины. Один из несущих тросов в своей части устанавливается в намотанном состоянии на барабан и имеет левую накрутку на его, а другой во второй части - в размотанном виде с несколькими витками и с правой накруткой. Поэтому, пройдя направляющий блок, первый несущий трос на выходе из него имеет короткий конец, а второй, соответственно, - длинный. Редуктор лебедки представлен червячной и цепной передачами.

Для устойчивого положения верхолаза (упор в трех точках) в несущей корзине и снижения физических нагрузок во время подъема привод лебедки осуществляется посредством мускульной энергии ног с помощью трех ножных педалей. Ножные педали находятся на оси ведущей звездочки цепной передачи, которые расположены лучами по окружности через 120^o. Представленные узлы и механизмы крепятся на раме, состоящей из несущей платформы прямоугольной формы, огражденной со всех сторон стойками и поперечинами в виде несущей корзины. На поперечинах передних стоек крепится лебедка, а на задних возможно установить поперечину для крепления сидения верхолаза. Устройство имеет опорные колеса для скольжения вдоль ствола и для транспортировки в лесу.

Сущность изобретения. Новизна изобретения заключается в том, что для подъемных устройств впервые предложено использовать лебедку, барабан которой разделен на две равные части с закрепленными в них несущими тросами. При вращении барабана в сторону длинный несущий трос наматывается на него, а если трос нагрузить (образовать петлю на стволе), то совершается рабочий ход - подъем корзины. Второй трос в это же время разматывается с барабана, так как имеет обратную накрутку, приготавливаясь к очередному перезахвату на стволе дерева. При спуске сначала работает часть барабана с намотанным тросом, нагружая короткий несущий трос. Короткий трос необходимо разматывать с барабана, при этом длинный трос в свою очередь наматывается на барабан в другой его части, готовясь к очередному перезахвату. В первом и во втором случаях барабан не совершает холостых ходов.

Впервые предложено в подъемных устройствах, имеющих лебедки, использовать редуктор, привод которого осуществляется через приводные ножные педали цепной передачи, расположенные на ведущем валу по окружности через 120^o, что позволит изменять направление вращения барабана без специальных приспособлений за счет мускульной энергии ног. При нажатии одной из педалей две другие становятся в горизонтальное положение с левой и правой стороны, что дает право выбора направления вращения путем нажатия выбранной педали соответствующей ногой.

К преимуществам изобретения по сравнению с прототипом можно отнести следующее:
предложенному устройству не требуется много структурного материала, для него не нужен мотор - оно может работать автономно, вследствие чего прибор имеет малый вес и как следствие низкую себестоимость;
подъемное устройство не требует полной очищаемости стволов дерева от сучьев, кроме того может заходить в область кроны при обрезке мешающих ветвей с одной стороны;
устройство не повреждает кору деревьев.

Описание изобретения. Далее изобретение будет описано в отношении сопровождающих чертежей. Графическое изображение предлагаемого устройства представлено следующими чертежами:
Фиг. 1. Перспективный обзор подъемного устройства, закрепленного на стволе дерева;
Фиг. 2. Вид подъемного устройства спереди - со стороны опоры на ствол растущего дерева;
Фиг. 3. Вид устройства сзади - со стороны посадки верхолаза в несущую корзину;
Фиг. 4. Вертикальный разрез устройства по линии сечения A-A₁ (см. фиг. 3), где показан план червячной и цепной передач;
Фиг. 5. Вид лебедки сверху по линии сечения B-B₁ (см. фиг. 1).

Фиг. 6. Вид лебедки сбоку по линии сечения C-C₁ (см. фиг. 5).

Фиг. 7. Вид барабана лебедки и направляющих блоков сбоку по линии сечения D-D₁ (см. фиг. 6).

Чертежи имеют следующие обозначения: 1 - корзина; 2 - платформа; 3 - передняя стойка; 4 - задняя стойка; 5 - передняя поперечина; 6 - боковая поперечина; 7 - кронштейн; 8 - направляющий блок; 9 - лебедка; 10 - стойка жесткости; 11 - ствол дерева; 12 - колесо; 13 - кронштейн; 14 - колесо; 15 - кронштейн; 16 - ось; 17 - стойка жесткости; 18 - ось; 19 - ведущая звездочка; 20 - цепная передача; 21 - барабан; 22 - ось; 23 - червячная передача; 24 - перегородка барабана; 25 - трос; 26 - левая часть барабана; 27 - правая часть барабана; 28 - короткий конец троса; 29 - длинный конец троса; 30 - карабин; 31 - червяк; 32 - червячное колесо; 33 - ведомая звездочка; 34 - вал червяка; 35 - цепь; 36 - педаль; 37 - рычаг; 38 - петля.

Что касается чертежей, то предлагаемое устройство включает несущую корзину 1 (фиг. 1-4), которая состоит из несущей платформы 2 и двух передних 3 и двух задних 4 стоек, скрепленных передними 5 и боковыми 6 поперечинами. В передней части корзины с внешней ее стороны на верхних поперечинах 5 крепятся кронштейны 7 для направляющих блоков 8 и лебедка 9, которая для надежности крепления к корзине 1 соединена с ней наклонными стойками жесткости 10. Для скольжения по стволу дерева 11 устройство снабжено шасси в виде пары верхних опорных колес 12, закрепленных с помощью кронштейнов 13 на корпусе лебедки 9, и пары нижних опорных колес 14, установленных на нижних поперечинах 5 корзины 1 с помощью кронштейнов 15 и вращающихся на общей оси 16. В нижней части корзины 1 с внутренней ее стороны с помощью стоек жесткости 17 закреплена ось 18 ведущей звездочки 19 цепной передачи 20.

Главным элементом привода является лебедка 9 (фиг. 4-7), которая имеет барабан 21. Вращение барабана 21 осуществляется на оси 22 с помощью червячной передачи 23 и цепной передачи 20. Барабан 21 (фиг. 5, 6) разделен перегородкой 24 на две равные части - левую 26 и правую 27, в каждой из которых закреплено по одному несущему тросу 26 равной длины. Первый трос 25 закреплен в левой части 26 и устанавливается в намотанном состоянии с левой накруткой, а второй трос 25 в правой части 27, но в размотанном состоянии и с правой накруткой из нескольких витков - перед осуществлением процесса подъема. В исходном положении при равной длине обоих тросов 25 по выходу из направляющих блоков 8 (фиг. 1, 3, 6) образуется короткий 28 и длинный 29 концы, которые заканчиваются самозамыкающимися карабинами 30.

Червячная передача 23 (фиг. 4-6) представлена червяком 31 и сопряженным с ним червячным колесом 32. Червячное колесо 32 соединено с барабаном 21 и имеет общую с ним ось 22. Привод червяка 31 осуществляется цепной передачей 20 (фиг. 2-5), которая состоит из ведомой звездочки 33 (фиг. 3-5) и ведущей 19 (фиг. 2-4), связанных цепью 35 (фиг. 1-6). Ведомая звездочка 33 закреплена на валу 34 червяка 31 (фиг. 3-5). Ведущая звездочка 19 вращается на оси 18 и приводится в действие тремя ножными педалями 36, расположенными на рычагах 37. Рычаги 37 соединены с ведущей звездочкой 19 и устанавливаются лучами по окружности через 120^o.

Захватывающим приспособлением предлагаемого подъемного устройства является затягивающаяся петля 38 (фиг. 1, 3), которая образуется из несущего троса 25 на стволе дерева 11 с помощью карабина 30. От петли 38 несущий трос 25 идет на направляющий блок 8, а от него к барабану 21 лебедки 9 и крепится на нем.

Процесс подъема начинается с закрепления на максимально возможной высоте несущего троса 25 с длинным концом 28, т.е. находящегося в правой части барабана 27 (фиг. 6) в размотанном состоянии барабана 21, путем образования на стволе 11 (фиг. 1, 3) захвата в виде затягивающейся петли 38 с помощью карабина 30. Затем верхолаз, стоя на одной ноге и держась за корзину 1, путем нажатия педалей 36 второй ногой, начиная наматывать данный несущий трос 25 на барабан 21 лебедки 9. Первый прием подъема заканчивается наматыванием длинного 28 несущего троса 25 и подтягиванием несущей корзины 1 до петли 38. Здесь необходимо отметить, что во время подъема второй свободный от нагрузки трос 25 с коротким концом 29 и находящийся во второй части 26 барабана 21 в намотанном состоянии в то же самое время разматывается с барабана 21 и его периодически необходимо вручную вытягивать из направляющего блока 8. При этом происходит смена длины несущих тросов 25 по выходу из направляющих блоков 8, длинный становится коротким, а короткий - наоборот длинным, что является необходимым условием для осуществления нового приема подъема.

Следующий прием также начинается с образования петли 38 на максимально возможной высоте, но в отличие от первого приема здесь используется второй несущий трос 25, который в конце первого приема становится длинным. Во время второго приема барабан 21 нужно вращать в сторону, противоположную первому приему, для этого меняется опорная нога, а нажимать педали 36 необходимо свободной ногой, вращая ведущую звездочку 19 цепной передачи 20 в обратном направлении. В данный момент происходит передача нагрузки корзины 1 с одного (первого) несущего троса 25 на другой (второй). Процесс передачи нагрузки происходит плавно без рывков. При полной передаче нагрузки с одного несущего троса 25 на другой петлю 38 первого троса 25 необходимо снять со ствола 11 путем размыкания карабина 30. После поднятия корзины 1 до петли 38 второго несущего троса 25 заканчивается второй прием и одновременно первый цикл подъема, а затем циклы подъема повторяются.

Спуск по стволу осуществляется несколько по иной схеме. Первый прием спуска начинается с разматывания троса 25 (фиг. 1), находящегося под нагрузкой корзиной 1 и опусканием ее по столу 11 на высоту, равную длине троса 25, намотанного на барабане 21 в левой его части 26.

Одновременно с разматыванием нагруженного корзиной 1 несущего троса 25 второй свободный от нагрузки трос 25, закрепленный на барабане 21 в правой части 27, наматывается на него, так как он имеет обратную накрутку. Процесс разматывания несущего троса 25 прерывается в тот момент, когда длина второго троса 25 становится ровно такой, чтобы было возможно образовать петлю 38 вокруг ствола 11, расположенную напротив направляющих блоков 8. После образования второй петли 38 (нижней) необходимо продолжить процесс разматывания первого несущего троса 25, во время которого происходит наматывание второго троса 25 и он затягивает петлю 38 на стволе 11, становясь несущим. В этот момент происходит смена направления движения корзины 1, она начинает движение вверх по стволу. После передачи нагрузки корзины 1 с первого троса 25 на второй - первый ослабевает в натяжении и увеличивает свою длину до тех пор, пока не появится возможность снять со ствола первую петлю путем размыкания карабина 30. На этом заканчивается первый прием спуска.

В дальнейшем переходят ко второму приему спуска, для этого необходимо сменить опорную ногу и вращать педали 36 другой ногой, тем самым изменяя направление вращения барабана 21. Все остальные действия совпадают с первым приемом спуска с той лишь разницей, что теперь под нагрузкой находится второй трос 25, который в первом случае был свободен от нее. Второй прием спуска завершает первый цикл спуска. В дальнейшем циклы спуска повторяются по мере опускания корзины на поверхность земли.

К достоинствам предложенного подъемного устройства можно отнести следующее:
простота конструкции; надежная техника безопасности лазанья на деревья; автономность устройства;
подъем осуществляется на деревья со значительным варьированием их толщины (от 16 до 90 см);
подъем по стволу не требует его полной очищаемости от сучьев; захватывающее устройство не повреждает кору деревьев;
предложенная система подъема и спуска обладает устойчивостью и надежностью.

Источники информации
1. Ипатева М.В. Механизация лесохозяйственных и лесокультурных работ. - Л.: ЛТА, 1965. - С. 5-17.

2. Климов О.Г., Баранов А.М. Современные способы и средства сбора лесных плодов и семян в СССР и за рубежом // Обзор по информационному обеспечению целевых комплексных научно-технических программ и программ по решению важнейших научно-технических проблем / Обзорная информация. - М.: ЦБНТИ, 1984. - Вып. 3. - 31 с.

3. Ларюхин Г. А. , Златоусов Л.С., Раков В.С. Механизация лесного хозяйства. - М.: Лесная промышленность, 1975. - С. 172-173.

4. Зима И. М., Малюгин Т.Т. Механизация лесохозяйственных работ. - М.: Лесная промышленность, 1976. - С. 77-80.

5. Шахов Е.Н. Механизация сбора семян хвойных пород // Лесное хозяйство, 1963. - N 1. - С. 51.

6. Бокте В.К. А.с. N 507326 (СССР). Устройство для подъема на деревья. - Опубл. в Б.И., 1976, N 11.

7. Бауман И. И., Сарма В.П. и др. А.с. N 261952 (СССР). Устройство для подъема на растущие деревья. - Опубл. в Б.И., 1970, N 5.

8. Шахов Е.Н., Баранова Л.Г., Павлов В.П. А.с. N 120978 (СССР). Лазы для подъема на деревья. - Опубл. в Б.И., 1959, N 13.

9. Блинов Е.К., Игнатьев В.С. А.с. N 1336977 (СССР). Устройство для лазания на деревья. - Опубл. в Б.И., 1987, N 34.

10. Ермаков В.И., Тычинин В.В. А.с. N 298335 (СССР). Устройство для влезания на деревья. - Опубл. в Б.И., 1971, N 11.

11. Шарифьянов Х. Подъемное приспособление для сбора шишек // Лесное хозяйство, 1964. - N 11. - С. 67.

12. James H. Shope. Patent Number: 4,595,079 (USA). Tree climbing platform. - Date of Patent: Jun. 17, 1986.

13. Bill Treants. Patents Number: 4,593,789 (USA). Tree climbing apparatus. - Date of Patent: Jun. 10, 1986.

14. Willi Loock. Patents Number: 3,520,383 (USA). Apparatus for climbing pole-like objects. - Date of Patent: Jul. 14, 1970.

Устройство содержит корзину, две пары опорных ведущих колес, реверсивную передачу, захватывающее приспособление, пару стальных тросов, направляющие блоки, лебедку с барабаном и привод. Захватывающее приспособление выполнено в виде затягивающейся петли на каждом из тросов. Трос, размещенный с левой накруткой, расположен в намотанном на барабан состоянии. Трос с правой накруткой расположен в размотанном состоянии перед осуществлением процесса подъема. Привод в барабане осуществляется через червячную и цепную передачи с помощью трех ножных педалей, расположенных по окружности через 120°. Упрощается подъем и спуск по стволу с учетом обеспечения техники безопасности и сохранности поверхности ствола. 7 ил.

Подъемное устройство, содержащее корзину, две пары опорных ведущих колес, реверсивную передачу, захватывающее приспособление, пару стальных тросов, направляющие блоки, лебедку с барабаном и привод, отличающееся тем, что захватывающее приспособление выполнено в виде затягивающейся петли на каждом из тросов, причем трос, размещенный с левой накруткой, расположен в намотанном на барабан состоянии, а трос с правой накруткой - в размотанном состоянии перед осуществлением процесса подъема, при этом привод в барабане осуществляется через червячную и цепную передачи с помощью трех ножных педалей, расположенных по окружности через 120^o.