Предлагаемое изобретение относится к производству роликовых коньков, которые могут быть использованы как для спорта, так и в качестве транспортного средства для передвижения человека по различным типам дорожных покрытий.
Известно устройство для передвижения человека [1], содержащее платформу, парные передние и задние колеса и тормозное устройство с использованием в качестве привода гибкой тяги, связанной с платформой, причем в качестве тормозного устройства установлен храповый механизм, платформа расположена между точками опоры колес с поверхностью качения, ось переднего колеса расположена над плюсной, а ось заднего колеса - за пяткой ноги человека, при этом расстояние между осями колес эквивалентно длине стопы человека.
Недостатками такого устройства являются отсутствие привода для вращения колес, торможение с использованием только ручного привода, а также расположение оси передних колес над плюсной, что лишает возможности быстрого отделения ноги от рассматриваемого устройства в случае внезапного наезда на препятствие и может привести к травмам. Кроме того, использование платформ с 4 колесами каждая, при диаметре колес для гравийной дороги 180...200 мм, как это следует из описания, обуславливает большие габариты двух тележек в сложенном состоянии, например, при размещении их друг над другом, поэтому при перемещении их в качестве груза пешим ходом транспортабельность весьма ограничена.
Известно устройство для передвижения [2], содержащее переднюю и заднюю оси с установленными на них колесами, по три на каждую ось, причем они выполнены коленчатыми и их свободные участки связаны попарно педалями, а сами оси связаны передачей зацепления.
Недостатками данного устройства являются невозможность изменения передаточного отношения, а также невозможность выполнять шагающие движения, что создает неудобства при необходимости преодолевать препятствия в виде ступенек, выступов, канав и т.п. Кроме того, указанное устройство мало приспособлено для езды по криволинейным участкам дорог.
Известны роликовые коньки [3], принятые в качестве прототипа предлагаемого изобретения, содержащие смонтированные на основании ролики с обгонными муфтами, шарнирно установленную опору для ноги, кинематически связанную с задним роликом, тормоз выполнен за одно целое с опорой для ноги, имеющей сквозные пазы, установленной с возможностью контакта ее нижней поверхности с задним роликом, а задняя часть кронштейна размещена в пазах опоры для ноги подвижной оси.
Недостатками такого устройства являются использование тросовой системы в качестве звена силового привода, что снижает кпд передачи, невозможность изменения передаточного отношения, а также расположение плоскости ступни во всех положениях опоры для ноги выше плоскости, проходящей через оси роликов, что делает положение ног неустойчивым, поэтому применение таких коньков возможно, в основном, спортсменами и мало приемлемо для человека без специальных навыков.
Другим недостатком является невозможность криволинейного движения без отрыва коньков от дороги, т.к. оси роликов выполнены неповоротными.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
• Расширение возможностей использования роликовых коньков широким контингентом населения различных возрастных групп и с различным состоянием здоровья, в том числе не имеющего навыков езды на роликовых коньках
• Более экономное использование энергии мышц
• Большие удобства в эксплуатации
• Повышение транспортабельности.
Суммарным результатом является возможность использования предлагаемой конструкции роликовых коньков как транспортного средства, альтернативного велосипедам, которые громоздки и опасны при езде по дорогам с высокой интенсивностью движения, а также возможность комбинировать при движении по городу поездки на предлагаемых роликовых коньках с поездками в общественном или ином транспорте.
Указанный результат достигается за счет того, что в роликовых коньках, содержащих смонтированные на основании ролики с обгонной муфтой, шарнирно установленную опору для ноги, кинематически связанную с задним роликом, тормоз, устройство для компенсации опрокидывающего момента и средство для фиксации ноги, передний ролик расположен консольно на оси со смещением в сторону внутренней боковой поверхности ступни, задний ролик - консольно на оси со смещением в сторону внешней боковой поверхности ступни, на основании одного конька выполнен паз, а на основании другого - ответный пазу выступ, обеспечивающие при их сочленении ограниченную подвижность одного конька относительно другого и представляющие собой устройство для блокировки левого и правого коньков.
Предлагаемая конструкция коньков схематически представлена на фиг.1...фиг.28.
На фиг.1 схематически изображен правый конек, вид сбоку с внутренней стороны ступни, на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - то же, вид сверху без педали, на фиг.4 - разрез по В-В, показаны только кулачок, водило с роликом и ползуном, и опора для ноги, на фиг.5 - вид спереди, на фиг.6 - вид А, т.е. вид на правый конек сбоку с наружной стороны ступни, на фиг.7 - разрез по Г-Г (фиг.3), показана только кулиса 42 с соседними звеньями, на фиг.3 - разрез по Д-Д (фиг.1), на фиг.9 - разрез по Е-Е (фиг.6), увеличено, на фиг.10 - разрез по Ж-Ж (фиг.9), на фиг.11 - разрез по Б-Б (фиг.1), показана кинематическая связь между шестерней 70 и передним основным роликом 3, на фиг.12 - место I (фиг.5), увеличено, на фиг.13 - разрез по 3-3 (фиг.12), на фиг.14 - разрез по И-И (фиг.13), на фиг.15 - место II (фиг.5), увеличено, на фиг.16 - разрез по К-К (фиг.1), показано только место соединения съемной вилки 51 с основанием 1, на фиг.17 - разрез по Л-Л (фиг.2), повернуто и увеличено, на фиг.18 - разрез по М-М (фиг.1), на фиг.19 - вид сверху на правый и левый конек, соединенные устройством блокировки, на фиг.20 - место III (фиг.19), увеличено, на фиг.21 - место III перед блокировкой в момент, когда левый конек смещен вперед относительно правого конька, на фиг.22 - разрез по Н-Н (фиг.20), на фиг.23 - разрез по Н-Н устройства для блокировки с дополнительным штырем 85а, на фиг.24 - вид спереди на оба конька, соединенные поперечным стержнем 91, на фиг.25 - место IV (фиг.23) в разрезе, увеличено, на фиг.26 - устройство 63 для восприятия неуравновешенного момента вокруг оси поворота переднего ролика 3, в разрезе, увеличено, на фиг.27 - правый конек с немускульным приводом, на фиг.28 - человек на коньках без использования устройства для блокировки и без стержня 91.
Перечень позиций элементов роликовых коньков представлен в Приложении 1.
Конек, например правый, состоит из основания 1, в передней части которого размещена ось 2 со смещением в сторону внутренней боковой поверхности ступни, на оси консольно расположен передний ролик 3, установленный на шарикоподшипниках 4. Ролик может быть установлен на неподвижной оси (не показано).
В случае выполнения ролика с возможностью поворота, как показано на фиг.2, 5, ось 2 запрессована в поворотный кронштейн 5, соединенный шарнирно при помощи двух полуосей 6 с вилкой 7, выполненной как одно целое с основанием 1, а поворотный кронштейн связан с механизмом привода поворота.
В задней части основания 1 установлена ось 8 на двух шарикоподшипниках 9, на которой консольно закреплен задний ролик 10 со смещением в сторону внешней боковой поверхности ступни, связанный посредством оси 8 с обгонной муфтой 11.
На основании 1 шарнирно, посредством оси 12, установлена опора 13 для ноги, которая может быть выполнена заодно с педалью (не показано). В случае использования в качестве элемента тормозного устройства педаль 14 выполнена шарнирно сочлененной с опорой для ноги, как показано на фиг.1, 2, 5, 15, 18. В этом случае педаль имеет общую с опорой 13 ось вращения 12, но имеет дополнительно возможность поворота на небольшой угол вокруг оси “е” (фиг.5, 15), перпендикулярной относительно оси 12 и плоскости педали. Ось “е” пересекает плоскость педали в точке “n” (фиг.2). Такая возможность обеспечивается тем, что педаль сочленена с осью 12 с одной стороны посредством закрепленной на ней втулки 15 с внутренним отверстием в виде двух конусных отверстий с радиусом перехода “r1” от одного конуса к другому и радиальным зазором “z” между осью 12 и отверстием во втулке (фиг.15), а с другой стороны - посредством ползуна 16 (фиг.12, 13), имеющего возможность перемещаться в пазу кронштейна 17, установленного на педали. Торцевая часть оси 12 выполнена в форме конуса, входящего в конусное отверстие втулки 18, размещенной внутри стакана 19а и подпружиненной в кронштейне 19, также неподвижно установленном на педали. Ось 12 недвижно закреплена в основании 1. На ползуне 16 боковые поверхности выполнены с радиусом кривизны (фиг.14), позволяющим осуществить поворот педали с кронштейном 19 относительно ползуна на небольшой угол (3...6°).
Педаль может быть оснащена промежуточным элементом для ориентации наружного контура обуви относительно внутреннего контура педали (не показано).
С внутренней стороны ступни педаль имеет выступ 20 с пазом 21 (фиг.2, 18), в который входит винт 22. Между выступом 20 и опорой 13 установлена шайба 23.
С внешней задней стороны педаль имеет выступ 24 (см. фиг.17), рядом с которым расположены зацеп 25, а под выступом 24 - упор 26, выполненные заодно с основанием 1.
Педаль 14 в крайнем нижнем положении расположена ниже осей роликов 3 и 10, как показано на фиг.1.
На опоре 13 установлен ролик 27 (фиг.1, 3, 7) посредством неподвижной оси (не показано). В случае выполнения коньков с механизмом изменения передаточного отношения (МИПО), ролик сочленен с опорой 13 посредством водила 28 (фиг.3, 4), установленного в опоре с возможностью перемещения, при этом часть водила, расположенная вдоль конька, образует с опорой 13 цилиндрическую пару, а изогнутая часть водила в направлении ролика 27 сочленена с опорой посредством ползуна 29, размещенного в пазу 30 опоры 13. Другой изогнутый конец водила оснащен роликом 31, входящим в паз 32 пазового кулачка 33, установленного с возможностью вращения вокруг оси 12. Паз может быть выполнен, например, в форме спирали Архимеда. Кулачок имеет несколько конусных отверстий 34, расположенных по окружности на обеих плоскостях кулачка. В одно из отверстий 34 входит фиксатор 35, подвижно установленный в отверстии опоры для ноги 13 и связанный с выступом втулки 36, установленной на оси 12 с возможностью вращения вокруг нее и перемещения вдоль оси, т.е. втулка 36 и ось 12 образуют цилиндрическую пару.
С другой стороны кулачка, соосно фиксатору 35, подвижно установлен в отверстии основания 1 фиксатор 37, сочлененный с фиксатором 35 и втулкой 36 посредством скобы 38, подпружиненной относительно опоры 13. Втулка 36 связана гибким тросиком 39 с нажимной ручкой 40, установленной, например, на рычаге 54 (фиг.1, 6).
Ролик 27 входит в паз 41 кулисы 42 (фиг.7), которая посредством вала 43 и шпонки 44 связана с сектором 45. Сектор входит в зацепление с шестерней 46 и образует с ней зубчатую передачу. Шестерня связана с обгонной муфтой 11 (фиг.3), установленной на оси 8.
Тормозное устройство может быть выполнено в виде педали 14, имеющей с внешней стороны выступ 47 (фиг.2), выполненный с возможностью его контакта с роликом 10 в случае поворота педали.
Педаль также оснащена средством для фиксации ноги в виде ремней 48 (фиг.1) с застежками (не показано). Средство для фиксации ноги может быть выполнено с возможностью самопроизвольной расфиксации при ударной нагрузке на конек, например средство из применяемых в горнолыжной технике креплений (не показано).
Так как центр масс человека G при опоре на конек смещен относительно прямой к1к2, проходящей через точки контакта к1, к2 соответственно переднего и заднего роликов с поверхностью дороги, а также может дополнительно смещаться на величину “g” (фиг.2), возникает опрокидывающий момент, стремящийся повернуть конек относительно прямой к1к2 (опрокинуть), роликовые коньки снабжены устройством для компенсации опрокидывающего момента.
Такое устройство может быть выполнено, например, в виде заднего дополнительного ролика 49 со стороны внутренней боковой поверхности ступни и смещением его оси назад относительно оси заднего ролика 10. Ось 50 может быть установлена неподвижно на основании 1 (не показано). Для обеспечения компактности коньков в сложенном состоянии (транспортабельности) задний дополнительный ролик может быть установлен на съемной вилке 51, закрепленной на основании при помощи фиксаторов 52 (фиг.16).
Задний дополнительный ролик 49 может быть установлен на подпружиненной подвеске с помощью двух упругих элементов 50а, как показано на фиг.1, при этом ось 50 ролика выполнена с возможностью перемещения вдоль пазов 53 в вилке 51 и поворота оси 50 за счет смещения в пазах одного конца оси относительно другого под действием нагрузки со стороны дороги при повороте конька.
Устройство для компенсации опрокидывающего момента может быть также выполнено в виде шарнирно установленного на основании 1 быстросъемного телескопического рычага 54 на полуосях 55 с рукояткой 56 (фиг.6, 9).
Для большей устойчивости коньков устройство для компенсации опрокидывающего момента может быть выполнено в виде двух дополнительных роликов, второй из которых - передний дополнительный ролик 57 - размещен со стороны внешней боковой поверхности ступни с осью 58 (фиг.5, 6), при этом нижняя точка ролика 57 имеет зазор “f” относительно дороги. Ось 58 может быть выполнена неподвижной (не показано).
Для уменьшения сопротивления движению в случае поворота коньков ролик 57 может быть выполнен поворотным. Это достигается установкой оси 58 на поворотном кронштейне 59, ось вращения “m” которого выполнена со смещением вперед по отношению к оси 58 ролика на величину “d” (фиг.6). Кронштейн 59 имеет в верхней части ушко 60, к которому прикреплена пружина натяжения 61, которая другим концом закреплена на стойке 62, выполненной заодно с основанием 1.
При выполнении переднего основного ролика 3 с возможностью поворота механизм привода поворота может быть выполнен в виде поворотной на верхней части рычага 54 рукоятки 56 (фиг.6), кинематически связанной с поворотным кронштейном 5 переднего основного ролика и снабжен устройством 63 для восприятия неуравновешенного момента вокруг оси поворота ролика 3, т.е. поворота на полуосях 6 (фиг.5).
Этот неуравновешенный момент возникает вследствие того, что точка к1 приложения силы сопротивления движению “F” к переднему основному ролику 3 смещена относительно оси поворота ролика на величину “L1” (фиг.2, 5).
Кинематическая связь между рукояткой 56 и поворотным кронштейном 5 состоит из следующих элементов. Рукоятка 56 посредством стержня 64, установленного в полости рычага 54 при помощи направляющих втулок 65, соединена с вилкой 66, в которой выполнены два паза 67 (фиг.10). В основании 1 запрессована втулка 68, в которой установлена ось 69 с шестерней 70. На верхней части оси 69 закреплен валик 71, в котором запрессован поводок 72. Ось поводка при вращении валика всегда находится в плоскости полуосей 55.
Рычаг 54 при помощи вилки 73 с фиксатором 74 установлен на полуосях 55. Шестерня 70 образует с сектором 75 зубчатую передачу. Кинематическая связь между шестерней 70 и поворотным кронштейном 5 переднего основного ролика 3 выполнена в виде механизма, размещенного под основанием 1, и схематически представлена для правого конька на фиг.11. Механизм может быть закрыт кожухом (не показано). Сектор 75 шарнирно связан при помощи тяги 76 с плечом 77 поворотного кронштейна 5. Устройство 63 для восприятия неуравновешенного момента вокруг оси поворота ролика 3 шарнирно связано с тягой 76 и сектором 75 и показано в разрезе на фиг.26.
Устройство 63 состоит из штока 78 и корпуса 79, в который ввернута крышка 80 с ушком для шарнирного соединения с основанием 1. Внутри корпуса установлен, с возможностью перемещения вдоль его оси, цилиндр 81 с ввернутой в него крышкой 82. Цилиндр подпирается относительно корпуса 79 пружиной сжатия 83, а внутри цилиндра размещен шток 78, часть которого выполнена с увеличенным диаметром, т.е. в виде фланца. Между фланцем штока 78 и крышкой 82 установлена пружина сжатия 84.
Устройство для блокировки левого и правого коньков может быть выполнено, например, в виде Т-образной направляющей 85 на левом коньке (фиг.20, 21, 22), установленной с возможностью входить в паз 86 в выступающей части 87 основания 1 правого конька. Для предотвращения самопроизвольного выхода Т-образной направляющей из паза 86 установлен фиксатор 88, подпружиненный с помощью упругого элемента 88а (фиг.1, 21).
Устройство для блокировки может быть выполнено с возможностью ограниченного перемещения коньков относительно друг друга в направлении езды на величину от 5 до 150 мм, равную величине зазора “S” (фиг.20) между торцом Т-образной направляющей и боковой поверхностью фиксатора 88.
Устройство для блокировки может быть дополнительно оснащено штырем 85а на одном коньке (фиг.23), установленным на высоте от дороги, отличной от высоты расположения выступа в виде Т-образной направляющей, с возможностью входить в соответствующий паз основания другого конька. Разность высот от дороги Т-образной направляющей 85 и штыря 85а составляет величину “Н”.
Роликовые коньки могут быть снабжены дополнительным тормозным устройством в виде тормозного ролика 89, установленного на рычаге 54 при помощи кронштейна 90 (фиг.6).
Рычаги 54 роликовых коньков могут быть связаны между собой поперечным стержнем 91, размещенным ниже уровня колен человека (фиг.24, 25). В этом случае каждый из рычагов 54 выполнен с выступом 92 и втулкой 93, закрепленной на рычаге. Между выступом и втулкой, с зазором между ними, установлена втулка 94 с внутренним отверстием в виде двух встречных конусов, позволяющим втулке перекос относительно продольной оси рычага. В боковую поверхность втулки 94 ввернут винт 95 с закрепленным на нем диском 95а с насечкой, соединяющий втулку посредством вставки 96 с полым поперечным стержнем 91.
Роликовые коньки могут быть оснащены багажником 97, установленным на поперечном стержне 91. Багажник может быть выполнен, например, в виде складной сетчатой корзины, которая имеет выступающие части 98 в виде крючков (не показаны). Для предотвращения колебаний багажника с большой амплитудой вокруг стержня 91 при езде могут быть установлены две растяжки 99 из резиноподобного материала, связывающие боковые стенки багажника с рычагами 54, как показано на фиг.24.
Коньки могут быть снабжены дополнительным немускульным приводом каждого из коньков, например двигателем в виде тепловой машины или электроприводом. Такой привод 100 может иметь небольшую мощность (0,2...0,5 кВт), небольшие габариты и размещен, например, на удлиненной части основания 1 за осью 8 заднего ролика, как показано на фиг.27. Выходной вал 101 немускульного привода соединен с осью 8 посредством дополнительной обгонной муфты 102.
Роликовые коньки действуют следующим образом.
Ногу человека в обуви помещают на педаль 14, разворачивают вместе с педалью наружу пяткой, чтобы выступ 47 педали вошел в соприкосновение с боковой поверхностью ролика 10, при этом достигается торможение ролика, затем застегивают ремни 48. Возможно использование дополнительного (или вместо вышеуказанного) эффекта торможения за счет отклонения рычага 54 с помощью рукоятки 56 назад, пока тормозной ролик 89 не войдет в соприкосновение с роликом 10. При отклонении рычага 54 назад только под действием его силы тяжести, даже при отсутствии усилия руки, наблюдается эффект торможения, что подтверждено экспериментально.
Перед началом езды на коньках выполняется движение пяткой внутрь, чтобы вывести из контакта выступ 24 педали с зацепом 25.
При подъеме пятки одной ступни, например правой, педаль 14 выполняет движение вместе со ступней, поворачиваясь вокруг оси 12 вместе с опорой 13 за счет связи через винт 22. Вместе с опорой перемещается ролик 27, связанный с опорой посредством водила 28, и через кулису 42 поворачивает сектор 45 в верхнее положение (показано штрих-пунктирной линией на фиг.1), соответственно вращение передается шестерне 46, но это вращение не передается ролику 10, т.к. он связан с шестерней посредством обгонной муфты 11.
При последующем опускании пятки ноги сектор 45 поворачивается в нижнее положение, вращая через шестерню 46 ролик 10 в направлении движения. Опрокидывающий момент воспринимается при этом дополнительным роликом 49, и (или) рычагом 54, который человек удерживает при помощи рукоятки 56 в удобном для него положении, т.е. отклоняя его вперед или назад относительно оси “с” (фиг.9), но не допуская контакта тормозного ролика 89 с задним основным роликом 10.
Далее выполняют движение - подъем пятки другой, левой ноги и последующий перенос веса тела на левую ногу с опусканием пятки, при этом приподнимают пятку правой ноги. Затем циклы движений повторяют, т.е. человек поочередно переносит вес своего тела с одной ноги на другую. Возможно движение накатом, когда каждая ступня ноги остается неподвижной относительно основания конька, и коньки катятся при этом по инерции, т.к. благодаря обгонной муфте 11 неподвижное состояние шестерни 46 не препятствует вращению заднего ролика 10.
Указанные выше движения могут быть совмещены или чередоваться с шагающими движениями.
При движении накатом достигается максимальная устойчивость, т.к. педаль находится в крайнем нижнем положении, и нагрузка от веса человека передается через оси роликов 3 и 10, расположенные выше педали, т.е. опорная поверхность ступни человека находится ниже осей роликов, таким образом обеспечивается устойчивая система, подобная устойчивой системе судна, имеющего балласт в килевой части.
При использовании коньков с передним дополнительным роликом 57 его нижняя точка обычно находится на расстоянии “f” от поверхности дороги (фиг.5), и только при потере человеком равновесия и связанном с этим наклоном конька, ролик 57 входит в кратковременный контакт с дорогой, после чего равновесие восстанавливается, и восстанавливается величина зазора “f”. В связи с этим ролик 57 не оказывает значительного сопротивления движению.
Для того чтобы изменить направление движения, существуют две возможности. Первая - это поочередный подъем (отрыв) конька от дороги.
Второй вариант заключается в управлении направлением движения за счет поворота переднего основного ролика 3 посредством вращения рукоятки 56 на каждом из коньков. Это вращение передается посредством стержня 64 на вилку 66 и поводок 72 (фиг.9), соединение которых образует двухповодковую муфту, способную передавать вращающий момент при углах отклонения от соосности вилки 66 и валика 71, в котором закреплен поводок, до 15°, т.е. на такой же угол может быть отклонен от нейтрального положения рычаг 54 (фиг.6), что вполне достаточно при езде на коньках. Далее вращение поводка 72 с валиком 71 передается на шестерню 70, сектор зубчатый 75 (фиг.11) и посредством тяги 76 на плечо 77 поворотного кронштейна 5, в котором на оси 2 (фиг.5) установлен передний основной ролик 3, т.е. происходит поворот ролика 3.
В случае поворота ролика 3 правого конька в направлении, например, против часовой стрелки, необходимо преодолеть усилие сжатия пружины 84 устройства 63 (фиг.11, 26), при этом шток 78 переместится влево относительно цилиндра 81, а сам цилиндр останется неподвижным относительно корпуса 79.
При повороте ролика 3 правого конька по часовой стрелке шток 78 вместе с цилиндром 81 переместится вправо, преодолевая усилие сжатия пружины 83.
Аналогично управляют поворотом левого конька.
При повороте каждого из коньков за счет поворота ролика 3, как было описано выше, в случае кратковременного контакта дополнительного ролика 57 с дорогой по причине потери равновесия, ролик 57 сам ориентируется так, что его ось 58 становится перпендикулярной вектору скорости движения конька в точке контакта ролика 57 с дорогой. Это достигается за счет того, что ось вращения 58 и соответственно находящаяся под ней точка контакта ролика 57 с дорогой смещена назад относительно оси вращения “m” поворотного кронштейна 59 на величину “d” (фиг.6). Усилие пружины 61 подбирается таким, чтобы ролик легко ориентировался в направлении движения. При отсутствии контакта ролика 57 с дорогой, за счет пружины 61 восстанавливается его нейтральное положение, при котором ось 58 перпендикулярна продольной оси конька.
Для торможения ступню ноги с педалью 14 разворачивают наружу пяткой (на фиг.2 это положение педали показано штрих-пунктирной линией), чтобы выступ 47 педали вошел в соприкосновение с боковой поверхностью ролика 10. Разворот педали происходит относительно точки “n” (фиг.2), находящейся на оси “е”, проходящей через середину втулки 15 (фиг.15), при этом в силу геометрии внутренней поверхности втулки, она не препятствует развороту педали на небольшой угол (3...5°) относительно оси 12. Ползун 16 (фиг.12, 13, 14) обеспечивает возможность смещения при таком развороте педали, а боковые поверхности ползуна, выполненные с радиусом кривизны (фиг.14), обеспечивают возможность разворота педали с кронштейнами 17, 19 относительно ползуна. Втулка 18 при этом отжимается внутрь стакана 19а за счет бокового усилия, действующего на втулку от конусной части оси 12.
Выполнение торцевой части оси 12 в виде конуса, входящего в конусное отверстие втулки 18, подпружиненной в кронштейне 19, обеспечивает надежную фиксацию педали относительно оси, проходящей через ось 12, в режиме работы без торможения, т.е. без разворота наружу пяткой.
При необходимости оторвать ногу с коньком от поверхности дороги и поднять на значительную, более 50...80 мм высоту, например, для ходьбы по ступенькам, разворот ноги с педалью пяткой наружу выполняют в крайнем нижнем положении педали. При этом достигается не только торможение за счет контакта выступа 47 с поверхностью ролика 10, но и постановка педали на упор 26 (фиг.17) и взаимодействие выступа 24 педали с зацепом 25 (на фиг.2 смещенное положение педали показано штрих-пунктирной линией). Это позволяет поднять ногу с коньком на любую высоту от дороги, т.к. педаль в этом случае будет неподвижной относительно остальной конструкции конька.
При езде по ровной дороге нагрузка на задний дополнительный ролик 49 невелика и составляет 10...15% от суммарной нагрузки на ролики 3 и 10. Это определяется тем, что расстояние от точки контакта ролика 49 с дорогой до прямой к1к2 (фиг.2) в несколько раз больше, чем расстояние от этой прямой до центра тяжести человека “G” даже в крайне заднем положении. Однако при наезде роликом 49 на какое-либо препятствие, возвышающееся над поверхностью дороги, нагрузка на ролики значительно перераспределяется, и в этот момент ролик 49, ввиду его малого диаметра, может оказать значительное сопротивление движению. Чтобы избежать этого, ось 50 ролика 49 может быть подпружинена, с возможностью перемещаться вдоль пазов 53, что позволяет значительно уменьшить пиковые нагрузки на ролик 49.
На прямолинейных участках дороги наиболее рациональным является режим езды с использованием устройства для блокировки левого и правого коньков, т.е. с ограничением подвижности одного конька относительно другого.
Устройство для блокировки в виде направляющей на одном коньке с возможностью входить в паз другого конька работает следующим образом. Перед началом блокировки левая нога с коньком должна быть смещена вперед в направлении движения по отношению к правому коньку, а расстояние между коньками в направлении, перпендикулярном направлению движения, должно быть минимальным. В этом случае Т-образная направляющая 85 на левом коньке находится чуть впереди паза 86, расположенного в выступающей части 87 основания 1 правого конька, с фиксатором 88, как показано на фиг.21. При дальнейшем резком движении правой ноги с коньком вперед (или левой - назад), Т-образная направляющая 85 отжимает фиксатор 88 и входит в паз 86, а фиксатор 88 принимает исходное положение, т.е. закрывается. Относительное положение Т-образной направляющей на левом коньке и паза 86 с фиксатором 88 принимает вид, как показано на фиг.20.
В случае выполнения устройства для блокировки с возможностью ограниченного перемещения коньков относительно друг друга в направлении езды между передним торцом Т-образной направляющей и боковой поверхностью фиксатора имеется зазор “S” (фиг.19). Усилие на пружине фиксатора 88 выбирается таким, чтобы он мог раскрыться (“отжаться”) только при достаточно резком движении левого конька вперед по отношению к правому, или правого - назад по отношению к левому.
При езде на коньках в состоянии блокировки, движения ног человека подобны тем движениям, когда он “переминается” с ноги на ногу. При этом усилие движения от конька, на котором приложен вращающий момент к заднему ролику 10, передается на другой конек без участия усилия мышц ног человека, что значительно снижает утомляемость и позволяет совершать поездки на значительные расстояния без “лишних” затрат сил. Наличие зазора “S” позволяет уменьшить нагрузки на мышцы ног в режиме разгона, т.к. момент трогания с места или момент, определяющий ускорение движения, прикладывается в этом случае к ролику одного конька с некоторым запаздыванием во времени по отношению к другому коньку, т.е. уменьшается экстремальная нагрузка на мышцы ног при разгоне.
При выполнении средства для фиксации ноги с возможностью самопроизвольной расфиксации при ударной нагрузке на конек (не показано), в случае внезапного наезда на значительное препятствие, произойдет расфиксация ноги с коньком, и ступня человека беспрепятственно переместится вперед по отношению к коньку, т.к. передний ролик 3 с осью 2 расположены сбоку от траектории движения ступни при расфиксации и не будут препятствовать движению ступни. Это позволит в экстремальных ситуациях избежать травм.
Для езды по участкам дорог с различными уклонами коньки могут быть снабжены механизмом изменения передаточного отношения (МИПО), который работает следующим образом.
При неизменном передаточном отношении фиксатор 35 (фиг.3) постоянно находится в одном и том же отверстии 34 (из нескольких возможных) пазового кулачка 33. Поэтому при повороте педали 14 с опорой 13 на оси 12 вместе с ними поворачивается и пазовый кулачок, ролик 31 сохраняет относительно кулачка неизменное положение, соответственно водило 28 с установленным на нем роликом 27 не меняют своего положения относительно опоры 13, а расстояние “R” от центра оси 12 до центра ролика 27 остается неизменным. Хотя расстояние “r” от оси ролика 27 до оси вала 43 при нажатии на педаль изменяется в силу заданной кинематической связи ролика 27 с кулисой 42, это изменение носит циклический характер, т.е. повторяется в каждом цикле нажатия на педаль, поэтому такое изменение не позволяет каким-либо заданным способом изменять передаточное отношение в разных циклах.
При необходимости изменить передаточное отношение, например, в сторону его уменьшения, человек при нижнем положении педали нажимает рукой нажимную ручку 40 на рычаге 54 (фиг.6), от этого движения посредством гибкого тросика 39 (фиг.3) втулка 36 перемещается вдоль оси 12 в сторону переднего основного ролика 3 (на фиг.3 - в направлении стрелки вниз), в этом же направлении перемещаются фиксатор 35, скоба 38 и фиксатор 37, при этом фиксатор 35 выходит из отверстия кулачка 35, а фиксатор 37 входит в отверстие с другой стороны кулачка. Далее, при нажатой ручке 40, человек приподнимает пятку с педалью вверх, поворачивая педаль 12 и опору 13 в верхнее положение. При этом движении кулачок 33 остается неподвижным, а водило 28 с роликом, поворачиваясь вместе с опорой 13, изменяют свое положение относительно кулачка 33, расстояние между центром ролика 31 и центром оси 12 увеличивается, соответственно увеличиваются и расстояние “R” между осью ролика 27 и центром оси 12, и расстояние “r” между осью вала 43 и осью ролика 27, но т.к. R>>r, то отношение R/r уменьшается. В верхнем положении педали человек отпускает нажимную ручку 40, скоба 38 под действием пружины возвращается в исходное положение, перемещая вместе с собой втулку 36 и фиксаторы 35 и 37 в положение, показанное на фиг.3, т.е. фиксатор 35 входит в одно из отверстий кулачка 33, а фиксатор 37 - выходит из отверстия с другой стороны кулачка.
При дальнейших циклах “подъем - опускание педали 12”, передаточное отношение изменяется только в пределах одного цикла, как описано в абзаце “при неизменном передаточном отношении...”.
При необходимости еще более изменить передаточное отношение в сторону уменьшения, человек повторяет цикл движений, связанный с нажатием ручки 40, как описано выше.
При необходимости увеличить передаточное отношение человек нажимает ручку 40 в верхнем положении педали, а отпускает ее в нижнем положении педали. В этом случае водило 28 с роликом 31 изменяют свое положение относительно кулачка таким образом, что расстояние между центром ролика 31 и центром оси 12 уменьшается, вследствие чего увеличивается отношение R/r.
Во время езды человек может свободно отклонять рычаг 54 вперед или назад, как это удобно для езды и в зависимости от положения ног, и это отклонение никак не повлияет на положение поводка 72 и соответственно переднего ролика 3, выполненного с возможностью поворота.
При езде на коньках без рычагов 54 поворотный кронштейн 5 переднего ролика 3 фиксируется в одном положении с помощью фиксатора (не показано), а нажимная ручка 40 устанавливается на дополнительной съемной стойке, на высоте 400...600 мм от основания 1 (не показано). При необходимости изменить передаточное отношение человек наклоняется или приседает, снимая нажимную ручку с гибким тросиком со стойки, и за счет нажима ручки изменяет передаточное отношение, после чего устанавливает ручку в прежнее положение - на стойку, а руки человека остаются свободными.
При использовании коньков с рычагами 54 они могут быть связаны между собой поперечным полым стержнем 91 посредством шарниров (фиг.24, 25), размещенным ниже уровня колен человека. Такая связь увеличивает подвижность и позволяет обойтись без передних дополнительных роликов 57. Выполнение связи между рычагами 54 и полым стержнем 91 в виде конструкции, представленной на фиг.25, обеспечивает достаточную подвижность коньков относительно друг друга и не создает значительных неудобств при передвижении, за исключением ходьбы по ступенькам. Такая подвижность обеспечивается шарнирным соединением самих рычагов 54 с основаниями 1 правого и левого коньков, наличием осевых и радиальных зазоров между втулкой 94 и рычагом с выступом 92 и неподвижной втулкой 93, а также геометрией внутренней поверхности втулки, представленной на фиг.25.
При оснащении коньков багажником 97, установленным на стержне 91, человек может разместить в нем необходимую ручную кладь, размеры которой ограничены размером багажника и амплитудой перемещения ног при езде.
При оснащении каждого из коньков дополнительным немускульным приводом, например, в виде тепловой машины или электропривода, возможны поездки на коньках на значительные расстояния, определяемые массой энергоносителя, размещаемого на коньках. Эксперименты показали, что изменение массы каждого из коньков от 2,5 до 8 кг незначительно влияет на ощущение силы тяжести на ногах, особенно при использовании устройства для блокировки коньков. Дополнительное использование силы рук с помощью рычагов 54 при подъеме ноги с коньком над уровнем дороги позволяет, при необходимости, увеличить массу каждого из коньков до 15 кг.
Предлагаемая конструкция роликовых коньков позволяет, при наличии устройства для компенсации опрокидывающего момента в виде дополнительных передних 57 и задних 49 роликов и рычагов 54, овладеть техникой езды на коньках даже той части населения, которая не владеет никакими навыками бега на коньках, езды на велосипеде и т.п., т.е. не имеет никакой спортивной подготовки, при этом к состоянию здоровья предъявляются минимальные требования - элементарное чувство равновесия, как при обычной ходьбе, и скорость реакции на опасность, позволяющая вовремя применить торможение.
При достижении достаточных навыков езды на предлагаемых коньках можно ездить без установки рычагов 54, а также без передних дополнительных роликов 57, однако без рычагов 54 поворот при езде возможен только с отрывом конька от поверхности дороги.
По окончании езды на коньках, если был использован поперечный стержень 91, он отделяется от рычагов 54 посредством выворачивания винта 95 из втулки 94 за счет вращения закрепленного на нем диска 95а с накаткой. Затем отворачиваются фиксаторы 74 (фиг.9), рычаги 54 со стержнями 64 внутри отсоединяются от основания и телескопически складываются (не показано), съемные вилки 51 с дополнительными роликами 49 также отсоединяются от основания путем отворачивания фиксаторов 52 (фиг.16).
После этого коньки складываются друг с другом. Диагональное расположение двух роликов 3 и 10 на основании каждого конька и выполнение вилки 51 с задним дополнительным роликом 49 съемной обеспечивают минимальные габариты коньков в сложенном состоянии и позволяют уложить их в дорожную сумку (не показано), удобную для транспортировки пешим ходом или в общественном или ином транспорте.
Сборка коньков производится в обратном порядке, но с той особенностью, что при установке рычага 54 со стержнем 64 и закрепленной на нем вилкой 66 необходимо при помощи рукоятки 56 развернуть вилку в определенное положение, соответствующее положению поводка 72, чтобы поводок вошел в пазы 67 вилки (фиг.9, 10).
Отличия предлагаемых роликовых коньков от прототипа заключаются в следующих признаках:
1) Наличие устройства для блокировки левого и правого коньков позволяет значительно снизить нагрузку на мышцы ног.
2) Наличие механизма изменения передаточного отношения позволяет человеку выбрать оптимальный по нагрузке на мышцы ног режим езды, учитывающий возможный уклон дороги, направление ветра и т.д.
3) Выполнение переднего ролика с возможностью поворота позволяет человеку изменять направление движения без отрыва коньков от дороги, с минимальными затратами энергии.
4) Расположение опорной поверхности ступни человека ниже осей роликов 3 и 10 при движении накатом увеличивает устойчивость.
5) Использование в силовом приводе зубчатой передачи вместо тросовой системы увеличивает кпд передачи и ее надежность.
6) Многовариантность использования коньков - с шарнирно установленными рычагами 54 или без них, с поперечным стержнем 91 или без него, с одним или двумя дополнительными роликами - позволяет каждому человеку выбрать наиболее удобный режим эксплуатации, учитывающий его физическое состояние, возраст, опыт езды, состояние дороги и дальность поездки.
7) Диагональное расположение роликов 3 и 10 относительно ступни (и соответственно педали) и выполнение заднего дополнительного ролика 49 на съемной вилке, обеспечивают минимальные габариты коньков в сложенном состоянии, что делает их удобными для транспортировки.
8) Использование двух видов торможения - ногой с помощью педали с выступом 47 и рукой с помощью тормозного ролика 89, установленного на рычаге 54, а также выполнение средства для фиксации ноги с возможностью самопроизвольной расфиксации при ударной нагрузке, повышают безопасность эксплуатации.
9) Оснащение коньков немускульным приводом, например, в виде тепловой машины, позволит совершать поездки на коньках на значительные расстояния.
10) Возможность устанавливать багажник на поперечный стержень 91 позволяет человеку перевозить груз габаритом до 450×350×150 мм.
С учетом вышеизложенного, предлагаемые роликовые коньки могут быть использованы как транспортное средство, альтернативное велосипедам, а с использованием немускульного привода - альтернативное мопедам.
Источники информации
1. Описание к патенту РФ №2107533, МПК А 63 С 17/02, опубликовано 27.03.98.
2. Описание изобретения к авт. свид. СССР №1757695, МПК А 63 С 17/00, опубликовано 30.08.92.
3. Описание изобретения к авт. свид. СССР №1750718, МПК А 63 С 17/12, опубликовано 30.07.92.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| РОЛИКОВЫЕ КОНЬКИ (ВАРИАНТЫ) | 2004 |
|
RU2301100C2 |
| РОЛИКОВЫЕ КОНЬКИ (ВАРИАНТЫ) | 2004 |
|
RU2318572C2 |
| РОЛИКОВЫЕ КОНЬКИ (ВАРИАНТЫ) | 2005 |
|
RU2295992C2 |
| РОЛИКОВЫЕ КОНЬКИ | 1990 |
|
RU2067481C1 |
| РОЛИКОВЫЕ КОНЬКИ | 1991 |
|
RU2010584C1 |
| РОЛИКОВЫЙ КОНЁК | 2016 |
|
RU2655689C2 |
| ПЕДАЛЬНЫЙ ПРИВОД | 2003 |
|
RU2274576C2 |
| РОЛИКОВЫЕ КОНЬКИ | 1993 |
|
RU2060748C1 |
| РОЛИКОВЫЙ КОНЕК | 2011 |
|
RU2599701C2 |
| Роликовые коньки | 1976 |
|
SU1248624A1 |
Изобретение относится к производству роликовых коньков, которые могут быть использованы как для спорта, так и в качестве транспортного средства для передвижения человека. Роликовые коньки, содержащие смонтированные на основании ролики с обгонной муфтой, шарнирно установленную опору для ноги, кинематически связанную с задним роликом, тормоз, устройство для компенсации опрокидывающего момента и средство для фиксации ноги. Передний ролик расположен на оси со смещением в сторону внутренней боковой поверхности ступни, задний ролик - на оси со смещением в сторону внешней боковой поверхности ступни, на основании одного конька выполнен паз, а на основании другого - ответный пазу выступ, обеспечивающие при их сочленении ограниченную подвижность одного конька относительно другого и представляющие собой устройство для блокировки левого и правого коньков. Такое выполнение позволяет расширить возможность использования коньков, уменьшить нагрузку на мышцы ног, изменять направление движения без отрыва коньков от дороги, повысить безопасность при езде. Ролики компактны в сложенном состоянии. 16 з.п. ф-лы, 28 ил.
| US 4133546 A, 09.06.1979 | |||
| US 5165708 А, 24.11.1992 | |||
| Устройство для передвижения | 1990 |
|
SU1757695A1 |
