Металлический зацеп для крепления кольцеобразного эспандера в конструкции батута. Российский патент 2019 года по МПК A63B5/00 

Изобретение относится к устройствам спортивного назначения для физических упражнений и фитнеса, а именно к устройствам для прыжков. А также для применения в методиках лечебной физкультуры в целях комплексного лечения и профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата человека, сердечно-сосудистой системы, остеопороза, лимфодренажа, программах снижения веса, психоневрологической коррекции, логопедии и других физически или психологических состояний, где необходима щадящая дозированная статическая или динамическая нагрузка.

Изобретением являются латексные эспандеры без тканевой оплетки, соединенные в кольцо, применяемые в конструкции батута фиг. 1 вместо пружин. Эспандеры имеют замкнутую кольцеобразную форму фиг. 2 за счет соединения концов латексных трубок промышленным способом фиг. 3 -вставление шарообразного нескользящего материала в один конец трубки и надеванием второго конца трубки поверх первого. Так образуется надежное бесшовное сцепление двух концов латексной трубки в кольцевую конструкцию. За счет специфических физико-химических характеристик латекса, которые препятствуют его скольжению, при растяжении кольца эспандера сцепление концов трубок увеличивается за счет усиления прижатия внутренних поверхностей трубок друг к другу, увеличения силы трения, что позволяет создать прочное соединение.

Известна конструкция батута, которая содержит прыжковое полотно и пружины, которые с одной стороны крепятся к прыжковому полотну, с другой стороны - к металлической раме батута. Прыжковое полотно состоит из прочного неэластичного материала - плетеного полипропилена, который не растягивается и не обладает упругими свойствами. Функцию прыжков, при такой конструкции батута, выполняют исключительно пружины.

Также, известна конструкция батута, при которой функцию прыжков, вместо пружин, выполняют латексные эспандеры с тканевой оплеткой. Применяются кольцеобразные эспандеры по патенту на полезную модель №151286. И известна конструкция, при которой эспандер, фиксирует прыжковое полотно к раме батута методом шнурования.

Рассмотрим физические характеристики при прыжках на батуте у сравниваемых эластичных элементов:

- пружины

- латексные эспандеры без тканевой оплетки

- латексные эспандеры с тканевой оплеткой

В статичном состоянии, когда человек стоит на батуте неподвижно, под действием приложенной к пружинам силы, соответственной весу стоящего человека в покое, они деформируются и растягиваются на определенную незначительную длину. Возникает сила, противодействующая деформации пружин — сила упругости или потенциальная энергия упругих деформаций.

Она приложена к телу, вызывающему деформацию, то есть к человеку. Сила упругости растянутых пружин уравновешивает силу тяжести, действующую на груз.

По закону Гука, сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружин.

Растянутая пружина обладает энергией, которая пропорциональна квадрату удлинения пружины. То есть она очень быстро увеличивается с ростом удлинения.

Но батут не отталкивает человека, неподвижно стоящего на нем, так как в таком состоянии силы уравновешены и для прыжка недостаточно силы упругости пружин.

Для запуска работы противодействующих сил и возникновению прыжков требуется импульс. Необходимо, чтобы человек однократно создал добавочную кинетическую энергию, методом биомеханически скоординированных быстрых движений, сгибаясь и резко выпрямляясь в поясничном отделе позвоночника и суставах ног, оттолкнувшись от полотна батута, что приведет к увеличению силы, потенциальной энергии и дополнительному растяжению пружин.

В свою очередь потенциальная энергия упругих деформаций пружин перейдет в кинетическую энергию тела человека, взлетающего вверх. В самом начале отскока от батута на тело оказывает влияние только кинетическая энергия, которая, по мере увеличения высоты тела, сменяется потенциальной. В наивысшей точке полета, кинетическая энергия истощается и становится равной «0». Тело человека в этом положении на мгновение останавливается. Далее, на него начнет действовать сила тяжести и потенциальная энергия повлечет человека вниз. По мере уменьшения высоты, скорость увеличивается и при приземлении на батут происходит переход потенциальной энергии в кинетическую. В этот момент скорость и кинетическая энергия максимальна, которая в очередной раз приводит к растяжению пружин и увеличению потенциальной энергии. Так циклический переход потенциальной и кинетической энергий из одной в другую сопровождает процесс прыжков на батуте.

Потенциальная энергия упругих деформаций зависит от расположения частей пружин. Существует связь между их строением - количеством витков, диаметром, толщиной стальной проволоки и энергией упругого тела. Потенциальная энергия упругих деформаций определяется начальным и конечным положением пружины, то есть ее деформацией.

При растяжении с одинаковой силой различных пружин, им будет сообщаться разная величина потенциальной энергии.

Выявлена обратно пропорциональная зависимость между жесткостью пружин и величиной потенциальной энергии. Чем более жесткими будут пружины, тем меньшее значение будет принимать потенциальная энергия и соответственно высота и мягкость прыжков на батуте.

В данное изобретение, в первую очередь, рассматриваются круглые или многоугольные батуты для применения в фитнес центрах, тренажерных залах, медицинских учреждениях, домашних условиях и имеющие диаметр от 80 до 160 см. При таких небольших размерах батутов применяются короткие пружины с низким коэффициентом упругости, небольшой эластичностью.

Рассмотрим пример.

Производим расчеты в идеальных условиях, то есть без учета сопротивления воздуха и отсутствия дополнительных раскачивающих движений прыгающего человека. Расчеты проводятся с большим округлением и допусками, чтобы передать суть процессов, происходящих в системе «батут-человек», так как доскональный точный расчет требует большое количество вычислений в вариативной среде материалов и видов нагрузки на батут. Исходные и полученные данные приведены исключительно для обзора сравнительных характеристик эластичных материалов.

Возьмем человека, весом 70 кг., который подпрыгивает на батуте на высоту 0,5 м.

Скорость тела во время приземления рассчитываем по формуле -

U=3,13 м/с

теперь считаем ускорение торможения -

а=3,13/0.1=30 м/с2

где 0,1 - условное время торможения на батуте в самой крайней точке остановки растяжения пружин.

F=m*а=70*30=2100 Н., 1 Н=0.1 кг. и соответственно будем обозначать вес в ньютонах 210 Н.

210 Н. - это вес человека, при приземлении на батут, при начальном весе покоя 70 кг. и высоте прыжков 0,5 м. над поверхностью батута.

При условии, что в конструкции батута используется 36 пружин, а человек приземляется в центр батута, на каждую пружину распределяется по 5,5 Н. в крайней точке остановки ее растяжения после приземления тела человека.

Далее, для эксперимента создаем модель:

• Диаметр батута 120 см.

• Эластичные элементы для сравнения -

- пружины

- латексные эспандеры без тканевой оплетки

- латексные эспандеры с тканевой оплеткой

• Длина эластичных элементов в покое 10 см.

• Длина эластичных элементов в крайней точке растяжения 20 см.

• Вес прыгающего человека 70 кг.

• высота подпрыгивания 0,5 м.

Важным условием эксперимента является то, что не зависимо от материала эластичных элементов длина их удлинения до крайней точки растяжения должна быть не более 20 см., так как есть ограничения в конструкции батута, чтобы полотно батута проседало на определенную глубину при приземлении, так, чтобы это было в рамках безопасности и не произошло касание ногами прыгающего человека поверхности, на которой установлен батут. В нашем эксперименте мы принимаем растяжение эластичных элементов, независимо от их материала в 2 раза, то есть с 10 см. до 20 см.

Так как в эксперименте мы задали рамки длины эластичных элементов как в покое, так и при полной нагрузке, нашей целью является не их удлинение, так как по условиям эксперимента оно должно быть одинаковым у всех эластичных элементов, а выявление у них отличий характеристик МОМЕНТА ОСТАНОВКИ РАСТЯЖЕНИЯ.

С помощью динамометра проведены замеры на градуированной линейке усилий от долей ньютонов, на разных этапах растяжения эластического элемента. Измерения проводились в пределах от 10 см. до 20 см. (соответствует размеру эластичного элемента от покоя до полного растяжения), и в соответствии с усилиями долей ньютонов от 2Н. до 5,5 Н. (соответствует распределению веса прыгающего человека на один эластичный элемент начиная от состояния покоя, до максимальной нагрузки при приземлении с высоты 0,5 м.).

Таким образом, форма конструкции, толщина материала, свойства эластичности изучаемых элементов, а именно:

- пружины,

- латексные эспандеры без тканевой оплетки,

- латексные эспандеры с тканевой оплеткой,

должны быть подобраны таким образом, чтобы выполнить условия эксперимента.

Смотрите фиг. 4

В результате проведенного эксперимента выявлена экспоненциальная форма зависимости между изучаемыми параметрами.

Полученные данные наглядно иллюстрируют отличия сравниваемых эластичных элементов на фиг. 4.

Стальная пружина:

При растяжении наблюдается более пологая фаза линейной деформации и более вертикальная, соответственно в конструкции батута, более быстрая фаза нелинейной деформации. При прыжках ощущается как меньшая эластичность и жесткая остановка прыжка в крайней максимальной точке растяжения пружины.

Латексные (резиновые) эспандеры с тканевой оплеткой: По данным исследования занимают промежуточное положение. Они также обладают более высокой эластичностью, чем пружины, но в момент максимального растяжения, тканевая оплетка служит ограничителем и вызывает ощущение более жесткой остановки, чем при применении латексного эспандера без тканевой оплетки. Соответственно, для этого элемента требуется более точный подбор и разные комплекты эспандеров по длине и толщине для разных весовых категорий, так как имеется ограничение растяжимости и скорости остановки тканевой оплеткой.

Латексные (резиновые) эспандеры без тканевой оплетки: Обладают значительно большей эластичностью за счет свойства высокоэластической деформации резин.

На графике это отображается более распределенным увеличением длины эспандера в зависимости от нагрузки и очень плавной вертикальной фазой экспоненты нелинейной деформации, что отражается в прыжках на батуте. Прыжок ощущается как мягкий, в тоже время не провисающий, с практически отсутствующим моментом жесткой остановки в крайней максимальной точке растяжения эспандера.

Еще более интересная картина наблюдается, если в эксперименте мы выйдем за границы графика. То есть мы изменим вес прыгающего человека, например до 100 кг., вместо 70 кг. при сохранении других параметров.

По расчетам, на каждый эластичный элемент при приземлении будет распределятся сила 8,3 Н.

На рис. 1 показан график, на котором исследуются эластичные элементы, подобранные для прыгающего человека на батуте с максимальным весом 70 кг.

Далее мы исследуем поведение этих же эластичных элементов, но для человека весом 100 кг.

Смотрите фиг. 5

На графике фиг. 5 представлено, что дальнейшее растяжение пружины практически остановилось. Это будет ощущаться для прыгающего человека весом 100 кг., как жесткий удар при приземлении, что является опасным для здоровья человека и может приводить к повреждению батута.

Латексный эспандер с тканевой оплеткой имеет возможность удлинения, но скорее за счет растяжения тканевой оплетки с последующим ее перерастяжением, микронадрывами и как следствие, повреждением структуры эспандера и невозможности дальнейшего выполнения функции даже для веса 70 кг.

Латексный эспандер без тканевой оплетки имеет значительно больший запас упругой деформации без повреждения структуры и соответственно значительно большим диапазоном применения эспандера одного размера для разных весовых категорий людей. При превышении рекомендованного веса пользователя до 100 кг., латексный эспандер растягивается дополнительно на 2 см., что не существенно для безопасности, но при этом обеспечивается мягкое приземление на батут.

Также, благодаря свойствам высокоэластической деформации резин, латексные эспандеры без тканевой оплетки способны удлиняться в границах упругой деформации до 20 кратного растяжения. Тогда как пружины способны удлиняться максимум в 1,5-2 раза, а эспандеры с тканевой оплеткой в 2-2,5 раза.

Как следствие, недостатком известной конструкции батута с пружинами является жесткость, малая амплитуда и скрип пружин при прыжках на батуте. Так же имеется закономерность, когда жесткость и снижение эластичности пружин значительно увеличиваются при уменьшении диаметра рамы батута, так как пружины становятся короче и уменьшается их количество.

В свою очередь, недостатком для конструкции батута с эспандерами с тканевой оплеткой является ограничение эластичности эспандеров структурой тканевой оплетки и ограниченным сроком использования в результате повреждения (перетирания и расслоения) тканевой оплетки.

В конструкции батута с применением эспандера с тканевой оплеткой, фиксирующего прыжковое полотно к раме батута методом шнурования, недостатком является невозможность или высокую сложность замены эспандера на новый после его износа, которую при интенсивном использовании необходимо производить каждые 3 месяца.

Изобретение направлено на устранение вышеотмеченных недостатков и от его использования будет получен следующий технический результат: повышение эксплуатационных качеств и потребительского спроса, расширение сфер применения батута, в частности - медицина и использование для детей и пожилых людей.

Это достигается тем, что в предлагаемом батуте вместо пружин применяются латексные эспандеры без тканевой оплетки, соединенные в кольца, которые обладают высокой эластичностью и могут использоваться в различных вариациях длины окружности и толщины эспандера, в зависимости от цели применения батута и имеют значительно больший срок износа до 2-3 лет при интенсивном использовании, так как имеют гладкую плотную структуру поверхности и свойства высокоэластической деформации резин.

Изобретение Т-образных зацепов фиг. 6, которое позволяет использовать эластичные эспандеры, соединенные в кольца для прыжков в конструкции батута вместо пружин.

Т-образный зацеп состоит из двух частей:

1. Прочная стропа фиг. 6-1 из полиамидных или полиэстеровых нитей, в форме петли, вшитая в край прыжкового полотна. Ширина стропы 3,5 см. Длина петли 2 см.;

2. Стержень из нержавеющей стали фиг. 6-2, вложенный в петлю, по п. 1 и зафиксированный в ней с помощью 1 или 2 заклепок фиг. 6-3. Стержень изготавливается методом токарной обработки со съемом фасок на концах для их скругления и с просверливанием отверстия для заклепки диаметром 2,5 мм. Диаметр стержня 6 мм.

На фиг. 6 -

1. Стропа

2. Стальной стержень

3. Заклепка

Т-образный зацеп представляет собой очень прочное соединение, так как стропа вшита в край прыжкового полотна батута полиамидными нитями 6 строками швов, а стальной стержень, при установке эспандера, плотно прилегает и фиксируется по всей внутренней поверхности стропы, являясь ограничителем для эспандера.

Процесс установки эспандера не требует специальных навыков и инструментов. Проходит в три этапа:

1. Первый конец кольца эспандера надевается на металлический стержень т-образного зацепа фиг. 7;

2. При натяжении эспандер перекидывается через раму батута фиг. 8;

3. Второй конец кольца эспандера надевается на тот же металлический стержень т-образного зацепа фиг. 9.

Этот процесс повторяется для установки всех эспандеров на батуте.

Известна конструкция батута, в которой для прыжков применяются металлические пружины, соединяющие прыжковое полотно с рамой батута. Недостатком известной конструкции является:

1. Жесткость, малая амплитуда и скрип пружин при прыжках на батуте;

2. Так же имеется закономерность, когда жесткость и снижение эластичности пружин значительно увеличиваются при уменьшении диаметра рамы батута, так как пружины становятся короче и уменьшается их количество;

3. Техническая сложность производства пружин, которые бы соответствовали условиям применения, в частности для батутов с небольшим диаметром до 160 см., при которых сохранялась бы их необходимая эластичность.

Так же известна конструкция батута, в которой для крепления эспандеров применяются зацепы изготовленные из пластика по патенту на полезную модель № 151286. Недостатком данной конструкции является:

1. Для производства пластиковой детали требуется дорогостоящая литьевая форма;

2. В случаях приземления прыгающего человека на один или несколько зацепов выявлено разрушение пластика и, соответственно, поломка всего батута;

3. Пластиковые зацепы имеют форму, при которой верхняя часть для фиксации верхней петли эспандера оказывает болезненные ощущения для прыгающего человека при наступании на зацеп;

4. При применении эспандеров с тканевой оплеткой края пластиковых зацепов создают локальные участки повышенного трения и быстро приводят к стиранию и "распушиванию" тканевой оплетки эспандеров, что требует их частой замены.

Также известна конструкция батута, в которой эспандеры крепятся методом шнурования. Один длинный эспандерный шнур с тканевой оплеткой последовательно перекидывается через раму батута и продевается в пришитые по краю прыжкового полотка тканевые петли. Недостатком данной конструкции является:

1. Установка эспандера возможна только в условиях промышленной сборки или специально обученным персоналом с наличием необходимого инструментария. Так как натяжение эластичного шнура длиной в среднем 15 метров требует равномерного распределения длины для каждой петли, то его монтаж представляет собой достаточно сложный трудоемкий процесс;

2. Это значительно ограничивает применение батута для людей разного веса и для разных целей в зависимости от потребности выбора эластичности эспандеров;

3. Так как в данной конструкции применяются эспандеры с тканевой оплеткой, то даже тканевые петли, через которые продевается эспандер, создают трение и приводят к более быстрому износу и повреждению тканевой оплетки.

Изобретение направлено на устранение вышеотмеченных недостатков и его применение предоставляет возможность:

1. Использовать эластичные эспандеры в конструкции батута вместо пружин;

2. Проводить плановую или необходимую замену эспандеров пользователем без приложения больших усилий и без специальных навыков и инструментария;

3. Использовать эспандеры различной степени эластичности, за счет разной длины эспандера и его диаметра, для пользователей разного веса (при смене комплектов эспандеров на батуте). Для латексных эспандеров без тканевой оплетки практически отсутствует ограничение для их производства по толщине, длине и, до определенной степени, свойств эластичности;

4. Использовать эспандеры различной окраски по вкусу потребителя или исходя из принципа безопасности (более яркий цвет, например оранжевый, позволяет пользователю лучше визуально ориентироваться на край батута);

5. Применять батуты с эластичными эспандерами при профилактике заболеваний опорно-двигательного аппарата человека в тех случаях, когда жесткие металлические пружины могут явиться ограничением для этого, а также во всех случаях, для исключения риска микро-травматизации хрящевой ткани, менисков и связочного аппарата коленных, тазобедренных, крестцово-подвздошных суставов и суставов позвоночника. Этому способствует свойство эспандеров, в отличие от пружин, быть более эластичными и позволять выполнять прыжки с большей амплитудой, с мягким и плавным затуханием «прыжковой волны» в нижней точке прыжка;

6. Применять батуты меньшего диаметра (менее 160 см.) для реализации плавных, мягких и практически бесшумных прыжков. При использовании батутов диаметром менее 160 см. и, особенно, батутов диаметром 136 см., 122 см., 102 см. и менее с металлическими пружинами

возникает очень жесткое приземление, малая амплитуда работы прыжкового полотна, резкое затухание «прыжковой волны», что может быть небезопасно для здоровья, в частности для опорно-двигательного аппарата человека;

- интересным является вывод маркетингового исследования продаж минибатутов в России, что батуты диаметром менее 160 см., с жесткими металлическими пружинами, предназначенные для занятий фитнесом взрослых людей (весом от 50 кг.), в основном позиционируются и реализуются как детские батуты (для детей от 3 лет. В этом возрасте в норме дети весят 13-16 кг.!), что не соответствует заявленным характеристикам и ребенок не «пропрыгает» такую жесткость пружин.

Батуты с эластичными эспандерами могут применяться детьми с 3 лет при условии использования эспандеров с соответствующей растяжимостью и, обязательно, с наличием поддерживающей ручки или защитной сети и под присмотром родителей;

7. Применять батуты с эластичными эспандерами в домашних условиях и других местах, где важно соблюдать тишину. Эластичные эспандеры, в отличие от пружин, не скрипят и практически погашают ударную волну, передаваемую в основание, на котором стоит батут;

8. Конструкция Т-образного зацепа, благодаря гладкой поверхности стального стержня и в сочетании с применением латексного эспандера без тканевой оплетки, значительно минимизирует трение и износ эспандера в месте его крепления к зацепу, что является наиболее важным для удобства использования и удешевления обслуживания батута. По прогнозируемым данным, этот фактор позволит производить замену комплекта эспандеров не чаще чем один раз в 2-3 года. Тогда как эспандеры с тканевой оплеткой требуют замены каждые 3 месяца;

9. Конструкция Т-образного зацепа и метод крепления латексного эспандера исключают болезненные ощущения при наступании прыгающего человека в область крепления и не приводит к повреждению самого зацепа.

Сущность изобретения поясняется фотографиями, на которых изображено:

На фиг. 1 - Батут, общий вид;

На фиг. 2 - Латексный эспандер без тканевой оплетки, соединенный в кольцо;

На фиг. 3 - Элемент соединения концов трубок эспандера в кольцо;

На фиг. 4 - Зависимость удлинения эластичного элемента от силы приложенной на его растяжение. Вес прыгающего человека до 70 кг.

На фиг. 5 - Зависимость удлинения эластичного элемента от силы приложенной на его растяжение. Вес прыгающего человека до 100 кг.

На фиг. 6 - Т-образный зацеп;

На фиг. 7 - Первый этап крепления эспандера к батуту;

На фиг. 8 - Второй этап крепления эспандера к батуту;

На фиг. 9 - Третий этап крепления эспандера к батуту;

На Фиг. 10 - Общий вид прикрепленных эспандеров к батуту. Вид снизу полотна;

На фиг. 11 - Дополнительный ракурс фотографии т-образного зацепа.

Изобретение латексных эспандеров без тканевой оплетки, соединенных в кольца, для батута с возможностью применения эспандеров различной длины окружности и толщины материала соответственно различной эластичности в зависимости от цели, метода применения батута и веса прыгающего человека. И изобретение Т-образных зацепов батута для крепления кольцеобразных эспандеров, состоящих из поперечно расположенных металлических стержней, фиксированных в стропах, вшитых по краю прыжкового полотна батута, и являющихся основой для фиксации кольцеобразных эспандеров, которые перекидываются через раму батута и фиксируются на металлических стержнях, перекидываясь через них, позволяющих проводить быструю плановую или необходимую замену эспандеров и защищающих от их быстрого износа, также позволяющих исключить болезненность при наступании на них прыгающего человека. Изобретение направлено на усиление безопасности при прыжках на батуте, улучшение эргономики и удобства использования. Позволяет контролируемо и избирательно применять батут для физических упражнений и фитнеса, а также расширить область использования в методиках лечебной физкультуры в целях комплексного лечения и профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата человека, сердечно-сосудистой системы, остеопороза, лимфодренажа, программах снижения веса, психоневрологической коррекции, логопедии и других физических или психологических состояний, где необходима щадящая дозированная статическая или динамическая нагрузка. Т-образные зацепы батута для крепления кольцеобразных эспандеров, состоящие из поперечно расположенных металлических стержней, фиксированных в стропах, вшитых по краю прыжкового полотна батута, и являющихся основой для фиксации кольцеобразных эспандеров, которые перекидываются через раму батута и фиксируются на металлических стержнях, перекидываясь через них, позволяющие проводить быструю плановую или необходимую замену эспандеров и защищающие от их быстрого износа, также позволяющие исключить болезненность при наступании на них прыгающего человека. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Т-образный зацеп батута для крепления кольцеобразного эспандера, состоящий из поперечно расположенного металлического стержня, фиксированного в стропе, вшитой по краю прыжкового полотна батута, и являющегося основой для фиксации кольцеобразного эспандера, который перекидывается через раму батута и фиксируется на металлическом стержне, перекидываясь через него, позволяющий проводить быструю плановую или необходимую замену эспандеров и защищающий от их быстрого износа, также позволяющий исключить болезненность при наступании на них прыгающего человека.

2. Т-образный зацеп батута по п.1, отличающийся тем, что вместо металлического стержня применяется стержень из пластика, эбонита, дерева или других материалов.

3. Т-образный зацеп батута по п.1, отличающийся тем, что металлический стержень имеет форму крючка или загиба иной формы.

4. Т-образный зацеп батута по п.1, отличающийся тем, что вместо тканевой стропы применяется кожа или другой материал.