МУСКУЛЬНЫЙ ПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И/ИЛИ МУСКУЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА (ВАРИАНТЫ)
MUSCULAR DRIVE OF VEHICLE AND/OR MUSCULAR EXERCISER (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам для приведения в действие колесных транспортных средств и/или мускульных тренажеров мускульной силой человека, в частности к мускульным приводам с плоскопараллельным перемещением ножных педальных элементов, преимущественно для веломобилей и/или мускульных тренажеров.
Известен мускульный привод транспортного средства (аналог), например, из патента Германии DE 10139925, МПК B62M 1/04, 2002, содержащий ведомую и ведущую звездочки, охваченные замкнутой цепной передачей, муфту свободного хода, связанную со звездочками цепной передачи, закрепленными на раме, педальные элементы, выполненные с возможностью вертикального перемещения относительно дорожного полотна за счет силы тяжести человека, при этом педальные элементы соединены с механическим приводом, представляющим собой систему рычагов так, что каждый педальный элемент установлен на коромысле, соединенном через шатун с коленчатым валом, жестко соединенным с ведущей звездочкой цепной передачи.
Недостатками данного привода является сложность вывода рычажных механизмов перемещения педалей из мертвого положения за счет большего холостого хода, чем рабочего хода, что приводит к большим усилиям человека, необходимым при движении транспортного средства; существенное отличие траекторий движения педальных элементов от траекторий движений ног при ходьбе человека, что приводит к ухудшению эргономических качеств мускульного привода.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является мускульный привод транспортного средства - см. патент РФ №2373100, МПК B62M 1/04, F16C 3/30, 1999, содержащий цепные передачи, муфты свободного хода, связанные со звездочками цепных передач, закрепленными на раме, на которой расположены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно полотна дороги педальных элементов за счет силы тяжести человека, педальные элементы соединены с механическим приводом, представляющим собой систему рычагов так, что каждый педальный элемент установлен на коромысле, подвижно соединенном через шатун с коленчатым валом, жестко соединенным с ведущей звездочкой цепной передачи, при этом педальные элементы выполнены с возможностью вращения относительно коромысла и дополнительно снабжены регулируемыми упорами для вывода рычажных систем из мертвого положения в своем верхнем положении, которые могут быть выполнены в виде передачи «винт-гайка» и контактируют либо с шатунами, либо с коленчатым валом.
В прототипе отчасти устранены недостатки аналога за счет того, что педальные элементы выполнены с возможностью вращения относительно коромысел, при этом педальные элементы дополнительно снабжены регулируемыми упорами для вывода рычажных систем из мертвого положения в своем верхнем положении; регулируемые упоры могут быть выполнены в виде передачи «винт-гайка»; регулируемые упоры контактируют с шатунами; регулируемые упоры контактируют с коленчатым валом.
Однако и прототипу свойственны недостатки, заключающиеся в том, что периодическое взаимодействие регулируемых упоров для вывода рычажных систем из мертвого положения в своем верхнем положении приводит к возникновению периодических ударных нагрузок на узлы и детали мускульного привода. При этом повышается неравномерность движения транспортного средства, появляются рывки при его движении, снижается надежность, КПД и ухудшаются динамические характеристики транспортного средства. Также имеется существенное отличие траекторий движения педальных элементов от траекторий движений ног при ходьбе человека, что приводит к ухудшению эргономических качеств мускульного привода.
Технический результат направлен на обеспечение повышения равномерности движения, надежности транспортного средства и/или мускульного тренажера за счет снижения динамических нагрузок на мускульный привод и транспортное средство, улучшения динамических характеристик, повышения КПД мускульного привода; повышение эргономических качеств мускульного привода.
Технический результат достигается тем, что мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера, содержащий первую и вторую цепные передачи, первую и вторую муфты свободного хода, связанные соответственно с первой и второй ведомыми звездочками цепных передач, закрепленными на раме, рычажную систему, на звеньях которой расположены с возможностью перемещения за счет силы тяжести человека относительно полотна дороги первый и второй педальные элементы, педальные элементы выполнены с возможностью плоскопараллельного перемещения за счет дополнительной мускульной силы относительно дорожного полотна так, что каждый педальный элемент установлен на соответственно первом и втором шатунах, подвижно соединенных с коленчатым валом, шарнирно соединенным через первый и второй дополнительные шатуны с соответственно первым и вторым дополнительными коленчатыми валами, жестко связанными с соответственно первой и второй ведущими звездочками цепных передач и через соответственно первый и второй промежуточные шатуны шарнирно связанными с шатунами педальных элементов, при этом коленчатый вал образует параллельные шарнирные соединения с первым и вторым дополнительными шатунами, а также с первым и вторым шатунами педальных элементов.
Первый и второй дополнительные коленчатые валы могут быть через соответственно первый и второй промежуточные ползуны шарнирно связаны с шатунами педальных элементов.
Технический результат достигается также тем, что мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера, содержащий цепную передачу, первую и вторую муфты свободного хода, связанные с ведомой звездочкой цепной передачи, закрепленной на раме, рычажную систему, на звеньях которой расположены с возможностью перемещения за счет силы тяжести человека относительно полотна дороги первый и второй педальные элементы, первый и второй шатуны педальных элементов через соответственно первый и второй промежуточные ползуны подвижно соединены с коленчатым валом, жестко связанным с первой и второй ведущими звездочками двухступенчатой цепной передачи и шарнирно соединенным с рамой, а также через первую ступень двухступенчатой цепной передачи соединен с общим дополнительным коленчатым валом, шарнирно связанным с рамой и первым и вторым шатунами педальных элементов, при этом общий дополнительный коленчатый вал образует параллельные шарнирные соединения с первым и вторым шатунами педальных элементов и жестко связан с третьей ведущей звездочкой двухступенчатой цепной передачи, ведомая звездочка которой жестко установлена на промежуточном валу, шарнирно связанном с рамой и через первую и вторую муфты свободного хода соответственно с первым и вторым валами, на которых жестко закреплены соответственно первое и второе колеса транспортного средства и/или мускульного тренажера.
Первый и второй дополнительные коленчатые валы могут быть связаны через соответственно первый и второй промежуточные шатуны шарнирно с шатунами педальных элементов.
Дополнительные и промежуточные шатуны мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера могут быть выполнены удлиненными и содержат на своих концах рукоятки для захвата ладонями человека с целью приложения к мускульному приводу дополнительного усилия мускульной силы рук человека.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид спереди варианта рычажной системы с промежуточными шатунами;
на фиг.2 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид сверху варианта рычажной системы с промежуточными шатунами;
на фиг.3 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид спереди варианта рычажной системы с промежуточными ползунами;
на фиг.4 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид сверху варианта рычажной системы с промежуточными ползунами;
на фиг.5 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид спереди варианта с двухступенчатой цепной передачей и промежуточными ползунами;
на фиг.6 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид сверху варианта с двухступенчатой цепной передачей и промежуточными ползунами;
на фиг.7 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид спереди варианта с двухступенчатой цепной передачей и промежуточными шатунами;
на фиг.8 - кинематическая схема мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера в рабочем положении - вид сверху варианта с двухступенчатой цепной передачей и промежуточными шатунами.
Мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера с рычажной системой с промежуточными шатунами (фиг.1, 2), смонтированный на раме 1, содержит замкнутые первую 2 и вторую 3 цепные передачи, первую 4 и вторую 5 ведущие звездочки и первую 6 и вторую 7 ведомые звездочки, закрепленные на раме, первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода, связанные соответственно с первой и второй ведомыми звездочками и первым 10 и вторым 11 валами с жестко закрепленными на них соответственно первым 12 и вторым 13 колесами, первый 14 и второй 15 педальные элементы, выполненные в виде платформ, обеспечивающих полное прилегание стоп ног человека, и установленные жестко соответственно на первом 16 и втором 17 шатунах, шарнирно связанных с коленчатым валом 18, который через первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны связан соответственно с первым 21 и вторым 22 дополнительными коленчатыми валами, жестко связанными соответственно с первой и второй ведущими звездочками соответственно первой и второй цепных передач и, соответственно, через первый 23 и второй 24 промежуточные шатуны шарнирно связанными с соответственно первым 16 и вторым 17 шатунами педальных элементов.
На фиг.3, 4 представлен мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера с рычажной системой с промежуточными ползунами, смонтированный на раме 1, содержит замкнутые первую 2 и вторую 3 цепные передачи, первую 4 и вторую 5 ведущие звездочки и первую 6 и вторую 7 ведомые звездочки, закрепленные на раме, первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода, связанные соответственно с первой и второй ведомыми звездочками и первым 10 и вторым 11 валами с жестко закрепленными на них соответственно первым 12 и вторым 13 колесами, первый 14 и второй 15 педальные элементы, выполненные в виде платформ, обеспечивающих полное прилегание стоп ног человека, и установленные жестко соответственно на первом 16 и втором 17 шатунах, шарнирно связанных с коленчатым валом 18, который через первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны связан соответственно с первым 21 и вторым 22 дополнительными коленчатыми валами, жестко связанными соответственно с первой и второй ведущими звездочками соответственно первой и второй цепных передач и, соответственно, через первый 25 и второй 26 промежуточные ползуны шарнирно связанными с соответственно первым 16 и вторым 17 шатунами педальных элементов.
На фиг.5, 6 представлен мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера, вариант с двухступенчатой цепной передачей и промежуточными ползунами, смонтированный на раме 1, содержит двухступенчатую цепную передачу 27, ведущие первую 4, вторую 5 и третью 28 звездочки и ведомую звездочку 29, закрепленные на раме 1, первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода, связанные с ведомой звездочкой 29, а также соответственно с первым 10 и вторым 11 валами, на которых жестко закреплены соответственно первое 12 и второе 13 колеса, первый 14 и второй 15 педальные элементы, выполненные в виде платформ, обеспечивающих полное прилегание стоп ног человека и жестко соответственно на первом 16 и втором 17 шатунах, шарнирно связанных соответственно через первый 25 и второй 26 промежуточные ползуны с коленчатым валом 18, жестко связанным с первой 4 и второй 5 ведущими звездочками двухступенчатой цепной передачи и шарнирно соединенным с рамой, а также через первую ступень двухступенчатой цепной передачи соединен с общим дополнительным коленчатым валом 30, шарнирно связанным с рамой и первым 16 и вторым 17 шатунами педальных элементов, при этом общий дополнительный коленчатый вал 30 образует параллельные шарнирные соединения с первым 16 и вторым 17 шатунами педальных элементов и жестко связан с третьей 28 ведущей звездочкой первой ступени 31 двухступенчатой цепной передачи, которая через вторую ступень 32 двухступенчатой цепной передачи приводит ведомую звездочку 29, жестко установленную на промежуточном валу 33, шарнирно связанном с рамой и через первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода соответственно с первым 10 и вторым 11 валами, на которых жестко закреплены соответственно первое 12 и второе 13 колеса транспортного средства и/или мускульного тренажера.
На фиг.7, 8 представлен мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера, вариант с двухступенчатой цепной передачей и промежуточными шатунами, смонтированный на раме 1, содержит двухступенчатую цепную передачу 27, ведущие первую 4, вторую 5 и третью 28 звездочки и ведомую звездочку 29, закрепленные на раме 1, первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода, связанные с ведомой звездочкой 29, а также соответственно с первым 10 и вторым 11 валами, на которых жестко закреплены соответственно первое 12 и второе 13 колеса, первый 14 и второй 15 педальные элементы, выполненные в виде платформ, обеспечивающих полное прилегание стоп ног человека и жестко соответственно на первом 16 и втором 17 шатунах, шарнирно связанных соответственно с первым 23 и вторым 24 промежуточными шатунами и с коленчатым валом 18, который жестко связан с первой 4 и второй 5 ведущими звездочками двухступенчатой цепной передачи и шарнирно соединен с рамой, а также через первую ступень двухступенчатой цепной передачи соединен с общим дополнительным коленчатым валом 30, шарнирно связанным с рамой и первым 16 и вторым 17 шатунами педальных элементов, при этом общий дополнительный коленчатый вал 30 образует параллельные шарнирные соединения с первым 16 и вторым 17 шатунами педальных элементов и жестко связан с третьей 28 ведущей звездочкой двухступенчатой цепной передачи, которая приводит ведомую звездочку 29, жестко установленную на промежуточном валу 33, шарнирно связанном с рамой и через первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода соответственно с первым 10 и вторым 11 валами, на которых жестко закреплены соответственно первое 12 и второе 13 колеса транспортного средства и/или мускульного тренажера.
Мускульный привод транспортного средства и/или мускульного тренажера работает следующим образом.
1. С рычажной системой с промежуточными шатунами (фиг.1, 2).
В исходном положении второй педальный элемент 15 находится в нижнем положении. Человек за счет своей силы тяжести и мускульного усилия приводит в движение первый педальный элемент 14, который находится в верхнем положении, в результате чего приходит в движение коленчатый вал 18, который через первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны приводит во вращение соответственно первый 21 и второй 22 дополнительные коленчатые валы совместно с соответственно с первой 4 и второй 5 ведущими звездочками.
При этом с целью уменьшения усилия человека и надежности вывода рычажного механизма из мертвых положений на первый 14 и второй 15 педальные элементы через стопы человека производится вертикальное давление за счет его силы веса и горизонтальное приложение мускульного усилия, приводящие к плоскопараллельному перемещению первого и второго педальных элементов, которые через шарнирные соединения приводят в движение коленчатый вал 18, первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны, первый 21 и второй 22 дополнительные коленчатые валы. Параллельное соединение коленчатого вала 18 с одной стороны через первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны и с другой стороны через первый 16 и второй 17 шатуны педальных элементов и первый 23 и второй 24 промежуточные шатуны с соответственно с первым 21 и вторым 22 дополнительными коленчатыми валами, при этом обеспечиваются оптимальные условия передачи сил от стопы человека в течение полного цикла движения первого 14 и второго 15 педальных элементов, перемещающихся по траектории Т, максимально приближенной к траектории движения стопы человека при ходьбе.
Первая 4 и вторая 5 ведущие звездочки через соответственно первую 2 и вторую 3 цепные передачи приводят во вращение соответственно первую 6 и вторую 7 ведомые звездочки совместно с соответственно с первым 10 и вторым 11 валами и первым 12 и вторым 13 колесами. После того как первый 14 педальный элемент переместится вниз, а второй педальный элемент 15 вверх, человек переносит силу тяжести на другую ногу, которая в это время находится на втором педальном элементе 15, в результате чего он из крайнего верхнего положения пойдет вниз, а первый педальный элемент 14 из крайнего нижнего положения - вверх. Далее действия человека повторяются.
В случае, когда человек не приводит в движение педальные элементы 14, 15, ведущие звездочки 4, 5 становятся неподвижными. Неподвижные ведущие звездочки 4, 5 через цепные передачи 2, 3 тормозят ведомые звездочки 6, 7. Однако валы 10, 11 с колесами 12, 13 продолжают вращаться за счет работы муфт свободного хода 8, 9 при движении транспортного средства в режиме выбега. Наличие двух цепных передач 2, 3 и муфт свободного хода 8, 9 позволяет создать независимые скорости вращения колес 12, 13 при повороте транспортного средства.
2. С рычажной системой с промежуточными ползунами (фиг.3, 4).
В исходном положении второй педальный элемент 15 находится в нижнем положении. Человек за счет своей силы тяжести и мускульного усилия приводит в движение первый педальный элемент 14, который находится в верхнем положении, в результате чего приходит в движение коленчатый вал 18, который через первый 19 и второй 20 дополнительные ползуны приводит во вращение соответственно первый 21 и второй 22 дополнительные коленчатые валы совместно с соответственно с первой 4 и второй 5 ведущими звездочками.
При этом с целью уменьшения усилия человека и надежности вывода рычажного механизма из мертвых положений на первый 14 и второй 15 педальные элементы через стопы человека производится вертикальное давление за счет его силы веса и горизонтальное приложение мускульного усилия, приводящие к плоскопараллельному перемещению первого и второго педальных элементов, которые через шарнирные соединения приводят в движение коленчатый вал 18, первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны, первый 21 и второй 22 дополнительные коленчатые валы. Параллельное соединение коленчатого вала 18 с одной стороны через первый 19 и второй 20 дополнительные шатуны и с другой стороны через первый 16 и второй 17 шатуны педальных элементов и первый 25 и второй 26 промежуточные ползуны с соответственно с первым 21 и вторым 22 дополнительными коленчатыми валами спроектировано таким образом, чтобы обеспечивались оптимальные условия передачи сил от стопы человека в течение полного цикла движения первого 14 и второго 15 педальных элементов, перемещающихся по траектории Т, максимально приближенной к траектории движения стопы человека при ходьбе.
3. С двухступенчатой цепной передачей (фиг.5, 6).
В исходном положении первый педальный элемент 14 находится в нижнем положении. Человек за счет своей силы тяжести и мускульного усилия приводит в движение второй педальный элемент 15, который находится в верхнем положении, в результате чего приходят в движение первый 25 и второй 26 промежуточные ползуны, коленчатый вал 18 и общий дополнительный коленчатый вал 30. Так как указанные коленчатые валы жестко связаны с ведущими звездочками соответственно 4, 5 и 28 двухступенчатой цепной передачи, то во вращение приводится и ведомая звездочка 29, жестко установленная на промежуточном валу 33.
4. С двухступенчатой цепной передачей и промежуточными шатунами (фиг.7, 8).
В исходном положении первый педальный элемент 14 находится в нижнем положении. Человек за счет своей силы тяжести и мускульного усилия приводит в движение второй педальный элемент 15, который находится в верхнем положении, в результате чего приходят в движение первый 23 и второй 24 промежуточные шатуны, общий дополнительный коленчатый вал 30 и коленчатый вал 18. Так как указанные коленчатые валы жестко связаны с ведущими звездочками соответственно 4, 5 и 28 двухступенчатой цепной передачи, то во вращение приводится и ведомая звездочка 29, жестко установленная на промежуточном валу 33.
При использовании мускульного привода - варианты рычажной системы с дополнительными и с промежуточными шатунами соответственно с одно- и двухступенчатыми цепными передачами для мускульного тренажера без функции транспортного средства, дополнительные и промежуточные шатуны выполняются удлиненными и содержат на своих концах рукоятки для захвата ладонями человека с целью приложения к мускульному приводу дополнительного усилия мускульной силы рук человека.
Применение предлагаемого мускульного привода транспортного средства и/или мускульного тренажера позволяет:
- повысить равномерность движения транспортного средства;
- снизить динамические нагрузки на мускульный привод и транспортное средство;
- улучшить динамические характеристики, повысить КПД мускульного привода и надежность транспортного средства и/или мускульного тренажера;
- повысить эргономические качества мускульного привода;
- уменьшить усилие человека за счет использования его силы тяжести и реализации способа вывода рычажного механизма мускульного привода из мертвых посредством параллельной работы двух пар рычажных механизмов с общим коленчатым валом при входных плоскопараллельных движениях педальных элементов, перемещающегося по траекториям, максимально приближенным к траекториям движений стоп человека при ходьбе;
- объединить функции мускульного тренажера и транспортного средства;
- улучшить обзор и соответственно увеличить безопасность движения транспортного средства;
- получить профилактический эффект за счет вертикального положения тела человека при езде на веломобиле и/или занятиях на мускульном тренажере в отличие от сидячего положения или положения стоя при имитации с помощью мускульного привода ходьбы на месте, так как требует не только попеременного напряжения мышц конечностей, но и перемещения центра тяжести тела с ноги на ногу в каждом цикле движения, что меняет давление на межпозвоночные диски и способствует профилактике остеохондроза поясничного отдела позвоночника.