НАГРУЗОЧНЫЙ УЗЕЛ МАГНИТОЖИДКОСТНОГО ВЕЛОТРЕНАЖЕРА С РАЗГРУЖАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

Полезная модель относится к классу спортивных тренажеров, в частности к велотренажерам.
Известен велотренажер (Патент на изобретение SU 1301419, А63В 23/04 / Авторы В.Г. Воронин, В.Э. Воловик, Л.П. Левин и др., опубл. 07.04.87 г.). Велотренажер содержит складную раму Х-образной формы с опорными элементами и механизмом фиксации положения шарнирно соединенных звеньев рамы относительно друг друга. На звене рамы установлены педальный механизм с закрепленными на валу шатунами-педалями и нагрузочное устройство. Нагрузочное устройство содержит маховое колесо, закрепленное на валу педального механизма и выполненное в виде дугообразных грузовых элементов, взаимодействующих с тормозной лентой, с винтовым средством регулирования ее натяжения.
Недостатком известного предложения является то, что нагрузочный узел данного тренажера не позволяет обеспечить быстрое изменение нагрузки в различных положениях педалей за период цикла их вращения.
Также известен тренажер (Патент на изобретение RU №2334535 / Автор A.M. Архипов, опубл. 27.11.2003 г.) содержащий нагрузочный узел, складную раму с опорными элементами и механизмом фиксации положения шарнирно соединенных звеньев рамы относительно друг друга, установленный на звене рамы педальный механизм с закрепленными на коленчатом валу шатунами-педалями.
Недостатком данной конструкции, как и в первом случае, является отсутствие возможности регулирования закона изменения нагрузки за один цикл вращения педалей или во время выполнения последовательных движений одной серии. То есть при использовании такой конструкции сложно обеспечить индивидуальный подход к тренировке спортсмена.
Следует отметить, что на сегодняшний день хорошо известны высокоэффективные режимы тренировки, которые предполагают изменение тренировочной нагрузки как в процессе выполнения одного движения, так и во время выполнения последовательных движений одной серии. Тренировочная целесообразность варьирования нагрузки во время одного движения связана с тем, что сила, развиваемая сокращающейся мышцей, зависит от ее длины у разных людей, причем зависимость «сила-длина мышцы» для разных мышц одного человека может существенно различаться. Таким образом становится очевидно, что использование переменной нагрузки, изменяющийся во время выполнения движения в соответствии с физиологическими особенностями тренируемой группы мышц, более эффективно для полноценной физической тренировки.
Наиболее близким аналогом к заявленному предложению, является магнитожидкостный велотренажер (Патент RU №199785 опубл. 21.09.2020 г.) содержащий нагрузочный узел выполненный в герметичном корпусе в котором расположен поршень с электромагнитной катушкой и сквозными каналами сообщающими подпоршневую и надпоршневую полости заполненные магнитореологической жидкостью, складную раму с опорными элементами и механизмом фиксации положения шарнирно соединенных звеньев рамы относительно друг друга, установленный на звене рамы педальный механизм с закрепленными на коленчатом валу шатунами-педалями, при этом нагрузочный узел выполнен с возможностью управления с помощью персонального компьютера
В качестве недостатка следует отметить низкую надежность нагрузочного узла, обусловленную значительными поперечными динамическими нагрузками в соединении шток - направляющая втулка.
Техническим результатом заявляемого предложения является повышение надежности нагрузочного узла.
Технический результат достигается тем, что к торцевой плоскости герметичного корпуса жестко, болтовым соединением, крепят литое основание-кольцо с кронштейнами, размещенными под углом 120°, в центре которых выполнены отверстия для установки эксцентриковых болтов, позволяющих обеспечить крепление, регулировку и радиальное вращение подшипников, зафиксированных уплотнительными шайбами.
Предложение поясняется рисунками.
На фиг. 1 изображена схема размещения узлов на тренажере, где 1 - рама с двумя опорами, 2 - седло, 3 - руль. Звенья 4, 5, 6 рамы соединены шарниром 7. Механизм фиксации положения звеньев 4, 5, 6 рамы представляет собой замкнутую цепочку из шарнирно соединенных между собой стержней 8 и звеньев рамы 4, 6, ползуна 9 и фиксатора 10. На звене 4 рамы закреплен коленчатый вал 11 педального механизма с шатунами-педалями 12. Нагрузочный узел содержит шток 13 с поршнем 16, одним концом шарнирно закрепленный на коленчатом валу 11, а другим установлен с возможностью перемещения в герметичном корпусе 15, шарнирно закрепленном на звене 5 рамы. Управление тренажером осуществляется с помощью персонального компьютера 17.
На фиг. 2 представлена схема устройства нагрузочного узла с разгружающим устройством, а на фиг. 3 - схема разгружающего устройства нагрузочного узла, где 13 - шток, 15 - герметичный корпус нагрузочного узла с направляющей втулкой 14 штока 13. Внутри герметичного корпуса 15 размещен поршень 16 с электромагнитной катушкой 18, связанной с персональным компьютером 17 (фиг. 1). В поршне 16 выполнены сквозные каналы 19, сообщающие подпоршневую 20 и надпоршневую 21 полости, заполненные магнитореологической жидкостью. В зоне соединения герметичного корпуса 15 со штоком 3 жестко, винтовым соединением закреплено разгружающее устройство, состоящее из литого основания-кольца 22 и трех кронштейнов 23, размещенных под углом 120° в центре которых имеются отверстия, для установки в них эксцентриковых болтов 24, позволяющих обеспечить крепление и радиальное вращение подшипников 25. Подшипники 25 зафиксированы в отверстиях кронштейнов 23 уплотнительными шайбами 26. По периметру литого основания-кольца 22 расположены отверстия 27 для фиксации с помощью винтов к торцевой плоскости герметичного корпуса 15.
На фиг. 4 представлено фото разгружающего устройства.
На фиг. 5 - фото разгружающего устройства установленного корпусе нагрузочного узла.
Предлагаемый нагрузочный узел магнитожидкостного велотренажера с разгружающим устройством работает следующим образом. Испытуемый занимает место в седле 2 тренажера, стопы размещаются на площадках шатунов-педалей 12, руки на руле 3. Упражнение подразумевает выполнение испытуемым педалирования с требуемой продолжительностью и темпом. В зависимости от задач тренировки подбирают характер и величину нагрузки, формируя план тренировки в персональном компьютере 16.
Обеспечение изменения характера и величины нагрузки в различных положениях шатунов-педалей 12 за период цикла их вращения достигается следующим образом. При педалировании вращательное движение шатунов-педалей 12 вокруг оси коленчатого вала 11 преобразуется в поступательное движение штока 13 с поршнем 16, которые перемещаются в герметичном корпусе 15, шарнирно закрепленном на звене 5 рамы. На поршне 16 размещается электромагнитная катушка 18 управляющий сигнал, на которую поступает с персонального компьютера 17, изменяя ее магнитное поле. При увеличении магнитного поля электромагнитной катушкой 18 увеличивается вязкость магнитореологической жидкости которая заполняет внутреннее пространство силового нагрузочного блока. Повышенная вязкость магнитореологической жидкости препятствует ее свободному перетеканию из подпоршневой полости 20 в надпоршневую 21 (фиг.2) (и/или в обратном направлении) по сквозным каналам 19 в поршне 16, обуславливая таким образом увеличение нагрузки по ходу вращения оси коленчатого вала 11. В свою очередь в случае, когда управляющий сигнал с персонального компьютера 17 формирует меньшее магнитное поле, вязкость магнитореологической жидкости закономерно снижается и более свободно перемещается из подпоршневой полости 20 в надпоршневую 21 (и/или в обратном направлении) по сквозным каналам 18 в поршне 16 при воздействии испытуемого на шатуны-педали 12. Свободный переток магнитореологической жидкости между полостями 20 и 21 нагрузочного узла обуславливает снижение нагрузки по ходу вращения оси коленчатого вала 11.
Следует отметить, что при выполнении испытуемым педалирования, в подвижном соединении шток 13 - направляющая втулка 14 корпуса нагрузочного узла возникают поперечные динамические нагрузки. Причем очевидно, что эти нагрузки линейно увеличиваются с уменьшением расстояния между поршнем 16 и направляющей втулкой 14.
Для уменьшения поперечных динамических нагрузок в соединении шток 13 - направляющая втулка 14 на торцевой плоскости герметичного корпуса 15 нагрузочного узла винтовым соединением жестко фиксируют литое основание-кольцо 22 разгружающего устройства. С помощью регулировки эксцентриковыми болтами 24 обеспечивают плотное прилегание внешней обоймы подшипников 25 закрепленных в отверстиях кронштейнов 23 к штоку 13. Таким образом, исключается вовсе или ослабевает динамическое взаимодействие штока 13 на направляющую втулку 14. Вследствие увеличения времени динамической перекладки зазоров, компенсируется износ нагружаемых элементов и обеспечивается их центровка по монтажным осям. Количество подшипников 25, для определенности воспринимаемых или парциальных реакций, целесообразно принять равным трем с симметричной, через 120°, установкой в торцовой плоскости герметичного корпуса 15 нагрузочного узла (фиг. 2-5). Радиальное движение подшипников качения обеспечивается эксцентриковым болтовым соединением.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает значительное повышение надежности нагрузочного узла за счет уменьшения поперечных динамических нагрузок в соединении шток - направляющая втулка.