Самоходное транспортное средство
SELF-PROPELLED VEHICLE

Изобретение относится к транспортным средствам и более точно касается индивидуального самоходного транспортного средства, предназначенного для перемещения на лыжах по снежному покрову.
Для комфортного процесса катания горнолыжные курорты оборудуют подъемными устройствами, которые позволяют доставить лыжников в верхнюю исходную точку горного склона. Однако целесообразным строительство таких подъемников является только в случае значительной протяженности трасс. При этом на подъемники часто выстраивается большая очередь, что может значительно увеличить промежуток времени между спусками.
На небольшой горный склон лыжники и сноубордисты предпочитают совершать подъем самостоятельно, что из всего процесса катания является самым физически трудозатратным. Сложности при подъеме связаны с тем, что лыжнику для движения вперед и вверх приходится преодолевать обратное скольжение лыж. А сноубордистам и вовсе необходимо всегда отстегивать доску для катания, идти в гору пешком и нести доску с собой. Также утомляемость лыжника может наступить и во время длительного катания на туристических лыжах по ровной снежной поверхности из-за необходимости длительного совершения регулярных толчковых движений.
Для облегчения подъема на горный склон, а также для длительного катания по ровной и пересеченной местности используют различные технические приспособления.
В частности известна конструкция лыжи по патенту РФ №2350372 (опубл. 27.03.2009), имеющая площадку на поверхности скольжения с направляющими элементами в виде одного или нескольких выступов с выемками, в которых закреплен ворс под углом 30°-45° к данной поверхности в направлении к задней части лыжи. Рассмотренная конструкция позволяет уменьшить обратное скольжение лыж при подъеме на горный склон, а также при движении по сложному рельефу местности, но при этом недостаточно облегчает процесс движения и практически не снижает утомляемость лыжника, так как он по-прежнему прилагает собственные усилия для перемещения.
Согласно патенту РФ №101684 (опубл. 27.01.2011) известно индивидуальное транспортное средство для перемещения лыжника по снегу, в котором толкающее лыжника усилие передается через опорную рукоятку на нижнюю часть туловища, при этом применен гусеничный движитель, в котором для обеспечения лучшего сцепления со снежным покровом на цепи закреплены металлические зацепы, и для защиты от погружения в снег к низу рамы крепится широкая лыжа, которая позволяет распределить давление. Такое транспортное средство больше подходит для движения лыжника по ровной местности, поскольку при катании по горным склонам транспортное средство необходимо только при подъеме на горный склон, при спуске же его необходимо перемещать на себе, что является неудобным и нецелесообразным ввиду значительного веса и габаритов устройства. Кроме того, вес лыжника распределяется именно по лыже, расположенной отдельно от транспортного средства и имеющей большую площадь, вследствие чего гусеница данного транспортного средства не имеет достаточно плотного прижатия к снегу, следствием чего является проскальзывание и потеря тягового усилия движителя.
В патенте Франции №2688701 (опубл. 24.09.1993), описана конструкция индивидуального транспортного средства предназначенного для перемещения по снегу с использованием по меньшей мере одной лыжи, в частности сноуборда, имеющего нижнюю, приспособленную для скольжения по снегу, поверхность и верхнюю, несущую опору для пользователя. Известное устройство содержит, гусеничный движитель, проходящий через приводной узел передачи движения, состоящий из двух ведущих колес, установленных на противоположных концах лыжи. При этом после приведения в действие ручки управления приводным двигателем, запускается движение гусеничного движителя с помощью гибкой ременной передачи момента движения на ведущее колесо гусеничного движителя.
Такая конструкция позволяет при подъеме на горный склон полностью устранить физические усилия со стороны пользователя. Однако, как и в предыдущем случае, поскольку гусеничный движитель представляет собой достаточно тяжелую конструкцию, он подвержен, особенно в случае рыхлого снега быстрому закапыванию элементов гусеницы в снег, пробуксовыванию и прекращению подъема. Также постоянное наличие тяжелого гусеничного движителя, выступающего вниз за габариты скользящей поверхности сноуборда и всей приводной системы на поверхности сноуборда исключает возможность естественного скоростного скольжения при спуске вниз по склону и разрушает лыжню или другую укатанную поверхность при движении. А в случае, если гусеничный движитель и приводная система предполагаются съемными на время спуска, лыжнику приходится перемещать с собой значительный дополнительный вес гусеничной конструкции, что доставляет неудобства. Таким образом, данное решение также не позволяет решить проблему максимально возможного облегчения подъема на горный склон.
Наиболее близким аналогом предлагаемого индивидуального самоходного транспортного средства является устройство, раскрытое в публикации ЕР 3148658 А1 от 04.05.2017. Это устройство включает в себя замкнутую кольцевую гибкую ленту - ремень, охватывающий лыжу по ее длине и опирающийся на ролики, установленные на концах лыжи. Один из роликов является приводным, связан с двигателем и служит для передачи движения ленте, второй ролик является направляющим и обеспечивает натяжение ленты. Нижняя ветвь ленты проходит под поверхностью скольжения лыжи, а верхняя ветвь - через зазор под креплением для обуви лыжника. Наружная взаимодействующая со снегом поверхность ремня (ленты), снабжена средством, препятствующим обратному скольжению, а на внутренней поверхности ремня выполнены поперечные перегородки или углубления для сцепления с зубцами на поверхности роликов. Кроме того, для предотвращения бокового смещения ремня относительно поверхности скольжения лыжи, на нижней поверхности лыжи предусматривается специальный паз, с которым взаимодействуют выступы на ремне, удерживая последний в заданном положении. При движении транспортного средства усилие от приводного ролика передается на ремень, обеспечивая его поступательное перемещение по снежной поверхности, при этом поверхность скольжения лыжи перемещается относительно внутренней поверхности ремня.
Данное устройство является существенно более легким, чем описанные выше, использующие гусеничную передачу устройства. Однако это устройство характеризуется достаточно низким КПД, в связи с тем, что скольжение лыжи относительно внутренней поверхности ремня сопровождается большими потерями на трение и требует большого расхода энергии, что в итоге сокращает время использования конструкции или приводит к увеличению ее веса. Кроме того, необходимость проведения верхней ветви ремня под креплением лыжника требует выполнения креплений съемными или имеющими специально приспособленную для этого конструкцию, что ограничивает область использования устройства, требованием специально оборудованных лыж. Также необходимость наличия удерживающего паза на нижней поверхности лыж препятствует использованию известного устройства в сочетании со стандартными выпускаемыми промышленностью лыжами.
В основу изобретения поставлена задача сконструировать индивидуальное транспортное средство для перемещения по снегу, которое было бы съемным и при этом без особых затруднений могло бы быть установлено на любые, выпускаемые промышленностью лыжи или сноуборд, а также и другие транспортные средства, оснащенные лыжей, как санки или снегокат, имело бы достаточно высокий КПД, небольшой вес и было бы надежным и безопасным в использовании.
Поставленная задача решается тем, что в индивидуальном самоходном транспортном средстве для перемещения по снегу с использованием по меньшей мере одной лыжи, имеющей нижнюю поверхность, приспособленную для скольжения по снегу, и верхнюю поверхность, несущую опору для пользователя, содержащем замкнутую кольцевую гибкую ленту, выполненную с возможностью охвата лыжи по ее длине, проходя по меньшей мере под частью поверхности скольжения, два ролика, приспособленные для установки на противоположных концах по длине лыжи и взаимодействия с лентой, из которых один ролик приводной и связан с двигателем, имеющим средство управления, и с лентой с возможностью передачи усилия для поступательного перемещения ленты, а второй - направляющий, согласно изобретению, полотно ленты снабжено множеством сквозных отверстий, размер и расположение которых, а также параметры перемычек между отверстиями выбраны с учетом обеспечения в процессе перемещения транспортного средства опоры поверхности скольжения лыжи на снег через упомянутые отверстия и погружения под весом транспортного средства с пользователем в снег перемычек, а также отталкивания их от уплотненного лыжей снега с обеспечением скольжения лыжи в продольном направлении.
Целесообразно на цилиндрической поверхности, по меньшей мере, приводного ролика по его окружности предусмотреть выступы/впадины, приспособленные для взаимодействия с, по меньшей мере, частью из упомянутых отверстий.
В предпочтительном варианте выполнения полотно ленты представляет собой сетку, выполненную из шнура, величина поперечного сечения которого в вертикальной плоскости выбрана достаточной для обеспечения отталкивания сетки от снега, уплотненного лыжей с пользователем.
Возможно при этом, чтобы шнур представлял собой одно из: волокно, нить, корд, проволока, плетеный жгут.
При этом сетка может быть выполнена путем, выбранным одно из плетения, сварки, литья в форму, вязания, печати с использованием 3D-принтера, выращивания.
В предпочтительном варианте сетка выполнена из полимера или имеет полимерное покрытие
Возможно, также, чтобы полотно ленты было выполнено в виде, по меньшей мере, одной цепи, звенья которой соединены между собой шарнирно и образуют упомянутые отверстия.
В одном из вариантов воплощения полотно ленты может быть сформировано из, по меньшей мере, двух, в зависимости от ширины лыжи, гибких тяг с жесткими поперечными выступами в горизонтальной плоскости, между которыми по существу образованы названные отверстия.
Желательно, чтобы приводной и направляющий ролики были снабжены каждый средством разъемного крепления к носку или заднику лыжи соответственно
При этом возможно средство крепления выполнить в виде съемной насадки, образованной парой кронштейнов, на концах которых закреплена ось вращения ролика, скрепленных между собой серьгой, образующей сквозной паз, приспособленный для взаимодействия с соответствующим концом лыжи с обеспечением плотной посадки.
В некоторых вариантах для повышения надежности работы устройства оно может быть дополнительно оснащено ограничителями смещения ленты относительно поверхности скольжения лыжи, выполненными каждый в виде втулки, установленной с возможностью свободного вращения на оси, имеющей средство крепления к лыже по существу перпендикулярно ее продольной оси и имеющей на своей боковой поверхности радиально направленные игольчатые штыри, длина каждого из которых превышает расстояние от верхней поверхности лыжи до нижней поверхности ленты, установленной на лыжу.
В том случае, когда предлагаемое транспортное средство предназначено для горных лыж, оснащенных опорой для пользователя в виде горнолыжного крепления, которое является одним из важнейших элементов горнолыжного оборудования, обеспечивающих безопасность горнолыжника, сетка может быть выполнена с возможностью перемещения ее верхней ветви в процессе движения транспортного средства вдоль, по меньшей мере, одной из боковых сторон ботинка пользователя.
В другом варианте выполнения сетка по всей длине может быть разделена на две части так, что в зоне расположения горнолыжного крепления верхняя ветвь ленты способна разделяться на два ответвления, каждое из которых проходит вдоль соответствующей боковой стороны ботинка пользователя с последующим объединением ветвей в одно общее полотно на выступах/впадинах ведущего или направляющего ролика.
В этом и предыдущем случаях транспортное средство устанавливается на лыжи без нарушения сертифицированной конструкции горнолыжных креплений.
В еще одном варианте выполнения, в частности, когда транспортное средство предназначено для туристических лыж, оно может быть снабжено по меньшей мере, одной съемной накладкой на лыжное крепление, имеющей опорную поверхность, аналогичную опорной поверхности этого крепления, и сквозной канал, приспособленный для свободного прохождения верхней ветви ленты между опорной поверхностью крепления и поверхностью лыжи.
Технической результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в том, что благодаря выполнению ленты движителя транспортного средства в виде сетки, имеющей множество ячеек с перемычками, характеризующимися заданными параметрами, обеспечивается погружение сетки в верхний уплотненный лыжей слой поверхности снега. При этом лыжа по существу скользит по снегу, а утопленные в снег поперечные перемычки между ячейками сетки обеспечивают достаточное для продольного перемещения лыжи усилие отталкивания от уплотненного лыжей снега. Такое конструктивное решение за счет существенного снижения потерь на трение позволяет повысить КПД устройства и соответственно снизить расход энергии на его функционирование.
При этом предложенная конструкция является компактной и надежной в использовании, имеет небольшой вес и габариты, является съемной, не требует больших затрат времени на установку, позволяет без использования физической силы пользователя перемещаться по снегу, в том числе по горному склону.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг. 1 изображает лыжу с горнолыжным креплением, с установленным на ней индивидуальным самоходным транспортным средством, согласно настоящему изобретению, вид сбоку;
Фиг. 2 - то же, что и на фиг. 1, вид сверху,
Фиг. 3 - участок А на фиг. 1, увеличено;
Фиг. 4 - то же, что и на фиг. 3, вид сверху, разрез;
Фиг. 5а, 5в, 5с - варианты выполнения сетки;
Фиг. 6 - лыжу с транспортным средством, согласно изобретению, вариант с каналом для проведения верхней ветви гибкой ленты под подошвой обуви пользователя, вид сбоку;
Фиг. 7 - участок В на фиг. 6, увеличено;
Фиг. 8 - то же, что и на фиг. 7, вид сверху.
Индивидуальное самоходное транспортное средство, представленное в общем виде на фиг. 1 и фиг. 2, включает замкнутую кольцевую гибкую ленту 1, охватывающую лыжу 2 по всей ее длине, проходя, по меньшей мере, под частью поверхности скольжения лыжи 2, два ролика 3 и 4, установленные на противоположных концах лыжи 2 и взаимодействующие с лентой 1, обеспечивая ее натяжение. Ролик 3, установленный на заднем конце лыжи 2, является ведущим и оснащен расположенным на оси ролика встроенным приводным микродвигателем 5, имеющим средство управления, например, контроллер (на чертежах условно не показан). Ролик 4 установлен на переднем конце лыжи и является направляющим.
Кольцевая гибкая лента 1 снабжена множеством сквозных отверстий и в предпочтительном варианте выполнения представляет собой сетку, в дальнейшем сетку 1. На цилиндрической поверхности приводного ролика 3, показанного в увеличенном виде на фигурах 3 и 4, по его окружности выполнены выступы или, как представлено в данном примере, впадины 6, расположенные с интервалом, соответствующим шагу расположения отверстий - ячеек 7 и перемычек 8 между отверстиями по длине сетки 1, благодаря чему ролик 3 при взаимодействии с ячейками сетки 1 способен передавать ей усилие приводного электродвигателя 5 для поступательного перемещения.
Размеры и расположение отверстий - ячеек 7 сетки 1 (см. фиг. 5а, фиг. 5в, фиг. 5с), а также параметры перемычек 8 между ними выбраны с учетом обеспечения в процессе перемещения транспортного средства опоры поверхности скольжения лыжи на снег через упомянутые множественные отверстия и утапливания под весом транспортного средства с пользователем в верхний, уплотненный лыжей, слой снега перемычек 8 сетки 1. При этом поперечные перемычки 8, ориентированные по существу перпендикулярно продольной оси лыжи, обеспечивают отталкивание от снега, уплотненного лыжей, и скольжение лыжи в продольном направлении вперед, а также способствуют предотвращаю проскальзывания лыжи в обратном направлении.
Сетка 1 может быть реализована в виде одного полотна по ширине лыжи или нескольких параллельных полотен, предпочтительно двух, сетки с ячейками (фиг. 1а), или в виде одной цепи со звеньями, соединенными шарнирно, образующими указанные отверстия, имеющей ширину лыжи, или отдельных параллельных двух или трех цепей (фиг. 5в). Сетка 1, кроме того, может быть сформирована из по меньшей мере двух, в зависимости от ширины лыжи, гибких тяг с жесткими поперечными выступами в горизонтальной плоскости, между которыми по существу образованы ячейки 7 (фиг. 5с). При этом сетка может быть выполнена из шнура, представляющего собой одно: волокно или нить, корд, проволоку или плетеный жгут, и может быть изготовлена любым подходящим способом, выбранным из плетения, вязания, сварки, отливки в форму, печати с использованием 3D-принтера или выращивания. Она также может быть выполнена из полимерного материала или иметь полимерное покрытие, например, может быть сплетена из капроновых нитей и иметь полиуретановое покрытие или быть изготовлена из стекловолокна и покрыта тефлоном. При этом важно, чтобы сетка оставалась гибкой и выполнялось условие по ее параметрам, которые выбирают с учетом требования достаточного для обеспечения движения лыжи вперед сопротивления уплотненному снегу поперечных перемычек 8 сетки 1 и необходимой прочности сетки в целом.
Важно отметить, что сетка 1 с отверстиями (ячейками 7) в данном случае одновременно выполняет две функции - сцепления с выступами/впадинами ведущего ролика 3 для передачи поступательного движения и, кроме того, отталкивания от уплотненного лыжей слоя снега для преодоления силы трения.
Выбор параметров сетки осуществляют следующим образом.
2
2
2
Исходя из того, что минимальное описанное в литературе сопротивление снега сдвигу (при нагрузках, создаваемых лыжником) составляет ≈ 0,05 кгс/см., и с учетом коэффициента трения 0,03 (для современных лыж) определяют необходимое для движения лыжника весом, например, 100 кг. по горизонтали усилие: 100 кг (вес лыжника) × 0,03=3 кг. Для подъема на склон с уклоном, например, 20° потребуется дополнительное усилие 100 кг × sin20°=34 кг. Итого необходимое общее тяговое усилие для подъема на склон должно составлять в данном случае: 34+3=37 кг. С учетом того, что минимальное сопротивление снега сдвигу составляет 0,05 кгс/см - минимальная общая площадь поперечных перемычек прилегающей к снегу части сетки 1 должна быть не менее 37/0,05=740 см. При этом, если, например, вертикальный размер поперечных перемычек 8 сетки 1 выбран равным 0,3 см и их суммарная длина составляет 10 см (по ширине лыжи), а линейный размер ячейки выбран равным 1,2 см и количество ячеек на рассматриваемом участке сетки равно 160 см/1,2 см=133, то общая суммарная площадь поперечных перемычек, оказывающих отталкивающее действие составит 133×10×0,3=400 см, что превышает необходимое расчетное значение 370 см.
Минимально возможный диаметр продольных перемычек регламентируется требованиями к необходимой прочности сетки.
Для повышения удобства установки устройства на лыжу приводной и направляющий ролики 3 и 4 оснащены каждый быстросъемным средством крепления к заднику или носку лыжи 2, соответственно.
Один из возможных вариантов такого средства крепления в применении к ролику 3 представлен на фиг. 3 и фиг. 4. Данное средство крепление выполнено в виде съемной насадки, образованной парой кронштейнов 9, на одних концах которых закреплена ось 10 вращения ролика 3, и скрепленных между собой серьгой 11, образующей паз по форме задника лыжи, в который при установке ролика 3 задник лыжи заходит с обеспечением плотной посадки (заклинивания). Надежность крепления достигается с помощью штыря 12, предотвращающего возможное смещение серьги 11 в процессе движения лыжника.
Крепление переднего направляющего ролика 4 выполнено аналогично с той лишь разницей, что паз в серьге 11 выполнен по форме носка лыжи.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлен вариант транспортного средства, приспособленного для горных лыж, в котором сетка 1 по всей длине разделена на две части так, что в зоне расположения лыжного крепления, верхняя ветвь ее разделяется на два ответвления 13 и 14, каждое из которых проходит вдоль соответствующей боковой стороны ботинка пользователя с последующим объединением ветвей в одно общее полотно на впадинах 6 ролика 3.
Этот вариант транспортного средства также может быть выполнен с сеткой в виде единого полотна, имеющего ширину лыжи 2. В этом случае верхняя ветвь полотна сетки 1 проходит вдоль наружной стороны ботинка пользователя. Данный вариант является наиболее простым в изготовлении и установке на лыжу при одновременном обеспечении достаточно высокой надежности в работе.
На фиг. 6 представлен вариант индивидуального транспортного средства, согласно изобретению, который предназначен для туристических лыж с опорой для пользователя в виде креплениями для перемещения по ровной поверхности. Поскольку данный вид перемещения на лыжах является менее травмоопасным и к лыжным креплениям в этом случае предъявляются менее жесткие требования, такие крепления могут быть без снижения безопасности для пользователя оснащены съемными накладками 15, которые могут быть установлены в случае, если, например, предстоит длительное и физически затратное перемещение по ровной поверхности. Съемная накладка 15 имеет опорную поверхность, аналогичную опорной поверхности стандартного крепления, при этом в ней выполнен сквозной канал 16 для прохода верхней ветви сетки 1 под подошвой ботинка пользователя.
Кроме того, в составе транспортного средства предусмотрен аккумулятор 17 для питания приводного электродвигателя 5, который может быть прикреплен к поверхности лыжи 2 с помощью, например, магнита или вакуумной присоски или может находиться в поясной сумке лыжника.
Также некоторые варианты выполнения транспортного средства могут быть оснащены по меньшей мере одной парой ограничителей 18 (см. фиг. 7 и фиг. 8) смещения сетки 1 относительно поверхности скольжения лыжи, что особенно актуально в случае горнолыжного косого спуска.
Ограничитель 18 смещения выполнен в виде втулки 19, установленной с возможностью свободного вращения на оси 20, перпендикулярной продольной оси лыжи 2, при этом втулка 19 на своей боковой поверхности имеет радиально направленные игольчатые штыри 21, длина каждого из которых превышает расстояние от верхней поверхности лыжи 2 до нижней поверхности сетки, установленной на лыжу. Ограничители 18 установлены на концах прутковой скобы 22, выполненной с возможностью вставки в петлю 23 стандартного горнолыжного крепления для противооткатных кошек.
Предлагаемое индивидуальное транспортное средство для перемещения по снегу с успехом может быть использовано не только в том случае, если опора для размещения полезной нагрузки представляет собой крепление для обуви, как это имеет место в случае реализации самоходного транспортного средства в виде лыжи или сноуборда, но также, и когда опора является площадкой для размещения человека в сидячем или лежачем положении в случае реализации самоходного транспортного средства в виде саней.
Индивидуальное самоходное транспортное средство согласно изобретению, используют следующим образом.
Для лыж индивидуальное самоходное транспортное средство, согласно изобретению, включает в себя парный набор элементов.
Перед началом подъема лыжник устанавливает на задник лыжи приводной ролик 3 и фиксирует его положение штифтом 12, затем крепит на лыжу или оставляет в сумке аккумулятор 17. После этого устанавливает на носок лыжи в первое промежуточное положение направляющий ролик 4, накидывает на нее сетку 1 и натягивает ее, переводя ролик 4 вращением вокруг оси серьги 11 в рабочее положение. После чего фиксирует рабочее положение направляющего ролика 4 штифтом 12. Затем аналогичным образом устанавливает ролики и натягивает сетку на вторую лыжу. Транспортное средство готово для подъема пользователя на склон.
Перед спуском лыжник проводит демонтаж установленного на лыжу оборудования, убирает его в заплечный рюкзак и осуществляет спуск по горнолыжному склону обычным способом.
Был изготовлен и испытан опытный образец самоходного транспортного средства, согласно изобретению.
Сетка была изготовлена из капроновых нитей путем плетения и имела полипропиленовое покрытие, нанесенное методом обливки. Сетка представляла собой единую замкнутую ленту, имеющую ширину лыжи, с ячейками, размером 12×12 мм и перемычками, имеющими диаметр капроновых нитей с покрытием ≈ 0,3 мм. При подъеме лыжника весом 85 кг на склон с уклоном 20° он смог подняться без приложения каких либо физических усилий.
В сложенном виде изготовленный образец устройства имел габариты 400×250×250 мм и вес около 10 кг.
Заявляемое индивидуальное самоходное транспортное средство имеет простую, надежную и компактную конструкцию с небольшим весом. Указанные преимущества позволяют быстро и легко осуществлять монтаж и демонтаж элементов устройства на лыжи для подъема и спуска с горного склона, а также перемещения по ровной поверхности. После демонтажа элементы предлагаемого транспортного средства помещаются в небольшой рюкзак, что не доставляет неудобства пользователю.
Таким образом, заявляемое решение позволяет значительно облегчить процесс подъема на горный склон, а также комбинировать спуски со склонов с катанием по ровной поверхности без лишних физических затрат и при использовании по существу любых выпускаемых промышленностью лыж.