МЕТАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
THROWER

Изобретение относится к метательному оружию и может быть использовано при создании недорогих и достаточно мощных луков и арбалетов для спортивных тренировок, состязаний и спортивной охоты.
Известно метательное устройство, содержащее рукоять с полочкой для укладки стрелы и тетиву (см., например, патент США №5.054.463, опубл. 08.10.1991).
Известно также метательное устройство, содержащее рукоять с полочкой для укладки стрелы и тетиву, причем на концах рукояти установлено, по крайней мере, по одному рычагу, на одном конце которого установлен ролик или блок, через который проходит тетива, а другой конец соединен с рукоятью (см. патент РФ №2355978, МПК F41B 5, опубл. 20.05.2009).
К недостатку известных конструкций следует отнести наличие упругих плеч, которые изготавливают из особого сорта дерева со сложной технологией обработки, или из дорогих композиционных материалов. Кроме того, такие плечи выдерживают не более 10 тыс.выстрелов с запретом на «холостые» выстрелы без стрелы (при этом плечи могут сломаться), после чего они подлежат замене, что особенно плохо при проведении тренировочного процесса, т.к. только первичная тренировка начинающего спортсмена-лучника, еще до обучения стрельбе в цель, требует производства не менее 500 выстрелов. Еще одним недостатком является неизбежное постепенное старение упругих плеч, особенно при высокой температуре в южных районах, а также существенное изменение их упругих свойств с изменением температуры окружающей стрелы.
Все это вместе взятое, снижает стабильность результатов стрельбы и ресурс работы метательного устройства, делает его дорогим в изготовлении и эксплуатации.
Технической задачей изобретения является снижение стоимости изготовления и эксплуатации метательного устройства, повышение ресурса его работы и стабильности выстрела.
Указанный технический результат достигается тем, что в метательном устройстве, содержащем рукоять с полочкой для укладки стрелы и тетиву, причем на концах рукояти установлено, по крайней мере, по одному рычагу, на одном конце которого установлен ролик или блок, через который проходит тетива, а другой конец соединен с рукоятью, согласно изобретению рычаги, установленные на концах рукояти, выполнены в виде жестких рычагов второго рода с осью качания, проходящей перпендикулярно плоскости, в которой лежит рукоять и тетива, причем концы рычагов, соединенных с рукоятью, соединены с ней через боевые пружины растяжения, сами рычаги содержат выступы, свободные концы которых соединены с рукоятью через вспомогательные пружины, а концы тетивы соединены с рукоятью в зоне между осями рычагов и полочкой.
Свободные концы выступов могут быть соединены с рукоятью через плоскую пружину, пружину сжатия или пружину растяжения. Тетива может быть соединена с рукоятью с помощью натяжного устройство, которое может быть выполнено в виде конического штифта с ручкой, входящего в ответное коническое отверстие в рукояти, или в виде нескольких крючков, установленных вдоль рукояти.
Пружины растяжения, которые соединяют концы рычагов и их выступов с рукоятью, могут быть выполненными U-образными, а их крепление к рукояти может быть выполнено в виде закрепленных на рукояти цилиндрических выступов или крючков, как минимум одна пара которых, размещенных по обе стороны от полочки, может иметь регулировочное устройство в виде кривошипно-шатунного механизма, кривошип которого соединен с регулировочным винтом, имеющим стопорную гайку и установленным в отверстии рукояти, а ползун шарнирно соединен крючком, на который надета U-образная пружина.
Рукоять может содержать пару дополнительных подпружиненных в сторону полочки рычагов, установленных на осях, перпендикулярных плоскости рукояти и тетивы, между полочкой и рычагами, установленными на концах рукояти, причем на свободных концах этих рычагов установлены ролики или блоки, через которые проходит тетива, крепление которой к рукояти осуществляется между осями качания этих рычагов и осями качания рычагов, установленных на концах рукояти.
Рукоять может иметь С-образную форму, а функции выступов рычагов могут выполнять их свободные концы, которые соединены с рукоятью через вспомогательные пружины растяжения, и имеют ролики или блоки с осями, перпендикулярными плоскости рукояти и тетивы, причем последняя проходит через этот ролик или блок. При этом соединение вспомогательных пружин выступов рычагов с рукоятью может осуществляться через ось, установленную на эксцентрике, а рычаги с выступами могут иметь Г-образную форму.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1-3 показано метательное устройство, с выступом рычага, опирающимся на плоскую вспомогательную пружину и с устройством для натяжения тетивы в виде конического штифта с ручкой.
На фиг. 4 и фиг. 5 показано аналогичное устройство со спаренными боевыми и вспомогательными пружинами.
На фиг. 6-8 показан процесс натяжения тетивы в метательном устройстве, изображенном на фиг. 1 и 2.
На фиг. 9 и фиг. 10 показано метательное устройство со вспомогательной пружиной, выполненной в виде пружины сжатия в состоянии до и после натяжения тетивы.
На фиг. 11 показаны силовые диаграммы конструкции метательного устройства с плоской вспомогательной пружиной или с вспомогательной пружиной, выполненной в виде пружины сжатия.
На фиг. 12 и фиг. 13 показана конструкция устройства с U-образными пружинами, на фиг. 14 и фиг. 15 - это же метательное устройство в действии, а на фиг. 16 - силовая диаграмма такого устройства.
На фиг. 17 и фиг. 18 показан вариант устройства с U-образными пружинами и их соединением с рукоятью с помощью крючков, а на фиг. 19 и фиг. 20 - крепление тетивы на аналогичные крючки.
На фиг. 21 и фиг. 22 показано устройство для натяжения пружины с помощью кривошипно-шатунного механизма.
На фиг. 23 и фиг. 24 показан вариант устройства с дополнительными подпружиненными рычагами.
На фиг. 25- 30 показана конструкция устройства с С-образной рукоятью, а на фиг. 31 и фиг. 32 - аналогичная конструкция с дополнительным рычагом.
Метательное устройство (фиг. 1-3) содержит рукоять 1 с полочкой 2 для укладки стрелы 3 и тетиву 4. На концах рукояти 1 установлены жесткие рычаги 5, выполненные в виде рычагов второго рода, на одном конце которых установлены ролики или блоки 6, через которые проходит тетива 4, а другие концы соединены с рукоятью 1 через боевые пружины растяжения 7. Ось качения 8 рычагов 5 проходит перпендикулярно плоскости, в которой лежит рукоять 1 и тетива 4. На рычагах 5 жестко установлены выступы 9, свободные концы которых, снабженные роликами 10, и которые взаимодействуют с рукоятью 1 через вспомогательные пружины 11. Концы тетивы 4 соединены с рукоятью в зоне между осями 8 рычагов 5 и полочкой 2. В данном примере вспомогательные пружины 11 выполнены плоскими, и их плоскость перпендикулярна плоскости, в которой лежат рукоять 1 и тетива 4.
Тетива 4 соединена с рукоятью 1 с помощью натяжного устройства, которое выполнено в виде конического штифта 12 с ручкой 13, входящего в ответное коническое отверстие в рукояти 1.
На фиг. 4 и фиг. 5 изображен более мощный вариант устройства со спаренными боевыми 7 и вспомогательными 11 пружинами, а на фиг. 6-8 - поэтапное натяжение тетивы 4.
На фиг. 9 и фиг. 10 показан вариант устройства со вспомогательными пружинами, выполненными в виде пружин сжатия 14, через которые выступы 9 взаимодействуют с рукоятью 1 через ролики 10 и шарнирно закрепленные жесткие пластины 15.
На фиг. 12 и фиг. 13 показан вариант устройства, в котором основная боевая 7 и вспомогательная 16 пружины растяжения, которые соединяют концы рычагов 5 и их выступов с рукоятью 1, выполнены U-образными, а их крепление к рукояти 1 выполнено в виде закрепленных на рукояти 1 цилиндрических выступов 17. На фиг. 14 и фиг. 15 показаны этапы натяжения тетивы 4 такого устройства, а на фиг. 16 - силовая диаграмма натяжения.
На фиг. 17 и 18 показано закрепление U-образных пружин 7 и 16 к рукояти 1 с помощью крючков 18 и 19.
На фиг. 19 и фиг. 20 показано устройство, в котором натяжное устройство тетивы 4 выполнено в виде нескольких крючков 20, установленных вдоль рукояти 1.
На фиг. 21 и фиг. 22 показана конструкция метательного устройства, в котором одна пара цилиндрических выступов или крючков (изображена только верхняя часть устройства с креплением боевой U-образной пружины 7 с помощью крючка), размещенных по обе стороны от полочки 2, имеет регулировочное устройство в виде кривошипно-шатунного механизма 21. Этот механизм состоит из ползуна 22, жестко соединенного с крючком 23, и имеющего возможность перемещения по направляющим 24 вдоль рукояти 1. Ползун 22 шарнирно соединен с шатуном 25, который, в свою очередь, шарнирно соединен с кривошипом 26, установленным на шпонке 27 на регулировочном винте 28, имеющим стопорную гайку 29, и установленном в отверстии рукояти 1. Для поворота винта 28 служит его головка 30, на которой нанесена накатка.
На фиг. 23 и фиг. 24 изображено метательное устройство, в котором рукоять 1 содержит пару дополнительных подпружиненных с помощью пружин 31 в сторону полочки 2 рычагов 32, установленных на осях 33, перпендикулярных плоскости, в которой лежат рукоять 1 и тетива 4, между полочкой 2 и рычагами 5. На свободных концах этих рычагов 32 установлены ролики или блоки 34, через которые проходит тетива 4, крепление которой к рукояти 1 осуществляется между осями 33 качения рычагов 32 и осями 8 качения рычагов 5, установленных на концах рукояти 1.
На фиг. 25 и фиг. 26 изображено метательное устройство, в котором рукоять 1 имеет С-образную форму, обращенную своими выступами 35 в сторону тетивы 4. Функции выступов 9 рычагов 5 выполняют их свободные концы 36, на которых имеются ролики или блоки 6, и которые соединены с рукоятью 1 через вспомогательные пружины 37 растяжения, закрепленные на рукояти 1 через кронштейны 38 и оси 39, установленные на эксцентриках 40. На фиг. 27 показана эта же конструкция с полностью натянутой тетивой 4. На фиг 28 показана аналогичная конструкция с установкой эксцентриков 40 непосредственно в теле рукояти 1, на фиг. 29 - эта же конструкция с полностью натянутой тетивой 4, а на фиг. 30 - такая же конструкция в состоянии с полностью натянутой тетивой 4 (исходное состояние рычага 5 и тетивы 4 показано штриховой линией), в которой рычаги 5 имеют Г-образную форму.
На фиг. 31 и фиг. 32 изображена конструкция устройства с С-образной рукоятью 1 (аналогично конструкции, изображенной на фиг. 25) и дополнительными рычагами 32 с пружинами 31 и роликами или блоками 34.
Метательное устройство работает следующим образом (фиг. 1 - фиг. 8).
До начала стрельбы тетива 4 находится в «спущенном» состоянии, что позволяет сохранять ее рабочие свойства без снятия с устройства. Перед началом стрельбы стрелок с помощью ручки 13 и штифта 12 натягивает тетиву 4, вращая штифт 12 аналогично тому, как производится натяжение струн на смычковых инструментах. Затем стрелок укладывает стрелу 3 на полочку 2 и надевает ее хвостовик на тетиву 4.
После этого, как показано на фиг. 6, стрелок тянет тетиву по направлению стрелки. При этом рычаги 5 поворачиваются вокруг осей 8, растягивая боевые пружины 7 и отгибая с помощью выступов 9 и установленных на них роликов 10 плоские вспомогательные пружины 11. При этом пружины 7 и 11 оказывают полноценное противодействие повороту рычагов 5, создавая противодействующий крутящий момент относительно оси 8.
При дальнейшем натяжении тетивы 4 (фиг. 7), рычаг 5 поворачивается на больший угол, при этом растет сопротивление растягивающейся пружины 7, а, несмотря на увеличившуюся деформацию пружины 11, крутящий момент, передаваемый ей рычагу 5 через выступ 9, снижается, т.к. уменьшается плечо действия силы от этой пружины относительно оси 8.
При полном натяжении тетивы 4 (фиг. 8) на рычаг 5 действует крутящий момент сопротивления только от максимально вытянутых боевых пружин 7, а линия действия силы от пружин 11 проходит через ось 8 и создаваемый ими крутящий момент становится равным нулю. Затем стрелок отпускает тетиву 4 и происходит выстрел - передача накопленной пружинами механической энергии стреле 3, которая летит к цели.
Аналогично работает и устройство, изображенное на фиг. 9 и фиг. 10.
На фиг. 11 показаны силовые графики работы пружин 7 и 11. Обе пружины в связи с предварительным натяжением тетивы 4 передает каждая свое предварительное усилие, оказываемое на тетиву 4 - точка а для пружины 7 и точка f для пружины 11.
При натяжении тетивы 4 усилие, передаваемое пружиной 7 на тетиву 4 постоянно растет (линия a-d), в то время как усилие, передаваемое пружиной 11, согласно описанному выше, сначала растет, а потом падает до нуля (линия f-g-h). Сумма усилий обеих пружин образуют линию j-b-c-d, причем участок b-c-d представляет собой практически постоянное усилие натяжения тетивы 4. Площадь a-j-b-c-d-e-a характеризует общую механическую работу, переданную стрелком тетиве 4, которая при выстреле отдается стреле 3 и определяет мощность выстрела. Для того чтобы получить такую же механическую работу за счет растяжения только одной пружины 7, потребуется гораздо больше усилие натяжения тетивы 4 при том же ее ходе, характеризуемое точкой z. Это, во-первых - может выходить за пределы физической возможности стрелка, а во-вторых -увеличение усилия натяжения тетивы 4 негативно сказывается на точности и стабильности выстрела, т.к. стрелку трудно стабильно удерживать устройство.
Работа устройства, изображенного на фиг. 12 - фиг. 15 происходит аналогично выше описанному. Здесь в качестве вспомогательных пружин служат пружины растяжения 16. В начале натяжения тетивы 4 (фиг. 14) пружины 16 дают крутящий момент сопротивления повороту рычага 5, т.к. их осевая линия отстоит от оси 8 на значительном расстоянии и имеется плечо для создания крутящего момента. По мере натяжения тетивы 4 рычаг 5 поворачивается, и ось растягивающейся пружины 16 приближается к оси 8 качения рычага 5. При этом, несмотря на увеличение силы пружины 16, передаваемый ею крутящий момент сопротивления уменьшается, что отражено на фиг. 16.
Так же как и в предыдущей конструкции обе пружины - 7 и 16 участвуют в создании предварительного натяжения тетивы 4 (точки а и f). Натяжение тетивы 4 для выстрела происходит с увеличением силы пружины 7 (практически пропорционально, линия a-d), и сначала с ростом усилия от пружины 16, а потом с падением силы от этой пружины (линия f-g-h). Суммарное усилие характеризуется линией j-b-c с почти прямым участком b-c, а механическая работа - площадью a-j-b-c-t-a. Для получения такой же работы с помощью только пружины 7 с тем же ходом натяжения тетивы 4 понадобилось бы большее усилие - точка z.
Конструкции, показанные на фиг. 17, 19 и 21 работают аналогично вышеописанной.
На фиг. 19 и фиг. 20 показано, как можно изменять предварительное натяжение тетивы 4, переставляя ее конец с петлей на разные крючки 20. Чем дальше крючок 20 от оси 8, тем сильнее предварительное натяжение тетивы 4.
На фиг. 21 и 22 показан механизм изменения величины предварительного натяжения тетивы 4 за счет изменения места крепления к рукояти 1 пружины 7. Вращением головки 30 при ослабленной гайке 29 можно изменять положение ползуна 22 с крючком 23, и, таким образом, сильнее или слабее натягивать пружину 7 и, соответственно, - тетиву 4. После регулировки гайкой 29 фиксируется положение ползуна 22.
Установка дополнительных рычагов 31, которые за счет пружин 32 дополнительно подтягивают тетиву 4 (фиг. 23, 24, 31, 32), позволяет существенно увеличить размах натяжения тетивы 4 (размер L на фиг. 15) при небольшой общей длине метательного устройства вдоль рукояти 1. Это весьма полезно при использовании метательного устройства в качестве, например, охотничьего лука, особенно при охоте в лесном массиве, в кустарнике и в зарослях камыша.
Конструкция, изображенная на фиг. 25-27, сочетает в себе преимущества С-образной формы рукояти 1 и простоты конструкции рычагов 5, т.к. функции выступов (поз. 9 на фиг. 1, 9, 12, 17, 24) выполняют свободные части 36 этих рычагов, которые через вспомогательные пружины 37 соединены с рукоятью 1 через оси 39, сидящие на эксцентриках 40. Эти эксцентрики 40 имеют возможность вращения вокруг своих осей и установлены на кронштейнах 38, неподвижно закрепленных на рукояти 1. Вращая эксцентрик 40 (механизм его фиксации условно не показан), можно подстраивать величину предварительного натяжения тетивы 4. При полном натяжении тетивы 4 (фиг. 27) оси обеих пружин - боевой 7 и вспомогательной 37 - приближаются к оси качения рычага 5, что приводит к снижению усилия на тетиве 4 в конце процесса натяжения почти до нуля и обеспечивает возможность хорошего прицеливания, что стабилизирует результаты выстрела.
На фиг. 28 и фиг. 29 показана конструкция метательного устройства, аналогичного изображенному на фиг. 25-27, с той разницей, что эксцентрики 40 с осями 39 установлены непосредственно в рукояти 1. Это упрощает конструкцию, однако лишает ее возможности изменять место крепления пружины 37 к рукояти 4, что обеспечивает конструкция, изображенная на фиг. 25-27, в которой при изготовлении устройства могут быть получены варианты с разной степенью сброса усилия полного натяжения тетивы 4 (обычно, в блочных луках практикуется снижение конечного усилия натяжения тетивы в пределах 0-30%).
Работа конструкций, показанных на фиг. 30-32 пояснения не требует.
В приведенных конструкциях в качестве упругих элементов, совершающих механическую работу по выталкиванию стрелы, используются очень дешевые и не боящиеся колебаний температуры в пределах от минус 30 до плюс 50 С пружины растяжения, которые по сравнению с упругими плечами из дерева или композита чрезвычайно дешевы и обеспечивают высокую стабильность работы в течение неопределенно большого времени, и производство неопределенно большого числа выстрелов.
Кроме того, одно и то же метательное устройство может без ущерба для его функций при тетиве одной и той же длины снабжаться разными по упругости и максимальной силе пружинами, что чрезвычайно упрощает наращивание производителем номенклатуры изделий и обеспечивает «подгонку» их под конкретного пользователя.
Предложенная конструкция не имеет запрета на «холостой» (без стрелы) выстрел, что очень важно при проведении тренировочного процесса, когда начинающему стрелку желательно до нескольких сот раз выполнить чрезвычайно сложный и важный процесс спуска тетивы 4.
Детали устройства очень просты, и его ремонт может быть произведен даже в условиях кустарных мастерских, или в домашних условиях, что также снижает стоимость его эксплуатации.
Таким образом, следует признать, что техническая задача изобретения, заключающаяся в том, что должна быть снижена стоимость изготовления и эксплуатации метательного устройства, повышение ресурса его работы и стабильности выстрела полностью выполнена.