БЕЗОПАСНЫЕ КАЧЕЛИ
SAFE SWING

Изобретение относится к области спортивно-игровых устройств, в частности к конструкции качелей.
Известны качели по а.с. №1639693, М. кл. 5 А63G 9/02, состоящие из стойки с перекладиной, тяг с сидением, шарнирно соединенных с перекладиной, ограничителя для изменения величины траектории качания тяг.
Основным недостатком указанных качелей является возможность травмирования лиц, оказавшихся неожиданно в зоне качания тяг с сиденьем, а также самого качающегося (например, ребенка) при неожиданном падении его с сиденья качелей.
Известны безопасные качели Лаврова, а.с. №1118380, М. кл. 7А63G 9/00, содержащие стойку с перекладиной, тяги с сиденьем, шарнирно соединенные с перекладиной посредством скоб, и устройство для безопасности, выполненное в виде подпружиненного соединения тяг со скобами с возможностью их осевого перемещения и выступов на тягах, взаимодействующих со впадинами фиксирующего элемента, например зубчатого колеса.
Основным недостатком указанных качелей является то, что они не обеспечивают безопасность для лиц, случайно попавших в зону качания тяг с сиденьем. Такие качели небезопасны и для самого качающегося при неожиданном падении его с крайнего верхнего положения качелей.
Кроме того, для перечисленных выше качелей, а также для всех ныне действующих качелей существует еще такой общий недостаток, как сложность и небезопасность при выполнении самостоятельной первоначальной (стартовой) раскачки качелей. Необходимо, пятясь назад по земле и опираясь о сиденье, отклонить сиденье на минимальный угол для раскачки, а затем суметь оторваться от земли, приподымаясь на цыпочках, чтобы суметь забраться на сиденье, не уменьшив при этом угол для раскачки.
Вариант раскачки путем отклонения качелей, находясь вне зоны качелей, а потом запрыгивания на сиденье во время движения обратно является также травмоопасным.
Известны безопасные качели Л.А. Каргаева, патент РФ №2144408 от 21.05.1998 г., содержащие стойку с перекладиной, шарнирно соединенные с перекладиной тяги с сиденьем, снабженным настилом для размещения качающегося, защитный кожух цилиндрической формы, установленный соосно с осью качания тяг с сиденьем с возможностью совместного с ними движения, охватывающий подвижные части качелей снаружи по замкнутому цилиндру или его части, но не менее траектории при максимальных размахах качания и дополнительного запаса по длине охвата, обеспечивающих расположение нижнего края кожуха от земли в момент максимального размаха качания не ниже роста окружающего контингента детей, и выступающий за габариты сиденья по его ширине на безопасное для окружающих расстояние.
Основным недостатком указанных качелей является неудобство пользования при самостоятельной раскачке качелей малолетними детьми, связанной с необходимостью после отклонения за тяги сиденья назад заскакивать сначала на кожух или на подножку сиденья (стульчика) и, продолжая держаться за тяги, усаживаться на площадку сиденья, поворачиваясь одновременно лицом в сторону движения качелей.
Изобретение согласно патенту РФ №2144408 принято за прототип.
Задачей изобретения является обеспечение безопасности качания на качелях с использованием автоматического режима раскачки от внешнего привода.
Решение этой задачи состоит в том, что безопасные качели, содержащие стойку с перекладиной, соединенные шарнирно с перекладиной тяги с сиденьем, защитный кожух цилиндрической формы, установленный соосно с осью качания тяг с сиденьем с возможностью совместного с ними движения, охватывающий подвижные части качелей снаружи по замкнутому контуру или его части, но не менее траектории при максимальных размахах качания с дополнительным запасом по длине охвата, обеспечивающего расположение нижнего края кожуха от земли при максимальном размахе качания не ниже роста окружающего контингента детей, защитный кожух выступает за габариты сиденья по его ширине на безопасное для окружающих расстояние, отличаются тем, что на наружной поверхности защитного кожуха закреплены охватывающие по цилиндрической поверхности легкие дугообразные элементы усиления защитного кожуха, не менее двух, выполненных, например, из известных покупных пластмассовых труб ⌀25/⌀15, защитный кожух снабжен двумя автономными шарнирными подвесками, закрепленными на перекладине, и упорами, установленными внутри кожуха и взаимодействующими двухсторонне с элементами сиденья, на перекладине установлен копир с цилиндрической поверхностью, соосной оси качания качелей, снабженный фигурными пазами разной глубины, смещенными относительно друг друга и сомкнутыми дважды на расчетном угле (не менее 5-10°), электродвигатель (или электродрель), обеспечивающий вращение барабана с упругой пластиной, на тягах качелей установлен в двух направляющих отверстиях, в верхнем и нижнем, копирный палец, взаимодействующий верхним концом поочередно с пазами копира, а нижним концом - с упругой пластиной барабана в момент прохождения сидения в направлении «вперед-вниз» в нижней зоне качания и максимального при этом выступания копирного пальца, при этом верхнее направляющее отверстие под копирный палец выполнено овальным с возможностью поочередного перехода конца копирного пальца 15 из одного паза к другому.
Устройство качелей представлено на фигурах 1-8. При этом на фиг.1 изображен общий вид качелей сбоку (перпендикулярно оси о-о перекладины), на фиг.2 - разрез А-А защитного кожуха, на фиг.3 изображено место А фигуры 1 в увеличенном масштабе, а на фиг.4 - место Б фигуры 2, тоже в увеличенном масштабе; на фиг.5 изображено взаимодействие упоров на защитном кожухе с сиденьем (в частности, с его подставкой), на фиг.6 изображен копир в развертке, а на фиг.7 и 8 - разрезы копира по ББ и ВВ.
Описание устройства качелей
Качели состоят из стойки 1 (фиг.1, фиг.2) известной конструкции, выполненной в виде 4-опорной металлоконструкции, заглубленной в земле в фундаментные столбики для каждой опоры (не показаны) с перекладиной 2, расположенной на стойке 1 горизонтально по оси о-о в ее верхней части (фиг.1 и 2). На перекладине 2 закреплены подвески 3 в виде кронштейнов или листовых боковин известных конструкций, в которых установлены шарнирно (на подшипниках качения или скольжения) известным способом тяги 4 с сиденьем 5, взаимодействующим с кожухом 6 при помощи упоров 7 на кожухе. При необходимости сидение снабжают подставкой для ног 8 (фиг.1 и 5), взаимодействующей двухсторонне с упорами 7 кожуха.
На перекладине 2 закреплены дополнительно две подвески 9 известной конструкции, на которых установлен шарнирно защитный кожух 6 цилиндрической формы с возможностью синхронного качания с сиденьем вокруг оси O1-O1 и охвата снаружи тяг с сиденьем. Защитный кожух 6 содержит листовую обечайку 10, согнутую по всему периметру цилиндра или его части, но с охватом в этом случае длины траектории при максимальных размахах качания по длине дуги кожуха, обеспечивающего расположение нижнего края кожуха от земли в момент максимального размаха качания не ниже роста окружающего контингента детей. Защитный кожух 6 выступает за габариты сиденья 5 по его ширине на безопасное для окружающих расстояние, примерно на 150-200 мм и более. При усеченном варианте защитного кожуха 6 предусмотрена в его разомкнутой части съемная перемычка 11 с возможностью съема ее при монтаже и демонтаже качелей. Для уменьшения веса защитного кожуха 6 и сохранения при этом его жесткости и прочности обечайка 10 выполнена из тонколистового материала из легких сплавов или из пластмассы, например из известного листового поликарбоната с различной расцветкой с толщиной от 4 мм и с удельным весом 0,6-0,7 г/куб. см. В таком случае защитный кожух 6 усиливают тем, что на наружной поверхности обечайки 10 защитного кожуха 6 закрепляют охватывающие по цилиндрической поверхности легкие дугообразные элементы 12 усиления защитного кожуха, не менее двух, выполненных, например, из известных покупных пластмассовых труб ⌀25/⌀15. Трубы 12 крепятся к обечайке 10 винтами (в том числе саморезами) со стороны внутренней поверхности обечайки 10; защитный кожух 6 соединен с подвеской при помощи стяжек 13, выполненных из проволоки (типа спиц) или из труб с креплением к кожуху через поперечины 14. Ось вращения защитного кожуха 6 совпадает с осью O1-O1. На перекладине 2 закреплен неподвижно копир 15 с криволинейной поверхностью, центр которой совпадает с осью O1-O1 качания качелей (фиг.2, 3, 4). На криволинейной поверхности копира 15 выполнены фигурные пазы «В» и «Н» (фиг.6, фиг.7, фиг.8) на различной глубине - Т1 и Т2 (глубокие пазы «Н» отмечены параллельной штриховкой). Пазы «В» и «Н» смыкаются дважды и смещены относительно друг друга вблизи центральной части копира. С указанными пазами взаимодействует верхним концом копирный палец 16, расположенный с зазором в направляющих отверстиях поперечин 17 и 18, жестко связанных с тягами 4 качелей при помощи связей 19. Направляющее отверстие в верхней поперечине 16 выполнено овальным с возможностью перехода верхнего конца копирного пальца 15 из одного паза в другой. На копирном пальце 16 установлена пружина сжатия 20, которая постоянно прижимает копирный палец ко дну пазов «В» и «Н», обеспечивая различный уровень вылета нижнего конца копирного пальца 16 по вертикали.
На перекладине 2 установлен кронштейн 21 с промежуточной плитой 22. На этой плите закреплен электродвигатель 23 и каркас 24 в качестве опоры для вала 25, расположенного параллельно оси O1-O1 качания качелей. На конце вала 25 установлен шкив (или звездочка) 26 для привода через гибкую цепь или тиксотропный ремень 27 от электродвигателя 23 к валу 25 и барабан 28 с выступающей упругой пластиной 29.
Расположение и размеры копира 14 и его пазов Т1 и Т2, копирного пальца 16 относительно размеров и расположения барабана 28 и вылета его упругой пластины 29 рассчитываются исходя из того, чтобы при движении качелей сидением вперед копирный палец 16 проходил по пазу «В» копира, а упругая пластина 29 при этом упиралась в нижний конец копирного пальца 16 на нижнем участке движения сидения качелей в пределах не менее 5-10°, а при обратном движении качелей копирный палец 16 проходил по пазу «Н», т.е. был утоплен, и его нижний конец не касался упругой пластины 29, тем самым обеспечивая свободный возврат качелей. При этом переход от паза «В» к пазу «Н» при движении качелей вперед выполнен со ступенькой 30, исключающей гарантированно попадание копира в этом месте в паз »В» при обратном движении качелей. При необходимости можно создать ступеньку 30 на противоположном конце смыкания пазов копира 15 за счет большего подъема дна паза «Н» ко дну паза «В». Ввиду наличия трения подпружиненного копирного пальца и инерции движения такую ступеньку достаточно сделать минимальной (около 0,3 мм) или совсем не делать. Учитывая низкую частоту движения качелей (один цикл туда и обратно составляет около 2-4 сек), в качестве электрического привода качелей целесообразно использовать известные низкооборотные реверсивные двигатели, в том числе с редукцией, например, электродвигатель марки РД-08 с количеством оборотов 60 об/мин (на фигурах не показано). Такие двигатели имеют малые габариты, и их можно соединять непосредственно с барабаном 28, минуя передаточное устройство из звездочек (шкивов) и цепи (тиксотропного ремня) 27. Точно так же можно использовать в качестве привода качелей низкооборотную электрическую дрель (на фигурах не показана), в которой закрепляют непосредственно в патроне барабан 28 с упругой пластиной 29. Даже при этих низких оборотах электродвигателей упругая пластина успевает за одну минуту войти в контакт с копирным пальцем в той или иной степени не один десяток раз, поэтому не требуется синхронизации оборотов электродвигателя с темпом качания качелей. При этом упругая пластина всегда будет по скорости опережать копирный палец, создавая импульс для раскачки.
Для уменьшения мощности электродвигателя возможно использование схемы раскачки, при которой осуществляется вручную предварительное отклонение качелей на некоторый небольшой угол с тем, чтобы раскачка от электрического привода начиналась во время движения сидения «вперед-вниз».
Для управления процессом качания около сидения устанавливают, например, на одной из тяг 4 переключатель (на фигурах не показано) для включения, выключения и для реверса (при торможении) электрического привода. Питающий электрический провод подается к электроприводу от электрического щита, закрепленного, например, на перекладине 2, и далее прокладывают электропроводку вдоль тяги 4 и переключатель (на фигурах указанная система питания не показана). Для автоматического ограничения амплитуды качания предусматриваются путевые датчики известных конструкций (на фигурах не показано), установленные в пазах копира. Для большей безопасности пазы «В» и «Н» выполнены удлиненными и сами могут стать ограничителями амплитуды качания.
Процесс качания на описанном устройстве качелей выполняется следующим образом.
В исходном положении копирный палец 16, находясь под воздействием пружины 19, опирается верхним концом в дно паза «В». При этом нижний конец копирного пальца 16 выдвинут максимально вниз и находится в зоне траектории движения упругой пластины 28.
После усаживания качающегося на сидение он или кто-то другой нажимает на кнопку включения электропривода с вращением в сторону движения сидения вперед. Во время вращения барабана 28 в какой-то момент упругая пластина 29 начинает упираться в копирный палец 16, смещая качели с исходного положения. Затем копирный палец начинает переходить в паз «Н» выдвигаясь вверх, а упругая пластина 29, деформируясь, соскакивает с конца копирного пальца 16 в тот момент, когда в процессе поворота барабана 28 прекращается контакт пластины с выдвинутым вверх копирным пальцем 16. Так произошел первый импульс воздействия электропривода на качели. Барабан продолжает непрерывно вращаться, но с этого момента неуравновешенные качели свободно возвращаются назад-вниз, переходя в крайнюю нижнюю точку и продолжая двигаться дальше «назад-вверх» по инерции беспрепятственно, т.к. упругая пластина 29 недостает копирного пальца 16. К моменту остановки качелей копирный палец окончательно переходит в паз «В» и снова выдвигается максимально вниз. От этого положения начинается повторный цикл качания. Сидение качелей начинает двигаться вниз-вперед, и при подходе копирного пальца в зону действия упругой пластины 29 она снова вступает в контакт с ним и воздействует на качели уже ускоренно, т.к. силовое действие упругой пластины совпадает с направлением движения качелей. Вследствие этого качели поворачиваются вперед уже на больший угол. И так процесс импульсного воздействия на качели от электропривода продолжается до тех пор, пока качели не раскачаются до приемлемой амплитуды. В этот момент срабатывают путевые датчики и электродвигатель отключается. При уменьшении амплитуды качания снова срабатывают датчики включения электродвигателя при достижении минимальной амплитуды качелей, а при отсутствии таковых качающийся сам нажимает снова на кнопку и включает электродвигатель.
Процесс раскачки с помощью электродвигателя значительно облегчается, если предварительно повернуть вручную качели на некоторый угол от исходного положения. В этом случае не потребуется преодолевать инерцию покоя качелей и крутящий момент для выведения качелей в неравновесное состояние, и сразу начнется процесс импульсного воздействия на качели, направленного в сторону движения.
Для остановки качелей достаточно нажать на кнопку переключателя и выключить двигатель. При этом можно ускорить остановку качелей, переключив двигатель на реверс. В этом случае упругая пластина 29 будет воздействовать на копирный палец 28 в обратном направлении, каждый раз деформируясь и проскакивая выступ копирного пальца, и качели начнут затормаживаться. Для окончательной остановки качелей остается только выключить электродвигатель.
Описанные качели обеспечивают полную безопасность и удобство пользования для детей любого возраста и будут широко востребованы в детских учреждениях, школах и на детских дворовых площадках.