Конькобежный конвейер, включающий неподвижную опорную конструкцию для верхней ветви ленты конвейера

Заявляемая полезная модель относится к тренировочным спортивным устройствам, специально предназначенным для развития конькобежной техники, а именно к конькобежным или хоккейным тренажерам.
В настоящее время в области тренировочных спортивных устройств известен ряд устройств для отработки и совершенствования конькобежной техники. Основными элементами таких устройств являются преимущественно ленточные конвейеры, выполненные на барабанах (валах) с электроприводом. Ленты таких конвейеров имеют, как правило, внешнее полимерное покрытие с низким значением коэффициента трения в паре трения сталь - полимер и опираются на жесткую металлическую конструкцию, содержащую металлические направляющие или ролики. Так, известен конькобежный конвейер с рамой и продольно наклоняющейся конькобежной площадкой, которая состоит из рамы и поддерживающего рольганга, подпирающих конвейер и электродвигатель (патент US 5385520, 1995 г.) Недостатком конструкции является большая металлоемкость конструкции, сравнительная технологическая сложность изготовления и повышенная трудоемкость обслуживания. Известна также опорная конструкция для подвижного конькобежного конвейера, представляющая собой жесткую несущую конструкцию со скользящей контактной поверхностью, которая образована цельным профилированным металлическим листом, причем направление гофров профиля совпадает с направлением движения конькобежного конвейера (патент РФ на полезную модель 190364, МПК А63В 23/00, 2019 г.). Недостатком такой конструкции является повышенное трение между скользящей контактной поверхностью и внутренней стороной ленты конвейера, что приводит к снижению продолжительности и надежности эксплуатации, а также повышению энергопотребления.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является подвижный конькобежный конвейер, который вложен с сохранением скользящей функции на неподвижную скользящую поверхность жестких металлических несущих конструкций, более длинный размер которых ориентирован по направлению движения подвижного конькобежного конвейера (патент РФ на изобретение 2643640, МПК А63В 23/00, 2018 г.). Недостатком этого устройства является повышенный коэффициент трения между скользящей контактной поверхностью и внутренней стороной ленты конвейера, что приводит к снижению продолжительности и надежности эксплуатации конвейера, повреждениям ленты, а также повышению энергопотребления при эксплуатации тренажера.
Решаемой задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств конькобежных конвейеров, имеющих неподвижные опорные конструкции для верхней ветви ленты конвейера, которые обеспечивают пониженный коэффициент трения между направляющими опорной конструкции и внутренней поверхности ленты конвейера (нижней обкладкой верхней ветви ленты конвейера).
Назначением настоящей полезной модели является осуществление конькобежного конвейера, включающего неподвижную опорную конструкцию для верхней ветви ленты конвейера, обеспечивающую эффективное скольжение между направляющими опорной конструкции и внутренней поверхности ленты конвейера. Под эффективным скольжением здесь имеется в виду обеспечение скольжения ленты конвейера по направляющим опоры под нагрузкой конькобежца без повреждений ленты за счет разогрева, истирания и деформаций.
Достижение указанного технического результата в заявляемой полезной модели достигается за счет осуществления конькобежного конвейера, включающего неподвижную опорную конструкцию для верхней ветви ленты конвейера, представляющую собой жесткую несущую опору, выполненную из конструкционных материалов, содержащую направляющие в виде протяженных, соразмерных рабочей длине конвейера и продольно ориентированных конструктивных элементов, имеющих скользящую контактную поверхность относительно внутренней поверхности ленты конвейера, упомянутая опорная конструкция выполнена комбинированной, состоящей из нижней опорной и верхней функциональной частей, при этом нижняя часть, определяющая прочность конструкции, выполнена из металлических материалов, а верхняя часть, включающая направляющие и определяющая коэффициент скольжения ленты конвейера по опорной конструкции, выполнена из композиционных материалов с низким коэффициентом трения относительно материала ленты конвейера.
Для однозначного и более полного понимания описания заявляемой полезной модели далее приведены уточнения и раскрытия, использованных выше понятий и терминов, а также описание конструкции.
Заявляемая полезная модель представляет собой опорную конструкцию для поддерживания верхней ветви конвейера конькобежного (хоккейного) тренажера в заданном положении. Поддерживающая функция обеспечивается непосредственным расположением верхней ветви конвейера, а именно ее нижней обкладки на специально выполненных направляющих, расположенных вверху опорной конструкции. Опорная конструкция является жесткой и несущей, что обеспечивается использованием твердых конструкционных материалов определенной прочности. Конструкция состоит из двух частей: нижней и верхней. Нижняя часть определяет прочность конструкции и выполняется преимущественно из конструкционных марок сталей. Нижняя часть может также служить основой для закрепления других частей конвейера, например, приводного и натяжного барабанов.
Верхняя часть опорной конструкции включает направляющие, которые непосредственно контактируют своей верхней частью (верхней стороной) с нижней частью верхней ветви конвейера, т.е. ее нижней обкладкой. Направляющие представляют собой протяженные элементы конструкции, выполненные по всей рабочей длине конькобежного конвейера, а именно соразмерно длине тренировочной площадки тренажера. Они могут быть выполнены в виде цельных или составных элементов конструкции. Эти направляющие ответственны за обеспечение функции скольжения ленты конвейера по направляющим и, одновременно, за равномерное, в заданной плоскости, без прогибов движение ленты. Выполнение этих функций осуществляется за счет расположения направляющих вдоль движения ленты и выполнения их из композиционных материалов с низким коэффициентом трения скольжения относительно материала ленты конвейера. При этом их выполняют рядами по ширине конвейера, параллельно друг другу. Расстояние направляющих по ширине определяется на основании опытных данных с учетом потребляемой мощности и разогрева ленты. Низкий коэффициент трения скольжения между лентой конвейера и поверхностью направляющих обеспечивают их изготовлением из композиционных материалов. Здесь под композиционными материалами понимают, прежде всего, полимерные и металлполимерные материалы (https://e-plastic.ru/specialistam/composite/kompozicionnye-materialy/), которые имеют низкий коэффициент трения скольжения относительно материала ленты конвейера, преимущественно резинотканевого материала. Так, например, коэффициенты трения скольжения каучука (резины) по металлу и фторопласта по стали соответственно имеют значения от 0,55 до 0,8 и от 0,064 до 0,080 (https://e-plastic.ru/slovar/k/koeffizient_treniua/). Низкие коэффициенты трения скольжения относительно резины имеют также сверхвысокомолекулярный полиэтилен марок РЕ-500 и РЕ-1000, другие полиолефины, полиамиды (https://ftoroplast.com.ru/uhmwpe/).
Направляющие могут иметь различную конструкцию, в частности могут быть исполнены в виде металлических круга, квадрата, полосы с покрытиями или вставками полимерных материалов, в виде металлического профиля с полимерным покрытием, в виде металлополимерных труб и профилей и другие материалы. Одним из наиболее подходящих материалов являются слоистые металлополимерные материалы, в которых слои стали или алюминиевых сплавов чередуются со слоями фторопласта, полиэтилена высокой плотности или другого полимера. При этом слои материала направляющих могут быть ориентированы к нижней поверхности ленты перпендикулярно (или под близким к прямому углу). Количество слоев в композиционном материале определяется в зависимости от усилия нагрузки на направляющие, а также коэффициента трения скольжения в паре трения и может варьироваться от 2 и более, в большинстве случаев до 10-20 слоев.
Заявляемая полезная модель является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем создания конькобежного конвейера, включающего неподвижную опорную конструкцию, состоящую из 2 частей - устройства, состоящего из конструкционных элементов, технологически и конструктивно связанных между собой. При этом совокупность существенных признаков данного изобретения - совокупность устройств и конструкционных элементов объединена единым творческим замыслом - понижение коэффициента трения скольжения между опорой и лентой конвейера. Части (элементы) устройства находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи, а их совместное использование приводит к созданию нового устройства, обеспечивающего достижение заявленного технического результата.
Данное техническое решение является промышленно применимым в области тренировочных спортивных устройств, предназначенных для развития конькобежной техники, а именно к конькобежным тренажерам. Применение и использование заявляемого конькобежного конвейера, включающего неподвижную опорную конструкцию для верхней ветви ленты конвейера не вызывает никаких трудностей и может быть осуществлено специалистами с соответствующей подготовкой. При осуществлении полезной модели используют устройства, а также материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления изобретения являются прокатка, штамповка, гибка (профилирование) металлических и полимерных материалов, токарная и фрезерная обработка материалов, монтаж. Средствами осуществления являются обрабатывающие станки и оборудование, термо- и сварочное оборудование, а также сборка.
Приведенное выше описание заявляемой полезной модели и раскрытие ее сущности позволяют сделать вывод о реализации назначения полезной модели: осуществление конькобежного конвейера, включающего неподвижную опорную конструкцию для верхней ветви ленты конвейера.
Приведенное выше описание изобретения свидетельствует о достижении заявленного технического результата:
- расширение арсенала технических средств конькобежных конвейеров, имеющих неподвижные опорные конструкции, которые обеспечивают пониженный коэффициент трения между направляющими опорной конструкции и внутренней поверхностью ленты конвейера (нижней обкладкой верхней ветви ленты конвейера).
Заявляемая полезная модель имеет следующие, общие с прототипом существенные признаки:
- неподвижную опорную конструкцию для верхней ветви ленты конвейера, представляющую собой жесткую несущую опору,
- выполнение жесткой несущей опоры из конструкционных материалов,
- выполнение в неподвижной опорной конструкции направляющих,
- выполнение направляющих в виде протяженных, соразмерных рабочей длине конвейера и продольно ориентированных конструктивных элементов, имеющих скользящую контактную поверхность относительно внутренней поверхности ленты конвейера.
Отличают заявляемую полезную модель от прототипа следующие существенные признаки:
- выполнение опорной конструкции (опоры) комбинированной, состоящей из нижней опорной и верхней функциональной частей,
- выполнение верхней части опорной конструкции, включающей направляющие, из композиционных материалов с низким коэффициентом трения относительно материала ленты конвейера.
Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков осуществляемых в прототипе и не является их характеристикой.
Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки, в том числе их характеристики, обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков полезной модели, указанных в описании.
Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников технических данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата. Другими словами заявляемая полезная модель не известна из уровня техники.
Повышение эффективности заявленного технического результата достигают в следующих нижеперечисленных модификациях способа, характеризующих частные случаи его выполнения:
1. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер, отличающийся тем, что направляющие опорной конструкции выполнены из слоистого композиционного материала металл-полимер, а количество слоев составляет как минимум 2.
2. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер, отличающийся тем, что направляющие опорной конструкции из слоистого композиционного материала выполнены в виде конструкционного профиля с плоским верхом.
3. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер, отличающийся тем, что направляющие опорной конструкции из слоистого композиционного материала выполнены в виде трубы.
4. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер по п.п. 1-3, отличающийся тем, что в качестве металла в слоистом композиционном материале использована сталь.
5. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер по п.п. 1-3, отличающийся тем, что в качестве металла в слоистом композиционном материале использован сплав алюминия.
6. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер по п.п. 1-3, отличающийся тем, что в качестве полимера в слоистом композиционном материале использован фторопласт.
7. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер по п.п. 1-3, отличающийся тем, что в качестве полимера в слоистом композиционном материале использован полиэтилен высокой плотности.
8. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер по п.п. 1,4-7, отличающийся тем, что слои композиционного материала расположены параллельно друг другу, а на конструкции эти слои расположены перпендикулярно относительно ленты конвейера и количество слоев составляет как минимум 3.
9. Заявленный и описанный выше конькобежный конвейер по п.п. 1, 4-7, отличающийся тем, что слои композиционного материала расположены параллельно друг другу, верхний слой материала выполнен из полимера слои расположены параллельно ленте конвейера и количество слоев составляет как минимум 2.
Заявляемый конькобежный конвейер, имитирующий конькобежную площадку, для чего обеспечен движущийся лентой, устроен следующим образом.
Конькобежный конвейер представляет собой ленточный конвейер, к которому по внешней рабочей стороне прикреплены пластины антифрикционного материала с низким коэффициентом трения скольжения, например из фторопласта. Лента размещена на двух барабанах, один из которых ведущий (приводной), конвейер имеет устройство натяжения ленты. Верхняя ветвь конвейера для осуществления функции конькобежной площадки обеспечивает жесткое сопротивление весу и конькам конькобежца без прогибов ленты в заданной плоскости. Для обеспечения этой функции под верхнюю ветвь ленты конвейера помещают неподвижную несущую опорную конструкцию, представляющую собой жесткую несущую опору, выполненную из конструкционных материалов. Эта опора выполнена из двух частей. Нижняя часть определяет прочность конструкции и выполнена из металлических материалов преимущественно из сталей. Нижняя часть может быть также основой для закрепления других элементов и частей конвейера, например: приводного и натяжного барабанов, натяжного устройства, датчики движения и др. Эти элементы и устройства могут быть закреплены отдельно от нижней части опоры ленты конвейера, что зависит от конкретной конструкции конвейера, условий его монтажа и эксплуатации.
Верхняя часть опоры, кроме обеспечения функции жесткого сопротивления весу конькобежца, предназначена также для обеспечения скользящей функции, т.е. для обеспечения движения ленты конвейера по опоре с низким коэффициентом трения скольжения, что обеспечивает повышение надежности эксплуатации и снижение электропотребления. В соответствие с этим верхняя часть содержит направляющие или представляет собой направляющие (совокупность направляющих). Эти направляющие представляют собой протяженные и продольно ориентированные вдоль направления движения ленты конвейера конструктивные элементы. Эти элементы имеют длину соразмерную длине рабочей площадки тренажера, могут быть выполнены цельными или составными и имеют скользящую контактную поверхность относительно внутренней поверхности ленты конвейера. Низкий коэффициент трения и обеспечение скользящей функции между опорой и лентой конвейера достигается выполнением верхней части, включая направляющие из композиционных материалов с низким коэффициентом трения относительно материала ленты конвейера. Такими материалами могут быть, например, слоистые металлополимерные материалы с использованием сталей, алюминиевых сплавов, алюминия, фторопласта, полиэтилена, полиамида.
Пример 1.
Конькобежный (хоккейный тренажер) был встроен в неподвижную площадку искусственного льда с минимальными зазорами между подвижной лентой конвейера и неподвижной площадкой. Встроенная площадка конвейера имела длину 2,0 м и ширину 3,0 м. Лента конвейера была покрыта пластинами из материала искусственного льда. Неподвижная площадка была покрыта листами из материала искусственного льда. Материалом искусственного льда являлся полиэтилен высокой плотности. Верхняя ветвь ленты конвейера опиралась на направляющие, представляющие собой протяженные балки прямоугольного сечения из композиционного материала, ориентированные по направлению движения ленты. Размер балки 30×40×1840 мм, количество балок 16. Балки изготовлены из композиционного слоистого материала: листового алюминия марки А, толщиной 1 мм и листового полиэтилена высокой плотности марки ПВД толщиной 1 мм. Композиционный материал был изготовлен путем послойного наложения и скрепления слоев. В рабочем состоянии слои композиционного материала балок (направляющих) ориентированы перпендикулярно нижней поверхности верхней ветви ленты конвейера. Направляющие через полиэтиленовые прокладки опирались на нижнюю часть опорной конструкции, которая представляла собой жесткую конструкцию, изготовленную из стальных уголков 50×50. В данной конструкции к верхней части опорной конструкции относятся направляющие из композиционного материала и полиэтиленовые прокладки толщиной 4-6 мм. Полиэтиленовые прокладки нужны для препятствия электрохимической коррозии и понижения уровня вибрации конвейера. Каждая направляющая верхней части опиралась на нижнюю опорную конструкцию в 6 точках. Барабаны конвейера и натяжное устройство были смонтированы на отдельных конструкциях.
Смонтированный конькобежный конвейер выдерживает тренировки конькобежца (хоккеиста) весом до 90 кг со скоростью движения ленты до 20 км/час в заданной плоскости без прогибов ленты конвейера и ее повреждений за счет разогрева, истирания и деформаций.
Пример 2.
Конькобежный (хоккейный тренажер) был встроен в неподвижную площадку искусственного льда с минимальными зазорами между подвижной лентой конвейера и неподвижной площадкой. Встроенная площадка конвейера имела длину 1,75 м и ширину 3,0 м. Лента конвейера была покрыта пластинами из материала искусственного льда. Неподвижная площадка была покрыта листами из материала искусственного льда. Материалом искусственного льда являлся полиэтилен высокой плотности. Верхняя ветвь ленты конвейера опиралась на направляющие, ориентированные по направлению движения ленты и представляющие собой протяженные профильные оцинкованные трубы прямоугольного сечения с покрытием на рабочей стороне из листового фторопласта толщиной 2 мм. Размер направляющих составлял 30×50×1600 мм, количество направляющих 14. Рабочей стороной направляющих являлась сторона, соприкасающаяся с лентой конвейера. Направляющие через полиэтиленовые прокладки опирались на нижнюю часть опорной конструкции, которая представляла собой жесткую конструкцию, изготовленную из стальных уголков 50×50. В данной конструкции к верхней части опорной конструкции относятся направляющие из композиционного материала и полиэтиленовые прокладки толщиной 4-6 мм. Полиэтиленовые прокладки нужны для препятствия электрохимической коррозии и снижения уровня вибрации верхней части конвейера. Каждая направляющая верхней части опиралась на нижнюю опорную конструкцию в 5 точках. Барабаны конвейера и натяжное устройство были смонтированы на нижней части опорной конструкции.
Смонтированный конькобежный конвейер выдерживает тренировки конькобежца (хоккеиста) весом до 90 кг со скоростью движения ленты до 20 км/час в заданной плоскости без прогибов ленты конвейера и ее повреждений за счет разогрева, истирания и деформаций.
Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем полезной модели. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле полезной модели.
Приведенные выше описание осуществления полезной модели и примеры ее реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении полезной модели. Они также показывают причинно-следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.
Из приведенного выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления полезной модели.