ПЕРЕДНИЙ УЗЕЛ РАМЫ ДЛЯ ГОНОЧНОЙ ИНВАЛИДНОЙ КОЛЯСКИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к специальному транспортному средству, приводимому в движение мускульной силой спортсмена с поврежденными нижними конечностями, а именно к переднему узлу рамы для гоночной инвалидной коляски, которая может быть использована в спортивных соревнованиях, в том числе Паралимпийских играх.
Уровень техники
Гоночные инвалидные коляски - необходимое оборудование для спортсменов, участвующих в гонках на колясках и легкой атлетике. Соревнования спортсменов на инвалидных колясках могут происходить на треке или в виде шоссейной гонки. Основные соревнования проходят на Летних Паралимпийских играх начиная с 1960 года. Участники соревнуются в специализированных инвалидных колясках, которые позволяют спортсменам развивать скорость до 30 км/ч или более (https://tftwiki.ru/wiki/Wheelchair_racing). При разработке таких колясок актуальной является задача снижения веса коляски при обеспечении требований, предъявляемых к ее техническим характеристикам, указанным в правилах Международного паралимпийского комитета по легкой атлетике. Гоночные коляски, как правило, изготавливаются на заказ с учетом всех особенностей планируемой эксплуатации.
Одним из основных узлов в конструкции гоночных инвалидных колясок является передний узел рамы, содержащий органы рулевого управления коляской. Из уровня техники известны различные конструкции переднего узла рамы для гоночной инвалидной коляски (JP 6486124, US 20210161739, JP 5489895).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является передний узел рамы для гоночной инвалидной коляски (заявка US 20210085545), включающий раму, содержащую верхний, нижний элементы, и передний крайний элемент в виде рулевого стакана, расположенного на переднем конце верхнего элемента рамы, переднюю вилку, выполненную с возможностью поворота относительно рамы и удерживающую переднее колесо с возможностью вращения. Передняя вилка снабжена рукояткой, и спортсмен, управляя рукояткой, может регулировать угол поворота переднего колеса. Таким образом можно поворачивать и вести инвалидную коляску в нужном направлении, рукояткой устанавливая направление переднего колеса с помощью удерживающего элемента.
Однако известные решения характеризуются недостаточной прочностью конструкции и недостаточно хорошей аэродинамикой, что связано с дополнительными затратами мускульной силы спортсмена во время гонки.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является создание универсального переднего узла рамы для гоночной инвалидной коляски, обладающего надежной и прочной конструкцией при значительном снижении ее веса, повышении скорости движения (хорошей аэродинамики) и маневренности, а также повышении КПД затрачиваемой мускульной энергии пассажира.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом является создание прочной легкой конструкции переднего узла рамы для гоночной инвалидной коляски при обеспечении улучшенной аэродинамики и маневренности коляски.
Технический результат достигается тем, что передний узел рамы для гоночной инвалидной коляски включает переднюю часть рамы, выполненную из несущей трубы с округлым профилем поперечного сечения; вилку, выполненную с возможностью подвижного соединения с рамой посредством карбонового штока, жестко закрепленного со стороны задней части вилки; рулевую колонку, включающую рулевой стакан для размещения штока вилки; руль, расположенный со стороны верхней поверхности рамы и соединенный с рулевой колонкой; кронштейн руля с крепежными элементами, расположенный между рулем и рулевым стаканом и выполненный с обеспечением жесткого соединения руля с вилкой и поворота вилки относительно оси рулевого стакана; ручку тормоза, установленную на руле и соединенную с тормозным элементом колеса; руль компенсатора, закрепленный со стороны нижней поверхности рамы и связанный с корпусом вилки посредством пружинного элемента. При этом рулевой стакан выполнен в виде сквозного отверстия на конце рамы в области сопряжения со штоком вилки, ось которого расположена под углом 52-54 градуса по отношению к оси рамы. Кронштейн руля выполнен с двумя площадками, расположенными под углом 125-127 градусов по отношению друг к другу, при этом одна из площадок содержит отверстие под шток и выполнена с возможностью размещения между сопрягаемыми поверхностями руля и рулевого стакана, а вторая предназначена для закрепления в выемке, выполненной на верхней поверхности вилки со стороны ее задней части. Часть верхней поверхности рамы, примыкающей к стакану, выполнена скошенной, с увеличивающейся глубиной по направлению к стакану. С нижней стороны рамы выполнена выемка с осевым выступом, расположенным перпендикулярно оси рамы, для размещения руля компенсатора, при этом руль компенсатора установлен с возможностью вращения относительно упомянутого осевого выступа. Передняя часть вилки выполнена вилкообразной для установки переднего колеса и снабжена отверстиями для размещения оси колеса, а задняя часть вилки снабжена площадкой для крепления на ней карбонового штока.
2
Боковая поверхность вилкообразной передней части вилки имеет округлый профиль поперечного сечения с плавным уменьшением площади поперечного сечения по направлению к оси колеса от 27 до 10 см.
Длина скоса верхней поверхности рамы может составлять от 262 до 264 мм, глубина от 32 до 34 мм.
Карбоновый шток представляет собой тело вращения с цилиндрической частью и конусообразной частью, выполненное с возможностью размещения в рулевом стакане передней рамы.
Ручки захвата руля и ручки захвата руля компенсатора, предпочтительно, расположены симметрично относительно оси рамы.
Руль компенсатора включает регулировочные винты.
Вилка выполнена с возможностью фиксации с обеих сторон рулевого стакана передней части рамы.
Передняя часть рамы и вилка, предпочтительно, выполнены из углепластика.
Предлагаемая конструкция переднего узла рамы позволяет достичь наибольшей жесткости конструкции при сочетании с хорошей обтекаемостью форм элементов, что положительно сказывается на скорости движения.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид переднего узла рамы (в сборе) с установленным передним колесом, на фиг.2 - передний узел рамы в разобранном виде, на фиг.3 - вилка в разобранном виде, на фиг. 4 представлен пример выполнения переднего узла рамы, вид сверху, на Фиг. 5 - пример выполнения переднего узла рамы в составе инвалидной коляски.
Позициями на фиг.1-3 обозначены:
1 - передняя часть рамы; 2 - вилка; 3 - руль; 4 - рулевая колонка; 5 - руль компенсатора; 6 - шток вилки; 7 - кронштейн руля; 8 - рулевой стакан; 9 - ручка тормоза; 10 - пружинный элемент; 11, 12 - площадка кронштейна руля; 13 - выемка на верхней поверхности вилки; 14 - выемка с нижней стороны рамы; 15 - осевой выступ для размещения руля компенсатора; 16 - часть верхней поверхности рамы со скосом; 17 - вилкообразные концы передней части вилки; 18 - переднее колесо; 19 - отверстие для размещения оси колеса; 20 - площадка вилки для крепления штока; 21 - тормозной элемент.
Осуществление полезной модели
Полезная модель представляет собой одну из двух частей несущей конструкции спортивной инвалидной коляски - передний узел рамы, который скрепляется разъемным соединением с задним узлом рамы инвалидной коляски в жесткую конструкцию.
Передний узел рамы включает в себя переднюю часть рамы 1 из несущей трубы с округлым профилем поперечного сечения, вилку 2, подвижно соединенную с рамой 1, руль 3, расположенный со стороны верхней поверхности рамы и соединенный с рулевой колонкой 4, руль компенсатора 5, закрепленный со стороны нижней поверхности рамы 1. Вилка 2 имеет карбоновый шток, установленный при помощи рулевой колонки 4 интегрированного типа в кронштейн 7 руля, зафиксированный с обеих сторон рулевого стакана 8 (передний концевой элемент рамы) передней части рамы 1. Это увеличивает допустимую нагрузку на рулевой узел и уменьшает удельное перемещение, что в совокупности положительно сказывается на преобразовании прикладываемой силы кручения в линейное перемещение спортивной коляски по гоночному треку. Руль 3 установлен на шток 6 вилки при помощи крепления как на самом руле, так и на вилке. На руле 3 установлена ручка 9 тормоза, соединенная с тормозным элементом колеса. Руль компенсатора 5 установлен на переднюю раму 1 и имеет свою ось вращения, при этом он управляет положением вилки 2 через пружинный элемент 10.
Рулевая колонка 4 включает рулевой стакан 8 для размещения штока 6 вилки и кронштейн 7 руля с крепежными элементами, при этом шток 6 жестко закреплен со стороны задней части вилки. Рулевой стакан 8 выполнен в виде сквозного отверстия на переднем конце рамы и расположен под углом 52-54 градусов по отношению к раме (угол между осью рулевого стакана и осью рамы). Кронштейн 7 руля имеет две площадки 11, 12, расположенные под углом 125-127 градусов по отношению друг к другу, при этом одна из площадок 11 содержит отверстие под шток 6 и выполнена с возможностью размещения между сопрягаемыми поверхностями руля 3 и рулевого стакана 8, а вторая площадка 12 предназначена для закрепления в выемке 13 верхней поверхности вилки 2 и имеет форму, соответствующую форме упомянутой выемки. Кронштейн 7 обеспечивает жесткое соединение руля 3 с вилкой 2 с обеспечением поворота вилки относительно оси рулевого стакана 8.
Рама 1 также снабжена выемкой 14 с нижней стороны рамы и осевым выступом 15, расположенным в выемке 14 перпендикулярно оси рамы. Осевой выступ 15 предназначен для размещения руля компенсатора 5, который связан с корпусом вилки через пружинный элемент 10. Руль компенсатора закреплен со стороны нижней поверхности рамы с возможностью вращения относительно осевого выступа.
Часть 16 верхней поверхности рамы, примыкающая к рулевому стакану 8, выполнена скошенной, с увеличивающейся глубиной по направлению к стакану, и предназначена для размещения руля 3 на верхней поверхности рамы. Длина скоса рамы может составлять от 262 до 264 мм, глубина может изменяться от 32 до 34 мм.
2
Вилка 2 имеет заднюю часть, выполненную с возможностью сопряжения с рамой 1, и вилкообразную переднюю часть, разветвляющуюся на две части 17 с образованием посадочного отверстия для установки переднего (рулевого) колеса 18 с возможностью вращения. При этом концы передней части вилки снабжены отверстиями 19 для размещения оси колеса. Вилка 2 также снабжена посадочными отверстиями для установки тормоза (ободного или дискового). Боковая поверхность вилкообразной части имеет округлый профиль поперечного сечения с плавным уменьшением площади поперечного сечения по направлению к оси колеса от 27 до 10 см (от плоскости поперечного сечения вилки в месте соединения вилкообразной передней части с задней частью до плоскости поперечного сечения вилки, проходящей через отверстия для размещения оси колеса). Задняя часть вилки 2 также снабжена площадкой 20 (посадочное место) для расположения карбонового штока 6, устанавливаемого в подшипники рулевой колонки 4. При этом шток может быть выполнен как единое целое с вилкой, или может быть жестко зафиксированным на площадке 20 с помощью крепежных элементов. Шток 6 представляет собой тело вращения с цилиндрической частью, переходящей в конусообразную (расширяющуюся) часть, выполненное с возможностью размещения в рулевом стакане 8 передней рамы, при этом на цилиндрической части размещен подшипник. Шток 6 может иметь длину 90-92 мм, при этом длина цилиндрической части штока может составлять 40-41 мм. Диаметр цилиндрической части штока может составлять 26,7-26,9 мм, максимальный диаметр конической части штока может составлять 35,0-35,2 мм.
Передний узел рамы также имеет элементы крепления к заднему узлу рамы коляски, на которой предусмотрены ответные элементы крепления.
Для управления направлением движения спортивной коляски спортсмен использует руль 3, который имеет свободный ход из стороны в сторону. Для приведения тормозного элемента 21 в действие используется ручка 9 тормоза. Руль компенсатора 5 используется для управления положением вилки 2 и имеет три рабочих положения: прямое, правое и левое, которые настраиваются при помощи регулировочных винтов индивидуально под траекторию трека.
2
В одном из примеров реализации полезной модели передний узел рамы выполнен длиной 885 мм, при этом длина вилки составляет 376 мм. Карбоновый шток выполнен длиной 91 мм, с диаметром цилиндрической части 26,7 мм и максимальным диаметром конической части 26,9 мм. Боковая поверхность вилкообразной передней части имеет округлый профиль поперечного сечения с плавным уменьшением площади поперечного сечения по направлению к оси колеса от 27 до 10 см. При этом толщина передних концевых элементов вилкообразной части изменяется от 27 до 10 мм, ширина данных концевых элементов от места соединения с задней части до точки расположения оси колеса изменяется от 93 до 21 мм, радиус кривизны боковой поверхности этих же элементов изменяется от 263 до 20 мм. Шток расположен на площадке вилки, при этом угол между осью штока и площадкой составляет 90 градусов, угол между осью штока и осью вилки составляет 53 градуса. Угол между осью рулевого стакана и осью рамы составляет 45 градусов. Площадки кронштейна руля расположены под углом 126 градусов по отношению друг к другу. Длина скоса рамы составляет 262-264 мм, глубина изменяется от 32 до 34 мм. Вес конструкции переднего узла рамы составляет 1,55-1,65 кг.
Реализация элементов конструкции устройства вышеописанным образом позволяет достичь максимальной жесткости переднего узла рамы при улучшении обтекаемости формы, что позволяет снизить сопротивление ветра при движении коляски и, тем самым, достичь хорошей аэродинамики. Расположение ручки захвата руля и ручки захвата руля компенсатора симметрично относительно оси рамы также способствует улучшению аэродинамики. Достигнутая жесткость узла позволяет передавать усилия пользователя с колес на трек максимально эффективно, при этом гасятся мелкие вибрации с поверхности трека.
Переднюю часть рамы и вилку со штоком, предпочтительно, выполняют из углепластика, что дополнительно обеспечивает прочность конструкции, позволяет добиться малого веса переднего узла, что снижает вес коляски в целом.
Эргономика переднего узла рамы с рулем компенсатора, форма и расположение органов управления позволяет пользователю интуитивно и быстро управлять направлением движения коляски, притормаживать и совершать ее остановку.
Предлагаемый передний узел рамы является универсальным, что дает возможность применять его на всех типоразмерах коляски и изготавливать его в короткие сроки и по низкой стоимости.