МЕХАНИЧЕСКАЯ КОЛЯСКА-СТУПЕНЬКОХОД

Предлагаемая полезная модель относится к креслам-коляскам для инвалидов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, приводимым в движение мускульной силой рук пользователя и позволяющим им самостоятельно передвигаться как по горизонтальной поверхности, так и по ступеням лестниц, бордюров и других аналогичных препятствий в обоих направлениях.
Известны устройства и кресла-коляски предназначенные для инвалидов, передвигающихся в креслах-колясках, для самостоятельного преодоления лестничных маршей (см., например, US 3196970 А от 27.07.1965, RU 2220696 С2 от 10.01.2004 или полезная модель по патенту RU 86928). Наиболее близкой к выполнению поставленной задачи является полезная модель по патенту №102505 «Многоцелевая кресло-коляска», принятая за прототип.
Рассматриваемая складывающаяся кресло-коляска содержит раму, выполненную из левой и правой полурам, на которых закреплены передние малые поворотные и задние ведущие колеса. На каждой полураме установлены две крестообразные опоры: неподвижная задняя, закрепленная на задней части рамы, и подвижная передняя на подвижной передней консоли, снабженные звездочками и связанные с ведущими колесами цепными передачами, и механизм трансформации, состоящий из рычагов управления, фиксаторов и тяг. В коляске предусмотрен универсальный переключаемый тормоз направленного действия в форме барабана, обеспечивающий затормаживание коляски в сторону, противоположную движению в положении на крестообразных опорах, а при необходимости выполняющий функцию стояночного тормоза при движении на колесах. Крестообразные опоры (кресты) выполнены из стеклонаполненного полиамида. В обычном положении данное кресло-коляска передвигается как обычная, а при переходе на крестообразные опоры обеспечивает спуск и подъем по лестницам. Данная модель реализована, выпущена установочная партия колясок более 100 штук, которая приобретается инвалидами-колясочниками, облегчая им доступ к объектам инфраструктуры городов и поселков.
Однако, как показывает опыт эксплуатации этих колясок в условиях разных городов Российской Федерации они не всегда могут быть использованы, т.к.:
1. Иногда угол наклона лестничных маршей превышает нормативные 25 градусов, а высота ступеней вместо 17-20 см иногда достигает и 25 и 28 см. В этих случаях крестообразные опоры оказываются неработоспособны, а увеличивать длину их лучей не позволяют габариты рамы коляски.
2. Пассажирские лифты часто имеют малые габариты - ширину дверей до 58 см. и глубину 115-120 см., что не позволяет инвалиду заехать на такой коляске в лифт, не снимая задних опор.
3. В ряде жилых домов, где отсутствуют лифты, размеры межэтажных площадок вместо обычных 160-180 см заужены до 120-125 см, что делает невозможным маневрирование описанной модели при подъеме и спуске со второго и более высоких этажей.
4. Узел крепления опор к ведомым звездочкам выполнен в виде металлического колпачка на резьбе, для снятия которого требуется сделать несколько оборотов, что затрудняет процесс снятия опор.
Целью заявляемого устройства является расширение сферы использования прототипного устройства за счет обеспечения возможности преодоления лестничных маршей с более высокими ступенями и большим углом наклона лестниц, повышения маневренности на узких межэтажных площадках жилых зданий и обеспечение заезда в пассажирские лифты.
Решение данной задачи достигается за счет того, что в принятой за прототип кресла-коляски, крестообразные опоры заменены на трех-лучевые. Как показали компьютерное моделирование и первичные испытания опора, состоящая из трех прямых лучей по аналогии с крестообразными, способна к соскальзыванию со ступеней. Поэтому разработана опора, состоящая из трех лучей, обращенных загнутой своей частью в сторону подъема по ступеням. Сохранение конструкции сочленения крестообразных и трех-лучевых опор с ведомыми звездочками делает эти опоры взаимозаменяемыми, а трех-лучевые опоры при этом позволяют преодолевать ступени высотой до 29 см.
При трансформировании коляски из положения на колесах в положение на крестах на ровной поверхности перед движением по ступеням она опрокидывается назад на 30 градусов. Поскольку использование предлагаемых трех-лучевых опор рассчитано на движение по лестницам с большим углом наклона, для компенсации
этой разницы задние опоры установлены на выдвижных кронштейнах, прикрепленных к раме, и расположены выше чем в прототипе с переменным расстоянием от центра коляски. Передние опоры могут также менять свое расстояние от центра коляски за счет телескопического (раздвижного) устройства передних консолей, выполненного известным способом. При этом достигается угол опрокидывания коляски до 40 градусов, а сокращение расстояния между передними и задними опорами одновременно повышает маневренность коляски на зауженных межэтажных площадках. В целях сокращения габаритных размеров коляски при въезде ее в пассажирские лифты и перемещения по закрытым помещениям задние, также как и передние трех-лучевые опоры выполнены так, что они снимаются нажатием пальца на одну центральную кнопку. Как показало компьютерное моделирование процесса движения предлагаемого устройства по высоким ступеням, нижняя часть цепи может задевать край ступени вблизи передней опоры. Для предотвращения этого на большой консоли в передней ее части вблизи от ведомой звездочки установлен дополнительный ролик для изменения траектории движения цепи.
Далее предложенная полезная модель раскрывается в наиболее приемлемом по исполнению варианте, со ссылкой на графические материалы, на которых:
Фиг.1 - на принципиальной схеме показан вид устройства при движении по ровной поверхности на «колесах»;
Фиг.2 - на принципиальной схеме показан вид устройства при движении по лестнице на трех-лучевых опорах;
Фиг.3 - на фотографии показана трех-лучевая опора со стороны узла крепления с большой (ведомой) звездочкой;
Фиг.4 - на фотографии показана трех-лучевая опора с внешней стороны;
Фиг.5 - на чертеже показан узел крепления трех-лучевой опоры и крестообразной опоры к большой (ведомой) звездочке;
Фиг.6 - на чертеже показана ведомая звездочка с круглыми окнами для крепления к опорам обоих типов;
Фиг.7 - на фотографии показана крестообразная опора со стороны узла крепления с большой (ведомой) звездочкой;
Фиг.8 - на чертеже показано объемное изображение задней трех-лучевой опоры на раме коляски при убранных выдвижных кронштейнах;
Фиг.9 - на фотографии показана коляска со снятыми опорами;
Фиг.10 - на эскизном изображении сборочного чертежа левой полурамы показаны реальные размеры высоты шага трех-лучевых опор.
Складывающаяся кресло-коляска содержит раму (1), выполненную из левой и правой полурам, сиденья (2) и спинки (3), передних малых поворотных (4) и задних ведущих колес велосипедного типа (5). Полурамы изготавливаются из легких металлических сплавов высокой прочности и являются зеркальным отражением одна другой. Далее дается описание конструкции одной полурамы. На каждой полураме установлены две трех-лучевые опоры, выполненные на специальных пресс-формах из высокопрочной пластмассы типа стеклонаполненного полиамида или полифениленсульфида, в том числе неподвижная задняя (6.1.), расположенная на задней части полурамы (см. Фиг.8) или на выдвижных кронштейнах (8.3) и (8.4), прикрепленных к раме и расположенных выше, чем в прототипе (см. Фиг.1 и 2) с переменным расстоянием от центральной оси коляски, и подвижная передняя (6.2.), расположенная на опускающейся большой консоли (7). Новые трех-лучевые опоры, соединены с большими ведомыми стальными звездочками (8.1) и (8.2) и связаны с малой ведущей стальной звездочкой (9), установленной на одной оси с ведущим колесом (5) при помощи цепной передачи (10). При этом соотношение диаметров ведущей и ведомых звездочек обеспечивает передаточное число равное 5 единицам. Большая опускающаяся консоль (7) шарнирно закреплена на полураме и соединена с осью (11) рычага управления механизмом трансформации (12), который выполнен в виде У-образной конструкции с закрепленными на нем тремя неподвижными осями. Вторая ось (13) предназначена для соединения с малой консолью (14), а третья (15) на отдельном кронштейне - для размещения ролика цепной передачи (16), в полураму введены газовая пружина (17) и малая консоль (14). Малая консоль (14) выполнена в виде короткой прямолинейной балки, одним концом шарнирно соединенной с полурамой. На втором, свободно качающимся конце консоли, установлена ось ведущего колеса (5), и этот конец соединен со штоком газовой пружины (17), служащей для обеспечения плавного возврата системы трансформации в крайние исходные положения. Корпус газовой пружины (17) шарнирно закреплен на нижней части полурамы.. В передней части полурамы с возможностью вращения вокруг вертикальной оси закреплено переднее малое поворотное колесо (4).
Для предотвращения соскакивания цепи при трансформации на каждой полураме установлены устройства натяжения цепи, состоящие из рычагов (18) с 2-мя направляющими пластмассовыми роликами (19), выполненными на пресс-форме. Рычаги одним концом шарнирно закреплены на верхней и нижней балках полурамы и соединены между собой пружиной (20).
Механизм трансформации состоит из трех основных элементов: рычагов управления трансформацией (12), выполненных в виде У-образной конструкции с тремя осями, воздействующими на поворотные большие (7) и малые (14) консоли, на первых из которых установлены передние кресты, а на вторых большие ведущие колеса, причем большие консоли могут опускаться и опускать передние кресты, а малая консоль при этом поднимается и поднимает ведущие колеса, одновременно обеспечивая зацепление цепей с ведущими звездочками, что при одновременном отклонении кресла назад переводит его в состояние движения на крестах и фиксирует в этом положении с помощью рычага и специальных защелок (21). Вблизи от места крепления большой консоли (50 мм) к ней жестко прикреплен вертикальный элемент, связывающий ее с помощью оси вращения (11) с рычагом управления трансформации, а в нижней части этого элемента для регулировки натяжения цепи введен эксцентриковый натяжитель (23). Поскольку при движении по высоким ступеням цепь (10) может ложиться на края ступеней, для предотвращения этого введен дополнительный ролик (24), установленный в передней части большой консоли вблизи ведомой звездочки (8.1).
Корпус универсального тормоза, выполнен из высокопрочной пластмассы в форме барабана (22.1) с высокой острой треугольной насечкой, расположенной вдоль оси барабана. Тормоз также имеет рычаг управления, используемый на стоянках, и три положения барабана: нейтральный, для движения вперед и для движения назад. Предлагаемое транспортное средство работает следующим образом.
Движение по ровной поверхности. Рычаги (12) управления трансформацией находятся в заднем исходном положении на уровне спинки коляски, что не мешает инвалиду, откинув подлокотник, пересесть в другое устройство, на кровать и т.д. При этом консоли передних опор и сами опоры подняты над поверхностью и не мешают движению, а малая консоль 14 опущена вертикально, верхние части цепей разъединены с ведущей звездочкой, обходят ее по роликам и коляска движется как любая стандартная. По желанию пользователя при перемещении на достаточно большие расстояния, либо при езде в помещениях в ограниченном пространстве и передние и задние опоры могут быть быстро сняты и помещены в карман, расположенный на спинке коляски. При этом коляска практически полностью превращается в коляску традиционной конструкции (см. Фиг.9)
Трансформация коляски для перевода ее в режим движения по лестнице. Пользователь коляски, берется за рукоятки рычагов 12 и плавно подает их вперед, что приводит к опусканию передних опор на пол. Далее пользователь отдает рычаги вперед до упора, что приводит к опрокидыванию кресла назад на 40 градусов. При этом коляска встает на опоры, и ее большие колеса приподнимаются над полом. Малая консоль 14 занимает горизонтальное положение, ролики, закрепленные на нижней малой оси рычага 12, опускаются, прижимая верхнюю часть цепей на ведущие звездочки, обеспечивая их взаимное зацепление. Положение рамы жестко закрепляется фиксаторами. В этом положении коляска при вращении ведущих колес пользователем двигается на трехлучевых опорах при условии, что тормозные барабаны установлены в нужное положение (для движения вперед или назад) и предотвращают обратное скатывание колес и возвратное движение опор.
Движение по лестнице вниз. Пользователь простым поворотом тормозных барабанов переводит их в положение для движения вперед и начинает плавно вращать оба ведущих колеса, приводя, таким образом, в движение передние и задние опоры, под действием чего коляска перемещается по ступеням вниз. При полном выходе на ступени лестницы всеми четырьмя опорами коляска приходит в положение близкое к обычному, лишь слегка откинутому назад.
Движение по лестнице вверх. Движение осуществляется задним ходом, для чего пользователь поворачивает тормозные барабаны в положение для движения назад и начинает плавно вращать ведущие колеса назад, в результате чего коляска поднимается по ступеням вверх.
Обратная трансформация. После окончания движения по ступеням необходимо полностью вывести коляску на ровную поверхность и перевести ее в режим движения на колесах. Для этого тормозные барабаны поворачивают в нейтральное положение, освобождают фиксаторы простым нажатием больших пальцев на рычажки защелок 21, расположенные на уровне верхней части рамы коляски, подтягивают к себе рычаги 12, одновременно наклоняя корпус вперед, что приводит к легкому переходу коляски на колеса и подъему передних опор в нерабочее положение, рычаги при этом фиксируются в заднем положении на уровне спинки, малая консоль опускается в вертикальное положение, а ролик рычага управления поднимает цепь над ведущей звездочкой, отключая таким образом механизм вращения опор.
Осуществление полезной модели. Изготовлена установочная партия в несколько десятков экземпляров новых заменяемых и дополнительных элементов, несколько из которых, выбранные по случайному признаку, успешно прошли все основные, предусмотренные существующими стандартами испытания, а также испытания новых элементов в соответствии с вновь разработанными «Техническими условиями». Испытания на прочность основных новых элементов - трех-лучевых опор показали, что каждый луч опоры выдерживает статическую нагрузку не менее 140 кг, что при условии распределения суммарного веса пользователя и самого устройства (110+25=135кг) на три опоры (вместо четырех при правильном распределении нагрузки) обеспечивает трехкратный запас прочности, что в полтора раза больше прототипа, что достигается за счет увеличения эффективной толщины лучей с учетом сокращения их количества с 4-х до 3-х. Это в свою очередь позволяет перейти, при условии изготовления рамы усиленного типа, к обслуживанию инвалидов с весом до 130 кг. Барабанные тормоза при движении устройства вверх по лестнице с углом наклона 40 градусов гарантировано удерживают его вместе с пользователем, как на сухих так и на мокрых колесах. Примененные универсальные узлы крепления крестообразных и трех-лучевых опор, а также устройства мгновенного снятия опор делают настоящую коляску более универсальной в использовании для разных условий ее эксплуатации. Фиксация устройства при переходе на опоры срабатывает без сбоев. Трех-лучевые опоры позволяют коляске шагать по ступеням до 29 см., что значительно больше любого импортного аналога (см. Фиг.10). Например, электрическая коляска германской фирмы «Обсервер», превышающая по цене предлагаемую в 6-7 раз в состоянии преодолевать ступени высотой не более 23,5 см., в то время как в российских условиях встречаются ступени высотой 25-27 см. Данная модель, как и ее прототип, практически полностью подготовлена к серийному выпуску.