КРЕСЛО-КАЧАЛКА "РАВНОВЕСИЕ"

Объектом полезной модели кресло-качалка «Равновесие» является устройство. Оно относится к мебели, в частности к креслам-качалкам, используемым в основном для отдыха в быту Область применения по МПК - Раздел А: «УДОВЛЕТВОРЕНИЕ ЖИЗНЕННЫХ ПОТРЕБНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА» А47С 3/02. Рассмотрены также идеи по классам и А47С 3/029, А47С 3/38.
К настоящему времени известны и опробованы в действии масса вариантов конструкций кресел-качалок, включающих прочное неразборное основание с дугообразными опорными элементами, а также сиденье со спинкой и подлокотники.
Например, Интернет в заголовке «кресло-качалка своими руками» в подзаголовке «Как оно качается» знакомит с некоторой теорией его качания. Указано, что для достижения большего комфорта и соответственно легкости качания, сравнимыми в ощущениях с «блаженством», дугообразные опорные элементы выполняют дугой переменного радиуса. Следовательно кривизна дугообразного опорного элемента является существенным фактором появления комфортности и легкости (или затруднений) только в динамике движения, при качании. Она отличается от комфортности позы фигуры человека в статике, когда вместо позы «сидение» (на стуле, кресле), он выбирает вторую, более комфортную позу (на кровати) - «лежание», не предполагающее затраты энергии. Для кресел-качалок хорошо подходит меткое выражение «совместить приятное с полезным», лежание (отдых) с качанием (работа), которые смотрятся как антагонисты. При конструировании кресел-качалок с этим необходимо считаться.
Многофункциональное кресло-качалка предусматривает изменение положения пользователя (кресло - ПМ RU 10061 U1 от 07.08.1998, А47С 3/029), решает проблему трансформации кресла, возможности быстрого перевода положения спинки в горизонтальное (близкое к нему). Его отличие связано с встроенным в сидении механизмом перемещения положения спинки и самого сидения с помощью винтового механизма в нужную сторону (и для «подстройки» режима качания) без ухудшения его прочности и переделки основания. Но совсем не показана связь с необходимостью увеличения затрат энергии в этом случае Проблема комфортности в кинематике движений кресла-качалки была всегда и по разному решалась при совмещении с комфортностью с позой человека в статике для разных прототипов, широко известных в быту.
В качестве прототипа остановимся на варианте многофункционального кресла-качалки по патенту №2207038 МПК А47С 3/02.
Складное кресло-качалка включает в себя дугообразные опорные элементы и ножки, на которых установлены шарнирно связанные между собой спинка и сиденье, Устройство позволяет осуществить возможность качания в двух его режимах: в позе «сидение» для обычного кресла и во второй позе «лежание», близкой к горизонтальной. Для этого предусмотрена возможность его быстрого конструктивного изменения с перемещением спинки в положение, обеспечивающее отдых пользователя в позе,
Недостаткам этого аналога является: увеличение затрат энергии при качании во второй - «горизонтальной» (или близкой к ней) позе, когда центр тяжести понижен; соответственно укорочена по длине амплитуда раскачивания; необходимость конструктивного изменения для смены режима качания. Связь этих режимов с кривизной дугообразных опорных элементов как и затраты энергии в процессе качания не показаны. В то же время различия в затратах энергии (легкость) является следствием разницы главного, существенного признака всех кресел-качалок - формой кривизны дугообразного опорного элемента.
Конструкция дугообразного опорного элемента, как и кресел-качалок в целом, совершенствуется и достигла достаточно большого разнообразия и высокого уровня техники в своей области. Но указаний связи этих изменений с уменьшением затрат энергии пользователем не достаточно. Применение геометрической кривой «гипербола» при изготовлении дугообразного опорного элемента отсутствует.
Задачей полезной модели является увеличение легкости и амплитуды качания в обоих режимах. Предусматривается так же упрощение механизма конструктивного изменения для перехода качания из режима сидения в режим, близкий к горизонтальному.
Поставленная задача с достижением технического результата решена в полезной модели - «кресло-качалка «Равновесие» за счет того, что дугообразные опорные элементы переменного радиуса по их наружному диаметру выполнены по геометрической кривой «гипербола». Это сделано впервые, поскольку геометрическая кривая «гипербола» в прототипах не употреблялась и не упоминается, и технический результат с ее применением не был известен ранее. Практическая «находка» - применение переменного радиуса кривизны дугообразного опорного элемента от его центра к периферии является наиболее близким техническим решением в прототипах к предлагаемому. Но явного перехода от выполнения кривизны дугообразного опорного элемента радиусом переменной длины к выполнению кривизны по закону геометрической кривой гипербола нет.
Общий вид кресла-качалки «Равновесие» схематично изображен на фиг. 1, (вид на кресло слева). На фиг. 2 представлена геометрическая схема сопоставления главных узлов и точек двух кресел-качалок, поясняющая наличие причины облегчения качания при увеличенной его амплитуде при применении гиперболы.
Кресло-качалка «Равновесие» по фиг. 1 содержит опору для сидения 1, жестко связанное с ней через стойки 2 основание в виде двух дугообразных опорных элементов 3, выполненных по геометрической кривой «гипербола» с вершиной, расположенной по центру длины дугообразных опорных элементов 3, соединенных между собой горизонтальными балками 4. Каждая стойка 2 жестко соединена с «Г» образными подлокотником 5, имеющим один или более вертикальные выступы 6. Автономное кресло-сидение 7 с поворотной спинкой и подушками взято готовым из аксессуаров автомобильной промышленности без какого-то изменения и жестко закреплено на опоре для сидения 1. Впереди, сбоку от опоры для сидения 1 кресло имеет фиксатор 8 для фиксации (не показанного) ремня..
На фиг. 2 подробно рассмотрена геометрия важнейших точек с привлечением схемы, где показаны усеченные наполовину и придвинутые к вертикальной линии для сравнения: слева для кресла с опорным элементом постоянной кривизны по окружности постоянного радиуса с центром в т. О; справа - по кривой гипербола переменного радиуса с центрами ЦО. При этом вершина гиперболы расположена в средине дугообразного опорного элемента 3 (фиг. 1), а на ее действительной оси, совпадающей в исходном положении с вертикалью, названной Центральной Линией Равновесия - ЦЛР, расположен Центр Тяжести - ЦТ и точка Касания с полом - «К» опорного дугообразного элемента. Окружность и гипербола совмещены в двух точках - А и Б треугольника АБО (АБЦО), а центры всех окружностей расположены на ЦЛР. Радиус окружности АО равен хорде АБ и радиусу гиперболы БЦО в точке Б. Верхняя линия хорды АБ дугообразных опорных элементов гиперболы и окружности в обоих случаях, как и их длины, совпадают друг с другом. Касательные к кривым в точках А и Б имеют одинаковый наклон к горизонтали - 30° (для рассматриваемого примера). Указанные размеры близки к реальным.
г
o
Габаритный размер h для дугообразного опорного элемента с кривизной гипербола в ее вершине больше, чем с постоянной кривизной окружности h (это сразу видно и в натуре при изготовлении). Поэтому центр тяжести ЦТ справа выше по отношению к опоре в точке касания пола «К», чем слева. При повернутом положении в точку Б разница в высоте ЦТ к точке «К» исчезает. ЦТ «скатился вниз» при повороте гиперболы на 30° вправо, в то время как для окружности он не снизился при таком же повороте, а наоборот, двигаясь по кривой циклоида в пределах рассматриваемого угла, он «уходит» вверх и требует затраты энергии на это перемещение. Для кривой гипербола центр тяжести ЦТ выше центра вращения ЦО радиуса гиперболы в ее вершине. Но циклоида точки ЦТ находится в этот момент выше ЦО и имеет нисходящее направление. Она определяется по сложной кривой точки, «производящей» циклоиду и размещенной в плоскости круга, «катящегося без скольжения», у которого при повороте радиус не постоянный, а растет. Часть потенциальной энергии при снижении ЦТ в повороте перешла в кинетическую и обеспечила поворот кресла с дугообразными опорными элементами по геометрической кривой гипербола практически без дополнительных затрат энергии пользователя, легко, без усилий. Таким образом, вращение облегчается и становится реализованным существенный признак - кривизна дугообразного опорного элемента. Выполнена поставленная задача - повышение легкости качания в кресле-качалке «Равновесие» при применении технического решения в полезной модели кресло-качалка Равновесие: выполнение кривизны дугообразного опорного элемента по геометрической кривой гипербола. Технический результат достигнут.
Совокупность существенных признаков в составе: относительного положения ЦО и ЦТ по высоте, а так же линия кривизны опорного элемента, определяющая это соотношение, являются существенными и достаточными для решения технической проблемы и достижения технического результата поставленной задачи: обеспечения легкости движений при качании. Это достижение связано с техническим решением: выполнением дугообразного опорного элемента по кривой гипербола. Для пользователя оно становится приятным сюрпризом, не всегда обнаруживаемым теоретически нашим сознанием, поскольку понятие «легкость» связана с процессом затраты энергии и его трудно с очевидностью описать в статике. В прототипах экспериментально достигнуто понимание того, что применение переменного радиуса облегчает процесс качания. Однако переменный радиус кривизны дугообразного опорного элемента в прототипах носит дискретный характер, тогда как кривизна дугообразного опорного элемента, выполненного по кривой гипербола получена при непрерывном изменении радиуса в сторону его непрерывного увеличения по ветвям от вершины гиперболы. Поэтому ранее связь практики с абстракцией науки и выявленных ею свойств замечательных геометрических линий была отмечена приближенно и недостаточно.
Таким образом, применение дугообразных опорных элементов с переменным радиусом по геометрической кривой «гипербола» решает техническую проблему обеспечения легкости качания.
Этот вывод будет недостаточным, если не показана его правомерность по решению с обеспечением достижения технического результата второй задачи - (безопасного) увеличения амплитуды качания. На фиг. 2 показан натуральный опорный элемент АБКА, выполненный в материале.
Треугольник же АБО для окружности и АБЦО для гиперболы и ЦЛР гипотетические, но они существуют не только в нашем воображении. В этом мы убеждаемся, когда по проекции дугообразных опорных элементов на плоскости находим радиусы и их совпадающий центр вращения в точке О по касательным в точках А и Б, а также другие переменные радиусы и их центры вращения ЦО по кривой гипербола.
Для окружности радиус постоянен. Работа кресла-качалки определяется превышением центра окружности в точке О над центром тяжести ЦТ. Чем ЦТ ниже т. О, тем амплитуда качания ЦТ в движении меньше, а сила возврата и активная энергия человека для ее преодоления больше при одинаковом угле поворота кресла X, например, равным 30°. Эту зону с положением ЦТ внутри равностороннего треугольника АБО можно характеризовать «зоной безопасности». В случае приближения или совпадения точек ЦТ и т. О наступает «блаженство» при качании: колебание ЦТ по высоте отсутствует и качание плавнее и приятней, поскольку энергия практически не расходуется, но силы и момента возврата нет. Зато за пределами АБО возникает обратная - сила опрокидывания. Если же ЦТ расположен выше т. О, то опрокидывание становится неизбежным для кресла-качалки с опорными элементами постоянной кривизны по линии «окружность». Поэтому пользователь должен раскачиваться в пределах угла меньше 2λ.
Для кресла-качалки Равновесие с дугообразными опорными элементами, выполненными по кривой «гипербола», радиус в ее вершине мал и центр тяжести ЦТ оказывается гораздо выше центра вращения гиперболы ЦО в ее вершине. При повороте кресла-качалки Равновесие с дугообразными опорными элементами, выполненными по кривой гипербола, точка касания с полом «К» перемещается от центра дугообразного опорного элемента к его периферии. Поскольку радиус все время увеличивается, его центр вращения ЦО удаляется по ЦЛР вверх и оказывается выше ЦТ еще на подходе к т. О внутри треугольника АБО. Это будет означать «выход» из означенной выше внутренней «зоны безопасности», которая для гиперболы оказывается «зоной блаженства», поскольку ЦТ до ее границы находится выше ЦО или совпадает с ней в т. О, где появляется зона возвратных сил, когда для увеличения угла раскачивания λ, необходимо применение дополнительного усилие человека. Угол раскачивания и амплитуда по дуге качания при этом может быть безопасно увеличен, поскольку при положении ЦО выше ЦТ (и за пределами треугольника АБЦО, (совпадающим в нашем конкретном примере с АБО) появляются силы возврата кресла-качалки «Равновесие» к исходному положению равновесия по ЦЛР. Кресло за пределами АБО, где действуют силы возврата, постоянно «стремится зайти» внутрь треугольника, принять положение, где действуют силы опрокидывания, точка равенства этих сил, точка «блаженства» для кресла-качалки Равновесие. Пользователь должен только без существенных усилий постоянно находить эту точку равновесия, точку «блаженства», которая существует вблизи БЦО как равновесная точка между силами опрокидывания, действующими изнутри треугольника АБЦО и силами возврата к исходному положению с его внешней стороны (поэтому и возникло название кресло-качалка Равновесие). Это придает уверенность пользователю раскачиваться сильнее, не опасаясь опрокидывания, так как силы возврата страхуют его от опрокидывания.
Таким образом, применение дугообразных опорных элементов по геометрической кривой «гипербола» является техническим решением полезной модели кресло-качалка Равновесие, обеспечивающим решение второй задачи и достижение технического результата - увеличение амплитуды качания.
Конструктивное изменение для перехода качания из режима сидения во второй режим, близкий к горизонтальному, необходимы. Однако оно связано с изменением положения ЦТ на ЦЛР по высоте и при отклонении в сторону
от нее. Положение ЦТ по отношению к ЦО и ЦЛР, как и самой величины тяжести становится существенными признаками, влияющие, как показано выше, на совокупный результат.
Конструктивно для кресла-качалки Равновесие решение проблемы процесса изменения позы пользователя из режима качания «сидение» во второй режим, близкий к горизонтальному упрощено. Эта упрощение осуществлено применением, съемного, хорошо отработанного и испытанного на подвижных же опорах автомобилей автономного кресла-сидения 7 с регулируемой спинкой и подвижным сидением. Основным условием его установки является поперечный размер между боковыми стойками 2 и размеры опоры для сидения 1 самого кресла-качалки Равновесие (фиг. 1), которые должны быть достаточными для размещения автономного кресла-сидения 7 выбранного типа и размеров, с подушками и механизмами его кинематики. Крепление автономного кресла-сидения 7 к опоре для сидения 1 выполняется жестко через болтовое соединение. Это не изменяет его собственные характеристики как автономного устройства, обеспечивающие движение кресла «вперед-назад» и наклон спинки до положения, близкого к горизонтальному. Установленное автономное кресло-сидение 7 на базовую опору для сидения 1 кресла-качалки позволяет повысить качество итогового конечного изделия - кресло-качалка Равновесие - в сравнении с прототипами, без проблем расширить его функциональные свойства. В действии режим качания быстро регулируется пользователем в процессе качания, как и необходимость перехода из одного режима в другой, не вставая с кресла.
Для обоих режимов качания полезны дополнительные вертикальные выступы 6 на подлокотниках 5 (фиг. 1) для процесса останова вращения кресла в положении равновесия незначительным горизонтальным смещением ЦТ при подтягивании или отталкивании от вертикальных выступов. Полезно также применение ремня с фиксатором 8, подобно автомобильному для
уменьшения «сползания» в левом, крайнем положении особенно «горизонтального» режима, когда использован «равновесный» останов в положении почти прямого туловища с наклоном около 45° к горизонтали, а ноги не упираются в пол.
Практически смещение центра тяжести осуществляет пользователь подъемом вытянутых вперед рук от подлокотников вверх и за голову. Кресло-качалка «Равновесие» поворачивается на величину угла до 30-35° от ЦЛР, соответствующую величине смещения центра тяжести (в данном случае вес рук, в том числе с отяжелениями при необходимости) и останавливается в новом положении линии равновесия под углом к исходной центральной линии равновесия. Положение кресла-качалки «Равновесие» оказывается устойчивым. Обратное возвращение рук на подлокотники 5 возвращает кресло в исходное положение. Задержка рук по пути их движения задерживает кресло в соответствующей положению центра тяжести промежуточной точке равновесия на любое нужное пользователю время. При необходимости оставаться в положении, близком к горизонтальному (или иному) длительное время, пользователь корректирует свое равновесие некоторым «сдвигом» всего своего корпуса на сидении 7 упором (или подтягиванием) об вертикальные выступы 6 опущенными на подлокотники 5 руками, или горизонтальным перемещением автономного кресла-сидения 7 имеющимися у него специальными средствами управления.
Кресло-качалка «Равновесие» может быть изготовлена с применением дугообразного опорного элемента по кривой гипербола, следующим образом.
1. Взять уравнение гиперболы канонического вида, или приведенное к асимптотическому виду у=а/х, как наиболее простое. 2. При а=1 построить таблицу зависимости у в функции от х или наоборот. 3. Вычертить на картоне гиперболу, приняв оси координат за ее асимптоты и выбрав соответствующий масштаб, позволяющий разместить хорду АБ дугообразного опорного элемента
гиперболы АБКА (фиг. 2) длиной один метр (для нашего случая) с касательными в точках АБ хорды, наклоненными к горизонтали под углом 30°. Площадка, ограниченная хордой АБ и дугой с вершиной «К» на гиперболе по линии БКА являются геометрически выраженной на бумаге формой дугообразного опорного элемента по кривой гипербола, годной для осуществления в материале в натуральную величину при создании кресла-качалки Равновесие.
Помимо кривизны, как существенного свойства геометрической кривой гипербола, важное значение имеет и величина эксцентриситета кривой гипербола. Одновременно увеличение (уменьшение) угла между асимптотами можно достичь и изменением соотношения полуосей гиперболы b/а, что может оказаться также полезным при конструировании кресла-качалки Равновесие с учетом роста пользователя или особого ее назначения, например в медицине, а также в бытовых условиях в борьбе с гиподинамией.
Таким образом, предлагаемая нами полезная модель кресло-качалка Равновесие, связанная с применением дугообразных опорных элементов по кривой гипербола, содержит новое техническое решение, явным образом не вытекающее из прототипов. При этом, достигнут технический результат по уменьшению затрат энергии при качании с одновременным увеличением амплитуды качания. Кроме того, расширен арсенал средств и упрощен процесс перехода пользователя из положения «сидя» в положение, близкое к горизонтальному. Кресло-качалка Равновесие предназначено для использования в быту, а также медицине.
Источники информации: 1. Описание изобретения по патенту №2207038, МПК А47С 3/02. 2. Описание полезной модели по патенту ПМ RU 10061 U1. ПМК А47С 3/029. 16.06.1999 г.