Колодец с педальной лебедкой велосипедного типа
WELL WITH BICYCLE-TYPE PEDAL HOIST

Устройство представляет собой колодец для добывания питьевой воды в количествах 100-1000 литров за один прием с помощью емкости для воды, которая периодически поднимается лебедкой велосипедного типа.
Аналогом предлагаемого изобретения является известный древний колодец с ведром и воротом ручного привода, например колодцы по патентам: SU 1822455 и 7857.
В XIX веке ведра были деревянными и соответственно тяжелыми. Во времена ВВОВ колодцы были без воротов и каждый ходил по воду со своим ведром.
Аналог действует периодически в четыре такта:
1) опускание ведра на веревке в колодец,
2) зачерпывание воды, ведром и его наполнение,
3) подъем ведра с водой веревкой с помощью ворота ручного привода,
4) выливание воды из ведра в рядом стоящую накопительную емкость.
1
2
Наиболее трудоемким тактом является третий такт - подъем ведра с водой с помощью ворота ручного привода. На фиг 1 представлена схема действующих сил. Из теоретической механики следует равенство моментов действующих сил Pr=ƒr,
где: Р - вес ведра с водой,
1
r - радиус барабана с ручным приводом,
ƒ - усилие оператора рукой,
2
r - радиус рычага, ворота.
1
2
Если P=15 кг, r=5 см, r=35 см, то .
При хорошо настроенном вороте и глубине грунтовых вод 4 метра оператор со спортивной выправкой достает каждое ведро за 1 мин. На фиг. 2 представлен третий такт, выливание воды из ведра, в накопительную емкость. Он так же трудоемок, потому что оператору необходимо держать в руках ведро с водой весом 15 кг.
Недостаток аналога состоит в использовании ручного привода, малой эффективности. При подъеме воды на каждый метр оператор выполняет  оборота ворота. Глубина залегания, грунтовых вод в степных колодцах превышает 10 м. Даже при подъеме воды с глубины 5 м оператору после наполнения бочки 200 литров летом хочется отдохнуть, чтобы не надорвать руку на вороте.
Известны центробежные насосы с приводом от электросети 220 вольт. Они эффективны, их КПД порядка 0,9, БСЭ т. 17, с. 306. Однако ресурс их эксплуатации не высок. Их коллектор изнашивается раньше, чем шариковые подшипники. Современные товаропроизводители дают гарантии на 1 год, а фактически и он же выдерживается. Это называют нерентабельностью. Вибрационные насосы малоэффективны и тоже ненадежны.
Прототипа автор не нашел в фондах местной патентной библиотеки. Не сработал и хваленый Интернет. Лебедки традиционно делают ручными или с электроприводом, ручные на сотни килограмм, а с электроприводом на многие тонны для кранов.
В качестве примера предлагаемое изобретение представлено на чертежах: фиг. 3 - вид с боку, фиг. 4 - вид сверху.
Устройство состоит из ствола колодца 1, ворота с ручным приводов 2, емкости для воды 3 подвешенной на канате 4. К стволу колодца 1 несущая рама велосипедного типа 5 крепится известным способом, 6 - барабан на валу педального привода, 7 - седло для оператора 8.
Действует устройство следующим порядком.
Емкость для воды 3 на канате 4 опускается в ствол колодца 1 и наполняется водой. Это такт первый и второй.
Третий такт – подъем емкости с водой 3 осуществляется канатом 4, который верхним концом через барабан ворота 2 проходит на барабан 6 на валу педального привода, который приводится во вращение периодическими нажатиями ног оператора 8 на педали 9 и 10.
Расчет усилий оператора 8 ногами на педали 9 и 10 определится равенством Pr=FR,
где: Р - вес емкости для воды 3 с водой,
r - радиус барабана педального привода,
F - усилие ноги оператора 8,
R - длина шатуна педального привода.
Если обозначенные величины примут значения: Р=50 кг, r=30 мм, R=170 мм, то усилие ног оператора будет .
Согласно спортивным исследованиям, БСЭ т. 4, с. 458 и Технической энциклопедии 1937 т. 3, с. 430 велосипедисты при езде по равнинной дороге развивают механическую мощность 0,1 лошадиной силы, а в экстремальных случаях 0,5 л.с. 1 л.с. - 75 кгм/сек = 736 Вт.
Значит, работа 10, 6/кг/сек составит мощность 0,14 л.с. = 103 Вт, соответствует режиму спокойной велосипедной прогулки.
КПД педального привода 0,8-0,9 при хорошей настройке.
Приведенные расчеты показывают, что предлагаемое изобретение четырехкратно превышает производительность аналога:
или .
Достоинством предлагаемого изобретения является перенос рабочего процесса с одной руки на вороте на две ноги на педальном приводе. Ноги многократно сильнее и они действует периодически сменяя друг друга, а рука работает на вороте одна и непрерывно!
Предлагаемое изобретение состоит из стальных элементов, которые эксплуатируются в открытой сухой атмосфере, а не в сыром колодце для случая электродвигателей. Соответственно выше надежность.
Предлагаемое изобретение работает автономно.
Вес самой емкости для воды 3 можно компенсировать противовесом 11, который представляет собой стальной груз на своем тросе, который накручивается на барабан ручного привода 2 с противоположной стороны. Он опускается при подъеме емкости для воды 3 и поднимается при ее опускании и тем самым компенсируется собственный вес емкости для воды 2. В колодце-аналоге нет компенсации веса ведра.
Процесс наполнения емкости для воды 3 в колодце, такт 3 упростится и даже сведется к автоматизму посредством применения дебаланса 12 на дужке емкости для воды 3, фиг. 3, фиг. 5.
Действует дебаланс 12 сразу при опускании емкости для воды 3 на водную поверхность в колодце. Он своим весом наклоняет емкость для воды 3 и она, зачерпнув воду, идет ко дну колодца.
Конструктивно дебаланс 12-стальной цилиндр диаметром 16 мм при длине 120 мм и подвешивается к дужке емкости для воды 3 по центру двумя проволочными петлями. Автор-заявитель пользуется им давно.
На фиг. 5 представлен такт 4 - процесс выливания воды из поднятой наверх емкости для воды 3 в накопительную емкость 13. Процесс облегчается посредством использования колодезной крышки 14, которая надвигается на верхние торцы колодца 1 и накопительной емкости 13, когда емкость для воды 3 поднята под барабан ворота 2. В таком положении емкость для воды 3 наклоняется в сторону накопительной емкости 13 и вода быстро течет в нее. При этом оператору не нужно держать в руках 60 кг.
При малом потреблении воды, например зимой, устройство быстро переводится в режим аналога. Для этого достаточно заменить большую емкость для воды 3 на стандартное ведро емкостью 12,5 л и осуществлять подъем воды ручным воротом 2.
Результаты экспериментальных исследований будут представлены дополнительно.
Фиг 1. Схема действующих сил в колодце с ведром. Такт 3.
Фиг 2. Выливание воды из ведра в накопительную емкость. Такт 4.
Фиг 3. Схема предлагаемого изобретения в действии. Такт 3.
Фиг 4. Вид устройства сверху.
Фиг 5. Выливание поднятой воды в накопительную емкость. Такт 4.
1 - Ствол колодца.
2 - Барабан ворота с ручным приводом.
3 - Емкость для подъема воды.
4 - Канат для подъема воды из колодца.
5 - Рама педальной лебедки велосипедного типа.
6 - Барабан вала педального привода.
7 - Седло оператора.
8 - Оператор.
9 - Педаль левая.
10 - Педаль правая.
11 - Трос противовеса.
12 - Дебаланс.
13 - Накопительная емкость.
14 - Крышка колодца.
15 - Вода.