Коляска с функцией подъёма по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе
STROLLER WITH FUNCTION OF CLIMBING STAIRS FOR PEOPLE WITH DISABILITIES IN WALKING

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при проектировании и производстве малогабаритных механических транспортных средств, предназначенных для передвижения людей с ограниченными возможностями в ходьбе как по горизонтальным, так и, в особенности, наклонным и ступенчатым поверхностям, включая лестницы.
При рассмотрении технической литературы выявлен ряд конструктивных решений, относящихся к указанной проблематике.
Известно шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями, каждое из колес которого выполнено в виде закрепленных на ступице опор, оснащенных башмаками и выполненных с возможностью изменения своей длины для возможности перемещения по лестничным маршам различного размера; каждый из колесно-шаговых движителей состоит из трех опор, закрепленных на общем валу симметрично относительно оси вращения вала и наклонно друг к другу, образуя боковые ребра воображаемой пирамиды; вал расположен под углом к опорной поверхности таким образом, чтобы опорной поверхности касались не более двух опор от каждого колесно-шагового движителя одновременно, закреплен с возможностью поперечных движений и кинематически связан с закрепленным на шасси компенсатором колебаний (патент на изобретение RU 2626285, кл. B62D 57/02, B62D 57/032, опубл. 15.08.2017 г., бюл. №23)
Недостатками данного шасси являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения устройства для компенсации колебаний шасси при обеспечении плавности его хода при движении по горизонтальным и наклонным поверхностям;
сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности;
отсутствие устройств, препятствующих опрокидыванию шасси с человеком, опирающимся на спинку сиденья, назад при подъеме по лестницам в результате смещения центра тяжести шасси.
Известно многофункциональное кресло-коляска, содержащее раму с креслом, спинку, подлокотники, одно переднее колесо, которое выполняет функцию направляющего, и два опорных формоизменяющихся «колеса», способные принимать форму «звезды», червячный редуктор, специальный исполнительный механизм для перевода опорных колес из вида «колесо» в вид «звезда» (патент на изобретение RU 2611875, кл. A61G 5/00, опубл. 01.03.2017 г., бюл. №7).
Недостатками данного кресла-коляски являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью оснащения каждого опорного колеса несколькими (по числу «лучей» «звезды») подвижными элементами, выполненными в виде специальных металлических лопастей с резиновым покрытием, и таким же количеством специальных тяг для раскрытия и сворачивания лопастей при изменении формы колеса;
ограниченные возможности для применения опорных колес при передвижении по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), поскольку попадание грунта между лопастью и «лучом» «звезды» будет затруднять работу специального исполнительного механизма при преобразовании колеса в форму «звезды» или препятствовать такому преобразованию;
сложность управления перемещением кресла-коляски при подъеме по лестницам, поскольку для этого предусматривается направление его движения вперед спинкой кресла.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является транспортное средство для инвалидов, содержащее верхнюю и нижнюю полурамы, каждая из которых снабжена опорными колесными парами для перемещения по горизонтальной поверхности и парами опорных элементов звездчатой формы для преодоления лестничных ступеней, бордюров, подъемов и спусков, механизм его перевода из одного режима движения в другой с компенсаторным устройством, тормоз для предотвращения произвольного скатывания с лестницы под действием силы тяжести, механизм коррекции положения при угловом смещении относительно ступеней, или при попадании лучей опорных элементов на разрушенную часть ступеней, или при движении по ступеням различной высоты и ширины, шестерни, расположенные на ступицах ведущих колес, (патент на изобретение RU 2306127, кл. A61G 5/06, A61G 5/02, опубл. 20.09.2007 г., бюл. №26).
Недостатками данного транспортного средства для инвалидов являются:
большие габариты транспортного средства, затрудняющие его маневрирование в ограниченном пространстве;
высокая вероятность опрокидывания транспортного средства с человеком, опирающимся на спинку сиденья, назад при подъеме по лестницам в результате смещения центра тяжести коляски.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения технического решения, обеспечивающего простоту и надежность эксплуатации коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе при ее передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы.
Технический результат изобретения заключается в разработке конструкции коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, реализующей возможность ее подъема по ступенчатым поверхностям, включая лестницы.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, коляска с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе содержит раму, сиденье, два ведомых колеса, выполненных в форме «звезды» с тремя равномерно распределенными по окружности «лучами», на концах которых установлены по два опорных колеса, два жестко закрепленных на ведущем валу ведущих колеса, два установленных с внутренней стороны каждого ведущего колеса толкателя, каждый из которых выполнен из зубчатой рейки с жестко прикрепленными к ее боковым поверхностям пластинами скольжения, два привода, установленных на ведущем валу с внутренней стороны каждого ведущего колеса, каждый из которых выполнен с возможностью осевого перемещения из нейтрального положения в рабочее и обратно при помощи прижимного узла, снабженного жестко присоединенным к приводу прижимным стаканом с подвижно закрепленным на нем прижимным рычагом, жестко закрепленную на ведущем валу зубчатую втулку, обеспечивающую передачу вращающего момента от ведущего вала на привод, два жестко закрепленных на опоре ограничителя радиального перемещения привода, привод снабжен ведущей и жестко соединенными между собой и установленными на общей оси ведомой и исполнительной шестернями, а также прижимным хомутом с подвижно закрепленным в нем прижимным роликом, обеспечивающим постоянную зубчатую связь исполнительной шестерни с толкателем с при различных углах толкателя относительно опорной поверхности лестницы.
Изобретение поясняется фиг. 1-8.
На фиг. 1 изображена коляска с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, в положении перед началом передвижения по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза I).
На фиг. 2 изображена коляска с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, при ее передвижении по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза II).
На фиг. 3 изображено ведущее колесо коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, вид с внешней стороны сбоку (фаза I).
На фиг. 4 изображено ведущее колесо коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, вид с внешней стороны сбоку (фаза II).
На фиг. 5 изображено ведущее колесо коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, вид с внешней стороны сбоку (фаза III).
На фиг. 6 изображен привод устройства для подъема по лестницам ведущего колеса коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе в поперечном разрезе (в нейтральном положении).
На фиг. 7 изображен привод устройства для подъема по лестницам ведущего колеса коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе в поперечном разрезе (в рабочем положении).
На фиг. 8 изображен привод устройства для подъема по лестницам ведущего колеса коляски с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, вид в продольном разрезе.
На фиг. 1-8 применены следующие обозначения:
1 - ведущее колесо;
2 - ведомое колесо;
3 - сиденье;
4 - толкатель;
5 - ведущий вал;
6 - привод;
7 - прижимной хомут;
8 - пружина;
9 - прижимной ролик;
10 - ведущая шестерня;
11 - ведомая шестерня;
12 - исполнительная шестерня;
13 - ось;
14 - пластина скольжения;
15 - зубчатая рейка;
16 - зубчатая втулка;
17 - опора;
18 - прижимной стакан;
19 - прижимной рычаг;
20 - подшипник скольжения;
21 - ограничитель;
22 - гильза;
23 - рама;
24 - опорное колесо.
Коляска с функцией подъема по лестницам для людей с ограниченными возможностями в ходьбе работает следующим образом.
На ведущем валу 5, на равном удалении от его концов, закрепляют движитель (не показан). С каждой из сторон ведущего вала 5 устанавливают прижимной узел с обеспечением возможности его осевого перемещения по валу 5. При этом устанавливают прижимной стакан 18 с подвижно закрепленным на нем прижимным рычагом 19, первый по отношению к движителю (не показан) подшипник скольжения 20 с возможностью его осевого перемещения на валу 5, закрепляют на нем первую по отношению к движителю (не показан) половину корпуса привода 6 и жестко присоединяют к ней прижимной стакан 18, во внутренней полости первой по отношению к движителю (не показан) половины корпуса привода 6 закрепляют ось 13 с установленными на ней ведомой 11 и исполнительной 12 шестернями, жестко соединенными между собой, и прижимной хомут 7, в котором предварительно устанавливают прижимной ролик 9, выполненный с бортами на расстоянии друг от друга, равном суммарной ширине выполненных в толкателе 4 двух пластин скольжения 14 и зубчатой рейки 15. На ведущий вал 5 устанавливают с возможностью осевого перемещения гильзу 22, неподвижно соединяя ее с первой по отношению к приводному механизму (не показан) половине корпуса привода 6, и ведущую шестерню 10, неподвижно соединяя ее с гильзой 22. Затем на ведущем валу жестко закрепляют зубчатую втулку 16, второй подшипник скольжения 20 с возможностью его осевого перемещения на валу 5 и закрепляют на нем вторую половину корпуса привода 6, обе половины корпуса привода 6 скрепляют между собой.
Ведущий вал 5 закрепляют на опоре 17 с предварительно присоединенными к ней двумя ограничителями 21 радиального перемещения привода 6, которую жестко закрепляют на раме 23, и устанавливают ведущее колесо 1.
Собирают толкатель 4, последовательно жестко соединяя между собой первую пластину скольжения 14, зубчатую рейку 15 и вторую пластину скольжения 14. Толкатель 4 устанавливают в пространство между исполнительной шестерней 12 и прижимным роликом 9, обеспечивая постоянную зубчатую связь исполнительной шестерни 12 с толкателем 4. В нижней торцевой части толкателя 4 устанавливают башмак (не показан), к толкателю 4. На высоте толкателя 4, равной примерно 0,5 радиуса ведущего колеса 1, присоединяют пружину 8, второй конец которой закрепляют на корпусе привода 6. На раме 23 устанавливают ведомое колесо 2 и сиденье 3.
Ведущую 10 и исполнительную 12 шестерни изготавливают с одинаковыми радиусами, ведомую шестерню 11 изготавливают радиусом, вдвое меньшим, чем радиус ведущей шестерни 10. Ведущую шестерню 10 выполняют с внутренними зубьями, которые при переключении привода 6 в рабочее положение входят в зацепление с зубчатой втулкой 16. Угол наклона привода 6 вместе с установленным в нем толкателем 4 принимают из условия, при котором башмак (не показан) толкателя 4 перед началом подъема ведущего колеса 1 по лестнице должен находиться на расстоянии, примерно равном 0,5 радиуса ведущего колеса 1 от условной вертикальной плоскости, проходящей по оси ведущего вала 5. Для обеспечения устойчивого положения коляски на лестничных ступенях и при подъеме по ним ведущее колесо 1 изготавливают диаметром, не превышающим 0,85 глубины лестничной ступени. Требуемую длину толкателя 4 принимают равной примерно 2,3 диаметра ведущего колеса 1. Размер ведомого колеса 2 и установленных на нем опорных колес 24 принимают из условия, при котором расстояние между центрами смежных опорных колес 24 было равно примерно 1,10 глубины лестничной ступени.
Для обеспечения движения коляски по горизонтальной поверхности прижимной рычаг 19 с помощью пульта управления (не показан) переводят в нейтральное положение, при котором ведущая шестерня 10 не вступает в зацепление с зубчатой втулкой 16, и вращательное усилие от движителя (не показан) передается только на ведущие колеса 1.
Для обеспечения движения коляски по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, после соприкосновения первого по ходу движения опорного колеса 24 каждого из ведомых колес 2 с подступенком первой ступени лестницы прижимной рычаг 19 с помощью пульта управления (не показан) переводят в рабочее положение, при котором каждый привод 6 под воздействием прижимного стакана 18 на подшипниках скольжения 20 перемещается по ведущему валу 5 в сторону ведущего колеса 1. При этом под воздействием гильзы 22 ведущая шестерня 10 вступает в зацепление с зубчатой втулкой 16, и вращательное усилие от движителя (не показан) начинает поступать на ведущую шестерню 10, далее - на ведомую шестерню 11 и присоединенную к ней исполнительную шестерню 12, которая вращаясь на оси 13, через зубчатую рейку 15 приводит в движение толкатель 4, положение которого относительно продольного сечения исполнительной шестерни 12 фиксируется с помощью пластин скольжения 14 и бортов прижимного ролика 9.
Под воздействием усилия, создаваемого толкателем 4, начинают подъем ведущего колеса 1 и рамы 23 с сиденьем 3, при этом постепенно происходит радиальное перемещение прижимного хомута 7 на оси 13.
После подъема ведущего колеса 1 на очередную ступень лестницы его приводят в соприкосновение с поверхностью подступенка следующей ступени лестницы, посредством прижимного рычага 19 и прижимного стакана 18 привод 6 перемещают в сторону, противоположную месту установки зубчатой втулки 16, ведущая шестерня 10 выходит из зацепления с зубчатой втулкой 14, толкатель 4 под воздействием пружины 8 переходит в крайнее верхнее положение, в результате чего привод 6 переводится в нейтральное положение.
При дальнейшем подъеме коляски перечисленные процессы повторяются.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается возможность ее подъема по ступенчатым поверхностям, включая лестницы.