НАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА НОГ ПРИ ХОДЬБЕ
PUSHING STRUCTURE FOR LEG WARMING DURING WALKING

Изобретение относится к устройствам для активного обогрева ног и защиты их от переохлаждения в процессе ходьбы.
Известное устройство для обогрева ног при ходьбе представляет собой греющую стельку, внутри которой имеется герметичная камера из эластичного материала, заполненная жидкостью (а.с. СССР № 1777790, кл. A1, A43B 7/02, 13/38, 1990). Камера разделена на носочную и пяточную части, между которыми установлен дроссельный элемент. Она выполнена из резинокордного материала с утолщенными боковыми стенками и снабжена каркасным элементом в виде упругих жгутиков. При ходьбе попеременно нагружаются то пяточная, то носочная части камеры. В результате этого жидкость перетекает внутри стельки вперед и назад, выделяя тепло на дроссельном элементе.
Основными недостатками этого устройства для обогрева являются его низкая надежность и небольшой ресурс работы, которые обусловлены большим давлением, оказываемым ступней ноги на камеру стельки, и перегибами стенок камеры, возникающими в процессе ее периодической деформации,
Другое известное устройства для обогрева ног при ходьбе представляет собой ботинок с греющей подошвой и источником энергии, размещенном во внутренней полости каблука (патент США № 5956866, кл. A43B 7/02, A43B 23/00, 1999). В греющую подошву вмонтированы электрические тепловыделяющие элементы. Источником энергии являются батареи питания, размещенные в корпусе внутри каблука и связанные с электрическими тепловыделяющими элементами при помощи токопроводов, вмонтированных в подошву. Корпус закрывается специальной заслонкой, которая изолирует его от попадания влаги и грязи.
Основным недостатком данного устройства является его низкая надежность, связанная с использованием электрических цепей в условиях низких температур и высокой влажности, характерных для зимних и осенних условий. Другим существенным недостатком является неудобство в эксплуатации из-за необходимости периодической смены батарей питания в сухом помещении. Кроме этого, в случае нарушения изоляции, смонтированных в подошве электрических тепловыделяющих элементов или токопровода, существует опасность поражения ступни ноги электрическим током.
Наиболее близкое техническое решение устройства для обогрева ног при ходьбе (прототип) представляет собой ботинок, содержащий греющую стельку с установленными на ней нагревательными элементами и токопроводами, подошву и корпус, в котором находится генератор электрической энергии (патент РФ № 2122818 С1, 6 А43В 7/02, 1997). Корпус смонтирован внутри полого каблука. Под подошвой и корпусом установлена нажимная опора, несущая на себе приводной механизм к генератору электрической энергии. Он включает рабочие собачки и направляющие, размещенные в стойках и контактирующие верхними торцами с пружинами. Рабочие собачки взаимодействуют с храповым колесом, сидящим на валу и сочлененным с барабаном. Внутри барабана находится спиральная пружина, связанная с валом. Нажимная опора защищена от попадания пыли и грязи эластичным чехлом. При ходьбе или беге человек надавливает своим весом на нажимную опору. В результате этого происходит движение всех взаимосвязанных элементов и вырабатывается электрическая энергия, которая по токопроводам передается электрическим нагревательным элементам, вмонтированным в стельку.
Основным недостатком этого устройства является невысокий КЦД преобразования механической энергии в электрическую, характерный для такого рода механизмов. Кроме этого, устройство имеет низкую надежность в работе, поскольку в условиях ударных и вибрационных нагрузок, которые характерны для процесса ходьбы или бега, используются электрогенератор, прецизионные храповые передачи и барабан со спиральной пружиной.
Цель настоящего изобретения заключается в повышении эффективности и эксплуатационной надежности устройства для активного обогрева ног и защиты их от переохлаждения в процессе ходьбы.
Эта цель реализуется за счет того, что, как и в известном устройстве для обогрева ног при ходьбе, предложенное нами устройство представляет собой ботинок, содержащий подошву, корпус и нажимную опору. Внутри корпуса находится генератор энергии, а нажимная опора несет на себе приводной механизм к генератору энергии. Нажимная опора установлена под подошвой и корпусом и защищена от пыли и грязи эластичным чехлом. Но в отличие от ближайшего аналога подошва имеет внутреннюю герметичную полость с дроссельными нагревательными элементами, заполненную рабочим агентом.
Корпус с генератором энергии смонтирован внутри этой полости, а нажимная опора с приводом к генератору энергии крепится под углом к нижнему основанию подошвы. В нижнем основании внутренней полости подошвы, под корпусом, находится гидравлическое уплотнение привода к генератору энергии. Внутренняя полость разделена горизонтальной перегородкой, которая закреплена на ее боковых стенках, и образует с передней и задней боковыми стенками гидродинамические окна. Корпус имеет форму цилиндра, боковая поверхность которого соединена с горизонтальной перегородкой и содержит прорези вблизи верхней и нижней торцевых кромок. Прорези соединяют надпоршневой объем с верхней частью внутренней полости подошвы, разделенной горизонтальной перегородкой. Аналогичные прорези, размещенные вблизи нижней кромки корпуса, соединяют подпоршневой объем с нижней частью внутренней полости подошвы. Генератор энергии представляет собой подвижный поршень, в котором находится сквозной канал, соединяющий пространства над и под поршнем, и обратный клапан, а на его боковой поверхности находится поршневое уплотнительное кольцо. Нормальное положение клапана “Закрыто”. При давлении под поршнем, превышающим давление над ним, обратный клапан открывает сквозной канал в поршне. Привод генератора энергии представляет собой скользящий шток, один конец которого соединен с подвижным поршнем, а другой конец, через гидравлическое уплотнение выведен из внутренней полости подошвы и с помощью шарнирного соединения присоединен к нажимной опоре.
Передние части нажимной опоры и нижнего оснований подошвы имеют общее шарнирное соединение и разъемную пружину. Разъемная пружина, при снятой нагрузке, удерживает нажимную опору под углом к нижнему основанию подошвы. Задние части нажимной опоры и нижнего основания подошвы имеют общее замочное соединение. Нижняя и боковые поверхности подошвы выполнены из теплоизолирующего материала, а верхняя поверхность, обращенная к ступне ноги, выполнена из теплопроводного материала.
На фиг.1 изображен общий вид устройства с указанием расположения некоторых отдельных узлов. На фиг.2 показан разрез устройства по сечению А-А на фиг.1.
Нажимное устройство для обогрева ног при ходьбе содержит греющую подошву 1, внутренняя полость которой является герметичной. В ней находятся нагревательные дроссельные элементы 2 и она заполнена рабочим агентом (не показан). Во внутренней полости размещен цилиндрический корпус 3, внешняя боковая поверхность которого соединена с горизонтальной перегородкой 4, делящая полость подошвы на верхнюю и нижнюю части. Перегородка крепится к боковым стенкам внутренней полости и образует с передней и задней боковыми стенками гидродинамические окна. В корпусе установлен подвижный поршень 5 со сквозным каналом 6, в котором находится обратный клапан 7. Герметизация объездов над и под поршнем осуществляется поршневым кольцом 8 на боковой поверхности поршня. Нормальное положение обратного клапана “Закрыто”. При повышении давления под поршнем относительно давления над поршнем обратный клапан открывает сквозной канал между пространствами над и под поршнем. Вдоль верхней кромки цилиндрического корпуса имеются горизонтальные прорези 9, соединяющие его надпоршневой объем с верхней частью внутренней полости подошвы. Аналогичные прорези 10, размещенные вдоль нижней кромки корпуса, соединяют подпоршневой объем с нижней частью полости подошвы. Передняя часть нажимной опоры 11 крепится к носку нижнего основания подошвы шарнирным соединением 12. Между ними установлена разъемная пружина 13, которая при отсутствии нагрузки на нажимную опору удерживает ее под углом к подошве. Приводом к подвижному поршню в корпусе является скользящий шток 14, свободный конец которого через торцевой уплотнительный узел 15 в нижнем основании подошвы выведен из ее внутренней полости наружу и посредством шарнирного соединения 16 присоединен к внутренней стороне нажимной опоры. Опора снабжена грязепылезащитным эластичным чехлом 17. На ее задней боковой поверхности находится замковое соединение 18 для фиксации опоры на нижнем основании подошвы при сжатой разъемной пружине. На задней боковой поверхности подошвы имеется ответное замковое соединение 19. Нижняя и боковые поверхности подошвы выполнены из теплоизолирующего материала, а верхняя поверхность, обращенная к ступне ноги, выполнена из теплопроводного материала.
Устройство работает при ходьбе или беге человека следующим образом.
При отсутствии нагрузки на нажимную опору 11 разъемная пружина 13 удерживает ее под углом к основанию подошвы 1. Скользящий шток 14 и подвижный поршень 5 при этом находятся в крайнем нижнем положении, и обратный клапан 7 перекрывает сквозной канал 6.
При надавливании ногой на нажимную опору 11 разъемная пружина 13 сжимается, скользящий шток 14 перемещается в торцевом узле 15 и поднимает поршень 5 вверх относительно корпуса 1. Создается градиент давления, под действием которого рабочий агент через горизонтальные прорези 9 в корпусе 1 вытесняется в верхнюю часть внутренней полости подошвы с дроссельными нагревательными элементами 2. Затем течение происходит над горизонтальной перегородкой 4 по направлению к ее гидродинамическим окнам, расположенным вблизи передней и задней боковых стенок подошвы, и под перегородкой 4 к корпусу 1. Нагретый по пути следования рабочий агент через горизонтальные прорези 10 поступает под подвижный поршень 5. После того, как поршень 5 достигает верхнего крайнего положения, течение прекращается.
При снятии нагрузки с нажимной опоры 11 пружина 13 разжимается и принуждает опору к перемещению вниз вместе со скользящим штоком 14 и подвижным поршнем 5 внутри корпуса 1. В результате сжатия рабочего агента в корпусе под поршнем происходит увеличение давления, которое приводит к открыванию обратным клапаном 7 сквозного канала 6. Происходит выравнивание давлений над и под поршнем, которое сопровождается свободным перемещением поршня со скользящим штоком вниз. После достижении поршнем крайнего нижнего положения обратный клапан 7 снова закрывает сквозной канал 6. При последующем нажатии на опору процесс повторяется. Эластичный чехол 17 предохраняет внутреннюю полость нажимной опоры от попадания пыли и грязи. При повышении или понижении температуры подошвы выше или ниже допустимого уровня работа устройства может быть прекращена вручную путем фиксирования нажимной опоры на нижней поверхности подошвы при помощи замкового соединения 18 и 19. Для того чтобы предотвратить утечки тепла или холода в окружающую среду, нижняя и боковые поверхности подошвы выполнены из теплоизолирующего материала, а верхняя поверхность, обращенная к ступне ноги, выполнена из теплопроводного материала.