Коляска для людей с ограниченными возможностями в ходьбе
STROLLER 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 транспортное средство, каждое из колес которого выполнено с волнообразной и/или зигзагообразной опорной круговой поверхностью и/или со снабженной штырями торцевой стороной опорной круговой поверхностью колеса, закреплено на оси, связанной шарнирно со втулкой, расположенной внутри ступицы колеса, с возможностью вращения и с возможностью поворота продольной плоскости колеса относительно оси колеса на определенный угол в зависимости от места контакта опорной поверхности колеса с профилем препятствия (дороги) (патент на изобретение RU 2537208, кл. В62В 5/02, B62D 57/024, A61G 5/0, опубл. 27.12.2014 г., бюл. №36).
Недостатками данного транспортного средства являются:
ограниченные возможности для применения колеса при движении по узким проходам, а также по лестницам, имеющим длину гипотенузы треугольника, катетами которого выступают глубина и высота лестничной ступени, равной величине шага волнообразной опорной поверхности колеса или шага торцевой стороны опорной круговой поверхности колеса, снабженной штырями, или превышающей ее;
необходимость уменьшения полезной ширины транспортного средства для обеспечения беспрепятственного изменения угла продольной плоскости каждого колеса относительно его оси;
высокая вероятность опрокидывания шасси с человеком, опирающимся на спинку сиденья, назад при подъеме по лестницам в результате смещения центра тяжести коляски.
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 для людей с ограниченными возможностями в самостоятельной ходьбе при ее передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, с обеспечением предотвращения опрокидывания коляски с человеком, опирающимся на спинку сиденья, назад при подъеме по лестницам в результате смещения ее центра тяжести.
Технический результат изобретения заключается в разработке конструкции коляски для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, реализующей возможность сочетания вращательной и шагающей функций ее ведущих колес при передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, с сохранением устойчивости коляски от опрокидывания назад.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, коляска для людей с ограниченными возможностями в ходьбе содержит по два ведущих и ведомых колеса, выполненных в форме «звезды» с тремя равномерно распределенными по окружности «лучами», на концах которых установлены по два опорных колеса, сиденье, установленное на раме с возможностью подъема ее задней части при движении по наклонным поверхностям, включая ступенчатые, за счет двух подвижно присоединенных к ней подъемных винтовых домкратов, противоположный конец каждого из которых подключен к установленному на ведущем валу с возможностью осевого перемещения сателлитному редуктору, имеющему подвижное осевое соединение с закрепленным на движителе основным редуктором, от которого обеспечивается передача вращательного усилия через подвижное осевое соединение и выполненное в сателлитном редукторе шестеренное соединение на подъемный винтовой домкрат, при этом каждый сателлитный редуктор неподвижно прикреплен к прижимному стакану, установленному на ведущем валу с возможностью осевого перемещения под воздействием подвижно присоединенного к нему прижимного винтового домкрата, противоположный конец которого подключен к основному редуктору, прижимной стакан подвижно присоединен к прижимной втулке, выполненной с равномерно распределенными по ее окружности продольными прорезями, в каждой из которых размещен жестко закрепленный на ведущем валу упор, и снабженной неподвижно прикрепленной к ней ступичной полумуфтой, с помощью которой обеспечивается возможность передачи вращательного усилия от ведущего вала на ступицу ведущего колеса, переводя тем самым ведущее колесо в режим выполнения шагающей функции, для обеспечения выполнения ведущим колесом вращательной функции ведомый зубчатый шкив, подвижно установленный во внутренней полости его ступицы, снабжен подвижной связью с установленным на ведущем валу ведущим зубчатым шкивом посредством зубчатого приводного ремня и попарно распределенных на равном удалении от ведущего зубчатого шкива направляющих роликов, которые подвижно установлены во внутренней полости ступицы на равном удалении от зубчатого шкива с возможностью регулирования натяжения зубчатого приводного ремня.
Изобретение поясняется фиг. 1-8.
На фиг. 1 изображена коляска для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, в положении перед началом передвижения по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза I).
На фиг. 2 изображена коляска для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, при ее передвижении по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза II).
На фиг. 3 изображено ведущее колесо в разрезе, вид сбоку.
На фиг. 4 изображены механизмы, установленные на ведущем валу коляски для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, в положении перед началом передвижения по ступенчатой поверхности, вид спереди (фаза I).
На фиг. 5 изображены механизмы, установленные на ведущем валу коляски для людей с ограниченными возможностями в ходьбе, при ее передвижении по ступенчатой поверхности, вид спереди (фаза II).
На фиг. 6 изображена прижимная полумуфта.
На фиг. 7 изображена полумуфта ступицы.
На фиг. 8 изображены механизмы, установленные в сателлитном редукторе, в разрезе.
На фиг. 1-8 применены следующие обозначения:
1 - ведущее колесо;
2 - ведомое колесо;
3 - сиденье;
4 - ступица;
5 - ступичный радиальный подшипник;
6 - ведущий вал;
7 - опорное колесо;
8 - ось;
9 - ведущий зубчатый шкив;
10 - ведомый зубчатый шкив;
11 - зубчатый приводной ремень;
12 - прижимная полумуфта;
13 - прижимная втулка;
14 - ступичная полумуфта;
15 - упор;
16 - прижимной стакан;
17 - движитель;
18 - основной редуктор;
19 - сателлитный редуктор;
20 - прижимной винтовой домкрат;
21 - вилка;
22 - подъемный винтовой домкрат;
23 - шпиндель;
24 - осевая втулка;
25 - штанга;
26 - направляющий ролик;
27 - карданный узел;
28 - подвижное осевое соединение;
29 - шестеренное соединение;
30 - ободок;
31 - радиально-упорный подшипник;
32 - радиальный выступ;
33 - редукторный радиальный подшипник;
34 - рама;
35 - вертикальный редукторный вал.
Коляска для людей с ограниченными возможностями в ходьбе работает следующим образом.
На ведущий вал 6, на равном удалении от его концов, закрепляют движитель 17 с неподвижно закрепленным в его верхней части основным редуктором 18 и фиксируют положение движителя неподвижными связями (не показаны) с рамой 34. С каждой из сторон ведущего вала 6 устанавливают, с обеспечением возможности осевого перемещения по нему, прижимной стакан 16 с неподвижно закрепленным в его верхней части сателлитным редуктором 19, в котором на радиально-упорном подшипнике 31 и двух редукторных радиальных подшипниках 33 предварительно устанавливают шестеренные соединения 29. На ведущий вал 6 устанавливают подвижно присоединенную к прижимному стакану 16 прижимную втулку 13 с жестко прикрепленной к ней прижимной полумуфтой 12, неподвижно закрепляют ступичный радиальный подшипник 5 и устанавливают на нем первую по отношению к движителю 17 ведущего вала 6 половину ступицы 4 с жестко закрепленной на ней ступичной полумуфтой 14. Через каждую из трех равномерно распределенных по окружности прижимной втулки 13 прорезей (не показаны) устанавливают и жестко закрепляют на ведущем валу 6 упоры 15. На ведущем валу 6 жестко закрепляют ведущий зубчатый шкив 9, для предотвращения радиального смещения на ведущем валу 6 каждого из двух прижимных стаканов 16 через их нижние части пропускают штангу 25 с обеспечением возможности радиального перемещения вдоль нее прижимных стаканов 16, которую в ее средней части неподвижно закрепляют в нижней части движителя 17.
Во внутренней полости первой по расположению к движителю 17 половины ступицы 4 ведущего колеса 1, в вершинах каждого из трех ее «лучей», размещают предварительно установленные на осях 8 ведомые зубчатые шкивы 10, попарно устанавливают направляющие ролики 26 с соблюдением следующих расстояний:
от центра оси (не показана) каждого из пары направляющих роликов 26 до центра ступицы 4  равном:
м,
1
где r - радиус ведущего зубчатого шкива 9, м;
от центра оси (не показана) каждого из пары направляющих роликов 26 до линии, соединяющей центр ступицы 4 с центром отверстия оси 8 ведомого зубчатого шкива 10  равном:
м,
2
где r - радиус направляющего ролика 26, м.
Требуемое расстояние между центрами ближайших осей 8 в «трехлучевой» форме «звезды» ступицы 4  определяют по формуле:
м,
где а - глубина лестничной ступени, м;
b - высота лестничной ступени, м.
С учетом действующих строительных норм, расстояние  принимают равным 0,4÷0,6 м.
Требуемую длину «лучей» «звезды» ступицы 4  определяют по формуле:
м
Ведущий зубчатый шкив 9 и ведомые зубчатые шкивы 10 выполняют с одинаковыми радиусами и одинаковым числом зубьев. Ступичную полумуфту 14 и прижимную полумуфту 12 выполняют с одинаковыми внешними диаметрами и одинаковыми, равномерно распределенными по окружности, радиальными выступами 32. На ведомые зубчатые шкивы 10 и ведущий зубчатый шкив 9 устанавливают зубчатый приводной ремень 11, равномерно регулируя его натяжение с помощью направляющих роликов 26.
На ведущем валу 6 неподвижно закрепляют второй ступичный радиальный подшипник 5 и устанавливают на нем вторую по отношению к движителю 17 ведущего вала 6 половину ступицы 4. На концах каждой оси 8 жестко закрепляют два опорных колеса 7.
Для обеспечения управляемого радиального перемещения прижимных стаканов 16 на валу 6 каждый из них соединяют с основным редуктором 18 посредством подвижно закрепляемой в середине его боковых поверхностей вилки 21 с жестко присоединенным к ней прижимным винтовым домкратом 20. Для обеспечения радиального перемещения прижимного винтового домкрата 20 относительно основного редуктора 18 подвижную связь с ним выполняют в виде карданного узла 27.
Для обеспечения передачи вращательного усилия от основного редуктора 18 на сателлитный редуктор 19 между ними устанавливают подвижное осевое соединение 28, выполненное из шпинделя 23, одним концом подвижно присоединенного с помощью карданного узла 27 к основному редуктору 18, и осевой втулки 24 с равномерно распределенными по ее окружности прорезями (не показаны), в которых с помощью выступов (не показаны) закрепляют второй конец шпинделя 23, обеспечивая возможность осевого перемещения сателлитного редуктора 19 с одновременной передачей вращательного усилия на него от основного редуктора 18. Для обеспечения синхронной работы по перемещению прижимного стакана 16 с прижимной втулкой 13 и подъему рамы 34 передаточные соотношения в шестеренных соединениях 29 основного 18 и сателлитного 19 редукторов выполняют с таким расчетом, чтобы к моменту начала передачи вращательного усилия от прижимной полумуфты 12 на ступичную полумуфту 14 задняя часть рамы 34 находилась в крайнем верхнем положении.
Для обеспечения подъема задней части рамы 34 между рамой 34 и сателлитным редуктором 19 устанавливают подъемный винтовой домкрат 22, концы которого с помощью карданных узлов 27 присоединяют к раме и вертикальному редукторному валу 35. Для предотвращения передачи нагрузок при подъеме рамы 34 на шестеренное соединение 29 на вертикальном редукторном валу 35 выполняют ободок 30, опирающийся на радиально- упорный подшипник 31. Завершают монтаж коляски креплением к раме 34 двух ведомых колес 2 и сиденья 3.
Для обеспечения движения коляски по горизонтальной поверхности ведущее колесо 1 с помощью пульта управления (не показан) переводят в режим выполнения вращательной функции, для чего включают движитель 17, крутящий момент от которого через ведущий вал 6 передают на ведущий зубчатый шкив 9, затем - на отрегулированный направляющими роликами 26 зубчатый приводной ремень 11, ведомые зубчатые шкивы 10, оси 8 и опорные колеса 7.
Для обеспечения движения коляски по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, после подъема ведомых колес 1 не первую ступень ведущее колесо 1 с помощью пульта управления (не показан) переводят в режим выполнения шагающей функции. При этом посредством приведения в действие основного редуктора 18 через соответствующие карданные узлы 27 включают прижимной винтовой домкрат 22 и шпиндель 23, которые воздействуют на соответственно вилку 21 и осевую втулку 24. Осевое усилие от вилки 21 передают на прижимной стакан 16, он перемещается на ведущем валу 6 и штанге 25 в сторону ступицы 4, одновременно перемещая прижимную втулку 13, которая, вращаясь на ведущем валу 6 под воздействием упоров 15, обеспечивает сцепление выполненных на прижимной 12 и ступичной 14 полумуфтах радиальных выступах 32 и, таким образом, передачу вращательного усилия через на ступицу 4, которая начинает вращение на ступичных радиальных подшипниках 5. Одновременно вращательное усилие от подвижного осевого соединения 28 передают через карданный узел на шестеренное соединение 29 и вертикальный редукторный вал 35 сателлитного редуктора 19, которые начинают вращаться на двух редукторных радиальных подшипниках 33 и радиально-упорном подшипнике 31. Далее через вертикальный редукторный вал 35, опирающийся посредством ободка 30 на радиально-упорный подшипник 31, и карданный узел 27 вращательное усилие передают на подъемный винтовой домкрат 22, который, воздействуя на заднюю часть рамы 34, поднимает заднюю часть сиденья 3, обеспечивая устойчивость коляски от опрокидывания назад в результате смещения ее центра тяжести.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается выполнение вращательной и шагающей функций ведущих колес коляски 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, с сохранением устойчивости коляски от опрокидывания назад.