МПК ⁸ В 62 М 1/04

"Область техники"

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам для приведения в действие транспортных средств, преимущественно веломобилей, мускульной силой человека с помощью возвратно-вращательно движущихся рычагов с педалями.

"Предшествующий уровень техники"

Известен мускульный привод SU 1555176 А1 для приведения в действие транспортных средств мускульной силой человека, содержащий установленные на раме рычаги с педалями с возможностью взаимодействия этих рычагов с буферами в области перехода движения рычагов от водителя транспортного средства на движение к водителю. На раме также установлен вал с двумя муфтами свободного хода и размещёнными на них ведущими звёздочками, охваченными гибкими тягами, один конец которых соединён с пружиной возврата, а другой связан с рычагом с педалью.

Буфера в этом мускульном приводе осуществляют торможение и разгон рычагов с педалями, освобождая тем самым водителя от работы по торможению и разгону этих рычагов.

Недостатком этого привода является невысокий КПД.

"Раскрытие изобретения"

Задачей изобретения является повышение мощности мускульного привода без увеличения водителем мышечной работы на педалирование на транспортном средстве. Эта задача решается при осуществлении изобретения увеличением КПД мускульного привода.

Увеличение КПД обеспечивается тем, что в известном мускульном приводе, содержащем установленные на раме рычаги с педалями, вал с двумя муфтами свободного хода, на которых установлены ведущие звёздочки, охваченные гибкими тягами, каждая из которых одним концом соединена с рычагом с педалью, а другим с пружиной возврата, буфера, каждый из которых содержит корпус, упругий элемент, стержень, согласно предлагаемому техническому решению на стержнях буферов установлено ещё по одному буферу, упругие элементы которых выполнены 5 из резины, с возможностью взаимодействия этих буферов, а через них и буферов, установленных на раме, с рычагами с педалями в области перехода движения рычагов с педалями от водителя транспортного средства на движение к водителю, а через рычаги с педалями и с нижними конечностями водителя. Эта возможность взаимодействия буферов с ю рычагами с педалями и нижними конечностями водителя обеспечена следующими параметрами буферов:

с = 7,66z,

A _m = 0,1343Z _H ^,

'р

15 0 < Л _п < 0,04Я _0>

где

z - жёсткость упругого элемента буфера, установленного на раме, кг/см; а = -1,366-Ю ^"5 кг/см ⁴ - коэффициент;

b = 5,792 10 ^~3 кг/см ³ - коэффициент;

20 d = -0,4373 кг/см ² - коэффициент;

е = 14,74 кг/см - свободный член;

1н - длина нижней конечности водителя, по которой сконструирован мускульный привод, и которая измерена от лобковой точки до опорной поверхности стоп, см (/ _н > 48 см);

25 /р - расстояние от оси вращения рычага с педалью до оси вращения педали, см;

/ _рб - кратчайшее расстояние от оси вращения рычага с педалью до продольной оси буферов, см;

с - относительная жёсткость упругого элемента буфера, установленного на зо стержне буфера, установленного на раме, кг/см;

λ _m - максимальный прогиб упругого элемента буфера, установленного на раме, см; Λ _π - величина предварительного прогиба ненагруженного упругого элемента буфера, установленного на раме, см;

Н ₀ - длина несжатого упругого элемента буфера, установленного на раме, см;

5 Эти параметры обеспечивают возможность взаимодействия буферов через рычаги с педалями с НКВ (нижними конечностями водителя).

При взаимодействии буферов с рычагами с педалями, упругие элементы буферов, имеющие жёсткости г и с, вычисляемые по вышеприведённым математическим формулам, развивают такую силу, что она тормозит и 10 разгоняет не только рычаги с педалями, но и НКВ.

Также поджатие силой, развиваемой буферами, рычагов с педалями, а через них и стоп водителя, позволяет водителю упирать передние части стоп в педали, тормозя и разгоняя НКВ стопами.

Помощь, оказываемая мышцам-сгибателям бедра и голени при 15 торможении и разгоне, буферами и стопами увеличивает КПД мускульного привода.

Максимальный прогиб упругого элемента основного буфера (буфера, установленного на раме) Л _т , вычисляемый по вышеприведённой математической формуле, обеспечивает работу упругого элемента буфера;

20 выполненного в виде пружины, без соударения витков.

Упругий элемент дополнительного буфера (буфера, установленного на стержне буфера, установленного на раме), выполненный из резины, ослабляет удар рычага с педалью об стержень основного буфера, что не допускает перегрузки на подошвы стоп водителя.

25 Предварительное поджатие упругого элемента основного буфера λ _π , которое увеличивает нагрузку на подошву стопы водителя при взаимодействии основного буфера с рычагом с педалью, должно быть незначительным и находиться в пределах, заданных вышеприведённой математической формулой.

зо

"Краткое описание чертежей"

На фиг. 1 изображён общий вид предлагаемого мускульного привода. На фиг. 2 - вид мускульного привода сверху (без сиденья). На фиг. 3 - схема, поясняющая взаимодействие рычагов с педалями и НКВ с буферами (начальный момент торможения).

На фиг. 4 - то же (завершение процесса торможения).

На фиг. 5 - то же (завершение процесса разгона).

На фиг. 6 - схема, поясняющая увеличение пути рычагов с педалями, на котором совершается полезная работа.

На фиг. 7 - буфера в разрезе (разрез А-А на фиг. 1). На чертеже число 22 обозначает повёрнуто, число 23 обозначает Б.

На фиг. 8 - вид Б на фиг. 8. Число 24 обозначает Вид Б.

"Лучший вариант осуществления изобретения" Мускульный привод содержит, установленные на раме 1 рычаги 2 с педалями 3, вал 4 с двумя муфтами свободного хода 5, на которых установлены ведущие звёздочки 6, охваченные гибкими тягами 7. Одним концом гибкие тяги 7 соединены с рычагами 2, а другим с пружинами возврата 8. На раме 1 установлены буфера 9, которыми ограничен ход рычагов 2 в области перехода движения рычагов 2 от водителя на движение к водителю. Каждый буфер 9 содержит корпус, выполненный из двух частей 10 и 11, соединённых резьбой 12, упругий элемент 13, стержень 14. На конце стержня 14 смонтирован дополнительный буфер, состоящий из основания 15 и установленного на нём упругого элемента 16, выполненного из резины. Рычаги 2 оснащены пластинами 17 для взаимодействия с упругими элементами 16 дополнительных буферов.

Мускульный привод работает следующим образом: при нажатии на педаль 3, усилие от НКВ через рычаг 2, а затем через гибкую тягу 7 передаётся на ведущую звёздочку 6, которая через муфту свободного хода 5 вращает вал 4. При этом растягивается пружина возврата 8.

Когда пластина 17 рычага 2 доходит до упругого элемента 16 дополнительного буфера, установленного с возможностью взаимодействия с рычагом 2 в области перехода движения рычага 2 от водителя на движение к водителю и установленного на основании 15, смонтированном на стержне 14 основного буфера 9 (рычаг 2 находится в положении П1 (18) на фиг. 3), происходит удар рычага 2 об упругий элемент 16 дополнительного буфера, а через него и со стержнем 14 основного буфера 9. При этом упругий элемент 16 дополнительного буфера, выполненного из резины, ослабляет удар рычага 2 об стержень 14, уменьшая воздействие, передающееся при ударе от стержня 14 через рычаг 2 и педаль 3 на подошву стопы водителя, не допуская чрезмерной нагрузки на подошву стопы.

Величина предварительного прогиба ненагруженного упругого элемента 13 основного буфера 9 находится в пределах:

0 < Я _п < 0,04Я ₀ ,

где

Л _п - величина предварительного прогиба ненагруженного упругого элемента 13 буфера 9, установленного на раме 1, см;

Н ₀ - длина несжатого упругого элемента 13 основного буфера 9, см;

При таком небольшом предварительном прогибе невелика и сила предварительного поджатия упругого элемента 13, что также уменьшает нагрузку на стопу при ударе рычага 2 об упругий элемент 16 дополнительгого буфера.

Если корпус основного буфера 9 выполнен из двух частей 10 и 11, соединённых при помощи резьбы 12 (как показано на фиг. 7), то можно обе составные части 10 и 11 корпуса буфера 9, перемещая друг относительно друга, выставить так, что будет отсутствовать предварительное поджатие.

После того как произошёл удар рычага 2 об упругий элемент 16, упругие элементы 13 и 16 продолжают прожиматься под действием рычага 2, а со стороны упругих элементов 13 и 16 на рычаг 2 действует всё возрастающая по мере прогиба упругих элементов 13 и 16, сила F6 (фиг. 4). Водитель при этом ослабляет силу мышц-разгибателей и увеличивает силу мышц- сгибателей бедра голени, чтобы тормозить НКВ (сила мышц не может уменьшиться мгновенно, а изменяется плавно).

Упругие элементы 13 и 16 имеют жёсткости:

z = (al ³ + bli + dl _H + e (^ ² ,

где

ζ - жёсткость упругого элемента 13 основного буфера 9, установленного на раме 1, кг/см; o = -1,366·10 ^"5 кг/слл ⁴ - коэффициент;

b = 5,792·10 ^~3 кг/см ³ - коэффициент;

d = -0,4373 кг/с ² - коэффициент;

е - 14,74 кг/см - свободный член;

5 н - длина нижней конечности водителя, по которой сконструирован мускульный привод, и которая измерена от лобковой точки до опорной поверхности стоп, см (/ _н > 48 см);

р - расстояние от оси вращения рычага 2 с педалью 3 до оси вращения педали 3, см;

ю / _Р б - кратчайшее расстояние от оси вращения рычага 2 с педалью 3 до продольной оси буферов, см;

с - относительная жёсткость упругого элемента 16 дополнительного буфера, кг/см;

При таких жесткостях упругих элементов 13 и 16, сила F ₆ , действующая на

15 рычаг 2 со стороны упругих элементов 13 и 16 при прожимании этих элементов, имеет такую величину, что она тормозит не только рычаг 2, но и, действуя через рычаг 2 и педаль 3 на стопу водителя, тормозит НКВ.

Также сила F ₆ , действуя через рычаг 2 и педаль 3 на переднюю часть стопы водителя и, поджимая её со стороны подошвы, позволяет мышцам-

20 сгибателям стопы упирать переднюю часть стопы в педаль 3 (в биомеханике общепринято считать сгибателями стопы мышцы, которые сгибают стопу в направлении указанном дуговой стрелкой на фиг. 4 ). Стопа, упираясь в педаль 3 действует с силой противодействия F _r (фиг. 4) на голень, а через неё на бедро НКВ, тормозя НКВ. Тормозящее действие также оказывает,

25 растягиваемая рычагом 2, пружина возврата 8. После завершения торможения рычаг 2 находится в положении П2 (19) на фиг. 4.

Положения П2 (19) рычаг 2 достигает при средней нагрузке на упругие элементы 13 и 16 при торможении. При максимальном прогибе упругих элементов 13 и 16 рычаг 2 находится в положении ПЗ (20) на фиг. 4.

зо Максимальный прогиб упругого элемента 13 основного буфера 9 определяется соотношением:

Л _т = 0,1343/ _Н ^,

'р

где: λ _m - максимальный прогиб упругого элемента 13 основного буфера 9, см; н - длина нижней конечности водителя, по которой сконструирован мускульныйпривод, и которая измерена от лобковой точки до опорной поверхности стоп, с (/ _н > 48 см);

5 р _б - кратчайшее расстояние от оси вращения рычага 2 до продольной оси буферов, см;

/ _р - расстояние от оси вращения рычага 2 до оси вращения педали 3, см;

Такой максимальный прогиб обеспечивает отсутствие соударения витков упругого элемента 13, выполненного в виде пружины, при педалировании. ю Совместное действие сил Fi и F ₂ уменьшает путь торможения НКВ и рычага 2. Из схемы на фиг. б, где путь, проходимый рычагом 2, показан угловым перемещением рычага 2, очевидно, что уменьшение пути торможения _г увеличивает путь а ₂ , на котором совершается полезная работа А _п, идущая на движение транспортного средства, при неизменном

15 угле качания рычага 2 за весь полуцикл педалирования α _Σ , определяемом по формуле:

где

cti - угловой путь торможения рычага 2;

20 а ₂ - угловой путь рычага 2, на котором совершается полезная работа;

а ₃ - угловой путь разгона рычага 2.

Увеличение пути а ₂ , на котором совершается полезная работа А _п , при неизменной мышечной силе действующей на педаль на пути а ₂ , увеличивает полезную работу А _п . Работа разгона А _р на пути а ₃ не 25 увеличивается, а работа торможения А _т на пути cti уменьшается, так как она совершается на уменьшенном пути cti.

При увеличении полезной работы А _п , то есть части суммы, которой является вся затраченная работа А ₃ , отношение полезной работы А _п к затраченной работе А ₃ , то есть части суммы ко всей сумме, увеличивается, зо Кроме этого уменьшение работы торможения Α _τ , из-за чего уменьшается работа А ₃ , увеличивает отношение А _п к А ₃ в ещё большей степени. КПД определяется отношением: где

П - КПД;

Α _η - полезная работа;

А ₃ - вся затраченная работа.

5

В этой формуле отношение А _п к А ₃ уве ичено, что и означает увеличение ПД.

После завершения торможения начинается разгон НКВ и рычага 2 под действием силы Fi, развиваемой сжатыми упругими элементами 13 и 16, ю мышцами-сгибателями бедра, голени, стопы и растянутой пружины возврата 8. Упругие элементы 13 и 16 разжимаясь, разгоняют рычаг 2, а через него и педаль 3, разгоняют стопу и всю Н КВ. Одновременно стопа, упираясь передней частью в педаль 3, поджатую через рычаг 2 упругими элементами 13 и 16, сгибается в голеностопном суставе под действием

15 мышц-сгибателей стопы (угол между голенью и стопой а увеличивается, фиг. 4). Сгибаясь, стопа разгоняет Н КВ.

Через некоторое время разгон НКВ и рычага 2 будет завершён. Рычаг 2 придёт в положение П4 (21) на фиг. 5.

После того, как упругие элементы 13 и 16 полностью разожмутся,

20 дальнейшее подтягивание НКВ будет осуществляться мышцами- сгибателями бедра и голени, а рычага - пружиной возврата 8.

Сила Fi, развиваемая упругими элементами 13 и 16, и действие мышц- сгибателей стопы, в результате которого на голень водителя действует сила F ₂ , разгоняют НКВ и рычаг 2, позволяя уменьшить усилия мышц-сгибателей

25 бедра и голени, и тем самым уменьшают утомление водителя при разгоне Н КВ. Это даёт возможность увеличить мышечную работу при совершении полезной работы, не увеличивая всей затраченной работы. Увеличение полезной работы при неизменной затраченной работе означает увеличение КПД мускульного привода.

зо Таким образом, предлагаемое техническое решение увеличивает КПД мускульного привода в обоих полуциклах каждого цикла педалирования. Увеличение КПД повышает мощность мускульного привода.