СПОСОБ КИНЕМАТИЧЕСКОГО ПОДЪЕМА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Предлагаемое изобретение применимо при производстве устройств для подъема и хранения велосипедов (В62НЗ/12), а также при производстве мебели (А47В51/00), устанавливаемой под потолком. Изобретение помогает легко и быстро размещать предметы, прежде всего, над головой, убирая их с прохода и тем самым расширяя жизненное пространство небольших квартир, офисов, спортивных залов и других помещений.

Известное «Устройство подъема для хранения велосипеда в помещениях с невысокими потолками» (патент BY N° 9118 U) (далее - велоподъемник), является прототипом предлагаемого изобретения. Велоподъемник выполняет задачу подъема велосипеда на заданную высоту за счет мускульной силы пользователя при содействии сил, создаваемых газовыми пружинами. Подъем производится путем поворота сначала нижнего звена на угол 180 градусов вверх, а затем верхнего звена вверх на угол 90 градусов. Однако, как показали проведенные испытания прототипа, механизм захвата велосипеда, размещаемый в трубчатом шарнире, присоединенном к нижнему звену, с возможностью его поворота на шарикоподшипниках вокруг своей оси, не обеспечивает надежного удержания велосипеда при подъеме, а также не захватывает велосипеды с Г-образной стойкой крепления руля. В связи с этим конструкция прототипа требует более надежного технического решения, обеспечивающего устойчивый захват любой марки велосипеда. Кроме этого, испытания показали, что требует усовершенствований и нижний пружинный механизм кривошипно-ползунного типа, содействующий выполнению поворота нижнего звена вверх. Данный механизм конструктивно сложен, содержит много мелких деталей, что неблагоприятно сказывается на стабильности работы устройства в целом. Более того, усовершенствовав этот механизм, можно снизить долю производственных расходов в себестоимости.

Известная «Система хранения над головой» (US 6095344 А) (далее - система) является наиболее близким по конструкции и выполняемой задаче аналогом предлагаемого способа и устройства. Система имеет кронштейн, закрепленный на потолке, Г-образную верхнюю часть подъемной стрелы, поворачиваемую из вертикального положения в горизонтальное за счет толкающей силы, создаваемой верхней газовой пружиной. Однако нижняя часть стрелы с возможностью скольжения внутри верхней ее части имеет серьезные недоставки. Подъем нижней части стрелы вверх обеспечивает толкающая сила нижней газовой пружины, установленной внутри соединения. Пружина, разжимаясь, давит на трос ограниченной длины, пропущенный через два блока, и тем самым заставляет нижнюю часть стрелы телескопически втягиваться в ее верхнюю часть. За счет этого присоединенный велосипед вместе с нижней частью стрелы также увлекается вверх. Основной недостаток системы заключается в конструктивная сложности телескопического узла, поясненного автором системы на фиг. 5А и фиг. 5В (патент US 6095344 А), который даже более сложен, чем кривошипно-шатунный механизм, предложенный в прототипе (патент BY N° 9118 U). Кроме этого, используемая в конструкции трособлочная система подъема не долговечна. Учитывая определенный вес поднимаемого велосипеда, телескопический механизм подъема из-за большой вероятности возникновения перекосов осей верхней и нижней части стрелы также склонен к заеданиям.

Известное устройство «Антресоль» (WO2008108685 А1) (далее - антресоль) является аналогом предлагаемого изобретения по цели использования, в частности, по размещению под потолком различных предметов. Суть антресоли заключается в подъеме вверх обуви, предметов домашнего обихода с целью хранения их в мебельных полках, закрепленных над головой. Антресоль содержит верхнюю и полностью входящую с нее нижнюю части. Подъем опускаемой нижней части полки осуществляется на тросах, присоединенных к реверсивному электродвигателю, установленному внутри верхней ее части. С технической точки зрения использование трособлочной системы в антресоли негативно сказывается на надежности и долговечности ее конструкции, так как трущиеся при этом поверхности быстро изнашиваются. Но главным недостатком этого устройства является систематическое потребление электроэнергии, что не экономично и неэффективно, так как обязывает владельца постоянно оплачивать ее содержание в течение всего периода работы антресоли. Если же антресоль будет устанавливаться в жилом помещении, необходимо создать в ней дополнительную защиту от уровня шума, вызываемого работающим электродвигателем, что в конечном итоге приведет к увеличению цены данного устройства.

Выявленные и исправленные после проведенных испытаний недостатки прототипа (патент BY N° 9118 U), наряду с углубленным изучением наиболее близких по конструкции аналогов (например, патента US 6095344 А), привели к ряду существенных усовершенствований. В итоге в прежнее устройство (прототип), и соответственно в формулу изобретения внесены конструктивные изменения, явно улучшающие его работу. В итоге, предлагаемый способ кинематического подъема, как совокупность выполняемых действий, лежащих в основе работы усовершенствованного устройства, выделен в отдельное изобретение. Кроме этого, усовершенствованное устройство кинематического подъема велосипеда, получило частный случай его исполнения, - устройство кинематического подъема предметов в емкости, которое способно поднимать на заданный уровень не только различные предметы, но и жидкости.

Способ кинематического подъема позволяет решить следующую задачу - поднять быстро на высоту около 2 м и выше за счет силы рук и без использования электрической и какой-либо другой энергии, различные предметы и жидкости, причем, общей массой до 50 кг и более за один подъем. Поднимаемые предметы располагаются сверху, освобождая полностью пространство снизу.

Лежащая в основе предлагаемого способа простая открытая плоская трехзвенная кинематическая цепь и работа двух автономных толкателей позволяют даже десятилетнему подростку уверенно выполнить ручной подъем. Вначале предмет либо прикрепляют к дополнительному звену посредством захватного приспособления, либо помещают в емкость, прикрепленную к этому звену. Затем нижнее звено с присоединенным к нему дополнительным звеном с предметом вручную поворачивают вверх на угол около 180 градусов. После чего верхнее звено вместе с поднятым нижним звеном и предметом также вручную поворачивают вверх на угол около 90 градусов.

Повороты выполняются с использованием минимальных физических усилий, так как толкатели, участвующие в этой работе, и нижние, и верхние подбираются в цепь по величине создаваемых ими толкающих сил так, чтобы поочередно создавать суммарные моменты сил, приблизительно равные максимальному моменту сил, вызываемому поднимаемым предметом, но направленные противоположно этому моменту. Другими словами, благодаря толкателям во время выполнения поворотов вокруг шарниров цепи возникают разные по направлению, но равные по величине моменты сил, уравновешивающие друг друга. Это делает предмет во время подъема как будто бы невесомым. Пользователю остается лишь легким усилием рук подталкивать предмет вверх и поочередно перемещать его по двум дугообразным траекториям вплоть до конечной точки подъема.

Одной из особенностей устройств кинематического подъема является то, что дополнительное звено с прикрепленным к нему предметом шарнирно соединено с нижним звеном и свободно вращается вокруг данного шарнира под действием силы тяжести. В связи с этим предмет при подъеме всегда остается в положении, близком к вертикальному, что позволяет занимать минимум пространства.

Другой особенностью является то, что в нижнем вертикальном положении, как нижнее звено, так и верхнее фиксируются. Это предусмотрено для удобства пользования устройством. Во-первых, когда нижнее звено зафиксировано, присоединять к дополнительному звену предметы или укладывать их в емкость, прикрепленную к этому звену значительно удобнее. Во-вторых, когда верхнее звено зафиксировано, поворот нижнего звена выполняется вокруг неизменной оси вращения. Тем самым обеспечивается последовательность выполнения поворотов. Фиксацию нижнего или верхнего звеньев легко преодолевают мускульным усилием в начале их поворота.

Таким образом, поставленную задачу в общем виде решает способ кинематического подъема, основанный на поочередном повороте вверх звеньев простой открытой плоской кинематической цепи, состоящей из закрепленной на заданной высоте стойки, верхнего, нижнего и дополнительного звеньев, вертикально расположенных под стойкой перед подъемом, заключающийся в том, что сначала поднимаемый предмет присоединяют к дополнительному звену захватным приспособлением или помещают в емкость, прикрепленную к данному звену, которое в свою очередь соединено с временно зафиксированным нижнем звеном, по меньшей мере, одной нижней шарнирной петлей, затем нижнее звено в связке с дополнительным звеном и предметом, преодолевая его временную фиксацию, поворачивают вокруг оси, по меньшей мере, одной межзвенной шарнирной петли, соединяющей нижнее звено с зафиксированным верхним звеном, вверх на угол около 180 градусов, прилагая к нижнему звену мускульную силу, максимально облегченную содействующей силой, создаваемой, по меньшей мере, одним нижним толкателем, установленным между нижним или верхним звеном, и, наконец, верхнее звено с примкнувшим к нему нижним звеном и предметом, преодолевая его временную фиксацию, поворачивают вокруг оси, по меньшей мере, одной стоечной шарнирной петли, соединяющей верхнее звено со стойкой, вверх на угол около 90 градусов, прилагая к верхнему звену мускульную силу, максимально облегченную содействующей силой, создаваемой, по меньшей мере, одним верхним толкателем, установленным между верхним звеном и стойкой, который в разжатом состоянии способен удерживать верхнее звено с предметом горизонтально уровню пола или иной поверхности, горизонтальной земле, сколь угодно долго.

В качестве толкателей в устройствах кинематического подъема, могут использоваться газовые пружины, накапливающие и отдающие энергию в виде толкающих сил. Газовые пружины наиболее эффективны при подъеме предметов до 50 кг. Для устройств с газовыми пружинами не требуется подключения к источникам энергии, например, электрической, что делает их автономными и экономичными. При этом, расходы на их послепродажное обслуживание практически равны нулю, если не считать редкую смазку шарниров. Остальные элементы конструкции устройства в большинстве своем изготавливаются из профильного металла и преимущественно из стали, но может быть применен и дуралюмин.

Для поднятия грузов весом более 50 кг вместо газовых пружин в местах шарниров могут устанавливаться другие типы толкающих и пружинных механизмов, а также гидравлические приводы. Устройства с гидравлическими приводами должны комплектоваться приводными двигателями, что ведет к определенному удорожанию их конструкции и возникновению дополнительных эксплуатационных расходов. Но зато они могут решать задачи подъема более тяжелых предметов. Задачу удобного размещения велосипеда за заданной высоте решает устройство кинематического подъема велосипеда, основанное на предлагаемом способе и состоящее из стойки, верхнего звена и нижнего звена, отличающееся от прототипа тем, что верхнее звено имеет возможность фиксироваться в нижнем вертикальном положении и поворачиваться вверх на угол около 90 градусов вокруг оси, по меньшей мере, одной стоечной шарнирной петли путем приложения к данному звену мускульной силы, максимально облегченной содействующей ей силой, создаваемой, по меньшей мере, одной шарнирно закрепленной в стойке верхней газовой пружиной, толкающей вниз консольное продолжение верхнего звена, нижнее звено имеет возможность фиксироваться в нижнем вертикальном положении и поворачиваться вверх на угол около 180 градусов вокруг оси, по меньшей мере, одной межзвенной шарнирной петли путем приложения к данному звену мускульной силы, максимально облегченной содействующей ей силой, создаваемой, по меньшей мере, одной шарнирно закрепленной на верхнем звене нижней газовой пружиной, толкающей вниз консольное продолжение нижнего звена, к свободному концу нижнего звена, вместо используемого в прототипе механизма захвата велосипеда, по меньшей мере, одной нижней шарнирной петлей, присоединено дополнительное звено с возможностью свободного вращения вокруг оси нижней шарнирной петли, к которому прикреплено съемное захватное приспособление, обеспечивающее временный захват велосипеда за раму и его надежное удерживающее при подъеме.

Предлагаемое устройство кинематического подъема велосипеда, в отличие от своего прототипа, «Устройства подъема велосипеда для хранения в помещениях с невысокими потолками» (патент BY N° 9118 U), позволяет поднимать и хранить велосипеды любых марок, независимо от формы их рамы. Захватное приспособление для велосипеда, закрепляемое на дополнительном звене, в частности, может состоять из трех зажимов в форме крюков снизу и защелок в форме полуколец сверху, размещенных на дополнительном звене настолько подвижно, чтобы наилучшим образом можно было бы настроить их под конфигурацию рамы конкретного велосипеда и после чего зафиксировать в данном положении. В итоге данный конкретный велосипед можно быстро присоединить к дополнительному звену и прочно удерживать его при подъеме, так как защелки в форме полуколец с возможностью поворота вверх-вниз, смыкаются с крюками и обеспечивают стопроцентный обхват определенного участка рамы. На одной или на всех защелках может быть установлен специальный замок, предотващающий кражу велосипеда.

Для подъема, в частности, нескольких предметов вышеуказанную задачу решает устройство кинематического подъема предметов в емкости, состоящее из стойки, верхнего, нижнего и дополнительного звеньев и отличающееся от устройства кинематического подъема велосипеда тем, что с целью подъема нескольких отдельных предметов к дополнительному звену вместо захватного приспособления велосипеда прикреплена съемная емкость для укладки в нее предметов. Во избежание выпадения предметов из емкости во время подъема на ней может быть установлена специальная прижимная сетка или глухая створка. Конструкция емкости в зависимости от поднимаемых предметов может также иметь различную внешнюю форму.

Устройство кинематического подъема предмета в емкости предназначено, прежде всего, для создания мебели, устанавливаемой под потолком. Но оно конструктивно отличается от своего аналога (антресоли) (WO2008108685 А1), следующими характеристиками: надежность, экономичность, бесшумность, экологическая чистота. Предлагаемое устройство расширяет полезную площадь помещений, обеспечивает быстрый доступ к хранящимся наверху предметам, открывает возможность использовать пространство с большим комфортом, а также предназначено для установки в небольших квартирах, офисах, спортзалах, гостиницах и т.д.

Для подъема, например, жидкостей вышеуказанную задачу решает устройство кинематического подъема предметов в емкости, отличающееся тем, что к дополнительному звену вместо съемной емкости для укладки в нее предметов прикреплена съемная емкость для наполнения ее жидкостью. Емкостью может быть герметичный бак, плотно закупориваемый пробкой.

Конструкция устройств, использующих способ кинематического подъема, основанная на вращении звеньев кинематической цепи вокруг шарниров, позволяет обеспечить не только стабильность их работы, но и их долговечность. Так, при гарантированном производителем безотказном режиме работы газовой пружины в 50 ООО подъемов-опусканий, срок службы готового устройства при ежедневном двукратном использовании превышает 60 лет. В случае увеличения частоты использования устройства либо увеличения массы поднимаемых грузов шарнирные соединения могут быть усилены подшипниками. Также может быть быстро произведена замена вышедших из строя газовых пружин.

Необходимо добавить, что опускание звеньев устройства сверху вниз, с грузом или без него выполняется в порядке, обратном подъему. В этот момент толкатели, в виде газовых пружин, сжимаясь, накапливают потенциальную энергию, которую в последующем, при подъеме, отдают в виде толкающих сил, тем самым помогая пользователю легко решить поставленную задачу.

Предлагаемый способ кинематического подъема и устройства для его осуществления: помогают вручную поднять различные предметы на заданный уровень, полностью освобождая пространство снизу; в основном работают без подключения к каким-либо источникам энергии; обеспечивают надежность, управляемость, быстроту, бесшумность, готовность к частому и интенсивному использованию; в высокой мере долговечны и экономичны; могут устанавливаться в стесненном пространстве и крепятся к любой горизонтальной и вертикальной поверхности на заданной высоте.

Сущность способа кинематического подъема и устройств для его осуществления поясняется следующими прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства кинематического подъема предмета в развернутом нижнем вертикальном положении (в изометрии).

На фиг. 2 схематично представлен первый поворот нижнего звена на угол около 180 градусов.

На фиг. 3 схематично показан второй поворот верхнего звена на угол около 90 градусов.

На фиг. 4 отображено устройство кинематического подъема велосипеда вначале подъема с велосипедом, стоящим на полу (вид сбоку).

На фиг. 5 отображено устройство кинематического подъема велосипеда, прикрепленное к стене на заданной высоте, с велосипедом, в верхнем горизонтальном положении (вид сбоку). На фиг. 6 отображено устройство кинематического подъема велосипеда, прикрепленное к стене под потолком, с велосипедом (в изометрии).

На фиг. 7 показано устройство кинематического подъема предмета в емкости, прикрепленное к стене на заданной высоте, в момент поворота нижнего звена вверх на угол приблизительно 150 градусов к вектору силы тяжести (разрез по плоскости симметрии устройства).

На фиг. 8 представлено устройство кинематического подъема предмета в емкости в верхнем горизонтальном положении под потолком (вид сбоку).

Как показано на фиг. 1 и фиг. 4 до момента подъема все звенья предлагаемого устройства кинематического подъема велосипеда расположены вертикально под стойкой, т.е. в нижнем вертикальном положении. Данное устройство содержит устанавливаемую на заданной высоте стойку 1, с возможностью ее надежного закрепления на заданном уровне, например, анкерами 15 к стене 12 или к потолку 13, верхнее звено 2 с возможностью фиксации в нижнем вертикальном положении во время поворота нижнего звена, нижнее звено 5 с возможностью фиксации в нижнем вертикальном положении, а также дополнительное звено 8 снабженное захватным приспособлением 11а для захвата велосипеда 10а за раму и удержания его в неподвижном положении относительно дополнительного звена. Перечисленные элементы конструкции соединены между собой шарнирными петлями.

На фиг. 4 видно, что стойка 1 соединена с одним из концов верхнего звена 2, по меньшей мере, одной стоечной шарнирной петлей 3. Между верхним звеном и стойкой установлена, по меньшей мере, одна верхняя газовая пружина 4 так, что ее газовый цилиндр шарнирно прикреплен в стойке, а свободное окончание газового поршня шарнирно соединено с консольным продолжением верхнего звена 17. Консольное продолжение верхнего звена изогнуто определенным образом и представляет собой плечо момента сил, создаваемого верхней газовой пружиной, максимального помогающей пользователю выполнить поворот звена вверх на угол около 90 градусов.

Другой конец верхнего звена соединен, по меньшей мере, одной межзвенной шарнирной петлей 6 с одним концом нижнего звена 5. Между нижним звеном и верхним звеном установлена, по меньшей мере, одна нижняя газовая пружина 7 так, что ее газовый цилиндр шарнирно прикреплен верхнему звену 2, а окончание газового поршня шарнирно соединено с концом консольного продолжения нижнего звена 18. Консольное продолжение нижнего звена изогнуто определенным образом и представляет собой плечо момента сил, создаваемого нижней газовой пружиной, максимального помогающей пользователю выполнить поворот звена вверх на угол около 180 градусов.

Другой конец нижнего звена соединен, по меньшей мере, одной нижней шарнирной петлей 9 с одним концом дополнительного звена 8 так, что дополнительное звено может свободно вращаться вокруг оси этой шарнирной петли на угол около 180 градусов. В свою очередь к дополнительному звену прикреплено захватное приспособление 11а велосипеда 10а, позволяющее временно захватывать и удерживать велосипед во время подъема и хранения.

Благодаря указанному устройству велосипед поднимается и горизонтально устанавливается на заданной высоте или под потолком, как изображено на фиг. 5 и фиг. 6.

Устройство кинематического подъема предмета в емкости, изображенное на фиг. 7 и фиг. 8, являющееся частным случаем исполнения и использования устройства кинематического подъема велосипеда, отличается тем, что с целью подъема одного или нескольких предметов вместо захватного приспособления 11а велосипеда 10а к дополнительному звену 8 прикреплена емкость l ib с возможностью наполнения ее предметами 10b. Для более надежного удержания мелких предметов с открытого края емкости может устанавливаться специальная прижимная сетка 19, которая показана на фиг. 1 и фиг. 7. или глухая боковая створка.

Способ кинематического подъема, представлен на примере работы устройства кинематического подъема предмета в емкости. Он заключается в выполнении поочередных поворотов сначала нижнего и затем верхнего звенев, как показано на фиг. 2. и фиг. 3. Для обозначения элементов, участвующих в подъеме, далее использована нумерация, приведенная на фиг. 1, фиг. 7 и фиг. 8.

До выполнения поворота нижнего звена предметы 10b, помещают в емкость 1 lb, прикрепленную к дополнительному звену 8, соединенному со концом нижнего звена 5, по меньшей мере, одной нижней шарнирной петлей 9. Затем нижнее звено 5 в связке с дополнительным звеном и предметом, преодолевая временную фиксацию нижнего звена, поворачивают вокруг оси, по меньшей мере, одной межзвенной шарнирной петли 6 вверх на угол около 180 градусов, как показано на фиг. 2, путем приложения к нижнему звену мускульной силы рук пользователя, максимально облегченной содействующей силой, создаваемой, по меньшей мере, одним нижним толкателем 7. При этом временная фиксация верхнего звена сохраняется. В данном случае толкателем является газовая пружина, которая, разжимаясь и толкая консольное продолжение нижнего звена 18, максимально облегчает пользователю выполнение поворота.

Временная фиксация верхнего звена 2 возникает в момент установки его в нижнее вертикальное положение за счет прижатия его консольного продолжения 17 к упору 14, размещенному в стойке 1 (для варианта потолочного закрепления стойки) или путем упора ручки подъема-опускания 16 верхнего звена в стену под стойкой (для варианта закрепления стойки на стене), как показано на фиг. 7. Прижатие к упорам происходит за счет действия обратного момента сил, создаваемой верхней газовой пружиной 4 после прохождения ее продольной осью точки максимального сжатия. На основании этого при разработке конструкции устройства определяют угол изгиба консольного продолжения верхнего звена 17. Величина обратного момента сил незначительна и легко преодолима вначале ручного поворота верхнего звена вверх. Необходимо отметить, что нижнее звено 5 аналогичным образом фиксируется в нижнем вертикальном положении путем прижатия к упору 14а.

За поворотом нижнего звена 5 следует поворот верхнего звена 2 вверх с примкнувшим к нему нижним звеном и предметом, как показано на фиг. 3. Поворот выполняют после преодоления временной фиксации верхнего звена и вокруг оси, по меньшей мере, одной стоечной шарнирной петли 3 путем приложения к этому звену мускульной силы рук пользователя, максимально облегченной содействующей силой, создаваемой, по меньшей мере, одним верхним толкателем 4. В данном случае толкателем является газовая пружина, которая, разжимаясь и толкая консольное продолжение верхнего звена 17, не только максимально помогает пользователю выполнить поворот, но и разжатом состоянии обеспечивает сколь угодно долгое удержание звеньев вместе с предметами в верхнем горизонтальном положении, как показано на фиг.З и фиг. 8.

Таким образом, действия, выполненные в указанной последовательности и совокупности, ведут к установке и удержанию емкости с предметами на заданной высоте, решая указанную задачу.