Веломобиль

(51) 62 1/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ их поочередное. Возврат нерабочей педали в исходное положение осуществляется при помощи синхронизирующего механизма от рабочей педали. Ручной привод представляет два аналогичных механизма для левой и правой рук в виде качающихся рычагов При этом ручной привод работает в режиме качания рычагов на себя, от себя, совместно или раздельно, одновременно с ножным приводом, или независимо от него. Ножной и ручные механизмы передают вращение на единый вал сбора мощности. С вала сбора мощности вращение передается на цепную трансмиссию для привода правого заднего колеса, имеющую механизм изменения передаточного отношения велосипедного типа, и расположенную на правой стороне рамы веломобиля. Наличие комбинированного силового привода позволяет при движении чередовать работу различных групп мышц, как ног, рук на сгибание и разгибание,спины, брюшного пресса, что позволит двигаться длительно и на большие расстояния без общего утомления. Комбинированный привод и режим его работы положительно отражается на здоровье человека. В целом конструкция веломобиля и его силового привода и трансмиссии позволяет экономно расходовать энергию человека для движения.(57) Предложение относится к области биологического транспорта, т.е. транспортных средств, движущихся за счет мускульной энергии человека. Веломобиль отличается от известного велосипеда статической устойчивостью за счет трех или четырех колес, позволяющих двигаться с любой скоростью от минимальной до 30 км/час, при этом водителю не требуется иметь навыков вождения. В рассматриваем предложении предлагается конструкция веломобиля, учитывающая требования эргономики. Они включают сидение определенной формы со спинкой, наклон которой зависит от режима движения (скоростной, экономичный и прогулочный). Привод применен комбинированный от ножного и ручного механизмов. Расположение педального узла ножного привода по отношению к антропологической точке человека соответствует оптимальному приложению сил. Траектория движения педалей по дуге большого радиуса в пределах ограниченного угла поворота, а движение Общие положения. Предложение относится к области биологического транспорта, т.е. транспорта с мускульным приводом (мускулоходам). К биологическому транспорту относятся велосипеды Охлябин С.Д. Давай изобретем велосипед. Москва,Молодая гвардия, 1981, лигерады (нем.) или рикамбенты (англ.) Охлябин С.Д. Легенды и быль об экомобиле. Москва, Советская Россия, 1987,веломобили Пополов А.С. Веломобиль - здоровье и экология. Москва, Советский спорт, 1989, Липских К.В. Справочник конструктора веломобилей, 2005,с.132. Отмеченные виды биотранспорта позволяют передвигаться со скоростью в 3-4 раза быстрее скорости пешехода за счет собственной энергии человека. Но они обладают следующими особенностями. Велосипед, как одноколейный транспорт имеет малые массу и габариты. Но посадка на нем верховая, не эргономичная. Велосипед обладает только динамической устойчивостью, что требует при пользовании им обладать определенными навыками вождения. Лигерад или рикамбент является также одноколейным видом биотранспорта, и отличается от традиционного велосипеда более эргономичной кресельной посадкой (различаются высокие,средние и низкие посадки). Также как велосипед он обладает только динамической устойчивостью и требует иметь навыки вождения. В отличие от этих видов биотранспорта веломобиль имеет три или четыре колеса, благодаря чему обладает статической устойчивостью. На веломобиле наиболее эргономичная посадка по типу лигерада(рикомбента) Арнфрид Шмитц, Тони Хедлэнд. Сила человека - забытая энергия. Перевод с английского, Агентство ЭТРА, Москва, 2007,с.144. Веломобиль может двигаться со скоростью от минимальной, до 30 км/ч и более, при этом он доступен любому человеку, независимо от возраста,комплекции и т.п. и не требует предварительного обучения и приобретения специальных навыков вождения. В настоящее время действуют веломобильные клубы, например, в России в Тамбове, в Москве, на Украине в Харькове и др. Имеется много индивидуальных граждан,увлекающихся веломобилями и выполнивших веломобили собственной конструкции или копии известных конструкций. За рубежом также имеются общественные объединения веломобилистов. В 1975 г. была создана международная ассоциация создателей аппаратов, приводимых человеком(Вискосинское,Орегонское,Мичеганское,Минесотскоен, Южно-Онтарийское, есть также отделения в Англии, Австралии, Дании, Новой Зеландии и др. Ассоциация выпускает журнал (П). В ряде городов Европы появились современные велотакси, в частности, Амстердаме Нидерланды), Франкфурте на Майне (Германия),Барселоне (Испания), Санкт-Петербурге, Москве В настоящее время веломобиль рассматривается как атрибут спорта, транспортное средство для туризма, в основном для экологического туризма в заповедниках и т.п. местах, как медицинское для реабилитации после ряда заболеваний и хирургический операций,как транспортное средство в населенных пунктах не имеющих сети общественного транспорта, для хозяйственных нужд. По, конструированию веломобилей выпущен справочник Липских К.В. Справочник конструктора веломобилей, 2005, с.132, имеются литература с анализом развития идеи веломобилей. Некрасов В.Г. Биологический транспорт велосипед, веломобиль. Германия, Е. 2004 г. с.291 Уровень техники. Идея транспортных средств с мускульным приводом появилась еще в древности, ввеке до новой эры, а также в - век были выполнены единичные экземпляры мускулоходов (Германия, И. Хауч, 1649 г., Россия,Л. Шамшуренков, 1741 г., И. Кулибин, 1791 г.) Некрасов В.Г. Биологический транспорт велосипед, веломобиль. Германия, . 2004 г. с.291. Появление велосипеда (одноколейного варианта биологического транспорта) ввеке послужило импульсом также для создания двух- и трехколейных транспортных средств на основе велосипеда, впоследствии получивших название веломобилей. Веломобили были популярны в концевека до появления автомобили, в тот период они использовались как одноместные и многоместные такси, использовались полицией,почтовой, медицинской, пожарной и др. службами Охлябин С.Д. Легенды и быль об экомобиле. Москва, Советская Россия, 1987. Ввеке в странах юго-восточной Азии (Индия, Китай и др.) широко использовались и используются до настоящего времени велорикши, по существу являющиеся веломобилями. Новый этап развития веломобилей был в 70-90-е годывека, когда,например,в Советском Союзе регулярно проводились конкурсы и соревнования веломобилей, например, в Шауляе (Литва), в Подмосковье(Золотое кольцо) и др. Охлябин С.Д. Давай изобретем велосипед. Москва,Молодая гвардия, 1981, Пополов А.С. Веломобиль здоровье и экология. Москва, Советский спорт,1989,Пополов А.С. Давайте изобретем веломобиль//Москва, Патриот, 1991, с.175. Известны решением (прототипом) являются конструкции веломобилей, показанных на ряде конкурсах и участвовавших в некоторых соревнованиях. На ряде конструкций получены высокие показатели при малых затратах энергии, а также отработана оптимальная посадка, выработаны принципы конструирования, в частности, таких, как Велотрон Мазурчак В. Велошезлонг // Моделистконструктор, 1987, 10, с.6-10. Они получили развитие в ряде других конструкций, как Тетра,веломобили Тамбовского клуба веломобилистов. Ряд из них тиражировались и выполнены во многих экземплярах. Недостатком их является то, что они имеют ходовую часть трехколесной, с приводом на одно переднее колесо, оно же применяется для управления движением. Трехколесный вариант имеет ограниченную устойчивость, ограниченную маневренность, при переднем приводе на одно колесо водитель не защищен от брызг влаги с дорожного полотна. Близким решением(аналогом) являются четырехколесные веломобили, как японский Виндзор Охлябин С.Д. Давай изобретем велосипед. Москва, Молодая гвардия, 1981. Близкую конструкцию имеют веломобили Божья коровка и Шашиншах авторов Пополовых. Недостатком большинства таких конструкция является применение на веломобилях велосипедных колес большого диаметра со спицами. Такие привода ведущего колеса 16 - роликовая цепь привода заднего колеса 17 ведомая звездочка заднего колеса 18 - ведущее правое заднее колесо. Веломобиль выполнен следующим образом(фиг.1). Применяется четырехколесная схема, с механическим приводом на правое заднее колесо и с передними управляемыми поворотными колесам. В качестве колес применяются дисковые колеса, для передних - диаметром 260 мм, для задних - 350 мм. Все элементы веломобиля смонтированы на раме. Задние колеса имеют качающиеся маятники,передние колеса выполнены на общей жесткой поперечной конструкции, с возможностью качания. Это обеспечивает надежный контакт всех колес с дорожным полотном даже при его неровности. Веломобилист располагается на сидении со спинкой. Сидение выполняется эргономической конструкции Мазурчак В. Велошезлонг // Моделист-конструктор, 1987, 10, с.6-10, при этом она может располагаться в трех положениях с наклоном к горизонтальной плоскости в зависимости от режима движения 30 - скоростной режим движения с максимальным усилием на ножной привод 45 - экономичный режим движения с умеренным усилием на ножной привод 60 - прогулочный режим при малой скорости движения. Привод веломобиля комбинированный, ножной и ручной. Ножной привод выполнен в виде двух педалей, работающих попеременно. Движение педалей происходит по дуге большого радиуса на хот примерно 350-400 мм. Обратный ход нерабочей педали осуществляется за счет прямого хода рабочей педали. Ручной привод выполнен в виде двух рычагов,приводимых в колебательное движение при помощи рук веломобилиста. Особенность ручного привода в том. Что он передает усилия для движения как при ходе рычага от себя, так и при ходе на себя. Все усилия передаются на общий вал трансмиссии, от которого через цепную передачу передаются на ведущее правое заднее колесо. В трансмиссии за счет подбора звездочек цепной передачи колебания педалей и ручных рычагов трансформируются во вращение ведущего колеса,позволяющего двигаться с различной скоростью, от минимальной, до примерно 30 км/час. Для изменения передаточного отношения в трансмиссии выполнены устройства для использования ведущих и ведомых звездочек различного диаметра велосипедного типа. Подробно устройство трансмиссии показано на фиг.2. Веломобиль имеет сидение выполненное с выполнением эргономических требований, а именно, спинка сидения имеет наклон, который составляет по отношению к горизонтальной поверхности 30 для максимального приложения усилий на ножной привод при скоростной езде, 45 для экономичного режима движения, 60 - для прогулочного режима. Кроме того, колеса, вопервых, не позволяют сократить габариты веломобиля, во-вторых, велосипедные колеса обладают малой боковой прочность. Недостатком практически всех моделей веломобилей, созданных частным образом, является наличие только ножного привода, а также в большинстве случаев не эргономическая посадка. Выработанные принципы конструирования, хотя и изложенные в литературе (журналы Моделистконструктор, Изобретатель и рационализатор,Техника-молодежи, Юный техник, в основном 80-х годоввека) многим оказались недоступны. Более того, серийные веломобили зарубежного производств, например, голландской компании Берг Ферари, китайского производства и др. часто не соответствуют таким требованиям. Техническое предложение заключается в том,чтобы заложить в конструкции веломобиля и учесть требования эргономики, учитывающий посадку веломобилиста для различных режимов движения, а также выполнить оптимизированный привод,включающий ножной, а также ручной, с различными режимами использования. Технический результат достигается за счет конструирования сидения и расположения приводов, как ножного, так и ручного,соответствующим требованиям эргономики с возможностью коррекции в зависимости от режима использования веломобиля (скоростной, экономный и прогулочный), с дисковыми колесами малого диаметра с пневматическими шинами, педального узла ножного привода с дуговым движением педалей, а также наличия в трансмиссии узла сбора мощности для объединения усилий от ножного и ручного привода, позволяющего использовать различные режимы ручного привода отдельно или в сочетании с ножным приводом. Предложение поясняется фигурами. На фиг.1 показана общая компоновка веломобиля. На фиг.2 показана трансмиссия веломобиля, где обозначено 1 - педали ножного привода (две шт. для левой и правой ноги водителя) 2 - Большая звездочка педального привода (две шт. для каждой педали) 3 - синхронизирующий механизм для возврата нерабочей педали в исходное положение 4 - цепь роликовая ножного привода (две шт. для каждой педали) 5 - обгонные муфты малого диаметра с зубчатым венцом 6 - блок больших звездочек на торцевом конце вала сбора мощности 7 - вал сбора мощности 8 - зубчатая пара для изменения ручного привода в режиме работы от себя 9 - суппорт 3 перемены передаточного отношения в основной трансмиссии 10 - рычаги ручного привода 11 - цепь роликовая ручного привода (две для правого рычага и две для левого рычага) 12 - большие звездочки ручного привода (по две жестко соединенные с рычагом на каждом из рычагов 13 - роликовая цепь основной трансмиссии 14 - блок малых зубчатых колес разного диаметра на обгонной муфте 15 - ведущая звездочка эргономические требования распространяются на педальный узел, его положение и траекторию движения педалей. Положение педального узла должно быть на линии,расположенной выше и по углом примерно 10 от горизонтальной плоскости, проходящей через антропогенную точку человека (в районе крестца позвоночника). Траектория движения педалей должна быть линейной вдоль этой линии, либо по дуге большого радиуса. Для этого применены педальные шатуны увеличенной длины. Педальный ножной привод выполнен из двух звездочек большого диаметра 2 с шатунами и педалями 1. Для возврата педали в исходное положение имеется синхронизирующий механизм 3,позволяющий возвращать педаль из переднего положения в исходное заднее за счет движения парной педали. Цепная передача 4 служит для передачи усилий через обгонные муфты 5 с зубчатым венцом на вал сбора мощности 7. Ручной привод выполнен из двух аналогичных элементов в виде рычагов 10, каждый из которых жестко закрепленных с двумя звездочками цепной передачи 11. Одна из звездочек каждого элемента ручного привода 12 напрямую связана со звездочкой 4 на валу сбора мощности 7. В передаче от другой парной звездочки каждого элемента ручного привода включена шестеренная пара для изменения направления движения цепи от звездочки 12 на звездочку 5 на валу сбора мощности 7. Все шесть звездочек с обгонными муфтами 5 расположены на общем валу сбора мощности 7, на внешнем правом конце которого расположен блок зубчатых колес 6. Зубчатые колеса 6 цепной передачей 13 служат для передачи вращение от вала сбора мощности 7 на блок малых зубчатых колес на общей обгонной муфте 14. Суппорт 9 предназначен перемещать цепь передачи 13 на разные звездочки в блоке 6 и блоке 14, что позволяет изменять передаточное отношение трансмиссии. Блок звездочек 14 передает вращение большой звездочке 15. Звездочка 15 при помощи цепной передачи соединена с малой звездочкой 17 на ступице ведущего колеса 18. Веломобиль(его трансмиссия) работает следующим образом. Веломобилист создает усилия на педали 1, приводя их в их колебательное движение. Педали совершают дуговое движение на ход примерно 350-400 мм. Движение педалей по дуге большого радиуса выгоднее вращательного движения педалей. Педаль из крайнего переднего положения возвращается в исходное заднее положение при помощи рычажного синхронизирующего механизма возврата педали 3. 4 Каждый шатун педалей 1 жестко соединен со звездочками 2. Звездочки 2 цепной передачей 4 передают вращение звездочкам с обгонными муфтами 5 на валу сбора мощности 7. Благодаря этому попеременное и пульсирующее усилие от педалей ножного привода превращается в непрерывное вращение вала сбора мощности 7,причем, с увеличенной частотой вращения. Веломобилист также может применять ручной привод. Колебательное движение рычагов ручного привода при помощи жестко закрепленных с рычагом 10 звездочек 12, цепной передачи 11 передается на зубчатые колеса малого диаметра 5 с обгонными муфтами на валу сбора мощности 7. При этом одна из парных звездочек 12 каждого из двух элементов ручного привода передает вращение непосредственно на вал сбора мощности 7 через зубчатое колесо 5 при движении рычага от себя. Вторая парная звездочка 12 передает вращение на вал сбора мощности через шестеренную пару 8,изменяющую направление движения цепной передачи 11. За счет этого ручной привод позволяет передавать усилие на вал сбора мощности при движении рычага ручного привода на себя. Таким образом, ручной привод работает при движении рычагов как вперед, так и назад. В целом, наличие вала сбора мощности 7, на котором расположено шесть обгонных муфт 5 с зубчатыми венцами,позволяет,во-первых,объединить мощность ножного и ручного привода на едином валу, во-вторых, использует для передачи усилий от ручного привода при движении рычагов как вперед, так и назад, в-третьих, позволяет использовать все три варианта привода (ножной и правый и левый ручные) в любой комбинации одновременно, попеременно, или вообще двигаться накатом без передачи усилий. Далее усилия от вала сбора мощности передаются на центральную часть трансмиссии,предназначенную для выбора режима движения за счет изменения передаточного отношения в ней. Для этого вращение вала сбора мощности 7 через блок больших звездочек 6, цепную передачу 13 передается на блок малых звездочек 14 с обгонной муфтой. Суппортом 9 цеп передачи 13 перекидывается на различные звездочки блока больших звездочек 6 и малых звездочек 14, за счет подбора комбинации обеспечивая изменение передаточного отношение трансмиссии. Вращение заднего правого ведущего колеса 18 обеспечивается цепной передачей, включающей ведущую звездочку 15, цепную передачу 16 и малую звездочку 17 на ступице ведущего колеса 18. Таким образом, трансмиссии веломобиля выполняет следующие функции передает усилия от человека на заднее ведущее колесо для движения преобразует колебательные движения ножного и ручных приводом во вращательное движение колеса объединяет усилия от ножного и двух ручных приводов в общее усилие для движения позволяет использовать элементы привода, как ножного, так и обеих ручных совместно или раздельно в любой комбинации позволяет использовать ручной привод в режимах движения рычагов как от себя, так и на себя трансформирует передаточное отношения от первичного вала к колесу для обеспечения различной скорости движения. Эффект от применения рассмотренной трансмиссии на веломобиле заключается в следующем. На веломобиле применяется эргономическая посадка, учитывающая положение веломобилиста, включающего следующие факторы. Применяется сидение со специально спрофилированными сидением и его спинкой. В положении спинки сидения имеется три варианта установки спинки сидения с углом наклона к горизонтальной плоскости 30 для скоростного движения при максимальном приложении усилий,45 - в режиме экономичного движения 60 - режим прогулочного движения. Также требованиями эргономики определено положение и конструкция педального узла ножного привода. Это заключается в положении плоскости движения педалей, они движутся по дуге большого радиуса, причем эта дуга расположена несколько выше плоскости сидения. Наличие комбинированного привода в виде ножного педального, а также сдвоенного ручного, причем с использованием для движения колебания рычагов ручного привода в обе стороны,позволяет обеспечить длительный режим движения. Известно, и подтверждено испытаниями различных веломобилей, что для движения одноместного веломобиля со скоростью около 30 км/час требуется мощность 300-350 Ватт. Такую мощность тренированный человек может развивать в течение нескольких часов. Однако для обычного человека,специально не тренированного для езды на веломобиле, длительный режим может привести к утомлению ряда групп мышц. Поэтому наличие ножного и ручного привода и различные режимы их использования совместно, раздельно и т.п. позволят чередовать участие различных групп мышц. Кроме того, что это обеспечит длительное движение с умеренной скорость, это положительно отразится на здоровье, так как в движении будет участвовать большая группа мышц, как ног, рук на сгиб и разгиб, спины. Трансмиссия веломобиля с приводом одного правого колеса в виде ведущего позволяет выполнять гибридный привод, устанавливая электропривод на левое колесо. Также возможно применение фотопреобразовательных панелей для зарядки аккумуляторов электропривода,одновременно выполняющие функции частичного укрытия веломобилиста. Это расширит диапазон возможного применения веломобиля. Таким образом, предложенная конструкция веломобиля, выполненная с учетом требований эргономики, позволяет создать веломобиль нового поколения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Веломобиль, включающий раму, четыре колеса с приводом одного ведущего заднего колеса,сидение эргономического типа, ножной привод от педальных шатунов и ручной привод от двух рычагов, отличающийся тем, что ножной привод выполнен в виде двух педальных шатунов с зубчатыми колесами цепной передачи,работающими попеременно при движении на ограниченный угол поворота. 2. Веломобиль по п.1, отличающийся тем, что возврат педали из переднего положения в исходное положение осуществляется рычажным синхронизирующим механизмом за счет движения рабочей педали вперед. 3. Веломобиль по п.1, 2, отличающийся тем, что ручной привод выполнен в виде двух аналогичных элементов,включающих рычаг с жестко закрепленными к ним двумя зубчатыми колесами цепной передачи, передача от одного зубчатого колеса выполнена непосредственно на звездочку ведомого вала, передача от второго зубчатого колеса на ведомый вал выполнена через шестеренную пару изменения направления вращения. 4. Веломобиль по п.1, 2, 3, отличающийся тем,что вращение от двух цепных передач ножного привода и от четырех цепных передач ручного привода передается на один общий вал сбора мощности, на котором имеется шесть ведомых звездочек цепной передачи с обгонными муфтами. 5. Веломобиль по п.1, 2, 3, 4, отличающийся тем, что часть трансмиссии для передачи вращения от вала сбора мощности до правого заднего ведущего колеса велосипедного типа с блоками ведущих и ведомых зубчатых колес с возможностью изменения передаточного отношения расположена на наружной правой стороне рамы веломобиля.