Безопасные качели
Область применения: спортивно-игровые площадки детских садов, школ, жилищных дворов и т.п. Сущность изобретения: безопасные качели с защитным кожухом цилиндрической формы, установленным соосно с осью качания тяг с сиденьем и охватывающим снаружи по всему периметру траектории качания подвижные части качелей, снабжены управляемым самим качающимся тормозным и одновременно раскачивающим устройством, расположенным в верхней и нижней частях качелей, нижняя часть тормозного устройства выполнена в виде многозвенного рычажного механизма, снабженного рукояткой торможения, с передаточным числом по усилию от рукоятки до конца последнего звена рычажного механизма примерно в диапазоне 1:(3-4), верхняя часть тормозного устройства качелей состоит из закрепленного на перекладине кронштейна с установленным на нем соосно с осью качания роликом, поперечины, установленной параллельно оси качания, соединяющей жестко противолежащие тяги между собой, разноплечего рычага, установленного подвижно на поперечине, взаимодействующего одним коротким плечом или попеременно двумя короткими плечами с наружной поверхностью ролика с противоположных сторон. Обеспечивается полная безопасность качания, возможность управления с сиденья самим качающимся процессом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области спортивно-игровых устройств, в частности к широко распространенным качелям, называемых по терминологии ООО (обществом с ограниченной ответственностью) «АВЕН-СПб« (г. Санкт-Петербург) еще маятниковыми (см. «Паспорт КМ-К2ц-00.00.00ПС ООО).
Известны качели по а.с. №1639693, Мкл. 5А63G 9/02, состоящие из стойки с перекладиной, тяг с сиденьем, шарнирно соединенных с перекладиной, ограничителя для изменения величины траектории качания тяг.
Основным недостатком указанных качелей является возможность травмирования лиц, оказавшихся неожиданно в зоне качания тяг с сиденьем, а также самого качающегося (например, ребенка) при неожиданном падении его с сиденья качелей. Кроме того, после завершения качания процесс торможения качелей осуществляется путем сползания с сиденья до момента касания ног с землей, а затем торможения с упиранием ступней ног о землю, что может привести к травмам. Процесс раскачки осуществляется небезопасно - путем отвода сиденья, пятясь назад, и последующего заползания качающегося на сиденье. Дальнейший процесс раскачки выполняется путем поочередного выноса ног вперед-вверх и поджимания их в коленках под сиденьем, что может вызывать сползание качающегося с сиденья и его падение.
Известны безопасные качели Лаврова, а.с. №1118380, М Кл. 7 А63G 9/00, содержащие стойку с перекладиной, тяги с сиденьем, шарнирно соединенные с перекладиной посредством скоб, и устройство для безопасности, выполненное в виде подпружиненного соединения тяг со скобами с возможностью их осевого перемещения и выступов на тягах, взаимодействующих со впадинами фиксирующего элемента, например зубчатого колеса.
Основным недостатком указанных качелей является возможность травмирования лиц, оказавшихся неожиданно в зоне качания тяг с сиденьем, а также самого качающегося (например, ребенка) при неожиданном падении его с сиденья качелей. Кроме того, после завершения качания процесс торможения качелей осуществляется путем сползания с сиденья до момента касания ног с землей, а затем торможения с упиранием ступней ног о землю, что может привести к травмам. Процесс раскачки осуществляется небезопасно - путем отвода сиденья, пятясь назад, и последующего заползания качающегося на сиденье. Дальнейший процесс раскачки выполняется путем поочередного выноса ног вперед-вверх и поджимания их в коленках под сиденьем, что может вызывать сползание качающегося с сиденья и его падение.
Общеизвестны групповые качели с сиденьем в виде корзины для двух качающихся, устанавливаемые в городских парках отдыха, снабженные тормозным устройством в виде поднимающейся вверх и упирающейся снизу в корзину доски.
Основным недостатком этих качелей является вышеуказанная возможность травмирования при попадании лиц в зону раскачки, поэтому такие качели ограждают забором, а для торможения привлекают сторонние лица. Сам процесс раскачки осуществляется небезопасно - путем отвода руками корзины назад и последующего заскакивания качающихся в корзину.
Известны безопасные качели Л.А.Каргаева, патент РФ №2144408 от 21.05.1998 г., содержащие стойку с перекладиной, шарнирно соединенные с перекладиной тяги с сиденьем, защитный кожух цилиндрической формы, установленный соосно с осью качания тяг с сиденьем с возможностью совместного с ними движения, охватывающий подвижные части качелей снаружи по замкнутому цилиндру или его части. Такая конструкция позволяет исключить полностью попадание кого-либо в зону качания качелей и тем самым предотвращает возможность какого-либо удара.
Недостатком этих качелей является неудобство торможения, выполняемого упиранием о землю одной ноги, в то время как другая нога стоит на кожухе, а руки обхватывают тяги для сохранения равновесия. Поэтому для качания малышей (от двух до семи лет) торможение качелей производят сторонними лицами (воспитателями детских садов, родителями). Сам процесс раскачки осуществляется не совсем безопасно - путем отвода руками тяг с сиденьем назад и последующего заскакивания качающегося на кожух, держась руками за тяги.
Таким образом, все ныне действующие маятниковые качели, в том числе сборные качели, выпускаемые в настоящее время ООО (обществом с ограниченной ответственностью) «АВЕН-СПб« (г. Санкт-Петербург), являются удароопасными и, кроме того, не имеют безопасных средств торможения качелей. Торможение выполняется либо путем упирания ног о землю самим качающимся, или с помощью привлечения сторонних лиц. Процесс раскачки осуществляется небезопасно - путем отвода сиденья, пятясь назад, и последующего заползания качающегося на сиденье.
В основу каркаса заявленного изобретения безопасные качели на графике представлен каркас сборной конструкции ООО «АВЕН-СПб«, позволяющий производить монтаж корпуса на месте, не прибегая к сварке с ее неизбежной при этом деформацией деталей. Ленточный фундамент с неглубоким залеганием и соответственно укороченные стойки каркаса, удобство транспортировки и монтажа предопределили выбор такой конструкции каркаса, хотя сам по себе каркас качелей не имеет никакого отношения к заявленному техническому решению: можно использовать каркасы любых качелей, сварных и сборных.
Изобретение согласно патенту РФ №2144408 принято за прототип.
Задачей изобретения является повышение безопасности и удобства пользования качелями и осуществление процесса торможения и процесса раскачки качелей самим качающимся.
Решение этой задачи состоит в том, что безопасные качели, содержащие стойку с перекладиной, шарнирно соединенные с перекладиной тяги с сиденьем, защитный кожух цилиндрической формы, установленный соосно с осью качания тяг с сиденьем с возможностью совместного с ними движения, охватывающий подвижные части качелей снаружи по замкнутому цилиндру или его части, снабжены управляемым самим качающимся тормозным устройством, являющимся одновременно и раскачивающим устройством, расположенным в верхней и нижней частях качелей, нижняя часть тормозного (раскачивающего) устройства выполнена в виде многозвенного рычажного механизма, снабженного рукояткой торможения (она же одновременно и раскачивания) и расположенного сбоку (справа) и сзади сиденья с передаточным числом по усилию от рукоятки до конца последнего звена рычажного механизма у сиденья примерно в диапазоне 1:(3-4), верхняя часть тормозного (раскачивающего) устройства качелей состоит из закрепленного на перекладине кронштейна с установленным на нем соосно с осью качания роликом, поперечины в виде прутка или трубы, установленной параллельно оси качания, соединяющей жестко противолежащие тяги между собой, разноплечего рычага, установленного подвижно на поперечине, взаимодействующего коротким плечом с наружной поверхностью ролика, а длинным плечом связанного с вертикальным соединительным звеном, соединяющим верхнюю часть тормозного (раскачивающего) устройства с выходным звеном нижней части тормозного (раскачивающего) устройства; при этом разноплечий рычаг снабжен аналогичным дополнительным коротким плечом с пятой, но сопрягаемым с роликом с противоположной стороны с возможностью попеременного касания обоих коротких плеч рычага о наружную поверхность ролика, а в многозвенном рычажном механизме предусмотрено дополнительное движение рукоятки вперед и фиксация ее в нейтральном положении.
Представленные безопасные качели иллюстрированы следующим перечнем фигур: на фиг. 1 изображены качели сбоку вместе с защитным кожухом 6, на фиг. 2 выделен отдельно в увеличенном масштабе элемент фигуры 1, расположенный в зоне перекладины 2 качелей, изображающий верхнюю часть тормозного (раскачивающего) устройства; на фиг. 3 - вид А фигуры 1.
Описание устройства безопасных качелей
Качели состоят из стоек 1 (фиг. 1, фиг. 2) известной конструкции, образующих в сборе 4-опорную металлоконструкцию, заглубленную в земле в зацементированные траншеи для каждой пары опор (на графике не обозначены), перекладины 2 (фиг. 2, 3), расположенной на стойках 1 горизонтально по оси О-О в их верхней части (фиг. 1 и 2). На перекладине 2 закреплены подвески 3 в виде кронштейнов или листовых боковин известных конструкций, в которых установлены шарнирно (на подшипниках качения или скольжения) известным способом тяги 4 с сиденьем 5, взаимодействующим с кожухом 6 при помощи водила 7 (фиг. 1 и фиг. 3) и упоров 8 на кожухе. При необходимости сиденье снабжают подставкой для ног, взаимодействующей двухсторонне с упорами 8 кожуха.
Соосно с осью качания О1-О1 на подвесках 3 установлены диски 9 с отверстиями, через которые подвешивается с помощью радиальных связей 10 защитный кожух 6 цилиндрической формы с возможностью синхронного качания с сиденьем вокруг оси О1-О1 и концентричного охвата снаружи тяг с сиденьем. Защитный кожух 6 содержит листовую обечайку, согнутую по всему периметру цилиндра или его части, но с охватом в этом случае длины траектории при максимальных размахах качания по длине дуги кожуха, обеспечивающего расположение нижнего края кожуха от земли в момент максимального размаха качания не ниже роста окружающего контингента детей. Защитный кожух 6 выступает за габариты сиденья 5 по его ширине на безопасное для окружающих расстояние, примерно на 150-200 мм и более. При усеченном варианте защитного кожуха 6 предусмотрены в его разомкнутой части хордовые связи 11 с возможностью съема их при монтаже и демонтаже качелей. Для уменьшения веса защитного кожуха 6 и сохранения при этом его жесткости и прочности обечайку выполняют из тонколистового материала из легких сплавов или из пластмассы, например, из листового поликарбоната с различной расцветкой с толщиной от 4 мм и с удельным весом 0,6-0,7 г/куб.см. В таком случае защитный кожух 6 усиливают тем, что на наружной поверхности обечайки защитного кожуха 6 закрепляют охватывающие по цилиндрической поверхности легкие дугообразные элементы усиления защитного кожуха, не менее двух (на фигурах позиции не обозначены), выполненных, например, из известных покупных пластмассовых труб примерно ⌀25/⌀15. Трубы крепятся к обечайке винтами (в том числе саморезами) со стороны внутренней поверхности обечайки.
Для обеспечения торможения или, наоборот, раскачки качелей предусмотрено управляемое самим качающимся тормозное (оно же раскачивающее) устройство, расположенное в верхней части качелей, у перекладины 2, и в нижней части, на сиденье 5. Нижняя часть тормозного (раскачивающего) устройства выполнена в виде многозвенного рычажного механизма, расположенного сбоку (справа) и сзади сиденья 5, и состоит из рукоятки торможения (раскачки) 12, установленной на оси в нижней части сиденья, рычага 13, соединенного шарнирно с рукояткой 12 и с рычагом 14. Рычаг 14 выполнен заодно с горизонтальным валиком (на фиг.3 обозначен той же позицией - 14), установленным параллельно оси О1-О1. На противоположном конце валика закреплено жестко, но с возможностью регулирования углового положения относительно рычага 14 с валиком последнее звено рычажного механизма сиденья - рычаг 15. Соотношение плеч рычагов в многозвенном рычажном механизме выполнено таким образом, что усилие Р на рукоятке 12 увеличивается на конце рычага 15, последнего звена рычажного механизма, примерно в диапазоне в 3-5 раз.
Верхняя часть тормозного (раскачивающего) устройства качелей (фиг. 3) состоит из закрепленного на перекладине 2 кронштейна 16, ролика 17, расположенного в пазу кронштейна 16 по оси О1-О1, разноплечего рычага 18, сопрягаемого пятой 19 на конце короткого плеча рычага с наружной поверхностью ролика 17, а длинным плечом рычага связанного с вертикальным соединительным звеном 20, соединяющим верхнюю часть тормозного (раскачивающего) устройства с выходным звеном нижней части тормозного (раскачивающего) устройства - рычагом 15. Разноплечий рычаг 18 установлен подвижно на поперечине 21, выполненной в виде прутка или трубы, соединяющей жестко противолежащие тяги 4 между собой. Ось поперечины 21 параллельна оси О1-О1 и отстоит от нее на расчетную величину примерно в диапазоне 250-500 мм. Оси симметрии кронштейна 16, ролика 17, разноплечего рычага 18 и рычага 15 располагаются в одной плоскости, перпендикулярной оси О1-О1.
Следует отметить, что в рычажном механизме нижней тормозной (раскачивающей) части устройства рукоятку 12 с ручным управлением легко можно заменить рычагом с ножной педалью, освободив обе руки для удержания качающегося на сиденье. При этом можно предусмотреть сбоку и впереди сиденья выступающие на уровне плеч ручки. В этом случае качающийся будет хвататься руками не за тяги, а за эти ручки и, отталкиваясь от них, воздействовать на педаль с большей силой, прочно удерживаясь на сиденье и увеличивая силовое воздействие на тяги качелей при торможении и при раскачке.
Для обеспечения эффективного торможения (и раскачки) качелей за счет обеспечения указанных процессов на протяжении полного цикла качания вперед и назад (или назад и вперед) разноплечий рычаг 18 снабжен дополнительным коротким плечом рычага 18, обозначенным отдельной позицией 22 и снабженным пятой 23 (на фиг. 2 изображены пунктирно), аналогичным короткому плечу рычага с пятой 19. Короткое плечо 22 расположено таким образом, что пята 23 может касаться ролика 17 только с противоположной пяте 19 стороны и при движении вертикального соединительного звена 20 вверх. При этом пята 19 не будет касаться ролика 17. Таким образом, короткий рычаг разноплечего рычага 18 будет представлять вилку, охватывающую ролик 17 с зазором с двух противоположных сторон. Для обеспечения попеременного касания ролика 17 пяты 19 и пяты 23 в многозвенном рычажном механизме предусмотрено дополнительное движение рукоятки 12 вперед, т.е. в противоположную сторону, при котором рычаг 15 будет поворачиваться против стрелки «В», поднимая вверх вертикальное соединительное звено 20. В этом случае звено 20 выполняется не в виде троса или другой гибкой связи, а жесткой конструкции, например, в виде стержня, трубы или полосы. В положении между движением рычага 12 вперед и назад (т.е. в нейтральном положении) предусматривается фиксация рычага 12 при помощи фиксирующего устройства известной конструкции (на фигурах не показано).
Описание работы безопасных качелей.
1. Качание с защитным кожухом.
В процессе качания тяг 4 с сиденьем 5 подвешенный шарнирно и соосно с осью O1-O1 качания качелей защитный кожух 6 совершает синхронное движение по траектории, параллельной траектории движения сиденья 5. Охватывая подвижные части качелей снаружи по всей траектории, защитный кожух 6 перекрывает открытые опасные зоны, которые возникают при маятниковом качании качелей и исключают удары сторонних лиц и самого качающегося при его случайном падении. Случайное касание с кожухом будет связано только с появлением силы трения о гладкий цилиндр, что не приведет к травмам.
2. Торможение.
При движении раскаченных качелей назад (с любого положения) качающийся оттягивает рукоятку 12 на себя с усилием Р (например, в диапазоне 2-4 кг) в направлении стрелки Б (фиг. 1). При этом рычаг 13 поворачивает рычаг 14 вместе с горизонтальным валиком, в результате чего поворачивается по стрелке В и закрепленный на конце валика рычаг 15, который тянет вниз трос 4 с силой (3-5)×Р кг (взависимости от передаточного числа рычажного механизма). Под воздействием троса поворачивается по стрелке Д разноплечий рычаг 18 (фиг.1, фиг. 2), упираясь пятой 19 своего короткого плеча в ролик 17 с силой (3-5)×Р ×К кг, где К - коэффициент соотношения длин плеч разноплечего рычага 18. Находясь под воздействием сил двух сил - (3-5)×Р кг и (3-5)×р×К кг, разноплечий рычаг 18 будет воздействовать на поперечину 21 вниз-налево, а с нею на тяги 4. Векторная результирующая R от этих двух сил, действующая на поперечину 21, будет создавать момент сопротивления качанию качелей, равный R×Н, где Н расстояние от оси поперечины до оси О1-О1. На всем протяжении качания качелей назад она будет испытывать постоянно торможение, в результате чего качели останавливаются. При усилии на рукоятке 12 в 3 кг, передаточном числе рычажного механизма у сиденья равном 4, соотношении плеч разноплечего рычага 18 равном 2 и Н равном 0,3 м сопротивление качанию на тягах качелей составит около 10 кгм., что весьма значительно, учитывая его постоянное воздействие на протяжении всего возврата качелей назад. Нажимая на рукоятку 12 с разными усилиями, качающийся может сам управлять интенсивностью процесса торможения, сообразуясь со своими удобствами и возможностями.
3. Раскачка.
Преимущество описанного тормозного устройства состоит в том, что оно позволяет выполнять и обратную торможению функцию, а именно осуществлять раскачку качелей тоже самим качающимся. Для этого необходимо в исходном положении, когда качели неподвижны, потянуть рукоятку 12 на себя, в результате чего на поперечине 21 возникнет результирующая сила R, а на тягах возникнет момент R×Н, который отклонит качели вперед на небольшой угол. После этого необходимо до начала возврата качелей назад снять полностью нагрузку с рукоятки 12. В этом случае качели проходят исходное положение без сопротивления и продолжает двигаться по инерции назад до момента, когда она останавливается и вот-вот начнет двигаться вперед. В этот момент качающийся воздействует на рукоятку 12, как бы «работая» на торможение, а на самом деле в этом случае момент R×Н будет, наоборот, подталкивать качели вперед, увеличивая каждый раз амплитуду раскачки. Качающийся сам может раскачать качели, не касаясь земли и не прибегая к помощи сторонних лиц. Дальнейшую раскачку качелей качающийся может производить традиционным способом путем выкидывания вперед выпрямленных в коленях ног и последующего поджатая их в коленях.
Описанное тормозное устройство превращается в универсальное устройство, позволяющее осуществлять как торможение, так и раскачку качелей. Для этого необходимо только вовремя периодически поворачивать рукоятку 12 назад и в исходное положение, обеспечивая соответственно силовое воздействие на качели и освобождение ее от этого воздействия. Если качели двигаются назад, то при таком воздействии на рукоятку 12 происходит торможение их, а если качели двигаются вперед, то происходит, наоборот, раскачка качелей.
При наличии дополнительного короткого плеча 22 с пятой 23 появляется возможность путем силового воздействия на рукоятку 12 «вперед» от качающегося продолжить процесс торможения качелей и при движении качелей вперед, а процесс раскачки - и при движении качелей назад. В этом случае результирующая сила R будет действовать на поперечину 21 в обратную сторону, «вверх-направо». Путем периодического воздействия на рукоятку 12 на себя при движении качелей назад и от себя при движении качелей вперед (для раскачки эти движения будут наоборот) процессы торможения и раскачки качелей будут происходить на протяжении полного цикла движения качелей назад и вперед или вперед и назад соответственно.
Таким образом, конструкция качелей позволяет производить торможение и раскачку как на половине цикла качания (только при движении качелей в одну сторону), так и на полном цикле качания (при движении качелей в обе стороны) с воздействием при этом на рукоятку 12 последовательно назад и вперед или, наоборот, при раскачке качелей.
Описанные безопасные качели обеспечивают полную безопасность и удобства пользования качелями для детей любого возраста без привлечения сторонних лиц. Они будут широко востребованы в детских учреждениях, школах и на детских дворовых площадках. При этом все существующие качели могут быть снабжены описанным универсальным тормозным (раскачивающим) устройством независимо даже от наличия защитного кожуха. Удорожание таких безопасных качелей торицей окупится исключением травматизма детей и удобствами их использования.
1. Безопасные качели, содержащие стойку с перекладиной, шарнирно соединенные с перекладиной тяги с сиденьем, защитный кожух цилиндрической формы, установленный соосно с осью качания тяг с сиденьем с возможностью совместного с ними движения, охватывающий подвижные части качелей снаружи по замкнутому цилиндру или его части, отличающиеся тем, что качели снабжены управляемым самим качающимся тормозным и одновременно раскачивающим устройством, расположенным в верхней и нижней частях качелей, нижняя часть тормозного (раскачивающего) устройства выполнена в виде многозвенного рычажного механизма, снабженного рукояткой торможения (она же и раскачивания) и расположенного сбоку (справа) и сзади сиденья с передаточным числом по усилию от рукоятки до конца последнего звена рычажного механизма у сиденья примерно в диапазоне 1:(3-4), верхняя часть тормозного (раскачивающего) устройства качелей состоит из закрепленного на перекладине кронштейна с установленным на нем соосно с осью качания роликом, поперечины в виде прутка или трубы, установленной параллельно оси качания, соединяющей жестко противолежащие тяги между собой, разноплечего рычага, установленного подвижно на поперечине, взаимодействующего коротким концом с наружной поверхностью ролика, а длинным концом связанного с тросом, соединяющим верхнюю часть тормозного (раскачивающего) устройства с выходным звеном тормозного (раскачивающего) устройства.
2. Безопасные качели по п.1, отличающиеся тем, что разноплечий рычаг снабжен аналогичным дополнительным коротким плечом с пятой, сопрягаемым с роликом с противоположной стороны с возможностью попеременного касания обоих коротких плеч рычага о наружную поверхность ролика, а в многозвенном рычажном механизме предусмотрено дополнительное движение рукоятки вперед и фиксация ее в нейтральном положении.
