Безмоторное средство передвижения на мускульной силе человека, использующее обращённый принцип работы тела при академической гребле, для использования в качестве легкого транспортного средства, для туризма, спорта
Изобретение относится к безмоторному средству передвижения на мускульной силе человека. Безмоторное средство передвижения состоит из рамы с легким кузовом, двух ведущих колес, рулевого и тормозного устройств. Безмоторное средство передвижения использует не прямой, а обращенный принцип работы тела при академической гребле, где руки постоянно расположены на рукоятках руля, который одновременно служит осевой опорой для рук, а усилие ног передается на цепной привод непосредственно от каретки с упорами для ног. При этом стремена или стременные ремни служат для возврата привода за счет обгонных муфт колес в исходное положение. Рабочий ход увеличивается за счет качающегося сиденья с верхним параллельным подвесом, обеспечивающего удобство, распределение нагрузок и безопасность при работе, и начального регулируемого упора. Качающиеся рукоятки руля приводят в действие систему торможения, а тумблеры – электрооборудование, причем все время движения руки ездока находятся на рукоятках. Обеспечивается эффективное использование мышечной энергии человека и повышение безопасности. 4 ил.
Изобретение относится к области безрельсовых наземных транспортных средств, приводимых в действие мускульной силой человека
Из предшествующего уровня техники известны многочисленные конструкции веломобилей, например веломобиль А.А. Михайлова, патент РФ 2410279, B.C. Белоенко патенты №№РФ 229982, РФ 2434777. В веломобилях (и велосипедах) педальный привод имеет заведомо низкую эффективность, так как максимальное усилие, передаваемое ногой на педаль, составляет менее половины веса велосипедиста и действует только на переднем участке около 
оборота (холостой ход для каждой ноги 
оборота). Да и всего при езде на велосипеде используется порядка четверти мышц тела человека. В предлагаемом изобретении используется только элементная база, характерная для веломобилей (легкая трубчатая рама, стандартные велосипедные детали, а именно колеса, тормоза, цепи).
Из предшествующего уровня техники самое эффективное использование до 95% мышц человеческого тела достигнуто в академической гребле. Первое документированное использования принципа гребли с движением тела гребца (по смазанной салом банке) относится к 1715 году (гонки Томаса Доджета в Великобритании), подвижная банка появилась в 1857 году, а конструкция лодки для академической гребли была регламентирована в 1892 году при создании Международной федерации академической гребли ФИСА (см. http://www.worldrowing.com - официальный сайт ФИСА).
Известны многие попытки реализовать принцип работы при академической гребле для наземных средств транспорта. Известны серийно выпускаемые двухколесные и трехколесные конструкции "Rowbike" (США) (см. http://www.rowbike.com), "Vogabike" (Италия) (см. http://www.vogabike.com), с подвижными и неподвижными сиденьями. Также известен «Велосипед с движением академической гребли» конструкции С.Н. Лукьянова, патент RU 2402451 С2, с неподвижным сиденьем, качающимся рулем и кареткой с упорами для ног и возвратным резиновым шнуром. Модели с неподвижным сиденьем имеют укороченный рабочий ход по сравнению с моделями с подвижным сиденьем. Наиболее близким к заявленной является трехколесная модель "Vogabike III" с подвижным сиденьем.
Существующие конструкции не получили широкого распространения по следующим причинам:
1. Очень низкая безопасность, в частности:
- Неустойчивость. Двухколесные модели неустойчивы на малых скоростях (как велосипеды), но там даже подстраховать себя ногой, как велосипедисту, затруднительно из-за менее удобного положения тела. Трехколесные модели устойчивее, но лишь при движении по прямой. На повороте они склонны к опрокидыванию, поэтому приходится резко сбрасывать скорость.
- Плохая управляемость. Поскольку руль используется для тяги руками, управление осуществляется либо ногами, либо при помощи сложной поворотной конструкции на руле.
- Трудность ориентирования во время езды. Голова спортсмена во время езды перемещается приблизительно на 700 мм для конструкций с неподвижным сиденьем и порядка 1400 мм для конструкций с подвижным сиденьем, что мешает правильно оценивать дорожную обстановку, собственное положение и скорость.
- Задержка экстренного торможения. Для торможения нужно переставлять пальцы рук из рабочего положения на ручки тормозов, на что теряется драгоценное время.
- Высочайшая опасность существует при лобовом ударе или столкновении с препятствием. Спортсмен ударяется паховой областью о колонку управления, грудной клеткой бьется о руль и падает на дорогу.
Недостатки в области безопасности позволяют использовать подобные устройства только для тренировки на специально обустроенных трассах, но не на дорогах общего пользования. Также невозможны гонки на подобных устройствах из-за большой опасности для гонщиков.
2. Возможность использования только в сухую комфортную погоду. Сооружение вокруг конструкции закрытого «кокона» еще более снижает безопасность. Это же не позволяет использовать устройство для туризма, в быту.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание пригодной для массового производства и потребления конструкции с принципом действия, отличающимся простотой, широким спектром применения при сохранении не менее высокой, чем в ближайших аналогах "Rowbike" и "Vogabike", эффективности использования мышечной энергии человека с удобством, высокой степенью безопасности для человека, возможностью использования обычных комплектующих, выпускаемых промышленностью для серийных велосипедов.
Эта цель достигается следующим.
Во-первых, использованием не «прямого» принципа работы при академической гребле, а «обращенного» варианта. При академической гребле и в указанных аналогах неподвижны ступни ног, а передвигаются руки с веслами, рычагами или рулем. В предлагаемом обращенном варианте (см. фиг. 1) кисти рук, напротив, сжимают рукоятки руля, зафиксированного в продольной плоскости. Заметим, что кисти рук находятся в естественном, вертикальном положении, а не в неестественном, повернутом на 90°, как при гребле или у аналогов. Одновременно, не отрывая пальцев, не перехватываясь, можно осуществлять поворот руля и рулевого колеса за счет естественного поворота кистей к центру, осуществлять работу тормозов, а также большими пальцами включать возможное электрооборудование (фару, поворотные огни, габаритные огни, звуковой сигнал), обеспечивающие безопасность уличного движения. Мышцы в рабочем цикле работают так же, как при гребле: сначала (с момента упора) включаются ноги, затем, после выпрямления ног, включается спина, ягодицы и руки (корпус разгибается, а руки сгибаются). Голова при этом все время остается на месте, что облегчает ориентирование во время поездки. Все усилие рабочего хода передается на ноги, упирающиеся в ножные упоры, закрепленные на каретке, к которой крепится одна цепь или две цепи. Это усилие может для тренированных спортсменов достигать 3-5 кН (300-500 кгс). Движение продолжается накатом за счет обгонных муфт колес. Возврат в исходное положение осуществляется другими группами мышц (разгибатели рук, сгибатели ног, брюшные мышцы) легко за счет свободного хода обгонных муфт колес, возврат каретки - ногами за стременные ремни на упорах.
Во-вторых, цепи (цепь) крепятся непосредственно к каретке, усилие от каретки направлено строго вдоль цепи, нет промежуточных деталей, значит, потери ограничиваются только потерями на трение в цепи на ведущей звездочке.
В-третьих, вместо подвижного сиденья, движущегося по направляющим, применено сиденье с верхним подвесом, обеспечивающее свободное почти горизонтальное необходимое перемещение порядка полуметра (зависит от роста человека). За счет верхнего подвеса достигается:
- лучшее распределение усилия (веса человека) по всей рамной конструкции, что позволяет облегчить ее;
- за счет длины подвеса регулируется идеальное положение тела относительно ног.
- при повороте за счет верхнего подвеса большее прижимное усилие приходится на внутреннее колесо, а не на наружное, как у большинства колесных транспортных средств, что автоматически предотвращает опрокидывание;
- при лобовом ударе тело человека уходит не вверх, а вперед и вниз, вперед ногами, с инстинктивным торможением и напряжением мышц рук и ног, гасящим энергию;
- сиденье можно сделать мягким и удобным, при туристическом использовании его можно поднять вверх, под тент, тогда на полу образуется свободное пространство порядка 2,0×0,7 м, куда кладется надувной матрац и получается полноценное спальное место, сравнимое по комфорту с полкой в купе поезда.
Данные конструктивные особенности подтверждены в ходе испытаний опытного образца.
Другие применения обращенного принципа академической гребли.
Применяемый «обращенный» принцип (с различными конструктивными решениями), кроме пуллера, может быть использован для привода других транспортных средств, например легкой дрезины, легкого водного или подводного снаряда, сверхлегкого летательного аппарата на мускульной тяге.
Прилагаемые графические материалы:
На фиг. 1 показана схема работы «пуллера»;
На фиг. 2 - схема конструкции;
На фиг. 3 - предполагаемый внешний вид туристического пуллера;
На фиг. 4 - фотография существующего опытного образца.
Конструкция транспортного средства (см. фиг. 2), условно называемого «пуллер-цикл» или просто «пуллер», представляет собой несущую раму 1, к которой крепятся задние приводные колеса 2 и переднее рулевое колесо 3. Привод колес осуществляется двумя стандартными или одной усиленной цепью 4. Цепь 4 крепится непосредственно к каретке 5 с упорами 6. Цепь 4 натянута между ведущей звездочкой колеса 2 (задней оси) и натяжной звездочкой 7. Для экономии часть цепи 4 (около половины), не проходящую при работе по ведущей звездочке, можно заменить на гибкий трос или клиновой ремень, тогда вместо натяжной звездочки используется натяжной шкив. Направление движения каретки обеспечивает направляющая 8, прикрепленная к раме 1.
На каретке 5 установлены два качающихся упора 6 со стременными ремнями 9 (или регулируемыми стременами). Садясь в пуллер, ездок вставляет ноги в стременные ремни 9 и упирается ногами в упоры 6. При рабочем ходе нога нажимает на упор 6, при холостом - тянет каретку 5 назад за стременной ремень 9. Возврат цепи обеспечивают стандартные велосипедные обгонные муфты колес 2.
К раме 1 в верхней части крепится качающееся сиденье с параллельным подвесом 10, сохраняющее горизонтальность при качании. В начальной точке цикла сиденье упирается в специальный регулируемый по росту ездока упор 11, позволяя полностью задействовать силу мышц-разгибателей ног до полного их разгибания.
Управление движением осуществляется при помощи руля 12, имеющего две качающиеся в поперечной плоскости рукоятки 13. Поворачивая рукоятки 13 к центральной оси пуллера, ездок натягивает тросики тормозов 14 (стандартные). Кроме того, на концах рукояток 13 можно разместить тумблеры, включающие электрооборудование (фара, поворотные огни, габаритные огни, звуковой сигнал, например, от скутера). Руль 12 вращается вокруг своей оси, при этом в любом положении работа тела может продолжаться с наклоном корпуса человека. Движению вдоль оси препятствует опора 15, воспринимающая и передающая на раму 1 как большое осевое усилие рабочего хода, так и малое обратное усилие холостого хода. Через рулевой вал 16 и рулевой механизм 17 осуществляется поворот стандартного велосипедного рулевого колеса 3. Возврат механизма в нейтральное положение происходит как в велосипеде автоматически за счет стандартного наклона оси поворота рулевого колеса 3.
Туристический пуллер имеет закрытый корпус из легких панелей, крепящихся к раме 1, в задней части находится багажное отделение 18, в котором при установке сиденья можно перевозить также пассажира, ребенка, животное. Перед лицом ездока устанавливается легкое ветровое стекло 19 и два боковых 20. В случае непогоды рабочее и грузовое пространство закрывается тентом 21. Для посадки, загрузки, высадки и разгрузки тент 21, естественно, откидывается. Дно и облицовка корпуса могут иметь лючки для вентиляции, уборки и т.п. Для поездок по городу пуллер должен быть оборудован небольшим аккумулятором и электрооборудованием 22 (фара, габаритные, поворотные огни, стоп-сигналы, звуковой сигнал), зеркалами заднего вида 23 для полноценного участия в дорожном движении. Гоночные пуллеры могут не иметь стекол 19 и 20, тента 21, электрооборудования 22.
Безмоторное средство передвижения на мускульной силе человека, состоящее из рамы (1) с легким кузовом, двух ведущих колес (2), рулевого и тормозного устройств, отличающееся тем, что использует не прямой, а обращенный принцип работы тела при академической гребле, где руки постоянно расположены на рукоятках (13) руля (12) который одновременно служит осевой опорой для рук, а усилие ног передается на цепной привод (4) непосредственно от каретки (5) с упорами для ног (6), а стремена или стременные ремни (9) служат для возврата привода за счет обгонных муфт колес (2) в исходное положение, кроме того, рабочий ход увеличивается за счет качающегося сиденья (10) с верхним параллельным подвесом, обеспечивающего удобство, распределение нагрузок и безопасность при работе, и начального регулируемого упора (11), качающиеся рукоятки (13) руля (12) приводят в действие систему торможения, а тумблеры - электрооборудование, причем все время движения руки ездока находятся на рукоятках (13), а сама компоновка устройства позволяет использовать его не только для спорта, но и для бытовых перевозок и многодневного туризма, обеспечивая комфортное спальное место.
