Результат интеллектуальной деятельности: ШАССИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ПО ЛЕСТНИЦАМ

Изобретение относится к наземным транспортным средствам (преимущественно инвалидным креслам-коляскам), предназначенным для перемещения человека или груза по лестницам или ровной поверхности.

Наиболее существенной актуальной проблемой на пути создания мобильных технических средств реабилитации (TCP) является проблема передвижения лиц с ограниченными физическими возможностями по лестницам и преодоления других профильных препятствий типа поребрика. Продолжает иметь место и проблема перемещения по лестницам грузов (грузовые тележки).

В транспортном машиностроении давно известны технические решения с установкой, в параллель с ведущими колесами, механизмов с разнесенными по ширине шасси односторонними упорами секторного типа и рабочими концами, выступающими за внешние окружности колес, причем эти устройства предназначены для повышения несущей проходимости (самовытаскивание транспортного средства в тяжелых дорожных условиях) [1].

Позднее, для повышения профильной проходимости, в частности обеспечения возможности движения по лестницам, появились транспортные средства со специально предназначенными для этого дополнительными шагающими движителями.

Так, в одном из запатентованных устройств [2] имеются, одновременно, крестообразные и круглые колеса. Подобные устройства нельзя отнести к высококомпактным, что значительно сужает возможности их применения в составе многофункциональных электроприводных кресел-колясок нового поколения.

Известно шасси транспортного средства для движения, в частности, по лестницам, содержащее основание, колесную пару с приводом вращения колес, механизм подъема колесной пары с основанием на ступени, включающий в себя два упора рычажного типа с фрикционными пятами, установленных в плоскостях, разнесенных по ширине шасси и параллельных плоскостям колес, выступающих, по крайней мере, одними своими, рабочими концами за внешние окружности колес и снабженных как минимум одним приводом их вращения, а также систему питания и управления, при этом оси вращения упоров и колес совпадают [3].

При всех своих преимуществах такое шасси обладает недостаточно высокими плавностью хода, динамической устойчивостью на лестницах и профильной проходимостью при небольшом радиусе колес, недостаточно рациональными энергозатратами и сложностью механизма подъема, обусловленной телескопической конструкцией упоров. Два первых обстоятельства (по плавности и устойчивости) связаны с необоснованно большой высотой подъема колес над площадкой ступени, на которую осуществляется их всход. Таким образом, остаются резервы повышения его технико-эксплуатационных показателей в части плавности движения и профильной проходимости по лестницам.

Под углом зрения заявляемого технического предложения интерес представляют также шасси транспортных средств повышенной профильной проходимости, описанные в источниках [4-8].

Наиболее близким к заявленному изобретению по назначению и совокупности конструктивных признаков (прототипом) является шасси транспортного средства для движения, в частности, по лестницам, содержащее основание, колесную пару и механизм подъема на ступени колесной пары и основания, включающий в себя сдвоенный (П-образный) упор рычажного типа с фрикционной пятой, при этом упор установлен в плоскостях, разнесенных по ширине шасси и параллельных плоскостям колес, рабочий конец сдвоенного упора на части своей возможной траектории имеет возможность выступания за внешние окружности колес, при этом упор снабжен приводом его вращения [9].

Однако в дополнение к частично свойственным ему недостаткам, оговоренным в характеристике аналога [3], конструкция сдвоенного рычага используется однофункционально - для подъема-спуска на лестничном марше, в то время как на лестничном марше важно обеспечить надежное торможение устройства, предотвратить несанкционированное движение (срыв) вниз. Соответственно остаются резервы повышения технико-эксплуатационных показателей прототипа в части не только упрощения устройства, повышения плавности движения и профильной проходимости по лестницам, снижения энергозатрат, но и расширения функционального назначения рычага (рычагов) механизма подъема.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение технико-эксплуатационных показателей шасси транспортного средства в части плавности хода, динамической устойчивости на лестницах и профильной проходимости, снижение энергозатрат и упрощение механизма подъема, а также расширение функциональных возможностей механизма подъема за счет обеспечения возможности его использования как дополнительного тормозного устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в шасси транспортного средства для движения, в частности, по лестницам, содержащем основание, колесную пару и механизм подъема на ступени колесной пары и основания, включающий в себя два упора рычажного типа с фрикционными пятами, при этом упоры установлены в плоскостях, разнесенных по ширине шасси и параллельных плоскостям колес, по крайней мере одни рабочие концы упоров на части своей возможной траектории имеют возможность выступания за внешние окружности колес, при этом упоры снабжены как минимум одним приводом их вращения, или одно переднее или заднее колесо и механизм подъема на ступени колеса и основания, включающий в себя упор рычажного типа с фрикционной пятой или пятами, упор установлен в плоскости, параллельной плоскости колеса, по крайней мере один рабочий конец упора на части своей возможной траектории имеет возможность выступания за внешнюю окружность колеса, при этом упор снабжен приводом вращения, рабочий конец упора выполнен с Г-образно отогнутым свободным концом, снабженным упомянутой фрикционной пятой, которые при этом пересекают плоскость вращения ближайшего колеса, по меньшей мере, на части его ширины, а соотношение диаметра колеса, длины упора, диаметра фрикционной пяты и смещений оси вращения упора относительно оси вращения колеса выбраны из расчета обеспечения возможности силового контакта фрикционной пяты с колесом в обеспечении торможения колеса на стоянке и/или в движении.

Решение поставленной задачи достигается также за счет дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):

- упор или каждый упор может быть выполнен с двумя оппозитно расположенными относительно оси вращения рабочими концами;

- механизм подъема может быть выполнен с возможностью изменения взаимного расположения оси упора или осей упоров, с одной стороны, и оси колеса или осей колес, с другой стороны, по крайней мере, с двумя фиксированными положениями оси упора или осей упоров при выполнении привода вращения упора или упоров реверсивным;

- два фиксированных положения оси упора или осей упоров могут быть выполнены симметричными относительно поперечной вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения колеса или оси вращения колес;

- может быть предусмотрен привод вращения переднего или заднего колеса или колесной пары.

Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей.

Более подробно сущность изобретения раскрывается в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется чертежами, на которых представлено:

фиг.1 - общая схема шасси, вид сбоку, в момент, предшествующий подъему на ступень (с указанием рекомендуемых размеров); фиг.2 - шасси, вариант с одноплечими упорами, фрагмент вида в аксонометрии; фиг.3 - шасси, вариант с двуплечими (оппозитными) упорами, фрагмент вида сбоку; фиг.4 - вариант с Г-образными упорами, используемыми, дополнительно, в качестве тормозов, фрагмент шасси, вид в плане; фиг.5 - то же, вид сбоку; фиг 6 - схема с двухпозиционным положением осей поворота упоров; фиг 7 - схема преодоления лестницы.

Шасси транспортного средства для движения, в частности, по лестницам содержит основание 1 (раму, корпус или иную несущую конструкцию, на которой размещается полезная нагрузка, например человек, груз, приборы) и колесную пару 2-3 (в общем случае, ибо не исключено и одно переднее или одно заднее колесо 2), на которую опирается основание 1, как правило (преимущественно), с приводом (не показан) вращения колес 2, 3 (в частности, в ступицах колес - мотор-колеса) вокруг их осей 4, 5 или общей оси 4-5. Пара 2-3 может быть для шасси задней (основной вариант) и/или передней, и/или средней (многоколесное шасси). Шасси имеет в своем составе механизм подъема колесной пары 2-3 с основанием 1 на ступени. Механизм включает упоры 6 и 7 рычажного типа с предусмотренными на свободных концах фрикционными пятами 8 и 9 соответственно (форма пят допускает варианты, например в виде роликов с зубчатой цилиндрической поверхностью из плотной резины или в виде загнутости свободных концов вперед или назад тангенциально или почти тангенциально, в пределах плоскости их вращения, и обрезинке внешних поверхностей этих загнутостей). Упоры 6, 7 установлены в плоскостях, разнесенных по ширине шасси (симметрично) и параллельных плоскостям колес 2, 3 (при числе колес свыше одного). При этом упоры 6, 7 выступают одними (см. фиг.2) своими концами (рабочими), т.е. пятами 8, 9 (не менее радиуса ролика), и, по крайней мере, на части своей возможной траектории (при вращении) за внешние окружности колес 2, 3 (см. фиг.1). Более того, упоры 6, 7 установлены со смещением осей 10, 11 их вращения в продольном направлении и вверх относительно осей 4, 5. Иными словами, упоры 6, 7 представляют собой консольно-эксцентричные рычаги.

Как вариант, каждый упор 6, 7 может быть выполнен и двуплечим (см. фиг.3), т.е. с двумя оппозитно расположенными, относительно оси 10, 11, рабочими концами (и соответственно пятами 8, 9).

При любом из указанных двух вариантов в состав шасси входит как минимум один привод 12 вращения упоров 6, 7 (как правило, электродвигатель с понижающим редуктором).

Также при любом из указанных двух вариантов (с одноплечими и двуплечими упорами-рычагами 6, 7) выбор смещения осей 10, 11 относительно осей 4, 5 (общей оси 4-5) обусловлен необходимым по условию надежного зацепления со ступенью вылетом упора 6(7) за внешнюю окружность колеса 2(3), а также диаметром самого колеса 2(3), который выбирают по ряду параметров, включая компоновочные возможности при проектировании конкретного транспортного средства, если будет принято условие совпадения траектории конца упора 6(7) и внешней окружности колеса 2(3) в их нижней точке, при котором будет обеспечена "настильная" траектория, а значит и наибольшие плавность хода и устойчивость шасси в переходные режимы движения "колесо 2(3) - упор 6(7) - колесо 2(3)".

Согласно проведенным авторами кинематическим расчетам и экспериментальным исследованиям одним из рациональных смещений, при длине упора 140-145 мм, является смещение: 35-45 мм в продольном направлении и 25-35 мм вверх (см. фиг.1).

Интересным и перспективным (для переднего ведущего колеса шасси с колесной формулой 3х3) следует считать, в частности, конструктивный вариант (см. фиг.4, 5), в котором каждый упор 6(7) выполнен с Г-образно отогнутым свободным концом, снабженным упомянутой фрикционной пятой 8(9), которые при этом пересекают плоскости вращения ближайшего колеса 2(3) по всей ширине колеса 2(3) или ее части (возможно и превышение по соображениям устойчивости, увеличения силы сцепления и т.д.).

При этом соотношение диаметра колеса 2(3), длины упора 6(7), диаметра фрикционной пяты 8(9) и смещений оси 10(11) относительно оси 4(5) предпочтительно выбирать из расчета обеспечения возможности силового контакта пяты 8(9) с колесом 2(3) в некотором угловом диапазоне возможных положений упора 6(7), в обеспечение торможения колеса 2(3) на стоянке и/или в движении транспортного средства. Как видно на схеме фиг.5, торможение будет иметь место на участке, где дуги окружностей (траектории дальней точки пяты 8(9) и внешней окружности колеса 2(3)) меняют свое взаимное положение: пята 8(9) оказывается ближе к центру колеса 2(3), т.е. к оси 4(5). Здесь принципиально новый подход: включение и выключение торможения обеспечивается тем же приводом, что и вращение упоров, причем при достаточно простой конструкции механизма подъема.

Для шасси, которые должны иметь возможность преодолевать лестницы 13, поребрики и аналогичные профильные препятствия с различными геометрическими параметрами (например, существенно нестандартные лестницы), а также на прямом и обратном ходу (т.е. не разворачиваясь на 180°), механизм подъема может быть выполнен с возможностью изменения взаимного расположения осей 10, 11 упоров, с одной стороны, и осей 4, 5 колес, с другой стороны, по крайней мере, с двумя фиксированными положениями осей 10, 11 (см. фиг.6). В последнем случае, иначе говоря, с двухпозиционностью положения осей 10, 11. При этом желательна симметрия этих положений (позиций) относительно поперечной вертикальной плоскости, проходящей через оси 4, 5 (см. там же). Привод же 12 должен быть выполнен реверсивным. Для изменения позиции осей 10, 11 в приводе 12 могут быть предусмотрены, например, телескопический линейный актуатор (привод) 14 и шарнир 15 с горизонтальной поперечной осью.

Идея использования упоров 6, 7 как дополнительных тормозов может быть реализована в частности, в комбинации двух описанных технических решений для Г-образных упоров 6 и 7, охватывающих колеса 2 и 3 соответственно, плюс более чем двухпозиционных их оснований.

В состав шасси входят, в том или ином виде, системы питания (электропитания) и управления (позициями на чертежах не обозначены).

Описанный пример конкретного варианта конструкции не исключает других возможных вариантов устройства в рамках заявляемой совокупности существенных конструктивных признаков (см. формулу изобретения), в частности, с использованием серийно выпускаемых изделий другого назначения, прежде всего дверных гидравлических доводчиков.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Передвижение устройства по ровной поверхности (т.е. при отсутствии профильных препятствий типа лестниц 13 и поребриков) осуществляется традиционным для колесных транспортных средств способом.

В режиме подъема колесной пары и соответственно основания шасси на поребрик, на первую или очередную ступень при движении вверх по лестнице 13 (далее о лестнице 13 см. фиг.1, 7) включают привод 12. Последний приводит в движение (вращение вокруг осей 10, 11 соответственно) упоры 6, 7. Происходит их вынос, переменной частью длины как рычагов с фрикционными пятами, над ступенью лестницы 13 с последующей опорой на ее горизонтальную поверхность с переносом нагрузки с колес 2, 3 на упоры 6, 7 и вследствие этого подъем (перенос по криволинейной траектории) колес 2, 3 вместе с основанием 1 на ступень. За счет эксцентричной установки упоров 6, 7 (смещения осей 10, 11 вверх-вперед по ходу движения шасси) их вылет (за внешние окружности колес 2, 3) плавно уменьшается до нуля. Траектория осей 4, 5 получает «настильный» характер, т.е. высота траектории уменьшается. Колеса 2, 3 раньше (чем при неэксцентричной установке упоров) опускаются на ступень и, в отличие от прототипа, досрочно (пространственно и во времени) вновь принимают на себя свою часть веса транспортного средства с полезной нагрузкой. Движение до упора колес 2, 3 в основание (кромку) очередной ступени (как завершение одного цикла подъема по лестнице 13) происходит при качении колес 2, 3 и свободном ходе упоров 6, 7 в пределах кругов, образованных внешними окружностями колес 2, 3.

В варианте с двуплечими упорами (см. фиг.3) второе плечо повторяет траекторию первого (в подвижной системе координат) с интервалом 180° и, соответственно, упоры 6, 7 вступают во взаимодействие со ступенью в 2 раза чаще.

Процесс подъема по лестнице, описанный на примере одной ступени, продолжается в том же порядке до преодоления всего лестничного марша (лестницы 13). По результатам экспериментальной отработки изобретения на ряде ходовых макетов инвалидных кресел-колясок и специализированных лестничных подъемников нового поколения механизм подъема (с высокомоментными скоростными приводами авторской разработки) обеспечивает скорость подъема по лестнице не менее 1 ступени в 3 секунды.

При выполнении шасси с симметрично-двухпозиционным положением осей 10, 11 (см. пример на фиг.6) последние переводят из одного положения в другое дистанционно, изменяя длину телескопа-актуатора 14. При этом шарнир 15 позволяет реализовать вынужденно криволинейную траекторию осей 10, 11.

Указанными выше рациональными (оптимальными) геометрическими соотношениями (размерами) колес 2, 3, упоров 6, 7, вылета упоров 6, 7 впереди колес 2, 3 и расположения осей 10, 11 обеспечивается и минимальный подъем последних над ступенью при опоре на упоры 6, 7.

Использование изобретения позволяет повысить технико-эксплуатационные показатели шасси транспортного средства в части плавности хода, динамической устойчивости на лестницах и профильной проходимости, снижения энергозатрат и упрощения механизма подъема, а также расширения функциональных возможностей (функционального назначения) механизма подъема на лестницу (дополнительного использования его как тормозного устройства).

Источники информации, принятые во внимание:

1. DE 636857, 63 с, 11/63 с, 24.09.1936.

2. RU 2128035, A61G 5/04, 27.03.1999.

3. RU 2217119, A61G 5/06, 27.11.2003.

4. RU 45678 U, B62G 1/00, 27.05.2005.

5. US 2641325 А, В62В 5/02, 09.06.1953.

6. US 3269478 А, A61G 5/06, 30.08.1966.

7. US 5513716 A, B62D 57/028, 07.05.1996.

8. US 6386552 В1, В62В 5/02, 14.05.2002.

9. DE 1505834 А1, В62В 5/08, 14.08.1969 (прототип).