CN114521730B - 一种悬浮减负背包 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮减负背包，包括背板、设于所述背板的肩带、与所述背板滑动连接的背包、以及与所述背板和背包连接的隔振装置；所述隔振装置包括相连接的正刚度结构和负刚度结构，所述负刚度结构在水平位置产生摆动而提供负刚度，所述正刚度结构在竖直方向产生弹性形变而提供正刚度，且所述正刚度结构提供的正刚度值与所述负刚度结构提供的负刚度值在所述背包处于静平衡位置处相等，实现准零刚度特性。本发明提供的悬浮减负背包，通过设置准零刚度隔振装置，使其具有低频或超低频隔振功能，从而可以有效地减轻背包运动对人肩部的损伤。

Description

一种悬浮减负背包

技术领域

本发明涉及背包装置技术领域，具体涉及一种悬浮减负背包。

背景技术

背负双肩包进行远程徒步旅行或跑步时，由于背包运动产生的动载荷会对肩膀及身体其它支撑关节(如腰椎、膝盖等)产生较大损害，尤其是部队行军往往携带较大质量装备进行长途快速行军，其背负质量产生不适感较大。

目前，市面上的背包主要是通过肩带的位置添加柔软且有弹性的材料来实现对人体肩膀的保护。但是由于人们在运动的过程中，背包在身后上下抖动给人体产生的冲击，这种冲击加上背包本身的自重，会给人们增加非常大的负担，尤其是对于大容量背包在奔跑过程中对人体的损伤较大。现有柔性肩带、柔性垫等均只能起到缓冲作用，不能起到减小动载的作用。

中国发明专利“减震背包(CN109674187A)”、“减震背包及其省力垫(CN109674188A)”和中国发明专利“一种减压背包(CN209769426U)”基本都是在传统背包上加入辅助背板且在两者间加入简单弹性部件，让背包和背板间发生一定相对运动来减缓背包对人体的动载荷。这些悬浮结构基本都是采用弹簧、橡胶带等柔性结构来实现背包的运动约束，且要使得减负系统有减负效果就需要采用刚度较小的弹性部件，但对于载重较大背包，背包重力会产生较大的弹性元件静变形，不利于人体行走等运动。中国实用新型专利“一种悬浮减负背包(CN213428866U)”,中国发明专利“一种悬浮减负背包(CN113439925A)”和“一种悬浮减负背包装置(CN110558709)”针对背包减负问题，设计了柔性减负装置，其结构复杂，也存在大负重背包时背包静变形位移大的问题，且对于人体运动的低频振动载荷基本没有减振效果，不能有利的减缓人体所受载荷。另外，现有减负背包技术，对于不同的背包载重会导致其背包初始静变形不同，影响背包的使用舒适性和美观性。

鉴于此，有必要提供一种新的减负背包解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种悬浮减负背包，通过设置准零刚度隔振装置，使其具有低频或超低频隔振功能，从而可以有效地减轻背包运动对人肩部的损伤。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种悬浮减负背包，包括背板、与所述背板滑动连接的背包、以及与所述背板和背包连接的隔振装置；

所述隔振装置包括相连接的正刚度结构和负刚度结构，所述负刚度结构在水平位置产生摆动而提供负刚度，所述正刚度结构在竖直方向产生弹性形变而提供正刚度，且所述正刚度结构提供的正刚度值与所述负刚度结构提供的负刚度值在所述背包处于静平衡位置处相等。

进一步地，所述正刚度结构包括在竖直方向发生弹性形变且间隔设置的两组第一弹簧装置、分别与所述第一弹簧装置两端悬挂连接的第一连接件和第二连接件。

进一步地，所述正刚度结构还包括用于调节所述第一弹簧装置拉伸量的调节装置。

进一步地，所述调节装置包括设于所述两组第一弹簧装置之间的棘轮、与所述棘轮啮合连接的棘爪、分别与所述棘轮和棘爪配合连接的第一转动轴和第二转动轴、分别与所述第一转动轴和第二转动轴配合且设于所述背板另一侧的第一旋钮和第二旋钮、一端与所述第一转动轴连接另一端绕对应的第一连接件设置的两组连接索，所述第一弹簧装置连接第一连接件的一端与对应的连接索连接。

进一步地，所述调节装置还包括设于所述背板且刻有第一刻度线的观察窗，用于确定对不同负载的背包是否调节到位。

进一步地，所述负刚度结构包括与所述背板铰接的两组横臂、设于所述背板且与所述横臂间隔设置的两组凸台、两端分别与所述横臂和凸台悬挂连接的两组第二弹簧装置，所述横臂与所述第二连接件连接，且所述第二弹簧装置在与所述横臂处于平行状态时应处于拉伸状态。

进一步地，所述负刚度结构包括还设于所述横臂的第一销钉，所述第二弹簧装置连接所述横臂的一端与所述第一销钉连接；所述横臂与所述背板通过第三销钉铰接，所述横臂与所述背板之间设置有凸块，且所述第三销钉贯穿所述凸块，所述横臂与所述第三销钉连接后，在所述第三销钉的端部设置一卡环。

进一步地，所述负刚度结构还包括与所述横臂连接的耳片、与所述耳片连接的连接杆，所述耳片与所述连接杆通过第四销钉铰接，所述连接杆的另一端通过第五销钉与所述背包铰接。

进一步地，所述正刚度结构还包括用于调节所述第一弹簧装置拉伸量的调节装置，所述调节装置还包括设于所述背板且刻有第一刻度线的观察窗，用于确定对不同负载的背包是否调节到位；所述横臂中间刻有与第一刻度线一一对应的第二刻度线，当第二刻度线与背板观察窗处的第一刻度线对应时，所述第二弹簧装置与横臂平行，所述背包处于静平衡状态；对于不同负载的背包，通过调节装置调节第一弹簧装置的变形量使得第二刻度线与背板观察窗上的第一刻度线对应。

进一步地，所述背板包括设于其两侧的滑槽、设于所述滑槽内的导向柱、设于所述滑槽两端部的限位块，所述背包的四个角设有与所述导向柱匹配连接的滚动滑轮。

与现有技术相比，本发明提供的悬浮减负背包，有益效果在于：

一、本发明提供的悬浮减负背包，负刚度结构在水平位置产生摆动而提供负刚度，正刚度结构在竖直方向产生弹性形变而提供正刚度，且正刚度结构提供的正刚度值与负刚度结构提供的负刚度值在背包处于静平衡位置处相等，使在静平衡位置附近动刚度为零或接近零，从而可实现在负重行走过程中对低频或超低频机械振动进行隔离，有效地减轻背包运动对人肩部的损伤。

二、本发明提供的悬浮减负背包，正刚度结构还包括调节装置，通过棘轮机构可调节竖直方向的第一弹簧装置的拉伸量，使不同背包负载条件下的隔振装置处于准零状态，因此本发明的悬浮减负背包可适用于不同背包负载的减负。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的悬浮减负背包的结构示意图；

图2是图1所示悬浮减负背包的分解结构示意图；

图3是图1所示悬浮减负背包的部分结构示意图；

图4是图1所示的悬浮减负背包中背板与背包的连接关系示意图；

图5是图4中滚动滑轮与滑槽的配合关系示意图；

图6是图3中正刚度结构的调节装置的结构示意图；

图7是图6中调节装置的另一角度的结构示意图；

图8是图3中隔振装置的负刚度结构的结构示意图；

图9是图8中部分结构的另一角度的结构示意图；

图10是图9中横臂与背板的连接结构示意图；

图11是隔振装置的刚度曲线图，其中实线为隔振装置的刚度曲线，点划线为第一弹簧装置的刚度。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请结合参阅图1、图2和图3，其中图1是本发明提供的悬浮减负背包的结构示意图；图2是图1所示悬浮减负背包的分解结构示意图；图3是图1所示悬浮减负背包的部分结构示意图。本发明提供的悬浮减负背包包括背板1、设于背板1的肩带2、与背板1滑动连接的背包3、以及与背板1和背包3连接的隔振装置4，其中隔振装置4使得在静平衡位置附近动刚度为零或接近于零。

请结合参阅图4和图5，其中图4是图1所示的悬浮减负背包中背板与背包的连接关系示意图；图5是图4中滚动滑轮与滑槽的配合关系示意图。本发明中，背板1与背包3滑动连接，具体结构为：背板1包括设于其两侧的滑槽11、设于滑槽11内的导向柱12、以及设于滑槽11两端部的限位块13；背包3的四个角设有嵌设于滑槽11内且与导向柱12匹配的滚动滑轮31，在负重行走过程中，背包的滚动滑轮31沿着导向柱在竖直方向上相对运动。优选的，导向柱13的截面为弧形，与滚动滑轮31的接触面形状一致。本发明中，在滑槽11两端部设置限位块13，防止背包3在运动过程中发生撞击导致背板或隔振装置破坏。由于限位块13起缓冲撞击的作用，因此使用的材料为橡胶等相对软的弹性体。

隔振装置4包括相连接的正刚度结构41和负刚度结构42，其中正刚度结构41在竖直方向产生弹性形变而提供正刚度，负刚度结构42在水平位置产生摆动而提供负刚度，且正刚度结构提供的正刚度值与负刚度提供的负刚度值在背包处于静平衡位置处相等。本发明中，正刚度结构41与背板1连接，负刚度结构42与背包3连接。

本实施例中，正刚度结构41包括相对间隔设置的第一连接件411和第二连接件412、两端分别与第一连接件411和第二连接件412悬挂连接的第一弹簧装置413，第一连接件411、第二连接件412、第一弹簧装置413分别为两组，分布在背板1的两侧，第一弹簧装置413在竖直方向发生弹性形变，且第二连接件412与负刚度结构42连接。在负重行走过程中，背包在竖直方向运动，第一弹簧装置413发生弹性形变而提供正刚度。

请结合参阅图6和图7，其中图6是图3中正刚度结构的调节装置的结构示意图；图7是图6中调节装置的另一角度的结构示意图。本发明的悬浮减负背包，优选地，正刚度结构41还包括调节装置414，用于使不同背包负载条件下的隔振装置处于准零状态。具体的，调节装置414包括设于两个第一连接件411之间的棘轮4141、与棘轮4141啮合连接的棘爪4142、分别与棘轮4141和棘爪4142配合连接的第一转动轴4143和第二转动轴4144、分别与第一转动轴4143和第二转动轴4144配合且设于背板1另一侧的第一旋钮4145和第二旋钮4146、一端与第一转动轴4143连接另一端绕对应的第一连接件411设置的两组连接索4147，第一弹簧装置413连接第一连接件411的一端与对应的连接索4147连接。对应的，第一连接件411可以为与背板连接的滑轮结构。

逆时针旋转第一旋钮4145，带动第一转动轴4143转动，两组连接索4147收缩带动第一弹簧装置413向上移动，调节到适当位置后，通过旋转第二旋钮4146，带动棘爪4142旋转并将棘轮4141锁紧，此时第一转动轴4143、棘轮4141不能转动，第一弹簧装置413仅能在背包发生振动时产生竖直方向的弹性变形。当需要再次调节第一弹簧装置413的初始状态时，通过旋转第二旋钮4146，解除棘爪4142与棘轮4141的锁紧关系，再通过旋转第一旋钮4145，将第一弹簧装置413调整到适当位置。

本实施例中，在背板1上设置有具有第一刻度线的透明观察窗(未图示)，可方便使用者直接观察调节状态，以确定对不同负载的背包是否调节到位。

请结合参阅图8、图9和图10，其中图8是图3中隔振装置的负刚度结构的结构示意图；图9是图8中部分结构的另一角度的结构示意图；图10是图9中横臂与背板的连接结构示意图。负刚度结构42与正刚度结构41连接，其包括与背板1连接的横臂420、设于横臂420的第一销钉421、设于背板且与横臂420间隔设置且一一对应的两组凸台422、两端分别与第一销钉421和凸台422悬挂连接的第二弹簧装置423，横臂420与第二连接件412连接。为了使背包在运动过程中负刚度结构在水平方向发生摆动，将横臂411与背板1通过第三销钉424铰接。

本实施例中，负刚度结构42还包括与横臂420连接的耳片425、与耳片425连接的连接杆426，且耳片425与连接杆426通过第四销钉427铰接，连接杆426的另一端通过第五销钉428与背包2铰接。在负重行走过程中，背包与背板发生相对运动，横臂在水平方向发生摆动而提供负刚度，横臂发生摆动而带动第一弹簧装置413在竖直方向发生弹性形变，从而产生正刚度。当背包处于静平衡位置时，第二弹簧装置423的轴线与第一销钉421、凸台422和第三销钉423的连线平行，即第二弹簧装置423与横臂420平行，此时第二弹簧装置420处于拉伸状态。

与正刚度结构41中透明观察窗的第一刻度线相对应，负刚度结构42中横臂上对应设有第二刻度线(未图示)，第二刻度线与第一刻度线一一对应，每个刻度对应不同的负载。当第二刻度线与观察窗的第一刻度线对应时，第二弹簧装置与第一销钉、凸台和第三销钉的连线平行，即第二弹簧装置与横臂平行，此时背包处于静平衡位置。本实施例中，对于不同负载的背包，通过调节装置调节第一弹簧装置的变形量使得第二刻度线与第一刻度线对应。

为了使结构更稳定，本实施例中，横臂420与背板1之间设置有凸块43，第三销钉424贯穿凸块43设置，当横臂420与第三销钉424连接后，在第三销钉424的端部设置一卡环44。凸块的设置，减少了横臂与背板的直接接触，防止因摩擦产生的阻尼影响隔振装置4的运动；卡环44用于限制横臂在第三销钉的轴向上滑动，从而可防止横臂前后运动造成的隔振装置结构不稳定性。

本发明的悬浮减负背包，将正刚度结构41与负刚度结构42结合，通过第一弹簧装置和第二弹簧装置的弹性平衡作用，使正刚度结构提供的正刚度值与负刚度结构提供的负刚度值在背包处于静平衡位置处相等，从而使隔振装置4在静平衡位置附近动刚度为零或接近零，属于准零刚度隔振装置。请结合参阅图11，是隔振装置的刚度曲线图，其中实线为隔振装置的刚度曲线，点划线为第一弹簧装置的刚度。从图11可以看出，在静平衡位置(第一弹簧装置与横臂处于平行状态)处刚度接近于零；在平衡位置附近，系统动刚度很低；在很宽的背包和背板相对位移区间范围内，隔振装置的刚度均小于竖直状态的第一弹簧装置的刚度(如图中点划线所示)。而此时隔振装置承受着背包和负载的重量，且未产生大变形。因此，本发明的隔振装置具有高静低动刚度特性，可胜任低频甚至超低频隔振。

本发明提供的悬浮减负背包，工作原理是：当背包与背板之间发生相对运动时，背包带动隔振装置原本处于水平位置的负刚度结构发生摆动而产生负刚度，横臂摆动而带动竖直方向的弹性元件发生垂直变形而提供正刚度，使正刚度结构提供的正刚度用于平衡负刚度结构提供的负刚度。且在背包处于静平衡位置时正刚度结构提供的正刚度与负刚度结构提供的负刚度值相等，使隔振装置处于准零刚度状态。隔振装置在静平衡位置附近动刚度为零或接近于零，从而实现了在负重行走过程中对低频或超低频机械振动进行隔离。

与现有技术相比，本发明提供的悬浮减负背包，有益效果在于：

一、本发明提供的悬浮减负背包，隔振装置的负刚度结构在水平位置产生摆动而提供负刚度，正刚度结构在竖直方向产生弹性形变而提供正刚度，且正刚度结构提供的正刚度值与负刚度结构提供的负刚度值在背包处于静平衡位置时相等，使在静平衡位置附近动刚度为零或接近零，从而可实现在负重行走过程中对低频或超低频机械振动进行隔离，有效地减轻背包运动对人肩部的损伤。

二、本发明提供的悬浮减负背包，正刚度结构还包括调节装置，通过棘轮机构可调节竖直方向的第一弹簧装置的拉伸量，使不同背包负载条件下的隔振装置处于准零状态，因此本发明的悬浮减负背包可适用于不同背包负载的减负。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种悬浮减负背包，其特征在于，包括背板、与所述背板滑动连接的背包、以及与所述背板和背包连接的隔振装置；

所述隔振装置包括相连接的正刚度结构和负刚度结构，所述负刚度结构在水平位置产生摆动而提供负刚度，所述正刚度结构在竖直方向产生弹性形变而提供正刚度，且所述正刚度结构提供的正刚度值与所述负刚度结构提供的负刚度值在所述背包处于静平衡位置处相等；

所述正刚度结构包括在竖直方向发生弹性形变且间隔设置的两组第一弹簧装置、分别与所述第一弹簧装置两端悬挂连接的第一连接件和第二连接件、及用于调节所述第一弹簧装置拉伸量的调节装置，所述调节装置包括设于所述两组第一弹簧装置之间的棘轮、与所述棘轮啮合连接的棘爪、分别与所述棘轮和棘爪配合连接的第一转动轴和第二转动轴、分别与所述第一转动轴和第二转动轴配合且设于所述背板另一侧的第一旋钮和第二旋钮、一端与所述第一转动轴连接另一端绕对应的第一连接件设置的两组连接索，所述第一弹簧装置连接第一连接件的一端与对应的连接索连接；

所述负刚度结构包括与所述背板铰接的两组横臂、设于所述背板且与所述横臂间隔设置的两组凸台、两端分别与所述横臂和凸台悬挂连接的两组第二弹簧装置，所述横臂与所述第二连接件连接，且所述第二弹簧装置在与所述横臂处于平行状态时应处于拉伸状态。

2.根据权利要求1所述的悬浮减负背包，其特征在于，所述调节装置还包括设于所述背板且刻有第一刻度线的观察窗，用于确定对不同负载的背包是否调节到位。

3.根据权利要求1所述的悬浮减负背包，其特征在于，所述负刚度结构包括还设于所述横臂的第一销钉，所述第二弹簧装置连接所述横臂的一端与所述第一销钉连接；所述横臂与所述背板通过第三销钉铰接，所述横臂与所述背板之间设置有凸块，且所述第三销钉贯穿所述凸块，所述横臂与所述第三销钉连接后，在所述第三销钉的端部设置一卡环。

4.根据权利要求1所述的悬浮减负背包，其特征在于，所述负刚度结构还包括与所述横臂连接的耳片、与所述耳片连接的连接杆，所述耳片与所述连接杆通过第四销钉铰接，所述连接杆的另一端通过第五销钉与所述背包铰接。

5.根据权利要求1所述的悬浮减负背包，其特征在于，所述正刚度结构还包括用于调节所述第一弹簧装置拉伸量的调节装置，所述调节装置还包括设于所述背板且刻有第一刻度线的观察窗，用于确定对不同负载的背包是否调节到位；所述横臂中间刻有与第一刻度线一一对应的第二刻度线，当第二刻度线与背板观察窗处的第一刻度线对应时，所述第二弹簧装置与横臂平行，所述背包处于静平衡状态；对于不同负载的背包，通过调节装置调节第一弹簧装置的变形量使得第二刻度线与背板观察窗上的第一刻度线对应。

6.根据权利要求1所述的悬浮减负背包，其特征在于，所述背板包括设于其两侧的滑槽、设于所述滑槽内的导向柱、设于所述滑槽两端部的限位块，所述背包的四个角设有与所述导向柱匹配连接的滚动滑轮。

Images