RU2570504C1 - Тормозное устройство безопасности подъема колесного транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к инвалидным коляскам. Тормозное устройство безопасности подъема колесного транспортного средства содержит пару автоматических противооткатных тормозов. Каждый тормоз включает в себя шарнирно устанавливаемый на раме транспортного средства, посредством плиты с регулировочным устройством, несущий рычаг с подвижным фрикционным элементом на его конце, а также тормозной рычаг с функцией управляющего органа, соединенный с несущим рычагом. Тормозной и несущий рычаги конструктивно объединены друг с другом и с фрикционным элементом, и шарниры установки тормозного рычага и фрикционного элемента также объединены друг с другом, с образованием, в совокупности, двуплечего стопорного рычага-собачки. Рычаг-собачка закреплен на установочной плите посредством шарнира, с возможностью фиксации, по меньшей мере, одного упора-ограничителя и пружины, в трех положениях - нерабочем, рабочем не включившемся и рабочем включившемся, то есть дежурном. При этом роль храпового колеса выполняет шина колеса, а храповика - стопорный рычаг-собачка. Торможение/стопорение осуществляется автоматически за счет «заклинивания» рычага-собачки между осью и шиной. Это позволяет упростить устройство и улучшить его массогабаритные показатели. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится, главным образом, к инвалидным коляскам, а также другим колесным транспортным средствам, приспособленным для преодоления профильных препятствий, в том числе и прежде всего - пандусов на подъем. Конкретно - к противооткатным тормозам (стопорам колес), автоматически приводимым в действие при появлении тенденции к скатыванию назад под доминантным действием скатывающей силы (продольной составляющей силы тяжести).

Дальнейшее изложение текущего состояния проблемы и авторского предложения строится на примере инвалидной коляски, а в качестве профильного препятствия рассматривается не всякий участок пути на подъем («подъем»), а пандус, геометрия которого соответствует международным и российским стандартам, строительным нормам и правилам (СНиП).

Движение инвалидной коляски по пандусу вверх доставляет пользователю (инвалиду, больному на реабилитации, человеку преклонного возраста, то есть из числа лиц с ограниченными физическими возможностями и зачастую с существенными психическими отклонениями от нормы) определенные трудности, связанные со стремлением коляски скатиться назад под действием силы тяжести и необходимостью, в связи с этим, помимо развития повышенного усилия для движения вверх, не дать коляске скатиться. В совокупности это выливается в вынужденное «спортивное соревнование с самим собой»: чем круче пандус, тем более ожесточенное.

Максимальная крутизна пандуса, преодолеваемая вручную, не превышает 10°, так как помимо большого потребного усилия возникает ограничение по устойчивости от опрокидывания коляски назад.

Известны транспортные средства, в том числе инвалидные коляски, с самотормозящимися приводами колес [RU 93011195 A, A61G 5/06, 20.05.1995; RU 2116774 C1, A61G 5/04, 10.08.1998]. Но они относительно энергоемки и составляют лишь часть «электро-механизированного» общего парка малогабаритного индивидуального транспорта, в том числе технических средств реабилитации - TCP.

Известны и широко применяются на транспортных средствах ручные «стояночные» тормоза. На инвалидных колясках это подпружиненные двухпозиционные двуплечие рычаги с фиксаторами, установленные непосредственно над колесами с возможностью независимого ручного включения/выключения пользователем или ассистентом - введения (выведения) в силовой фрикционный контакт (из контакта) нижнего плеча рычага с шиной колеса [RU 73784 U1, A61G 5/02, 10.06.2008; RU 2272605 C2, A61G 5/02, A61G 5/08, 27.03.2006].

К сожалению, они не обладают свойством автоматизма - ни при включении, ни при выключении. Специфика же контингента пользователей обусловливает повышенную вероятность их неиспользования или запоздалого использования в чрезвычайной ситуации скатывания - из-за «человеческого фактора».

На современных инвалидных колясках и, прежде всего, приспособленных для преодоления лестничных маршей и одиночных ступенчатых препятствий (коляски-мобильные лестничные подъемники), предусмотрены парные автоматические тормоза, каждый из которых включает рычаг с опорным роликом на своем свободном конце, шарнирно установленный сбоку-спереди колеса с возможностью принудительного перевода из нерабочего верхнего положения в рабочее нижнее положение, на лестничных маршах или иной опорной поверхности с перепадом уровней, с качением ролика по ступени рядом с колесом и последующего срыва под действием, по меньшей мере, собственной силы тяжести и зависания над нижестоящей ступенью или иной опорной поверхностью более низкого уровня. Рычаг подпружинен с возможностью его фиксации в нерабочем верхнем их положении силами упругости пружин. Тормоз снабжен фрикционным (например, ленточным) устройством автоматического торможения колеса на расстоянии от кромки ступени, достаточном для начала перемещения по ступеням лестницы в режиме спуска. При этом фрикционный элемент закреплен соответственно на ступице колеса или иного элемента, неподвижного относительно рамы, и на рычаге с возможностью частичного охвата, с трением вращающейся части колеса, преимущественно тормозного барабана, предусмотренного с этой целью [RU 2368366 С1, A61G 5/06, 19.02.2008, с.1, 2, 5, 7, 8, 11, фиг. 2, 3, 4].

Такие тормоза, даже будучи автоматическими, рассчитаны исключительно на экстренный останов коляски при движении по ступенчатым поверхностям, а на ровных наклонных поверхностях, к каковым относятся пандусы и обычные подъемы, не работают в принципе и сформулированной выше проблемы не снимают.

Более совершенной конструкцией того же назначения и того же типа является автоматический тормоз с подвижными опорными «костылями», снабженными фрикционной опорной пятой для взаимодействия с опорной поверхностью (ступенью лестницы или одиночной ступенью) [RU 2368366 С1, A61G 5/06, 19.02.2008, с.8].

Несмотря на большую надежность, компактность и относительную простоту, такая конструкция все равно относится лишь к средствам предотвращения срыва со ступени или в выбоину на горизонтальной дороге.

Близким к заявленному изобретению по совокупности конструктивных признаков аналогом является тормозное устройство предотвращения срыва со ступенчатых препятствий, включающее в себя пару автоматических тормозов, симметрично установленных при левом и правом колесах транспортного средства, каждый из которых содержит шарнирно установленный впереди оси колеса подпружиненный двуплечий стопорный рычаг-собачку с возможностью перевода, путем механического воздействия на ее плечо, из нерабочего своего положения, характеризуемого свободой заднего плеча, в рабочее положение, характеризуемое ориентацией назад-вниз и контактным взаимодействием, препятствующим вращению колеса [RU 2368366 С1, A61G 5/06, 19.02.2008, фиг. 3].

В нем шарнир стопорного рычага-собачки жестко установлен на «традиционном» для тормозов такого типа опорном рычаге с роликом на конце и основанием, шарнирно установленном на оси колеса. Пружина одним концом уперта в указанный опорный рычаг, а другим - в переднее плечо рычага-собачки, поджимая его к упору-ограничителю обратного его хода (то есть в исходное, выключенное состояние тормоза), при этом упор-ограничитель организован не на раме, а на опорном рычаге с замыканием усилия пружины на опорный рычаг. Конец заднего плеча стопорного рычага-собачки оформлен в виде заостренного зуба («клювика»), характерного для собачек храповых механизмов. Параллельно колесу на его оси установлено храповое колесо, по диаметру и геометрии зубчатого венца соответствующее описанному зубчатому концу заднего плеча рычага-собачки и кинематике поворота последнего, с учетом необходимого для работы храпового механизма зазора между «клювиком» и супротивной впадиной зубчатого венца в выключенном состоянии тормоза. На поворотном рычаге установлен также опорный костыль с фрикционной пятой на переднем-нижнем конце, характерный для упомянутых в обзоре аналогов тормозов с опорными костылями, но не непосредственно, а в направляющей в продольном своем направлении, и подпружинен, с возможностью взаимодействия задним-верхним свободным своим торцом с задним плечом рычага-собачки (с тыльной стороны «клювика»). Храповой механизм организован на условии его включения со стопорением относительно рамы (вместе с колесом транспортного средства) при вращении колеса транспортного средства передним ходом.

Тормоз автоматически включается в случае поворота вниз, под действием собственной силы тяжести и силы упругости собственной (другой) пружины, при сходе ролика со ступенчатой опорной поверхности на спуске транспортного средства по лестнице. Поворот опорного рычага совместно с опорным костылем до заданного критического угла и ниже вызывает силовой контакт пяты опорного костыля с опорной поверхностью (ступенью) и продольное перемещение опорного костыля в направляющей. Вступив в контакт свободным торцом с задним плечом рычага-собачки, опорный костыль (одновременно с «традиционным» торможением опорной пятой по опорной поверхности, включает «стопорный компонент» тормоза, повернув рычаг-собачку, выбрав при этом зазор и введя зуб «клювик» в ближайшую на этот момент впадину зубчатого венца храпового колеса. Выключение тормоза происходит также автоматически - при новом силовом контакте ролика опорного рычага с опорной поверхностью и соответствующем возврате опорного рычага с костылем из критического диапазона углов их положения относительно рамы.

Однако, при направленности на решение проблем эксплуатационной безопасности инвалидных колясок и иных транспортных средств и при всех своих несомненных достоинствах «в своем классе», такое устройство, как и предыдущий описанный близкий аналог, относится лишь к средствам предотвращения срыва со ступени или в выбоину на горизонтальной дороге, а как «противооткатное» средство, не работает. Иначе говоря, не совсем совпадает по назначению. Соответственно, транспортное средство не оборудовано таковым, не способно автоматически остановиться при тенденции к скатыванию с пандуса или естественного подъема в нештатной ситуации. Это обусловливает недостаточно высокую безопасность эксплуатации такого транспортного средства (особенно если это инвалидная коляска), а значит - недостаточно высокие технико-эксплуатационные его характеристики (ТТХ).

Очевидна потребность в улучшении ТТХ (возможностей) инвалидных колясок и иных транспортных средств путем создания надежного автоматического тормозного устройства, предотвращающего откат - обратное скатывание транспортного средства с пандуса или естественного подъема в нештатной ситуации.

Наиболее близким к заявляемому устройству по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков аналогом (прототипом) представляется тормозное устройство безопасности подъема колесного транспортного средства, содержащее пару автоматических противооткатных тормозов, симметрично установленных при левом и правом ходовых колесах транспортного средства впереди их оси, каждый из которых включает в себя шарнирно устанавливаемый на раме транспортного средства, посредством установочной плиты с регулировочным устройством, тормозной рычаг с функцией управляющего органа и связанный с ним несущий рычаг с подвижным фрикционным элементом на шарнире, с возможностью перевода тормозного рычага, путем механического управляющего воздействия на его свободный конец, из нерабочего своего положения, характеризуемого наличием зазора между фрикционным элементом и шиной ходового колеса, в рабочее положение, характеризуемое контактным взаимодействием, допускающим одностороннее вращение ходового колеса по принципу действия храпового механизма [RU 2509545 С1, A61G 5/10, 17.09.2012].

В нем тормозной и несущий («нижняя тормозная пластина») рычаги связаны друг с другом посредством промежуточного шарнирного (два шарнира) звена - «третий кулисный рычаг», несущий рычаг установлен боковой своей частью на упомянутой опорной плите (с возможностью угловой регулировки), а фрикционный элемент («парковочный барабан») выполнен в виде фрикционного полого цилиндра, установленного на заднем конце (с зазором, в нерабочем положении, от шины ходового колеса) несущего рычага, причем эксцентрично, на подшипнике одностороннего движения, при рекомендации вхождения в его состав храповика. Тормозной рычаг с рукояткой на переднем-верхнем конце двухпозиционно зафиксирован относительно установочной плиты с помощью еще трех кулисных рычагов (первого, второго и четвертого) и еще одного несущего рычага (для аналогичного фрикционного элемента - «тормозного барабана»). Следует отметить, что наличие группы последних элементов объясняется также наличием у прототипа «параллельного по соседству» стояночного тормоза (что в данном случае имеет расширительный характер и к предмету заявляемого изобретения не отнесено).

Рекомендации по величине зазора между фрикционным элементом и шиной в прототипе отсутствуют.

Прототип, в принципе, решает поставленную его авторами техническую задачу, предотвращая откат коляски вниз на пандусе или ином продольном уклоне.

Однако, устройство, представляющее собой двойной коленно-рычажный механизм, в сочетании с вмонтированным в барабан подшипником одностороннего движения, особенно со встроенным храповым механизмом, можно отнести к «недорогим» лишь в сравнении с его прототипом, еще недостаточно просто и компактно.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является упрощение устройства и улучшение его массогабаритных показателей.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в тормозном устройстве безопасности подъема колесного транспортного средства, содержащем пару автоматических противооткатных тормозов, симметрично установленных при левом и правом ходовых колесах транспортного средства впереди их оси, каждый из которых включает в себя шарнирно устанавливаемый на раме транспортного средства, посредством установочной плиты с регулировочным устройством, несущий рычаг с подвижным фрикционным элементом на его конце, тормозной рычаг с функцией управляющего органа, соединенный с несущим рычагом, с возможностью перевода тормозного рычага, путем механического управляющего воздействия на противоположный несущему рычагу свободный конец, из нерабочего своего положения, характеризуемого наличием зазора между фрикционным элементом и шиной ходового колеса, в рабочее положение, характеризуемое контактным взаимодействием, допускающим одностороннее вращение ходового колеса по принципу действия храпового механизма, тормозной и несущий рычаги конструктивно объединены друг с другом и с фрикционным элементом, и шарниры установки тормозного рычага и фрикционного элемента также объединены друг с другом, с образованием, в совокупности, двуплечего стопорного рычага-собачки, переднее плечо которого сохраняет функцию органа управления тормозом, заднее плечо - функцию несущего рычага, а конец заднего плеча - функцию фрикционного элемента, двуплечий стопорный рычаг-собачка закреплен на установочной плите посредством упомянутого объединенного шарнира, с возможностью фиксации, по меньшей мере, одного упора-ограничителя и пружины, в трех положениях - упомянутом нерабочем, рабочем не включившемся, то есть дежурном, характеризующемся подпружиненным фрикционным взаимодействием конца заднего плеча стопорного рычага-собачки с шиной колеса в пределах конуса трения при неподвижном или вращающемся прямым ходом колесе, и рабочем включившемся, характеризующемся возможностью обратимого автоматического стопорения колеса при изменении направления его вращения на откат транспортного средства, при этом роль храпового колеса выполняет шина ходового колеса транспортного средства, а храповика - стопорный рычаг-собачка.

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

- в нерабочем положении тормоза зазор между концом заднего плеча стопорного рычага-собачки и шиной колеса может не превышать величины 2-5 мм (экспериментально, на полномасштабном ходовом макете инвалидной коляски авторами установлен именно такой оптимальный диапазон: с одной стороны, в отличие от возможных вариантов с меньшей величиной зазора, в условиях относительно большого диаметра ведущего колеса у инвалидных колясок с ручным основным или дублирующим приводом и используемым вне дома, это позволяет уменьшить более высокую, чем при малогабаритных храповых механизмах в «чистой» среде, вероятность повышенного сопротивления вращению колеса в выключенном состоянии тормоза; с другой стороны, в отличие от возможных вариантов с большей величиной зазора, минимальны габариты устройства и потребные хода органа ручного включения/выключения; кроме того, более благоприятны условия в случае реализации второй возможной функции устройства - для автоматической очистки шины колеса от грязи);

- может быть предусмотрен упор-ограничитель хода стопорного рычага-собачки при автоматическом стопорении колеса вследствие реверсирования вращения последнего с прямого хода на задний, с возможностью предотвращения силового выворачивания рычага-собачки в условиях незавершенной упругой деформации шины (введение упора-ограничителя трехступенчатого хода рычага-собачки в конце расчетного максимального его хода, в отличие, например, от упора-ограничителя обратного хода у близкого аналога, за счет сохранения ориентации продольной оси заднего плеча рычага-собачки под ось колеса, собственно и позволяет избежать указанного его выворачивания в положение неработоспособности тормозно-стопорящей пары «рычаг-собачка - шина колеса»);

- двуплечий стопорный рычаг-собачка может быть подпружинен с использованием одной шпилечной пружины, установленной параллельно его шарниру, двухпозиционно - с «мертвым» ее положением при переходе из нерабочего положения с зазором между концом заднего плеча рычага-собачки в рабочее беззазорное положение (это в наибольшей степени упрощает и удешевляет устройство «стопорной части» тормоза, основанной на использовании храпового механизма, делает его особо компактным);

- шарнир крепления стопорного рычага-собачки может быть расположен напротив переднего верхнего квадранта колеса или на уровне оси последнего в продольном вертикальном сечении колеса, с ориентацией заднего плеча рычага-собачки в направлении под ось колеса во всех его положениях - нерабочем, рабочем не включившемся, то есть «дежурном», и рабочем включившемся (с учетом характерной общей компоновки инвалидных колясок, этим в наибольшей степени обеспечиваются эргономические требования к устройству в части доступности и удобства ручного включения/выключения тормоза, прежде всего, пользователем);

- конец заднего плеча стопорного рычага-собачки может быть выполнен с вогнутой контактной, с шиной колеса, поверхностью, по радиусу, соответствующему радиусу выпуклой ответной поверхности шины с учетом ее деформации в застопоренном состоянии (этим достигается большая полнота использования полезных для создания тормозного момента площадей фрикционной пары устройства, а также более устойчивое рабочее состояние рычага-собачки и стабильность работы);

- при предыдущей совокупности признаков, ширина конца заднего плеча стопорного рычага-собачки может составлять не менее 2/3 ширины шины колеса (это еще более увеличивает описанный в предыдущем абзаце эффект);

- при предпоследней совокупности признаков, конец заднего плеча стопорного рычага-собачки может быть выполнен в виде насадка, жестко прикрепленного к последнему (это не только улучшает технологичность конструкции при существенном превышении потребной ширины конца заднего плеча рычага-собачки над шириной этого плеча, но и расширяет возможности смены насадка как в варианте устройства с различными тормозными характеристиками или при необходимости замены износившегося фрикционного элемента, аналогично замене тормозных колодок или их накладок на автомобильном транспорте).

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 схематично и фрагментарно представлено:

на фиг. 1 - транспортное средство (коляска с ручным приводом) с тормозным устройством, вид сбоку, где α - угол наклона пандуса или иной наклонной плоскости; 0, Вкл. и Т - три возможных положения органа управления тормозом - «выключен», «включен» (дежурный режим) и «торможение»;

на фиг. 2 - фрагмент транспортного средства с тормозным устройством, вид сбоку, в нерабочем положении (с зазором до шины колеса) стопорного рычага-собачки при движении транспортного средства на горизонтальной поверхности, где δ - зазор между концом заднего плеча стопорного рычага-собачки и шиной колеса; М_р0 - «положительный» крутящий момент на колесе (прилагаемый пользователем посредством привода вращения); М_с0 - «отрицательный» момент на колесе (от силы трения качения колеса); ω₀ - «положительная» скорость вращения колеса на горизонтальной поверхности;

на фиг. 3 - фрагмент транспортного средства с тормозным устройством, вид сбоку, в рабочем (без зазора до шины колеса) не включившемся положении стопорного рычага-собачки при движении на пандусе вверх, где зазор δ=0; М_сα - повышенный (в сравнении с М_с0) «отрицательный» момент на колесе (от сил трения качения колеса и «скатывающей» доли силы тяжести коляски с пользователем); М_рα≥М_сα - повышенный (в сравнении с М_р0) - «положительный» крутящий момент на колесе (прилагаемый пользователем посредством ручного привода вращения); +ω_α - «положительная» скорость вращения колеса на пандусе;

на фиг. 4 - фрагмент транспортного средства с тормозным устройством, вид сбоку, в рабочем (без зазора до шины колеса) включившемся положении стопорного рычага-собачки при движении на пандусе вверх, где зазор δ=0; М_рα<М_сα; М_ск - «скатывающий» момент на колесе при тенденции к скатыванию транспортного средства назад под уклон; М_Т - «тормозной» момент на колесе, определяемый силой трения в тормозной паре «рычаг-собачка - шина колеса»; (-ω_α) - «отрицательная» скорость вращения колеса на пандусе до момента автоматического включения (стопорящего срабатывания) тормоза;

на фиг. 5 - фрагмент тормозного устройства, вид сверху (в плане) на заднее плечо стопорного рычага-собачки в частном исполнении его конца со съемным на-садком, где b - ширина шины колеса; b_н - ширина конца (насадка) заднего плеча рычага-собачки; R_ш - радиус выпуклой контактной с рычагом-собачкой, поверхности шины колеса в поперечном ее разрезе; R_н - радиус вогнутой контактной, с шиной колеса, поверхности конца (насадка) заднего плеча стопорного рычага-собачки.

Транспортное средство (на примере инвалидной коляски с пользователем в кресле) имеет (фиг. 1) раму 1, соосные (ось 2) ходовые (ведущие в режиме ручного привода кистями рук пользователя) колеса (на примере одного, левого колеса 3) по бортам транспортного средства, и тормозное устройство 4 безопасности подъема транспортного средства - предотвращения обратного скатывания транспортного средства с пандуса 5 (в общем случае - под уклон).

Устройство 4, в свою очередь, включает в себя (см. фиг. 2-4) пару автоматических тормозов, симметрично установленных при левом 3 и правом ведущих колесах. Левый тормоз (правый полностью идентичен левому по устройству и принципу действия) содержит шарнирно установленный (шарнир 6) на раме 1 (непосредственно или опосредованно) перед колесом 3 (и тем более перед осью 2) подпружиненный (схематически показана пружина 7, одним концом закрепленная на раме 1) двуплечий (с передним 8 и задним 9 плечами) стопорный рычаг-собачку. «Опосредованно - предпочтительнее: посредством установочной плиты с устройством угловой регулировки - не показано по причинам как применимостью установочной плиты прототипа, так и несущественностью этого вопроса в рамках данной заявки.

Рычаг-собачка выполнен и установлен с возможностью перевода, путем механического воздействия на переднее плечо 8, из нерабочего своего положения (см. фиг. 2), характеризуемого свободой (от текущего контактного взаимодействия) заднего плеча 9, в рабочее положение (см. фиг. 3, 4), характеризуемое ориентацией назад-вниз (на иллюстрациях - вправо-вниз) и контактным (с использованием упомянутой пружины 7 в новом ее положении) фрикционным (с трением покоя или скольжения, в пределах конуса трения при неподвижном или вращающемся прямым ходом колесе 3) взаимодействием своего конца с шиной 10 колеса 3. Причем с возможностью обратимого автоматического стопорения колеса 3 при изменении направления его вращения с прямого хода (+ω_α - см. фиг. 3) на обратный - задний ход (-ω_α - см. фиг. 4) транспортного средства. То есть с возможностью препятствия вращению колеса 3 при тенденции к реверсированию его вращения.

Таким образом, в сравнении с прототипом, тормозной и несущий рычаги конструктивно объединены друг с другом и с фрикционным элементом и шарниры установки тормозного рычага и фрикционного элемента также объединены друг с другом, с образованием, в совокупности, двуплечего стопорного рычага-собачки, переднее плечо 8 которого сохраняет функцию органа управления тормозом, заднее плечо 9 - функцию несущего рычага, а конец заднего плеча 9 - функцию фрикционного элемента. При этом роль храпового колеса выполняет шина ходового колеса транспортного средства, а храповика - стопорный рычаг-собачка.

Это основная (обязательная) совокупность существенных конструктивных признаков заявляемого устройства.

Теперь рассмотрим возможные и рекомендуемые дополнительные совокупности конструктивных признаков (см. фиг. 1-5).

В первом частном, наиболее вероятном среднестатистическом случае выполнения устройства, в нерабочем положении тормоза зазор δ между концом заднего плеча 9 рычага-собачки и шиной 10 (см. фиг. 1) не превышает величины 2-5 мм (конкретное значение выбирают, задают, регулируют в зависимости от ряда параметров: диаметра колеса 3, жесткости шины 10, давления воздуха в пневматической шине 10, вертикальной нагрузки на колесо 3 и так далее).

Во втором частном случае выполнения устройства (см. фиг. 1-4), предусмотрен упор-ограничитель 11 хода рычага-собачки при автоматическом стопорении колеса 3 вследствие реверсирования вращения последнего с прямого хода (+ω_α - см. фиг. 3) на задний (-ω_α - см. фиг. 4), с возможностью предотвращения силового выворачивания рычага-собачки в условиях незавершенной упругой деформации шины 10.

В третьем частном случае выполнения устройства, двуплечий стопорный рычаг-собачка подпружинен с использованием одной шпилечной пружины, установленной двухпозиционно и параллельно шарниру 6, с «мертвым» ее положением при переходе из нерабочего положения с зазором δ>0 между концом заднего плеча 9 рычага-собачки в рабочее беззазорное положение δ=0 (шпилечный вариант пружины на иллюстрациях 7 не показана по причине известности шпилечных пружин и способов ее установки для симметричной, с мертвым положением, работы с охватом шарнира).

В четвертом частном случае выполнения устройства (см. фиг. 5), конец заднего плеча 9 стопорного рычага-собачки выполнен с вогнутой по радиусу R_н контактной, с шиной 10, поверхностью, по радиусу, соответствующему радиусу R_ш - выпуклой ответной поверхности шины 10 в плоскости ее поперечного сечения, с учетом деформации шины 10 в застопоренном состоянии колеса 3.

При этом, как показали авторские исследования на экспериментальном полномасштабном ходовом макете инвалидной коляски в ручном режиме ее эксплуатации, для достаточного «тормозного» момента М_Т на колесе 3, а также стабильности и надежности работы тормоза, ширина b_н конца заднего плеча 9 стопорного рычага-собачки должна составлять, предпочтительно, не менее 2/3 ширины b шины колеса 3.

Конец заднего плеча стопорного рычага-собачки, из соображений технологичности, удобства регулировок и регламентных/ремонтных работ, может быть выполнен в виде насадка 12, жестко прикрепленного к последнему (см. там же - фиг. 5).

При этом сделанная оговорка в части рекомендуемого соотношения величин R_н, R_ш и b_н, b будет относиться уже не к «концу заднего плеча 9 рычага-собачки вообще, а к насадку 13.

Шарнир 6 расположен, как правило, напротив переднего верхнего квадранта колеса 3 или на уровне оси последнего (в продольном вертикальном сечении колеса 3), с ориентацией заднего плеча 9 в направлении под ось 2 колеса 3 во всех его положениях (нерабочем, рабочем не включившемся, то есть «дежурном», и рабочем включившемся). В данном конкретном примере ось шарнира 6 лежит на горизонтальной оси колеса 3. Конкретно выбор местоположения устройства 4 зависит от конструкции рамы (желательно устройство 4 существенно не удалять от рамы 1) и эргономических требований с учетом антропологических данных пользователя, в обеспечение досягаемости кистью его руки органа управления).

Описанный пример конкретного варианта конструкции не исключает других возможных вариантов устройства в рамках заявляемой совокупности существенных конструктивных признаков (см. формулу изобретения).

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При движении транспортного средства на горизонтальной поверхности тормоз каждого колеса выключен. При этом стопорный рычаг-собачка, зафиксированный в пространстве относительно рамы 1 шарниром 6 и пружиной 7 в его первом положении «0» в условиях наличия зазора δ с необходимо достаточной величиной в пределах диапазона (2-5) мм, не контактирует ни с шиной 10, ни с колесом 3 в целом (см. фиг. 2). Таким образом, тормоз не мешает вращению колеса 3 в любом из двух направлений (+ω_α; -ω_α).

Перед началом подъема на пандус 5 (равно как и на естественное наклонное препятствие) пользователь или ассистент вручную, воздействуя на переднее плечо 8 рычага-собачки вниз и преодолевая силу упругости пружины 7, поворачивают его на шарнире 6 против часовой стрелки (см. фиг. 2) до, во всяком случае, выборки зазора δ. При этом пружина 7, пройдя «мертвое» свое положение, фиксирует рычаг-собачку во втором, рабочем положении (точнее - в «дежурном» режиме включенного тормоза) «Вкл.», а конец плеча 9 (с насадком 12 или без такового, в зависимости от конструкции) имеет незначительное поджатие к шине 10 (практически без деформации последней) за счет силы упругости пружины 7 в во втором ее положении (выше «мертвого»).

При движении вверх по пандусу момент M_Т на колесе, определяемый трением вращающегося со скоростью +ω_α колеса 3 с концом плеча 9 рычага-собачки, пренебрежимо мал.

Чем больше угол α наклона пандуса 5 (или иной наклонной плоскости), тем больше величина момента сопротивления на колесе 3 - Мс_α. Соответственно, пользователю приходится наращивать собственные усилия («положительный» момент М_сα) для уравнивания, как минимум (в обеспечение постоянной или нарастающей скорости +ω_α).

Если транспортное средство приобретет все-таки (нештатная ситуация по ряду имеющих место на практике причин) тенденцию к обратному скатыванию - вниз, вследствие недостаточности «положительной» тяги (М_рα<М_сα; М_ск>0), то изменение направления вращения колеса 3 с +ω_α на -ω_α (см. фиг. 4) вызывает, за счет нахождения конца плеча 9 в конусе трения, немедленное «увлечение» его за собой шиной 10 при одновременном увеличении деформации последней и нарастании тормозного момента М_Т на колесе 3 до полного его затормаживания (стопорения) - ω_α0. При этом плечо 9 стопорного рычага-собачки занимает третье свое подпружиненное (пружины 7) положение «Т» и продолжает оставаться ориентированным под ось 2 (теперь уже «против шерсти» по отношению к направлению вращения колеса 3). Последнее обстоятельство, особенно в сочетании с «посадкой» на упор-ограничитель 11, гарантирует стабильность тормозного режима.

Далее, в том числе в формуле изобретения использована запись «торможение/стопорение» как выражение хронологии фаз остановки колес.

При условии R_н≈R_ш, что особенно удобно реализовать при b_н≥2/3 от величины b и чему способствует наличие насадка 12, кинематика описанных движений рычага-собачки в его рабочем положении и работа тормоза в целом особенно эффективна и стабильна, что в инженерии не нуждается в пояснениях.

При увеличении тягового усилия со стороны пользователя до М_рα≥M_cα (условие движения вверх без замедления) колесо 3, шиной 10 преодолевая момент сопротивления M_Т, силовым способом возвращает рычаг-собачку во второе его положение «Вкл.», соответствующее «дежурному» режиму в рабочем положении, и далее продолжает вращаться с «положительной» скоростью +ω_α.

Таким образом, в рабочем положении тормоза его переход из «дежурного» режима во включившееся состояние (собственно с торможением/стопорением колеса 3) и обратно происходит автоматически.

По преодолении пандуса 3 или естественного подъема тормоз выключают, подъемом переднего плеча 8 возвращая рычаг-собачку в первое его положение «0».

В сравнении с описанным в обзорной части близким аналогом, использование изобретения позволяет существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики (возможности) инвалидных колясок и иных транспортных средств путем создания надежного автоматического тормозного устройства, предотвращающего обратное скатывание транспортного средства с пандуса или естественного подъема в нештатной ситуации, за счет обеспечения автоматического торможения (стопорения) ведущих колес.

Технический результат в сравнении с прототипом заключается в упрощении устройства и улучшении его массогабаритных показателей. То есть использование заявляемого устройства позволяет достичь заявляемого технического результата.

Claims (8)

1. Тормозное устройство безопасности подъема колесного транспортного средства, содержащее пару автоматических противооткатных тормозов, симметрично установленных при левом и правом ходовых колесах транспортного средства впереди их оси, каждый из которых включает в себя шарнирно устанавливаемый на раме транспортного средства, посредством установочной плиты с регулировочным устройством, несущий рычаг с подвижным фрикционным элементом на его конце, тормозной рычаг с функцией управляющего органа, соединенный с несущим рычагом, с возможностью перевода тормозного рычага, путем механического управляющего воздействия на противоположный несущему рычагу свободный конец, из нерабочего своего положения, характеризуемого наличием зазора между фрикционным элементом и шиной ходового колеса, в рабочее положение, характеризуемое контактным взаимодействием, допускающим одностороннее вращение ходового колеса по принципу действия храпового механизма, отличающееся тем, что тормозной и несущий рычаги конструктивно объединены друг с другом и с фрикционным элементом, и шарниры установки тормозного рычага и фрикционного элемента также объединены друг с другом, с образованием, в совокупности, двуплечего стопорного рычага-собачки, переднее плечо которого сохраняет функцию органа управления тормозом, заднее плечо - функцию несущего рычага, а конец заднего плеча - функцию фрикционного элемента, двуплечий стопорный рычаг-собачка закреплен на установочной плите посредством упомянутого объединенного шарнира, с возможностью фиксации, по меньшей мере, одного упора-ограничителя и пружины, в трех положениях - упомянутом нерабочем, рабочем не включившемся, то есть дежурном, характеризующемся подпружиненным фрикционным взаимодействием конца заднего плеча стопорного рычага-собачки с шиной колеса в пределах конуса трения при неподвижном или вращающемся прямым ходом колеса, и рабочем включившемся, характеризующемся возможностью обратимого автоматического стопорения колеса при изменении направления его вращения на откат транспортного средства, при этом роль храпового колеса выполняет шина ходового колеса транспортного средства, а храповика - стопорный рычаг-собачка.

2. Тормозное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нерабочем положении тормоза зазор между концом заднего плеча стопорного рычага-собачки и шиной колеса не превышает величины 2-5 мм.

3. Тормозное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем предусмотрен упор-ограничитель хода стопорного рычага-собачки при автоматическом стопорении колеса вследствие реверсирования вращения последнего с прямого хода на задний, с возможностью предотвращения силового выворачивания рычага-собачки в условиях незавершенной упругой деформации шины.

4. Тормозное устройство по п. 1, отличающееся тем, что двуплечий стопорный рычаг-собачка подпружинен с использованием одной шпилечной пружины, установленной параллельно его шарниру, двухпозиционно - с «мертвым» ее положением при переходе из нерабочего положения с зазором между концом заднего плеча рычага-собачки в рабочее беззазорное положение.

5. Тормозное устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнир крепления стопорного рычага-собачки расположен напротив переднего верхнего квадранта колеса или на уровне оси последнего в продольном вертикальном сечении колеса, с ориентацией заднего плеча рычага-собачки в направлении под ось колеса во всех его положениях - нерабочем, рабочем не включившемся, то есть «дежурном», и рабочем включившемся.

6. Тормозное устройство по п. 1, отличающееся тем, что конец заднего плеча стопорного рычага-собачки выполнен с вогнутой контактной, с шиной колеса, поверхностью, по радиусу, соответствующему радиусу выпуклой ответной поверхности шины в плоскости ее поперечного сечения, с учетом деформации шины в застопоренном состоянии.

7. Тормозное устройство по п. 6, отличающееся тем, что ширина конца заднего плеча стопорного рычага-собачки составляет не менее 2/3 ширины шины колеса.

8. Тормозное устройство по п. 6, отличающееся тем, что конец заднего плеча стопорного рычага-собачки выполнен в виде насадка, жестко прикрепленного к последнему.

Images