147071 (Исследование работы колесно-шагающего движителя и двигателя для передвижения по лестничным маршам), страница 3

Уменьшение силы Р возможно двумя путями. Первое: путем увеличения длины рычага L и путем перемещения сидения, куда приложен вес инвалида Q, так, чтобы составляющая сила Q₂ как можно была меньше по величине. Это зависит от плечей ℓ₁ и ℓ₂. Для более наглядного анализа выбора указанных параметров построена круговая диаграмма (рисунок 6).

Мс₁= О.

Полный момент сопротивления:

М=Мс₂ + Мс₁, (19)

Мс₁= О.

Рисунок 6 – Круговая диаграмма

При подъеме по лестнице расчеты изменяются, т.к. при подъеме рама коляски становится под углом 26˚÷30˚ и плечо составляющих сил Q₂ и Q₁ изменяется. Кроме того, крестовина опорных колес начнет перешагивать полки лестницы. Поэтому составляющая Q₁ создает начальный момент сопротивления:

Мс₁= Q₁ Rsin45ºкгс·м.

Полный момент сопротивления:

М=Мс₁ + Мс₂, (20)

Мс₁ ≠ О.

Динамика движителя, оснащенного шагающим колесом

Для определения истинного движения рамы движителя вначале определим угловую скорость шагающего колеса. Поэтому силовые факторы приведем к ступице шагающего колеса (рисунок 7). Обозначим общую массу рамы вместе с массовой экипажной части через m. Вес рамы экипажной части, приходящейся на одно колесо, обозначим через G, момент инерции колеса обозначим J_к. Угол поворота спицы колеса через . Тогда уравнение движения имеет вид:

. (21)

Движение рассматривается на участке одного шага, т.к. дальнейшее движение колеса повторяется, т.к. до .

Движущий момент:

, (22)

а момент сопротивления:

, (23)

. (24)

Для преодоления общего момента сопротивления к ступице прикладывается момент, движущий М_дв, т.е.:

кгс^.м, (25)

где P – усилие, прикладываемое к рычагу;

L – длина рычага управления.

Таким образом, для обеспечения легкого управления движением коляски, необходимо по возможности уменьшать усилия Р, прикладываемые инвалидом для движения коляски.

Момент сопротивления М_с имеет вначале со знаком минус, а =0 до =30 знак плюс. Поэтому угловая скорость не будет непостоянной.

Решением дифференциального уравнения является функция:

. (26)

Величина , которая создает неравномерности вращения шагающего колеса, равна:

, (27)

Рисунок 7 – Динамика движителя

Движитель коляски также может быть оснащен шагающим колесом модификации В. Движитель состоит (рисунок 8) из общей рамы 1, шагающего колеса, состоящего из шестиспицевого бедра 2 с коленом 3. Последние упруго связаны с бедром в своей средней части с помощью пружины 4, а также опорно-шагающего устройства, содержащего крестовины 5, на конце которой установлены опорные коляски 6.

Рисунок 8 – Движитель модификации В

Движитель работает следующим образом: шагающее колесо с упруго связанным бедром 2 с коленом 3 приводится во вращение с помощью приводного рычага (при ручном приводе) или от механического привода, движение через ступицы шагающего колеса передается к общей раме 1 и оттуда передается к ступице крестовины 5 опорного устройства, которое в прицепном режиме передвигается с помощью опорных колес 6.

Движитель выполнен из простейших деталей, относится к категории простейших конструкций. Для изготовления такой конструкции движителя не требуется многостаночного оборудования и дорогостоящих материалов.

Поворот движителя осуществляется аналогично движителю, оснащенному шагающим колесом ШKA. Конструкция движителя позволяет изменять габаритные размеры для того, чтобы вписаться в стандартную площадь лестничного перехода.

В отличие от движителя, оснащенного шагающим колесом (ШКА) первой модификации А, данная конструкция обладает амортизирующим свойством, поэтому комфортность езды на нем выше.

Конструкция шагающего колеса ШKB может быть использована при конструировании транспортных средств, предназначенных для передвижения в условиях бездорожья. В частности, шагающее колесо ШКВ может быть установлено в движителях, предназначенных для перевозки туристов в горные массивы.

Также подобное колесо может широко использоваться в конструкциях сельскохозяйственных тягачей и прицепных сельскохозяйственных орудиях.

Подобное шагающее колесо с успехом может быть установлено на любой автомобиль, работающий в условиях бездорожья.

Движитель, оснащенный шагающим колесом (ШКС) модификации С

Основным элементом движителя является шагающее колесо (ШКС), которое отличается по конструкции от предыдущих движителей. Остальные элементы этого движителя аналогичны по конструкции с рассмотренными выше движителями.

Шагающее колесо (рисунок 9) построено из двухкривошипного шарнирного четырехзвенного механизма ОВСО. Шесть таких механизмов с одинаковыми длинами звеньев собраны на одном ведущем звене в виде маховика «В». Шатуны – 11', 22', 33', 44', 55' и 66' являются опорами шагающего колеса. При вращении ведущего маховика «В » ведомые кривошипы – О'Г, 0'2', О'З', G'4',** *0'5' и 0'6', связанные с ведущим маховиком с помощью шатунной опоры, также вращается вкруговую.

Рисунок 9 – Шагающее колесо, построенное из двухкривошипного механизма

Траектория опорной точки А шатуна является шатунной кривой, близкой по форме к окружности. Особенность этой шатунной кривой использована как траектория опорной точки шагающего колеса. Эта особенность заключается в том, что на отрезке АА' участок траектории шатунной кривой близок к прямой линии, и на этом участке скорость точки А – постоянная при постоянной скорости вращения ведущего маховика «В ».

Участок АА' шатунной кривой соответствует 60° угла поворота ведущего маховика. Поэтому за один полный оборот ведущего маховика «В » каждый из шести механизмов один раз выполняет рабочий ход па отрезке АА', а на остальном отрезке шатунной кривой опорная точка А этих механизмов совершает холостой ход.

Это шагающее колесо обеспечивает плавность и равномерность движения движителя, хотя оно сложное по конструкции в сравнении с шагающими колесами ШКА и ШКВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработанные требования, предъявляемые к коляскам для передвижения по лестничным маршам, соответствуют сегодняшним потребительским спросам и стандартным условиям современных жилых и производственных зданий.

2. На сегодня нет полностью завершенных конструкторских разработок, соответствующих современным требованиям, предъявляемым конструкциям инвалидных колясок. Поисковые конструкторские решения, выполненные в данной работе, обнадеживают о возможности создания конструкции инвалидной коляски.

3. Для стандартного размера ступеньки 150×300 мм лестницы соответствуют шагающие колеса длиной спиц, равным 336 мм, и количеством спиц, равным шести. Опорно-шагающее устройство, входящее в конструкцию коляски вместе с двумя шагающими колесами, целесообразно выполнить в виде четырехспицевой крестовины с четырьмя опорными колесами.

4. Шагающие ведущие колеса должны приводиться в движение независимо друг друга как от ручного привода, так и от механического привода.

5. Сидение на раме движителя должно иметь две позиции: передняя и задняя. Сидение должно легко устанавливаться с помощью дополнительного рычага.

6. Габаритные размеры коляски не должны превышать в ширину 70 см, в длину 100 см, а высоты сидения от пола не более 60 см. Передвижение центра тяжести груза (инвалида) по раме движителя обосновано из расчета на устойчивости коляски при подъеме и опускании по лестницам.

7. Все силовые параметры инвалидной коляски могут быть выбраны по оптимальной величине путем использования методики, разработанной в диссертации.