RU2081645C1 - Bicycle-type training apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment for imitating loadings close to natural loading exercised by sportsman. SUBSTANCE: apparatus has base 1 with vertical shaft 7, support 2 rotating on shaft 7, frame 3 mounted on support 2. Handle bar 5, pedal mechanism 6 and blades 12 with adjustable flaps 13 are mounted on frame 3. Flaps 13 serve as devices for generating loading and rotating support 2. Frame 3 is suspended to support 2 by means of frame rolling absorbing units 11 having adjustable amplitude. Apparatus is of the type with unstable balance. Balance is provided by action of sportsman's muscle force and hygroscopic moment of rotating parts. EFFECT: increased efficiency in imitating bicycle pedal drive, simplified construction and enhanced reliability in operation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно: класс спортивных, лечебных и развлекательных тренажеров, и может быть использовано в создании тренажеров для авиапилотов или акробатов. The invention relates to the field of engineering, namely: a class of sports, medical and recreational simulators, and can be used in creating simulators for air pilots or acrobats.

Широко известны тренажеры, содержащие основание, раму, привод, имитатор нагрузки в виде маховика с педальным приводом и с механизмом возвратно-поступательного перемещения рамы (см. например, авт.св.N 1720670). Widely known are simulators containing a base, a frame, a drive, a load simulator in the form of a flywheel with a pedal drive and with a mechanism for reciprocating movement of the frame (see, for example, ed. St. N 1720670).

Данные конструкции тренажеров вполне работоспособны, но имеют следующий недостаток: нагрузка мышечной системы и вестибулярного аппарата тренирующегося человека обеспечивается неполноценно, т.к. не имитируются неустойчивое положение центра тяжести и ветровое сопротивление в зависимости от скорости движения, что сужает область воздействия тренажера на человека. These design simulators are fully functional, but have the following drawback: the load of the muscular system and the vestibular apparatus of the training person is provided inadequately, because the unstable position of the center of gravity and wind resistance are not simulated depending on the speed of movement, which narrows the scope of the simulator's impact on a person.

Усложнением тренажера путем введения дополнительных механизмов для разнонаправленного силового воздействия на тренирующегося человека этот недостаток в значительной мере может быть устранен, но это приведет к увеличению массы, габаритов, атакже трудоемкости при изготовлении. By complicating the simulator by introducing additional mechanisms for multidirectional force impact on the training person, this drawback can be largely eliminated, but this will lead to an increase in weight, dimensions, and laboriousness in manufacturing.

Известен также тренажер, взятый за прототип изобретения, содержащий основание, поворотную опору, несущую раму с седлом, рулем и педальным механизмом, кинематически связанным со средством для создания нагрузки, и средство для изменения положения опоры (см. авт. св. N 936951). Also known is a simulator, taken as a prototype of the invention, containing a base, a rotary support, a supporting frame with a saddle, steering wheel and pedal mechanism kinematically connected with the means for creating a load, and means for changing the position of the support (see ed. St. N 936951).

Этот тренажер вполне работоспособен и полнее нагружает мышечную систему человека. This simulator is fully functional and more fully loads the human muscular system.

Недостатками тренажера по прототипу являются неадекватная имитация переменного воздушного сопротивления движущемуся велосипеду вследствие применения фрикционного барабана и контактирующих с ним роликов, шарнирно смонтированных на плече рычага, связанного с седлом, что не позволяет создавать сопротивление вращению педалей пропорционально скорости набегающего потока воздуха (скорости велосипеда, или ветра):
ξ=ρ•V²•A, где
ρ плотность воздуха;
V скорость набегающего потока воздуха относительно велосипедиста;
A коэффициент потерь на трение о воздух,
а также отсутствие имитации поперечной неустойчивости (крен), устраняемой гироскопическим моментом ротора (колес) при педалировании на движущемся велосипеде.The disadvantages of the prototype simulator are inadequate imitation of variable air resistance to a moving bicycle due to the use of a friction drum and rollers in contact with it, pivotally mounted on the shoulder of a lever connected to the saddle, which does not allow creating resistance to pedaling in proportion to the speed of the incoming air flow (speed of the bicycle or wind ):
ξ = ρ • V ² • A, where
ρ air density;
V is the speed of the air flow relative to the cyclist;
A coefficient of friction loss against air,
and also the lack of imitation of lateral instability (roll), eliminated by the gyroscopic moment of the rotor (wheels) when pedaling on a moving bicycle.

Усложнением тренажера путем введения дополнительных механизмов эти недостатки могут быть устранены лишь частично с изменением схемы подвески рамы тренажера и усложнением конструкции. By complicating the simulator by introducing additional mechanisms, these shortcomings can be eliminated only partially with a change in the suspension scheme of the simulator frame and the complexity of the design.

Изобретение направлено на повышение эффективности имитации велосипедного педального привода и создание близкой к натуральной нагрузки на вестибулярный аппарат и мышечную систему тренирующегося человека, возникающей при преодолении поперечной неустойчивости (крена) и центробежных сил виража, т.е. расширение области воздействия на человека. The invention is aimed at increasing the efficiency of simulating a bicycle pedal drive and creating a load that is close to the natural load on the vestibular apparatus and muscular system of a training person arising from overcoming transverse instability (roll) and centrifugal bending forces, i.e. expanding the scope of human exposure.

Этот результат достигается тем, что поворотная опора установлена на вертикальной оси основания, а рама смонтирована на поворотной опоре через блок подвесок, снабженный узлами фиксации его на поворотной опоре, механизмом торможения вращения поворотной опоры и регулируемыми по амплитуде узлами амортизации крена рамы, при этом средство для создания нагрузки и средство для вращения поворотной опоры выполнены за одно целое в виде лопастей с регулируемыми элеронами и размещены на раме. This result is achieved by the fact that the pivot bearing is mounted on the vertical axis of the base, and the frame is mounted on the pivot bearing through a suspension unit provided with fixation units on the pivot bearing, a rotation rotation braking mechanism and amplitude-controlled damping units of the frame roll, while creating a load and means for rotating the rotary support are made in one piece in the form of blades with adjustable ailerons and placed on the frame.

Такое выполнение велотренажера реализуют имитацию переменного воздушного сопротивления движущемуся велосипедисту за счет применения воздушных лопастей с регулируемыми элеронами, а также реализует близкую к натуральной нагрузку на вестибулярный аппарат и мышечную систему тренирующегося человека за счет воздействия на него, как стабилизирующего гироскопического момента сил вращающегося ротора воздушного винта (лопастей), а также и дестабилизирующих моментов сил реакции с воздухом вращающихся лопастей, присутствие которых обеспечивается наличием поворотной опоры, установленной на вертикальной оси основания, и рамой, смонтированной на поворотной опоре через блок подвесок с узлами фиксации на поворотной опоре, механизмом торможения вращения поворотной опоры и регулируемыми по амплитуде узлами амортизации крена рамы. Such an exercise bike exercise imitates alternating air resistance to a moving cyclist through the use of air blades with adjustable ailerons, and also implements a load that is close to the natural load on the vestibular apparatus and the muscular system of a training person due to the effect of a rotating gyroscopic torque of the rotor rotor’s rotor rotor ( blades), as well as the destabilizing moments of the reaction forces with the air of the rotating blades, the presence of which ensures aetsya presence rotary support mounted on the vertical axis of the base, and a frame mounted on the rotary support through a fixing unit suspension assemblies on a rotary support, the rotation braking mechanism and rotatable support frame adjustable in amplitude roll damping nodes.

На фиг. 1 схематически представлен боковой вид велотренажера; на фиг. 2
сечения А-А и Б-Б.In FIG. 1 is a schematic side view of an exercise bike; in FIG. 2
sections A-A and B-B.

Велотренажер содержит основание 1, поворотную опору 2, раму 3 с седлом 4, рулем 5 и педальным механизмом 6. The exercise bike contains a base 1, a rotary support 2, a frame 3 with a saddle 4, a steering wheel 5 and a pedal mechanism 6.

В отличие от прототипа поворотная опора 2 установлена на вертикальной оси 7 основания 1, а рама 3 смонтирована на поворотной опоре через блок 8 подвесок, снабженный узлами 9 фиксации его на поворотной опоре, механизмом 10 торможения вращения поворотной опоры и регулируемыми по амплитуде узлами 11 амортизации крена рамы, при этом средство для создания нагрузки и средство для вращения поворотной опоры выполнены за одно целое в виде лопастей 12 с регулируемыми элеронами 13 и размещены на раме 3. Для повышения безопасности вокруг воздушных лопастей 12 может быть установлено решетчатое (сетчатое) ограждение. Регулирование положения элеронов 13 производится посредством рычага 14, втулок 15 и 16, тяг 17 и 18. Регулирование по амплитуде узлов 11 производится посредством затяжки гайками 19 пружин 20, между которыми на оси штоков-маятников 21 установлены опоры 22 рулевой вилки 23 и задней вилки 24. При полной затяжке гаек 19 опоры 22 жестко фиксируются, крен рамы 3 исключается. Рама 3 установлена на блок 8 подвесок посредством оси 35, подшипников 36 и 37, стоек 38 и 39; взаимодействие рамы 3 с узлами 11 амортизации крена рамы осуществляется посредством жестко связанной с задней вилкой 24 рамы траверсы 40; взаимодействие рулевой вилки 23 с узлами 11 амортизации крена рамы осуществляется посредством жестко связанной с вилкой рулевой 23 траверсы 40. Воздействие педального механизма на воздушные лопасти 12 осуществляется посредством приводной цепи 25, редуктора 26, вала 27, размещенного в трубе 28, связанной с рамой 3. Торможение вращения поворотной опоры 2 осуществляется посредством пяты 29, воздействующей на основание 1 и связанной через шток 30 и тягу 31 с рычагом 32, фиксируемым в секторной вилке 33 винтом-стопором 34. Unlike the prototype, the pivot bearing 2 is mounted on the vertical axis 7 of the base 1, and the frame 3 is mounted on the pivot bearing through a block of 8 suspensions, equipped with nodes 9 for fixing it on the pivot bearing, a mechanism 10 for braking the rotation of the pivot bearing, and amplitude-adjustable roll depreciation units 11 frames, while the means for creating a load and the means for rotating the rotary support are made in one piece in the form of blades 12 with adjustable ailerons 13 and are placed on the frame 3. To increase security around the air blades 1 2 can be installed lattice (mesh) fence. The adjustment of the position of the ailerons 13 is carried out by means of a lever 14, bushings 15 and 16, rods 17 and 18. The amplitude of the nodes 11 is controlled by tightening the springs 20 with nuts 19, between which the supports of the steering fork 23 and the rear fork 24 are mounted on the axis of the pendulum 21 . When fully tightened the nuts 19, the supports 22 are rigidly fixed, the roll of the frame 3 is excluded. The frame 3 is mounted on a block 8 of suspensions by means of an axis 35, bearings 36 and 37, struts 38 and 39; the interaction of the frame 3 with the nodes 11 depreciation roll of the frame is carried out by means of rigidly connected with the rear fork 24 of the frame of the beam 40; the interaction of the steering fork 23 with the nodes 11 depreciation of the roll of the frame is carried out by rigidly connected with the fork of the steering 23 of the beam 40. The impact of the pedal mechanism on the air blades 12 is carried out by means of a drive chain 25, gearbox 26, shaft 27, placed in the pipe 28 connected with the frame 3. The rotation of the rotary support 2 is braked by means of a heel 29 acting on the base 1 and connected through the rod 30 and the rod 31 with a lever 32 fixed in the sector fork 33 with a stop screw 34.

Велотренажер используется в следующем порядке:
настраивается требуемая амплитуда крена рамы 3 затяжкой пружин 20 гайками 19; при необходимости упрощения использования велотренажера в период его основания рама 3 для исключения крена может быть жестко фиксирована на штоках-маятниках 21 путем затяжки до упора гаек 19, т.е. до соприкосновения витков пружин 20, что приведет к жесткой фиксации опор 22 и связанных с ними траверс 40, жестко связанных, с задней 24 и рулевой 23 вилками рамы 3;
настраивается положение рамы 3 относительно вертикальной оси 7 основания 1 путем смещения блока 8 подвесок вдоль поворотной опоры 2 и закрепления выбранного положения ее узлами 9 фиксации; такой настройкой достигается требуемое удобное при вращении вокруг вертикальной оси 7 положение центра массы организма тренирующегося человека, занявшего исходное положение на велотренажере, это удобное положение уточняется при опробовании велотренажера в действии: если центр массы организма тренирующегося человека находится между осью 7 и рулем 5, то при вращении вокруг оси 7 центробежная сила увлекает человека к рулю 5 и создается "нагрузка упора" на мышечную систему человека, а если центр массы организма находится между осью 7 и седлом 4, то при вращении вокруг оси 7 центробежная сила увлекает человека от руля 5 и создается "нагрузка растяжения" на мышечную систему человека;
тренирующийся человек занимает рабочее положение на седле 4, берется за руль 5 и вращает ногами педальный механизм 6, при этом усилие от ног посредством приводной цепи 25, редуктора 26, вала 27, расположенного для безопасности в трубе 28, передается к лопастям 12 воздушного винта средству для создания нагрузки, являющемуся одновременно средством для вращения поворотной опоры 2, т.к. лопасти 12 воздушного винта, взаимодействуя с окружающим воздухом, при вращении создают момент сил, передающийся по раме 3 через блок 8 подвесок на поворотную опору 2 и вращающий ее в направлении, противоположном направлению вращения лопастей 12 воздушного винта; величина момента сил зависит от скорости вращения лопастей 12 (т.е. частоты вращения педалей педального механизма 6), угла отклонения элеронов 13, усилия от трения пяты 29 ( механизма 10 торможения) по основанию 1, Такое сочетание средств управления вращением создает возможность при выбранной постоянной частоте вращения педалей педального механизма 6 увеличивать или уменьшать силовую нагрузку на мышечную систему тренирующегося человека путем регулирования положения элеронов 13 посредством рычага 14 через втулки 15 и 16 и тяги 17 и 18. Чем больше отклонение плоскости элеронов 13 от плоскости лопастей 12, тем больше силовая нагрузка на мышечную систему тренирующегося человека, а рост скорости вращения поворотной опоры по желанию можно при этом удержать посредством механизма 10 торможения, кинематически не связанного с педальным механизмом 6, т.е. величина усилия от торможения вращения поворотной опоры 2 не влияет на величину усилия в педальном механизме 6: поворотная опора 2, например, по причине достижения предельной нагрузки на вестибулярный аппарат тренирующегося человека (закружилась голова) может быть полностью заторможена воздействием на рычаг 32, связанный через шток 30 и тягу 31 с тормозной пятой 29 и фиксируемый в выбранном положении в секторной вилке 33 винтом-стопором 34 при продолжающемся вращении педалей педального механизма 6.The exercise bike is used in the following order:
the required amplitude of the roll of the frame 3 is adjusted by tightening the springs 20 with nuts 19; if it is necessary to simplify the use of the exercise bike during its foundation, the frame 3 can be fixed rigidly on the pendulum rods 21 by excluding the nuts 19 until they stop, i.e. to the contact of the coils of the springs 20, which will lead to a rigid fixation of the supports 22 and the associated traverse 40, rigidly connected to the rear 24 and the steering 23 forks of the frame 3;
the position of the frame 3 relative to the vertical axis 7 of the base 1 is adjusted by shifting the suspension unit 8 along the rotary support 2 and fixing the selected position by its fixing units 9; With this setting, the desired center of mass of the body of the training person who has taken a starting position on the stationary bike is rotated around the vertical axis 7, this convenient position is specified when testing the stationary bike in action: if the center of mass of the body of the training person is between axis 7 and steering wheel 5, then rotation around axis 7, the centrifugal force carries the person to the steering wheel 5 and creates a "stress stop" on the human muscular system, and if the center of mass of the body is between axis 7 and the saddle 4, when rotating around axis 7, the centrifugal force carries the person away from the steering wheel 5 and a “tensile load” is created on the human muscular system;
the training person occupies a working position on the saddle 4, grabs the steering wheel 5 and rotates the pedal mechanism 6, while the force from the legs through the drive chain 25, gear 26, shaft 27, located for safety in the pipe 28, is transmitted to the blades 12 of the propeller by means to create a load, which is simultaneously a means for rotating the rotary support 2, because the blades 12 of the propeller, interacting with the surrounding air, during rotation create a moment of forces transmitted through the frame 3 through the block 8 of the suspensions to the rotary support 2 and rotates it in the direction opposite to the direction of rotation of the blades 12 of the propeller; the magnitude of the torque depends on the speed of rotation of the blades 12 (i.e., the speed of the pedals of the pedal mechanism 6), the angle of deviation of the ailerons 13, the force from friction of the heel 29 (braking mechanism 10) on the base 1, This combination of rotation control makes it possible for constant pedal speed of the pedal mechanism 6 to increase or decrease the power load on the muscular system of the training person by adjusting the position of the ailerons 13 by means of the lever 14 through the bushings 15 and 16 and the thrust 17 and 18. The more open Onen aileron plane 13 from the plane of the blade 12, the greater the power load on the muscular system of the exercising person and the growth speed of rotation of the rotatable support as desired can thus keep the through braking mechanism 10, kinematically connected with the pedal mechanism 6, i.e., the amount of force from braking the rotation of the rotary support 2 does not affect the magnitude of the force in the pedal mechanism 6: the rotary support 2, for example, due to the maximum load on the vestibular apparatus of a training person (dizzy) can be completely inhibited by the action on the lever 32 connected through the rod 30 and thrust 31 with a brake heel 29 and fixed in the selected position in the sector fork 33 with a stop screw 34 while continuing pedaling of the pedal mechanism 6.

Таким образом, вращая педали, покачивая-поворачивая руль 5, как при езде на велосипеде (в какую сторону кренится рама в ту сторону поворачивают руль) и динамично смещая центр массы организма, тренирующийся на таком велотренажере человек поддерживает равновесие, производя все маневры мышечной системы при участии вестибулярного аппарата организма, характерные для езды на велосипеде. Во время работы на велотренажере воздушным винтом из лопастей 12 производится обдув тренирующегося человека воздухом с переменной скоростью, прямо зависящей от скорости вращения педалей педального механизма 6,3, что повышает уровень эмоциональных и сенсорных ощущений, способствует достижению комфортности в теплорегуляции организма тренирующегося человека. При заторможенном состоянии поворотной опоры 2 и незафиксированных опорах 22 в узлах 11 амортизации крена рамы 3 вращающийся воздушный винт из лопастей 12 создает стабилизирующий раму 3 по крену гироскопический момент аналогично вращающимся колесам движущегося велосипеда создается имитация езды на прямолинейно движущемся велосипеде. Thus, by turning the pedals, rocking and turning the handlebar 5, as when riding a bicycle (which side the frame is tilted to that side) and dynamically shifting the center of mass of the body, a person training on such an exercise bike maintains balance, performing all the maneuvers of the muscular system during participation of the vestibular apparatus of the body, characteristic of cycling. While working on a stationary bike with a propeller from the blades 12, the training person is blown with air at a variable speed, which directly depends on the speed of the pedals of the pedal mechanism 6.3, which increases the level of emotional and sensory sensations, contributes to the comfort of heat regulation of the body of the training person. When the rotary support 2 is braked and the support 22 is locked in the cushion roll 11 of the frame 3, the rotating propeller from the blades 12 creates a stabilizing frame 3 along the roll gyroscopic moment. A simulated ride on a rectilinear bicycle is created similar to the rotating wheels of a moving bicycle.

При расторможенном состоянии поворотной опоры 2 и незафиксированных опорах 22 в узлах 11 амортизации крена рамы 3 вращающийся воздушный винт из лопастей 12 создает дестабилизирующий раму 3 по крену гироскопический момент вследствие возникновения сила Кориолиса, как у быстро вращающегося волчка при его вращении вокруг оси, не совпадающей с осью вращения волчка, аналогично вращающимся колесам движущегося велосипеда создается имитация виража при езде на велосипеде, "крутизна" виража зависит от скорости вращения поворотной опоры 2 чем выше скорость, тем больше сила Кориолиса, тем "круче" имитируемый вираж. Направление вращения поворотной опоры 2 может изменяться на противоположное при вращении педалей педального привода 6 в обратном направлении. When the rotary support 2 is unbraked and the supports 22 are not fixed in the cushion roll 11 of the frame 3, the rotating propeller from the blades 12 creates a gyroscopic moment destabilizing the frame 3 along the roll due to the Coriolis force, like a rapidly rotating top when it rotates around an axis that does not coincide with the axis of rotation of the top, similar to the rotating wheels of a moving bicycle, an imitation of a bend is created when riding a bicycle, the "steepness" of a bend depends on the speed of rotation of the rotary support 2, the higher the speed growth, the greater the Coriolis force, the "cooler" the simulated turn. The direction of rotation of the rotary support 2 can be reversed when the pedals of the pedal actuator 6 are rotated in the opposite direction.

Использование изобретения позволяет достигать высокой степени имитации езды на велосипеде в сложных дорожных условиях: встречный ветер, виражи, спуски и подъемы пути, при этом обеспечиваются сходные эмоциональные и сенсорные ощущения и эквивалентные нагрузки на вестибулярный аппарат и мышечную систему тренирующегося человека. Using the invention allows to achieve a high degree of imitation of cycling in difficult road conditions: headwind, turns, descents and ascents of the path, while providing similar emotional and sensory sensations and equivalent loads on the vestibular apparatus and muscular system of a training person.

Особенно эффективно изобретение может быть использовано для профессиональных тренировок, например, пилотов летательных аппаратов, а также для детских и соревновательных аттракционов или акробатов. The invention can be especially effectively used for professional training, for example, pilots of aircraft, as well as for children's and competitive attractions or acrobats.

Экспериментальная проверка опытного образца, проведенная заявителями, показала повышение эффективности тренировки на таком велотренажере по сравнению с прототипом. An experimental test of the prototype conducted by the applicants showed an increase in the effectiveness of the training on such an exercise bike compared to the prototype.

Заявляемая совокупность признаков реализует новое свойство по сравнению с прототипом качественное улучшение психофизического воздействия на организм тренирующегося человека вследствие существенного улучшения имитации движения на велосипеде по пересеченной местности с поворотом дороги, при этом все виды движений велотренажера осуществляются только мускульной силой тренирующегося человека. The claimed combination of features realizes a new property compared with the prototype, a qualitative improvement in the psychophysical effects on the body of the training person due to a significant improvement in the simulation of movement of a bicycle over rough terrain with a turn of the road, while all types of movements of the exercise bike are carried out only by the muscular strength of the training person.

Claims (1)

Велотренажер, содержащий основание, поворотную опору, несущую раму с седлом, рулем и педальным механизмом, кинематически связанным со средством для создания нагрузки, и средство для вращения поворотной опоры, отличающийся тем, что поворотная опора установлена на вертикальной оси основания, а рама монтирована на поворотной опоре через блок подвесок, снабженный узлами фиксации его на поворотной опоре, механизмом торможения вращения поворотной опоры и регулируемыми по амплитуде узлами амортизации крена рамы, при этом средство для создания нагрузки и средство для вращения поворотной опоры выполнены за одно целое в виде лопастей с регулируемыми элеронами и размещены на раме. An exercise bike comprising a base, a rotary support, a bearing frame with a saddle, a steering wheel and a pedal mechanism kinematically connected with a means for creating a load, and means for rotating a rotary support, characterized in that the rotary support is mounted on a vertical axis of the base, and the frame is mounted on a rotary the support through the suspension unit, equipped with its fixing units on the rotary support, the rotation braking mechanism of the rotary support and amplitude-controlled nodes of the frame roll amortization, while the means for creating load, and means for rotating the rotary support are integrally formed in the form of blades with adjustable ailerons and placed on the frame.

Images