Лыжа-колесо (велоход)

 

Изобретение может быть использовано в быту, спорте, медицине, промышленности. Лыжа содержит основание, опорную площадку для обуви и крепление для обуви. Основание выполнено по дуге окружности с радиусом, равным расстоянию от берцового сустава ноги человека до земли. Крепление для обуви размещено на передней части опорной площадки с возможностью регулирования по высоте. Сама опорная площадка расположена в передней части плоскости хорды, жестко скрепленной с основанием. При ходьбе на велоходе по земле, асфальту, пересеченной местности имитируется движение на одноколесном велосипеде, из-за чего при движении значительно снижается качание центра тяжести человека вверх-вниз. При ходьбе на велоходе увеличивается скорость движения на 20-30%, примерно в два раза уменьшаются паразитные затраты энергии по сравнению с обычной ходьбой (на велосипеде такое снижение достигает 3-4 раза). Уменьшается ударная нагрузка на суставы ноги и на позвоночник. Велоход очень прост в изготовлении и может найти широкое применение для людей самого разного возраста. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технике создания приспособлений для удовлетворения жизненных потребностей человека, в частности к созданию приспособлений для ходьбы по асфальту, земле, пересеченной местности, и может использоваться в бытовых, медицинских и спортивных целях.

Существует ряд приспособлений для передвижения человека: лыжи (по снегу), коньки (по льду), роликовые лыжи, коньки, скейтборд (по асфальту), самокат, костыли, ходули, которые в тех или иных условиях облегчают передвижение человека и (или) увеличивают скорость [1-3].

Общие недостатки этих приспособлений следующие: - они предназначены для спорта и развлечений и практически не используются в быту; - узкая привязка к климатическим и дорожным условиям; - ограниченность их использования, связанная с возрастом и состоянием человека.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности ходьбы человека по земле, асфальту, пересеченной местности при устранении указанных выше ограничений, т.е. при любых вариантах использования.

Технический результат: увеличение скорости примерно в 1,2-1,3 раза по сравнению с обычной ходьбой происходит за счет увеличения "длины" ноги и частоты шагов; уменьшение паразитных затрат энергии при ходьбе примерно в два раза или, что то же самое, увеличение эффективности передвижения; уменьшение ударной нагрузки на суставы ноги, позвоночник и сердце, а также нивелирование неровностей дороги за счет большого радиуса "колеса".

Технический результат достигается тем, что в известной лыже, содержащей основание, опорную площадку для обуви и крепление для обуви, новым является то, что основание лыжи выполнено искривленным по дуге окружности с радиусом, равным расстоянию от берцового сустава человека до поверхности земли. В передней части плоскости хорды, жестко соединенной с основанием, установлена опорная площадка, на которой с возможностью регулировки по высоте размещено крепление для обуви. Основание лыжи выполнено с длиной не менее длины шага человека и шириной не менее ширины стопы человека. Лыжа изготовлена из легкого высокопрочного материала. Основание лыжи снабжено покрытием, обеспечивающим сцепление с дорогой.

Основание, искривленное по дуге окружности с радиусом, равным расстоянию от берцового сустава до земли, позволяет человеку двигаться на лыжах без смещения (или с незначительным смещением) центра тяжести.

Передвижение на предлагаемых лыжах основано на качении, в связи с чем опорная площадка для обуви размещена в передней части плоскости хорды. При этом имеется возможность регулировки по высоте площадки крепления обуви.

В целом при передвижении на предлагаемых лыжах уменьшаются затраты энергии на передвижение, что облегчает и ускоряет ходьбу и уменьшает нагрузки на суставы. В частности, это может быть использовано для больных радикулитом, артритом, а также во время реабилитационного периода после инфаркта.

Опорная площадка (платформа) может двигаться вверх или вниз, для того чтобы расстояние от земли до берцового сустава совпадало с фиксированным радиусом кривизны лыжи. Ширина опорной площадки равна или чуть больше ширины стопы человека.

Длина искривленного основания лыжи по дуге должна быть не менее ширины шага, т.е. примерно 50-70 см. В целом эта конструкция обеспечивает устойчивость человека при передвижении. Слой резины на основании лыжи нужен для лучшего сцепления с дорогой, так как лыжи-колесо не скользят, а катятся.

Предлагаемая лыжа, в силу своих конструктивных особенностей, названа автором лыжей-колесом. Так как движение на ней напоминает движение на одноколесном велосипеде, то ей дано новое название - велоход.

Велоход - это две короткие (50-70 см в длину) лыжи, искривленные по дуге окружности. Радиус этой окружности равен расстоянию от берцового сустава до земли, т.е. это расстояние 0,9-1,2 м. Это сделано для того, чтобы, как будет показано ниже, центр тяжести человека не смещался (или смещался незначительно) вверх-вниз при движении на велоходе.

При этом расстояние от берцового сустава до земли подгоняется повышением или понижением платформы, на которую крепится нога человека, с помощью прокладок или винтового механизма. При этом достигается совпадение длины ноги человека и радиуса закругления лыжи. Нога крепится на передней части лыжи, так что сами лыжи выдвинуты назад.

Когда человек поднимает правую ногу, не сгибая ее в колене, то задний конец правой лыжи подтягивается вперед и совпадает с передним концом левой лыжи. В этом положении две ноги (спицы) и две лыжи (две дуги) велохода образуют часть большого колеса с радиусом, равным длине ноги человека. Ось колеса проходит через берцовый сустав. После этого происходит толчок носком левой ноги и человек перекатывается на приподнятой правой лыже вперед так, что его правая нога принимает вертикальное положение. После этого левая нога переносится вперед так, что задняя часть левой лыжи совпадает с передней частью правой и снова происходит перекат.

Можно сказать, что движение на велоходе напоминает движение на одноколесном велосипеде.

В этой аналогии и кроется причина эффективности велохода. Известно, что при ходьбе центр тяжести человека качается вверх-вниз на 3-4 см на каждом шаге. Из-за этого примерно 30-35% затрачиваемой человеком энергии при ходьбе идет непосредственно на перемещение вперед, а остальные 70-65% энергии расходуется на поднятие центра тяжести тела. Эта часть составляет паразитные затраты энергии. При движении на обычном велосипеде центр тяжести человека, если исключить ноги, не меняет своей высоты. Из-за этого почти 80% затрачиваемой велосипедистом энергии тратится на передвижение вперед и движение на велосипеде по ровной поверхности в три или более раза (по скорости и затратам энергии) эффективней пешей ходьбы.

При движении на велоходе, как и на велосипеде, уменьшается качание центра тяжести. В наших испытаниях обнаружено, что центр тяжести качается примерно на 1,5 - 2 см на каждом шаге, по сравнению с 3-4 см при обычной ходьбе. Таким образом, лыжа - колесо (велоход) является по экономии энергии и эффективности передвижения промежуточным звеном между обычной ходьбой и велосипедом. По результатам наших испытаний мы оцениваем полезные и паразитные затраты при передвижении на велоходе как 50%-50%.

Велоход может быть создан из дерева, легкого металла, пластика, пенопласта и любого другого прочного материала. Вес одной лыжи в нашем варианте (решетчатая конструкция, швеллер и уголок из алюминия) составляет 1,1 кг. Лыжа велохода, изготовленная из пенопласта, весит 0,5 кг. За счет совершенствования конструкции и выбора более легкого и прочного материала вес одной лыжи может быть уменьшен до 0,3 кг. Нога в ботинке крепится к платформе с помощью жесткого крепления (ремни, скобы, лыжные крепления).

Ближайшим аналогом велохода является обувь (кроссовки) с закругленными носками и пятками на подошве. Но так как длина подошвы кроссовки значительно меньше 0,5-0,7 м и радиус закругления не регулируется под реальную длину ноги, то эффект колеса тут может проявиться лишь при очень коротком шаге.

Работоспособность велохода была проверена на модели. Каждая из лыж состоит из двух алюминиевых полозьев, изогнутых по дуге радиуса 1 метр. Каждую дугу стягивает жесткая хорда из алюминиевого уголка. Неизменность радиуса дуги поддерживают стойки между дугой и хордой. Две такие дуги-полоза соединены горизонтальными планками из алюминия на винтах и заклепках. Ширина лыжи - 10 см. Вся конструкция носит решетчатый характер. На передней части лыжи крепится платформа (дерево, пластик) под ботинок (кроссовку), которая может приподниматься или опускаться за счет изменения числа прокладок или за счет специального винтового устройства. При этом фиксированный радиус лыжи подгоняется под реальную длину ноги человека. Ботинок крепится к платформе двумя ремнями. На алюминиевые полозья-дуги наклеены резиновые полосы для лучшего сцепления с дорогой. Вес одной лыжи составил 1,1 кг.

Были проведены многочисленные испытания на длинные и короткие расстояния по асфальту, земле, полю, лесу, в городских условиях. Велоход позволяет подниматься по лестнице и преодолевать барьеры. Испытания подтвердили указанные выше преимущества велохода при ходьбе по сравнению с обычной обувью или обувью с закруглениями на концах подошвы.

Велоход очень прост в изготовлении и может быть использован людьми самого разного возраста, так как это фактически обувь с искривленной и выдвинутой назад подошвой, а хождение на велоходе почти не отличается от обычной ходьбы и в течение 15 мин можно научиться на нем ходить.

Источники информации 1. Заявка на изобретение 93012771, 10.03.93, кл. А 63 С 5/025, 13/00. Лыжи охотничьи.

2. Заявка на изобретение 94035206, 26.09.94, кл. А 63 С 5/025. Короткая лыжа.

3. Патент RU 2111041 по кл. А63 С 5/00 - прототип.

Формула изобретения

1. Лыжа, содержащая основание, опорную площадку для обуви и крепление для обуви, отличающаяся тем, что основание выполнено по дуге окружности с радиусом, равным расстоянию от берцового сустава человека до земли, в передней части плоскости хорды, жестко скрепленной с основанием, установлена опорная площадка, на которой с возможностью регулировки по высоте размещено крепление для обуви.

2. Лыжа по п. 1, отличающаяся тем, что основание лыжи выполнено с длиной не менее длины шага человека и шириной не менее ширины стопы человека.

3. Лыжа по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она выполнена из легкого, высокопрочного материала.

4. Лыжа по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что основание лыжи снабжено покрытием, обеспечивающим сцепление с дорогой.