PL236119B1 - Modularny system do tworzenia pochylni o dowolnym rzucie i o stałym stopniu nachylenia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest modularny system do tworzenia pochylni o dowolnym rzucie i o stałym stopniu nachylenia (Ramp-Z (RZ)).

Znany jest system Roll-A-Ramp® pokazany na stronie: http://www.rollaramp.com/portable- ramps, który jest mobilną i wszechstronną pochylnią. Występuje w różnych szerokościach, które są zbudowane na taką długość, jaka jest potrzebna. Stanowi on alternatywę dla wyciągów krzesełkowych lub stałych pochylni. System Roll-A-Ramp® znajduje zastosowanie jako pochylnia dostępowa dla pieszych oraz osób na wózkach inwalidzkich z napędem lub bez.

Znany jest również system Truss-Z (Zawidzki M., Creatingorganic 3-dimensional structures for pedestriantrajfic with reconfigurablemodular „Truss-Z” system, Journal of Design & Naturę and Ecodynamics, 8(1), pp. 61—87, 2013), który obejmuje koncepcję systemu szkieletowego do tworzenia samonośnych pochylni dla ruchu pieszego i rowerowego. Truss-Z składa się tylko z dwóch typów modułów (będących swoim odbiciem lustrzanym) i pozwala na tworzenie trójwymiarowych ścieżek pochylniowych o praktycznie dowolnym kształcie. Truss-Z może tworzyć połączenia między dwoma punktami oraz rozgałęzione sieci łączące wiele punktów w przestrzeni. Koncepcja Truss-Z zakłada, że kilka modułów stanowi konstrukcję samonośną między podporami. Niemniej maksymalna liczba modułów oraz samonośna rozpiętość nie została podana.

W tymi miejscu należy podkreślić, że za pomocą systemu Roll-A-Ramp® można tworzyć jedynie prostoliniowe konstrukcje o stałej długości. Można kupić pochylnię o danej długości i bez możliwości dokonywania modyfikacji na późniejszym etapie. Ponadto, sposób podparcia Roll-A-Ramp® polega na podparciu tylko na dwóch końcach. Wynikają z tego też ograniczenia obciążeniowe. Nie ma możliwości doboru siły obciążenia pochylni, zaś nośność można regulować jedynie jej długością. System Roll-A-Ramp® nie zawiera barierek i nie jest to system modularny. Nie można go skrócić/przedłużyć ani zmienić kształtu ścieżki.

Truss-Z natomiast wymaga stosowania dwóch typów modułów co stanowi silne ograniczenie: i zamawiając moduły trzeba wiedzieć, ile sztuk z każdego rodzaju będzie potrzebne; ii. Liczba wszystkich możliwych kombinacji jest istotnie mniejsza dla dwóch rodzajów modułów, z których każdy można złożyć na dwa sposoby, niż jednego rodzaju dającego się złożyć na cztery sposoby. Wynika to z nierówności: 2^k < 4^k, gdzie k to całkowita liczba modułów, zaś a to liczba modułów pierwszego typu (dla dwóch typów).

Istnieje potrzeba rozwiązania powyżej przedstawionych wad istniejących systemów.

Celem wynalazku było opracowanie takiego rozwiązania, które umożliwiłoby stworzenie struktury łączącej dwa lub więcej punktów np. dla pieszych za pomocą jednego zestawu modułowego, przy czym każdy moduł stoi niezależnie na podłożu. Takie rozwiązanie eliminuje problem z przenoszeniem obciążenia. W systemie według wynalazku każdy moduł przeniesie dane (zakładane) obciążenie. Każdy moduł indywidualnie stoi na gruncie. Dodatkowo system według wynalazku wyposażony jest w barierki oraz regulowane nóżki o czym nie wspominają znane systemy.

Istotą wynalazku jest modularny system do tworzenia pochylni o dowolnym rzucie i o stałym stopniu nachylenia charakteryzujący się tym, że składa się z pochylni R, elementów podporowych S oraz barierek wewnętrznych i zewnętrznych E, przy czym pochylnia R ma kształt przestrzennego klina opisanego przez osiem punktów, cztery powyżej lub na płaszczyźnie XY:t1 ..., t4 oraz ich lustrzane odbicia: b1, ..., b4, przy czym punkty t112 b2 b1 oraz t3 t4 b4 b3 wyznaczają płaszczyzny (krawędzie) odpowiednio: tylną i przednią elementu R, które są usytuowane względem siebie pod kątem a: 0 < a < π, ponadto pochylnia R scharakteryzowana jest poprzez parametry:

— r oznacza długość, która jest taka sama dla czterech odcinków: |t1t2l, Ib1,b2l, lt3t4l, oraz lb3b4l, — d oznacza odległość od punktu O, która jest taka sama dla rzutów na płaszczyznę XY czterech punktów: t2, t4, b2, oraz b4, — d* to rzut d na oś pionową w rzucie XY, zatem d*= d/Cos[a/2] oraz — s wyraża stosunek d do r, mianowicie, s = d/r, — w oznacza szerokość pochylni: w = r Cos [a/2], przy czym dowolny rzut pochylni R stanowi trapez równoramienny.

Korzystnie, elementy podporowe S składają się z belki oraz dwóch słupków o regulowanej długości łączących się z barierkami I i E w celu usztywnienia całej konstrukcji.

Korzystnie, długość barierki wewnętrznej I odpowiada odległości pomiędzy punktami t2 i t4, a długość barierki zewnętrznej E odpowiada odległości pomiędzy punktami t1 i ta, przy czym każda barierka

PL236 119 B1 posiada dwa końce: „męski” i „żeński” ukształtowane tak, by możliwe było bezpieczne połączenie każdej pary barierek pod trzema kątami: +a, 0, -a. Ponadto barierki są symetryczne względem swoich płaszczyzn strzałkowych co pozwala na montaż w dwóch położeniach charakteryzujących się odpowiednio dodatnim i ujemnym przyrostem 8z, co ilustruje fig.7.

Korzystnie, barierki są pełne lub ażurowe.

Korzystnie powierzchnia górna elementu R wyznaczona punktami ti t2 t4 t3 oraz powierzchnia dolna wyznaczona punktami b1 b2 b4 i b3 jest ciągła (krzywopowierzchniowa), lub „przełamana” dodatkową krawędzią ti t4 lub t2 t3 dla powierzchni górnej, oraz analogicznie b1 b4 lub b2 b3 dla powierzchni dolnej.

Modularny system do tworzenia pochylni o dowolnym rzucie i o stałym stopniu nachylenia składa się z następujących elementów:

i. Pochylnia R ii. Elementy podporowe S iii. Barierki: „wewnętrzna” I oraz „zewnętrzna” E, jak pokazano na fig. 1.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1. przedstawia od lewej: widok „rozstrzelony” i złożony z czterech elementów składających się na system według wynalazku; fig. 2 przedstawia rzuty na płaszczyzny XY, XZ, YZ wraz z zaznaczonymi osiami symetrii, oraz widok aksonometryczny elementu R. Gruba strzałka wskazuje „uśrednione” nachylenie pochylni; fig. 3. przedstawia w środkowej kolumnie - rzut typowego modułu R o kształcie trapezu równoramiennego oraz przykładową konfigurację kilku modułów: R,L,R,L,L,R,R,R,L,R,L,R (wyjaśnienie dalej w tekście); po lewej i prawej skrajne przypadki dla parametru s = 0 i s = « (wyjaśnienie dalej w tekście) wraz z tą samą sekwencją modułów. Kierunek składania modułów wskazuje gruba strzałka, dodatkowo moduły zostały zaindeksowane od pierwszego 1 do ostatniego 12; fig. 4 przedstawia dla elementu R o kącie a= π/6, dla 3z= 1 i 2 cm (wyjaśnienie dalej w tekście), cały obszar pochylni ma nachylenie mniejsze niż 10%. Natomiast dla 8z >16 cm, żaden punkt pochylni nie spełnia wymaganego nachylenia. Dla 8z równego: 13, 10 i 8 cm odpowiednio: ok. %, nieco ponad połowa oraz ¾ pochylni ma wymagane nachylenie < 10%. Kierunek tworzenia systemu według wynalazku pokazuje gruba strzałka po prawej; fig. 5 przedstawia schematyczne połączenie dwóch barierek w widoku z góry w trzech możliwych położeniach. Słupek zaznaczono na czarno. Strzałka wskazuje kierunek i kolejność dołączania modułów (barierek); fig. 6 przedstawia trzy przykłady barierki zewnętrznej E w dwóch położeniach: +8z (na górze) i 8z (na dole); fig. 7 pokazuje przyjętą konwencję w nazewnictwie płaszczyzn symetrii elementów składowych system według wynalazku. Oś strzałkowa pokrywa się z kierunkiem X montażu systemu według wynalazku (zaznaczono na czarno); na fig. 8 na lewo od konfiguracji R, pokazano transformację R >R:\ czyli z R na „obrócone R”. Taka transformacja wymaga obrotu elementu R o kąt π wokół osi pionowej oraz elementów barierek E oraz I wokół ich osi strzałkowych o kąt π. Dalej w prawo pokazano transformację: R>L2, czyli obrót elementu R o kąt π wokół osi poprzecznej oraz obrotu barierek E oraz I wokół ich osi strzałkowych o kąt π i wzajemną zamianą ich położenia. Ostatnia kolumna po prawej przedstawia wynik transformacji L2>L, czyli obrotu L2 o kąt π wokół osi pionowej oraz obrotu barierek E oraz I wokół ich osi strzałkowych o kąt π i wzajemną zamianą ich położenia; fig. 9 przedstawia patrząc wzdłuż osi Y zgodnie z kierunkiem głównym złożenie dwóch modułów systemu według wynalazku w różnych konfiguracjach, co pozwala na przemieszczenie w 6 różnych punktów przestrzeni; fig. 10 przedstawia 64 różne ścieżki wykonane z trzech takich samych modułów (w czterech różnych konfiguracjach). Dla przejrzystości pokazano tylko górną powierzchnię elementu głównego. Konfiguracje R, L, L2 i R2 pokazano odpowiednio na: ciemno-szaro, biało, szaro i jasnoszaro. Pierwszy moduł w sekwencji podkreślono grubą linią; fig. 11 przedstawia sześć przykładowych kompletów systemu według wynalazku, tworzących pochylnię o „uśrednionym” kącie nachylenia 8%, fig. 12 ilustruje możliwość tworzenie pochylni rozgałęziających się w sposób praktycznie nieograniczony; Fig. 14 ilustruje dwa alternatywne sposoby „przełamania” powierzchni ti t2 t4 t3. Analogicznie przełamana może być powierzchnia dolna b1 b2 b4 b3.

Zasadnicze właściwości geometryczne systemu według wynalazku wynikają z kształtu pochylni R, zaś pozostałe elementy pełnią role dodatkowe: podpór konstrukcyjnych S oraz funkcje bezpieczeństwa (oraz również konstrukcyjno-usztywniające) - barierki (wewnętrzna i zewnętrzna).

W ogólnym przypadku, R ma kształt przestrzennego klina jak pokazano na fig. 2.

Najważniejszą cechą elementu R, jest to, iż jest on symetryczny we wszystkich trzech płaszczyznach: XY, XZ oraz YZ.

PL 236 119 B1

P r z y k ł a d 1

Element R opisuje osiem punktów, cztery powyżej lub na płaszczyźnie XY: ti, t4 oraz ich lustrzane odbicia: bi ..., b4. Punkty ti t2 b2 bi oraz ti t4 b4 b3 wyznaczają płaszczyzny (krawędzie) odpowiednio: „tylną” i „przednią” elementu R. Płaszczyzny (krawędzie) przednia i tylna są usytuowane względem siebie pod kątem a: 0 < a < π.

Z uwagi na wiele symetrii, praktyczne jest wprowadzenie wielkości: r i d, gdzie r to długość taka sama dla czterech odcinków: ltit2l, Ibi,b2l, lt3t4l, oraz lb3b4|, zaś d to odległość od punktu O, taka sama dla rzutów na płaszczyznę XY czterech punktów: t2, t4, b2, oraz b4. d* to rzut d na oś pionową w rzucie XY, zatem d*= dCos[a/2].

Dodatkowy parametr s wyraża stosunek d do r, mianowicie, s = d/r. Szerokość pochylni to w: w = rCos[a/2].

W ogólnym przypadku, kąt a > 0, zaś rzut elementu R jest trapezem równoramiennym. Dla kąta a = 0 (d = «, s = «), rzut elementu R jest prostokątem, zaś gdy punkt t2 pokrywa się z t4 (co za tym idzie b2 pokrywa się z b4; w takim przypadku d = 0 i s = 0) to rzut elementu R jest trójkątem równoramiennym. Te trzy przypadki ilustruje fig. 3.

Dla elementu R, w ogólnym przypadku, nachylenie pochylni nie jest stałe i zawiera się między wartością minimalną dla odcinka lti.tel a maksymalną lt2t4l. Praktycznym podejściem jest przyjęcie „uśrednionego” nachylenia pochylni mierzonego w płaszczyźnie przebiegającej przez środek elementu R czyli wzdłuż odcinka |tstsl.

Nachylenie pochylni p zależy od: przewyższenia Sz, kąta a, i odległości y mierzonej od punktu O. Dla skrajnego przypadku, gdy a = 0, p jest stałe. Fig. 4 ilustruje, jak dobierać w/w parametry by część lub całość pochylni spełniała założone dopuszczalnie nachylenie (przyjęto 10%).

Element R wraz z kierunkiem X: rozszerza się w kierunku pionowym, tj. część górna, czyli punkty t3 i t4 mają przyrost pionowy +Sz względem punktów ti i t4 zaś punkty b3 i b4 o wartość -Sz względem punktów bi i b2. Ponieważ w elemencie R płaszczyzna (krawędź) tylna jest obrócona o kąt a w lewo względem płaszczyzny (krawędzi) przedniej - mówimy, że element R „skręca w lewo”. Reasumując: element R, zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej „idzie do góry” (o wartość +5z) oraz „skręca w lewo” o kąt a.

Nachylenie pochylni R w ogólnym przypadku może mieć dowolną wartość. Niemniej dla np. ruchu pieszego nie powinno przekraczać 15%, zaś kołowego, 25%.

Ponieważ każdy moduł systemu stoi niezależnie na podłożu, przewidywane naprężenia konstrukcji nie są nadmiernie duże. Jedynie elementy podporowe S, które „zbierają” obciążenia z elementu R powinny być wykonane z metalu (choć racjonalne wydaje się też użycie np. drewna, szczególnie klejonego lub sklejki do belki poziomej). Z drugiej strony, dla wygody montażu system powinien być stosunkowo lekki. Zatem konstrukcja ze stopów aluminium lub tworzyw zbrojonych (kompozytów) będzie najbardziej racjonalna. Niemniej możliwe jest wykonanie całej konstrukcji np. z metalu w wyniku czego będzie ona cięższa co ustabilizuje konstrukcję (zwiększy tłumienie drgań) lecz może spowodować trudności przy montażu czy rekonfiguracji.

P r z y k ł a d 2

Elementy podporowe S

Elementy podporowe S składają się z belki przenoszącej obciążenia z pochylni R na słupki oraz dwóch słupków przenoszących obciążenia z belki na podłoże. Długość słupków jest regulowana. Słupki są połączone z barierkami przez co usztywniają całą konstrukcję jak pokazano na fig. i.

P r z y k ł a d 3

Barierki wewnętrzne i zewnętrzne

W skład zestawu RZ wchodzą dwie barierki o różnej długości: krótsza, „wewnętrzna” I odpowiadająca punktom t2 i t4, oraz dłuższa, „zewnętrzna” E odpowiadająca punktom ti i t3. Każda barierka posiada dwa końce: „męski” i „żeński” ukształtowane tak by możliwe było bezpieczne połączenie każdej pary barierek pod trzema kątami: +a, 0, -a, co ilustruje fig. 5. Barierki mogą być pełne lub ażurowe, jak pokazano na fig 6.

P r z y k ł a d 4

Wszystkie elementy systemu według wynalazku posiadają symetrie. Ponieważ wszystkie elementy tego systemu są zorientowane względem kierunku montażu modułów, dla ułatwienia posłużono się nazwami płaszczyzn (symetrii) analogicznymi do anatomii człowieka (fig. 7).

Zgodnie z konwencją zilustrowaną na fig. 7: rzut pochylni R na płaszczyznę XY jest symetryczny względem swojej płaszczyzny czołowej zaś właściwa pochylnia R jest symetryczna względem swojej

PL236 119 Β1 płaszczyzny poprzecznej. Barierki wewnętrzne i zewnętrzne są symetryczne względem swoich płaszczyzn strzałkowych. Podpory S są symetryczne względem swoich płaszczyzn: strzałkowej i czołowej. Dzięki tym symetriom możliwe jest złożenie systemu w czterech alternatywnych konfiguracjach, o odmiennych własnościach geometrycznych, jak pokazano na fig. 8.

Jak pokazano na fig. 8 w zależności od orientacji, zestaw elementów systemu według wynalazku tworzy cztery unikalne konfiguracje o różnych (antysymetrycznych) parametrach.

Przykład 5 montaż modułów

Moduły systemu modularnego montuje się tak, by płaszczyzna (krawędź) przednia kolejnego modułu pokrywała się z płaszczyzną tylną poprzedniego modułu.

Jak pokazuje fig. 8 konfiguracja L jest odbiciem lustrzanym R, zaś R2 i L2 to odpowiednio obrót R i L o kąt π wokół ich osi pionowych. W konsekwencji: R zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej „skręca w lewo i idzie do góry”, L „skręca w prawo i idzie do góry” R2 „skręca w prawo i idzie do dołu” i L2 „skręca w lewo i idzie do dołu”. W rezultacie te cztery konfiguracje pozwalają na przemieszczenie po systemie modularnym w cztery różne punkty przestrzeni. Złożenie dwóch elementów systemu daje 4² możliwości, czyli 16.6 z tych punktów jest unikalnych co ilustruje fig. 9.

To, że z 16 możliwych ścieżek, 6 trafia w unikalne punkty oznacza, że pozostałymi dziesięcioma można dotrzeć w te same punkty, lecz inną ścieżką. Takie alternatywne ścieżki mogą być przydatne w przypadku omijania istniejących przeszkód. Złożenie trzech modułów pozawala na skonstruowanie 43 = 64 różnych ścieżek, jak pokazano na fig. 10.

System według wynalazku pozwala na łączenie każdej pary modułów według pięciu typów połączeń, jak ilustruje fig. 11. Strzałka zaczepiona jest przy pierwszym module w sekwencji i wskazuje kierunek konstruowania pochylni RZ.

Moduły składane są sekwencyjnie, czyli, jeden, po drugim. Pojedyncze sekwencje modułów mogą być łączone w układy wielogałęziowe poprzez połączenie typu 4 lub w celu usztywnienia konstrukcji poprzez połączenie typu 5. Połączenie między modułami może być zrealizowane na pięć sposobów: trzy podstawowe do tworzenia zasadniczych ciągów pochylni i dwa dodatkowe, z których jeden do tworzenia rozgałęzień, zaś pozostały do ewentualnego usztywniania konstrukcji. Sposoby te ilustruje fig. 11. W połączeniu typu 1, dwa moduły łączą się „szeroką” powierzchnią, co można zapisać następut₃ £>3 b₄ jąco: ^£4 b₄ ^3, gdzie górna lista to wierzchołki pierwszego, zaś dolna - kolejnego modułu. Wierzchołki w kolumnach pokrywają się. W połączeniu typu 2, dwa moduły łączą się „wąską” powierzchnią, ti t₂ b₂ b_r co można zapisać następująco: ^f2 ^2. W połączeniu typu 3, jeden moduł łączy się „szeroką” f₄ t₃ a drugi „wąską” powierzchnią, co można zapisać następująco h ti. W połączeniu typu 4, moduły łączą £3 ^4 bi b₂ się boczną „szeroką” powierzchnią co można zapisać następująco: ^3 ^f3. w połączeniu typu t₂ t₄ b₄ b₂

5, moduły łączą się boczną „wąską” powierzchnią zapisać następująco: ^2 b₄ i₄ ^.Wszystkich możliwych połączeń tych pięciu typów między modułami jest 20, czyli 16 (zasadniczych) oraz 4 (dodatkowych) zostały one umieszczone w tabeli Tab. 1.

System według wynalazku znajduje wiele zastosowań praktycznych, np. jak pokazano na fig. 12, kilku-elementowa pochylnia umożliwiająca wjazd wózkom inwalidzkim na schody wejściowe. System według wynalazku pozwala również na tworzenie pochylni rozgałęziających się w sposób praktycznie nieograniczony, jak ilustruje fig. 13.

Powierzchnia górna elementu R wyznaczona punktami ti t₂t₄13 oraz powierzchnia dolna wyznaczona punktami bi i b2 b₄ i bs może być ciągła (krzywo powierzchni owa), lub „przełamana” dodatkową krawędzią ti t₄ lub t₂13 dla powierzchni górnej, oraz analogicznie bi b₄ lub b2 bs dla powierzchni dolnej (co ilustruje fig. 14). Wprowadzenie tych krawędzi może być niekorzystne z „punktu widzenia użytkowania”, natomiast korzystne z punktu widzenia wykonawstwa.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Modularny system do tworzenia pochylni o dowolnym rzucie i o stałym stopniu nachylenia znamienny tym, że składa się, z pochylni (R), elementów podporowych (S) oraz barierek wewnętrznych (I) i zewnętrznych (E), przy czym pochylnia (R) ma kształt przestrzennego klina opisanego przez osiem punktów, cztery powyżej lub na płaszczyźnie XY: (ti, ... t4) oraz ich lustrzane odbicia: (bi, ..., b4), przy czym punkty (ti t2 b2 bi) oraz (ta t4 b4 ba) wyznaczają płaszczyzny (krawędzie) odpowiednio: tylną i przednią elementu (R), które są usytuowane względem siebie pod kątem a: 0 < a < n, ponadto pochylnia (R) scharakteryzowana jest: poprzez parametry:

   - r oznacza długość, która jest taka sama dla czterech odcinków: |tit2l, lbib2l, ltat4l, oraz lbab4l, - d oznacza odległość od punktu O, która jest taka sama dla rzutów na płaszczyznę XY czterech punktów: (t2,t4, b2, oraz b4),

   - d* to rzut d na oś pionową w rzucie XY, zatem d*= d/Cos[a/2] oraz

   - s wyraża stosunek d do r, mianowicie, s = d/r,

   - w oznacza szerokość pochylni: w =rCos[a/2],

   - przy czym, dowolny rzut pochylni (R) stanowi trapez równoramienny.
2. 2. Modularny system według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy podporowe (S) składają się z belki oraz dwóch słupków o długości regulowanej łączących się z barierkami (I) i (E) w celu usztywnienia całej konstrukcji.
3. 3. Modularny system według zastrz. 1, znamienny tym, że długość barierki wewnętrznej (I) odpowiada odległości pomiędzy punktami (t2 i t4), a długość barierki zewnętrznej (E) odpowiada odległości pomiędzy punktami (ti i ta), przy czym każda barierka posiada dwa końce: „męski” i „żeński” ukształtowane tak, by możliwe było bezpieczne połączenie każdej pary barierek pod trzema kątami: +a, 0, -a, przy czym barierki są symetryczne względem swoich płaszczyzn strzałkowych co pozwala na montaż w dwóch położeniach charakteryzujących się odpowiednio dodatnim i ujemnym przyrostem Sz.
4. 4. Modularny system według zastrz. 3, znamienny tym, że barierki są pełne lub ażurowe.
5. 5. Modularny system według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia górna elementu (R) wyznaczona punktami (ti t214 ta) oraz powierzchnia dolna wyznaczona punktami (bi b2 b4 i ba) jest ciągła (krzywopowierzchniowa), lub „przełamana” dodatkową krawędzią (ti t4) lub (t2 ta) dla powierzchni górnej, oraz analogicznie (bi b4) lub (b2 ba) dla powierzchni dolnej.