كيف تقلل الكرسي المتحرك الكهربائي المصنوع من الألومنيوم من الوزن دون التأثير على المتانة

عندما يتعلق الأمر بمستخدمي الكراسي المتحركة الكهربائية، فإن كل كيلوجرام يُعدّ مهماً. فالكرسي الثقيل لا يمكن نقله أو تخزينه أو التحكم فيه بسهولة. ومع ذلك، يجب خفض الوزن دون المساس بالسلامة أو القوة؛ إذ إن الإطار الذي ينحني أو يتشقّق تحت تأثير الوزن يكون عديم الفائدة. ويُحلّ كرسي العجلات الكهربائي المصنوع من الألومنيوم هذه المعضلة. ففي شركة نينغبو بايشن لأجهزة الطبّ والرعاية الصحية المحدودة، أنتجنا آلاف الكراسي المتحركة الكهربائية المصنوعة من الألومنيوم باستخدام هندسة متقدمة التكنولوجيا. وفيما يلي أربع طرق يُحقّق بها الألومنيوم خفّة الوزن مع الحفاظ على القوة.

سبائك الألومنيوم عالية القوة (وليست الألومنيوم النقي)

الخرافة الشائعة حول الألومنيوم هي أنه مادة ضعيفة. أما في الواقع، فإن سبائك الألومنيوم المستخدمة في قطاع الطيران فتتميّز بقوة عالية جداً نسبةً إلى وزنها. والألومنيوم نفسه لين، لكن عند سبكه مع المغنيسيوم أو السيليكون أو الزنك، يتكوّن منه مواد تتنافس مع الفولاذ من حيث القوة الخاصة.

كراسي الكهرباء المصنوعة من الألومنيوم التي نصنعها مصنوعة من سبيكة معالجة حراريًا، ولها قوة خضوع تبلغ حوالي 240–260 ميغاباسكال — أي ما يعادل نحو 60–70% من قوة الخضوع للفولاذ اللين، لكن كثافتها لا تتجاوز ثلث كثافة الفولاذ. وهذا يعني أنه يمكن تصميم هيكل من الألومنيوم بزيادة سماكة الجدران قليلًا أو توسيع قطر الأنبوب للحصول على نفس درجة الصلابة المتوفرة في الهيكل الفولاذي، مع خفض كبير جدًّا في الوزن. وفي مرحلة التصميم، نستخدم تحليل العناصر المنتهية (FEA) لتحسين شكل الأنابيب، بحيث نوزِّع المادة فقط في الأماكن التي تتركز فيها الإجهادات بأقصى حد.

هندسة الأنبوب المُحسَّنة والدعائم الإضافية

ليست المادة وحدها هي ما يمنح هيكل الكرسي المتحرك متانته، بل إن الشكل يلعب دورًا محوريًّا أيضًا. فالهيكل المصنوع من الألومنيوم، عند تصميمه جيدًا، يحتوي على أنابيب ذوات قطر أكبر مقارنةً بهيكل فولاذي مماثل، وذلك لرفع عزم القصور الذاتي (أي مقاومة الانحناء).

تم تصميم الكراسي المتحركة الكهربائية المصنوعة من الألومنيوم باستخدام أنابيب بيضاوية ومستطيلة كبيرة الحجم توزّع الأحمال على مساحات أوسع. وفي نقاط التقاطع بين الأنابيب (بما في ذلك نقطة هيكل ظهر المقعد وقضيب مقعد الجلوس) نُدخل دعامات مصنوعة من الألومنيوم المُشكَّل بالطرق (دعامات تقوية) لإزالة قمم الإجهادات. ويؤدي الجمع بين القطر الأكبر مع جدران أن thinner والتعزيز الاستراتيجي إلى إنتاج هيكلٍ صلبٍ يتحمل حملاً يتراوح بين ١٢٠ و١٥٠ كجم دون أن يترتب عليه عبء وزن إضافي كما هو الحال في الهياكل الفولاذية. وتضمن النمذجة الحاسوبية ألا نضيف مواد في أماكن لا تتطلب ذلك.

اللحام الروبوتي ومعالجة الحرارة

منطقة التأثير الحراري (HAZ) في أي لحام ألومنيوم هي أضعف جزء فيه، وقد تنخفض مقاومة السبيكة هنا بنسبة ٣٠–٤٠٪. واللحام السيئ يجعل التصميم الجيد تصميمًا خطرًا.

تضم الروبوتات في مصنعنا لحامًا آليًّا يتم فيه التحكم بدقة في كمية الحرارة المُدخلة وسرعة الحركة لتقليل منطقة التأثر الحراري (HAZ). وبعد عملية اللحام، يخضع كل هيكل عظمي لمعالجة حرارية من النوع T6 (أي المعالجة الحرارية بالذوبان ثم التعتيق الاصطناعي) لمنح السبيكة مقاومةً عاليةً في جميع أجزاء الهيكل بالكامل. وتُعد هذه المعالجة الحرارية بعد اللحام خطوةً حاسمةً؛ إذ لا يتبعها معظم الشركات المصنِّعة التي تنتج هياكل عظمية منخفضة الجودة، ولذلك تبدأ الهياكل العظمية بالتشقق عند أماكن اللحام بعد عدة أشهر. ولدينا ٦٠ نظامًا لمعالجة الهياكل العظمية، بما في ذلك أفران المعالجة الحرارية الخاصة بنا، مما يضمن أن تحقق جميع الكراسي المتحركة المصنوعة من الألومنيوم القوة التصميمية المطلوبة.

الاستخدام الاستراتيجي لمكونات الفولاذ عند النقاط الخاضعة لأحمال عالية

ليس من الضروري أن يكون الحل هو هيكل عظمي مصنوع بالكامل من الألومنيوم. فالتصاميم الذكية الخفيفة الوزن تشمل هياكل مختلطة: حيث يُستخدم الألومنيوم في الهيكل الرئيسي، بينما يُستخدم الفولاذ في الأجزاء الخاضعة لأحمال محلية أو للتآكل.

كرسيّنا المتحكّم به كهربائيًا، المصنوع من الألومنيوم، يحتوي على أقواس محورية فولاذية (تتعرّض لتثبيت العجلات وإزالتها بشكل متكرر)، وأعمدة وقائية ضد الانقلاب (يجب ألا تنحني)، وبعض نقاط الدوران. وتزن هذه المكوّنات الفولاذية مجتمعةً أقل من ١–٢ كجم، لكنها تُحسّن بشكل ملحوظ عمر الكرسي الافتراضي عند أبرز نقاط التحمّل فيه. أما باقي أجزاء الإطار مثل القضبان الجانبية للإطار ودعامات ظهر المقعد ومشابك مسند القدمين فهي مصنوعة من الألومنيوم. وهذه الحلول المركبة توفر خفة وزن الألومنيوم مع قوة الفولاذ في الأماكن التي تتطلّب أقصى درجات المتانة.

الخاتمة

وتتيح أربع استراتيجيات هندسية — وهي استخدام سبائك عالية القوة، وهندسة أنابيب مثلى مع دعامات تقوية، واللحام الروبوتي، ومعالجة حرارية من نوع T6، وتحديد مواقع الفولاذ في المناطق الخاضعة لأعلى درجات الإجهاد — تقليل وزن الكرسي الكهربائي المصنوع من الألومنيوم دون التفريط في قوته. وبذلك يصبح المنتج خفيف الوزن مع كفاية قوته لتحمل الاستخدام اليومي لسنوات عديدة (عادةً ما يتراوح وزن المستخدم بين ٢٠ و٢٥ كجم).

نُدمج هذه الطرق في شركة نينغبو بايتشن لأجهزة الطب، المحدودة، التي تشغل مصنعاً مساحته ٢٠٬٠٠٠ متر مربع، وتضم ٦٠ جهاز معالجة إطارات و٤ خطوط تجميع. اتصل بنا وجرّب قوة الألومنيوم الخفيف الوزن.