Miten alumiinipohjainen sähköpyörätuoli vähentää painoa uhraamatta lujuutta

Sähköpyörätuolin käyttäjille jokainen kilogramma on tärkeä. Painava tuoli on vaikea kuljettaa, säilyttää ja ohjata. Painoa on kuitenkin vähennettävä ilman turvallisuuden tai kestävyyden vaarantamista – taipunut tai haljennut runko ei ole hyödyllinen. Alumiinista valmistettu sähköpyörätuoli ratkaisee tämän dilemman. Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd. -yrityksessä olemme valmistaneet tuhansia alumiinisähköpyörätuoleja korkean teknologian avulla. Alla on neljä menetelmää, joilla alumiini vähentää painoa, mutta säilyttää samalla lujuuden.

Korkealujuusiset alumiiniseokset (ei puhdasta alumiinia)

Yleinen käsitys alumiinista on, että se on heikko materiaali. Käytännössä avaruusteknologiaan käytetyt alumiiniseokset ovat erinomaisen voimakkaita suhteessa painoonsa. Alumiini on pehmeää, mutta kun sitä seostetaan magnesiumilla, piillä tai sinkillä, saadaan materiaaleja, joiden erityislujuus on kilpaileva verrattuna teräkseen.

Valmistamamme alumiinipohjaiset sähköpyörätuolit on valmistettu lämpökäsittelyllä vahvistetusta seoksesta, jonka myötölujuus on noin 240–260 MPa – eli noin 60–70 % pehmeän teräksen myötölujuudesta, mutta tiukkuus on vain kolmasosa teräksestä. Tämä tarkoittaa, että alumiinirunkoa voidaan valmistaa hieman paksuuntamalla seinämiä tai suurentamalla putken halkaisijaa saavuttaakseen saman jäykkyyden kuin teräksisellä rungolla, mutta huomattavasti pienemmillä painoarvoilla. Suunnittelussa käytämme äärellisten elementtien analyysiä (FEA) putkien muodon optimointiin, jotta materiaalia voidaan käyttää ainoastaan niissä kohdissa, joissa jännitys on suurimmillaan.

Optimoitu putkigeometria ja kulmapalat

Ei ainoastaan materiaali vaan myös muoto määrittävät pyörätuolin rungon lujuuden. Hyvin suunnitellussa alumiinirungossa käytetään suurempia halkaisijoita kuin vastaavassa teräksisessä rungossa, jotta taivutusvastus (hitausmomentti) kasvaisi.

Alumiiniset sähköpyörätuolit on suunniteltu käyttäen ylimittaisia soikeita ja suorakulmaisia putkia, joiden avulla kuorma jakautuu laajemmalle alueelle. Putkien poikkileikkauksiin (mukaan lukien selkänojan kehikon ja istuintasanteen kohdat) asennamme muovattuja alumiinigussetteja (vahvistuskiinnikkeitä), jotka poistavat jännityshuiput. Suurempi halkaisija ohuemmilla seinillä yhdistettynä taktiseen vahvistukseen tuottaa kehyksen, joka on jäykkä 120–150 kg:n käyttäjäkuorman alla ilman teräksen paino-oireita. Tietokonesimulaatiot varmistavat, ettemme lisää materiaalia sinne, missä sitä ei tarvita.

Robottihitsaus ja lämpökäsittely

Minkä tahansa alumiinihitsin lämpövaikutettu alue (HAZ) on sen heikoin osa, ja seoksen lujuus voi vähentyä tässä alueessa 30–40 %. Huono hitsaus tekee hyvästä suunnittelusta vaarallisen.

Tehtaassamme käytetyt robotit sisältävät robottihitsausta, jossa lämmöntulo ja kulkuvaatimus säädellään tarkasti, jotta hitsausvaikutusalue (HAZ) pienenee. Hitsausten jälkeen jokainen kehikko kuumenkäsittelystä T6 (liuotuskuumennus ja tekoikäistys), mikä antaa seoksele vahvuutta koko rakenteen läpi. Tämä hitsausten jälkeinen kuumenkäsittely on erityisen tärkeä: useimmat valmistajat, jotka tuottavat alhaisempaa laatua olevia kehikoita, eivät tee tätä, ja muutaman kuukauden kuluttua kehikot alkavat halkeilla hitsauskohdissa. Meillä on 60 kehikön käsittelyjärjestelmää, mukaan lukien erityiset kuumenkäsittelyuunit, joilla kaikki alumiinipyörätuolit saavuttavat suunnittelun mukaisen lujuutensa.

Teräskomponenttien strateginen käyttö korkeassa rasituksessa olevissa kohdissa

Ei välttämättä ratkaisu ole kokonaan alumiininen kehikko. Keveät ja älykkäät rakenteet ovat usein sekarakenteita: alumiinia käytetään pääkehikossa ja terästä osissa, joissa paikallisesti vaaditaan suurta kuormitusta tai kulumista.

Meidän sähköpyörätuolimme, jotka ovat valmistettu alumiinista, sisältävät teräksisiä akselikannattimia (joita käytetään toistuvasti pyörien kiinnittämiseen ja irrottamiseen), kääntymisenestokiskot (joiden ei pitäisi taipua) sekä joitakin kiertymäpisteitä. Nämä teräskomponentit painavat yhteensä alle 1–2 kg, mutta ne merkittävästi pidentävät tuotteen elinikää sen tärkeimmässä kohdassa. Muut kehikon sivurailit, selkänojan kannattimet ja jalkatukien ripustukset ovat valmistettu alumiinista. Tämä yhdistelmäratkaisu tarjoaa alumiinin painon vähentävän vaikutuksen ja teräksen kestävyyden juuri siellä, missä lujuus on tärkeintä.

Johtopäätös

Neljä insinööristrategiaa – korkealujuusseokset, optimaalinen putkigeometria liitospultein, robottihitsaus ja T6-lämpökäsittely sekä teräksen sijoittaminen korkean rasituksen alueille – mahdollistavat alumiinisissa sähköpyörätuoleissa painon vähentämisen ilman lujuuden menetystä. Tuote on kevyt, mutta kuitenkin riittävän vahva kantamaan päivittäistä käyttöä vuosikausia (tyypillisesti 20–25 kg) kestävää tuolia.

Integroimme nämä menetelmät Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd.:ssä, jossa on 20 000 neliömetrin tehdasalue, 60 kehikönkäsittelykoneetta ja 4 kokoonpanolinjaa. Ota meihin yhteyttä ja kokeile kevyen alumiinin voimaa.