Come la sedia a rotelle elettrica in alluminio riduce il peso senza compromettere la resistenza

Per gli utenti di carrozzine elettriche, ogni chilogrammo conta. Una carrozzina pesante non può essere trasportata, immagazzinata e manovrata facilmente. Tuttavia, il peso deve essere ridotto senza compromettere sicurezza o resistenza: un telaio deformato o fessurato a causa del carico non è di alcuna utilità. La carrozzina elettrica in alluminio risolve questo dilemma. Presso Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd. abbiamo prodotto migliaia di carrozzine elettriche in alluminio grazie a un’ingegneria ad alta tecnologia. Di seguito sono indicati quattro metodi con cui l’alluminio riduce il peso mantenendo comunque la resistenza.

Leghe di alluminio ad alta resistenza (non alluminio puro)

Il luogo comune sull’alluminio è che si tratti di un materiale poco resistente. In realtà, le leghe di alluminio per settore aerospaziale offrono un eccellente rapporto resistenza-peso. L’alluminio puro è morbido, ma legato con magnesio, silicio o zinco forma materiali la cui resistenza specifica è competitiva rispetto a quella dell’acciaio.

Le carrozzine elettriche in alluminio che produciamo sono realizzate in lega trattata termicamente, con una resistenza allo snervamento di circa 240-260 MPa, pari al 60-70 % di quella dell'acciaio dolce ma con una densità pari a un terzo. Ciò implica che un telaio in alluminio può essere progettato aumentando leggermente lo spessore delle pareti o il diametro dei tubi per ottenere la stessa rigidità dell'acciaio, ma con un peso molto inferiore. Nella progettazione, applichiamo l'analisi agli elementi finiti (FEA) per ottimizzare la forma dei tubi, in modo da utilizzare il materiale esclusivamente nelle zone soggette ai massimi livelli di sollecitazione.

Geometria ottimizzata dei tubi e rinforzi

Non è solo il materiale a determinare la resistenza di un telaio per carrozzina, ma anche la sua forma. Un telaio in alluminio ben progettato prevede tubi di diametro maggiore rispetto a un telaio in acciaio di dimensioni analoghe, al fine di incrementare il momento d'inerzia (resistenza alla flessione).

Le carrozzine elettriche in alluminio sono progettate con tubi ovali e rettangolari di grandi dimensioni che distribuiscono i carichi su aree più ampie. Nei punti di intersezione dei tubi (incluso il punto di connessione tra il telaio dello schienale e la rotaia del sedile) inseriamo rinforzi in alluminio forgiato (staffe di rinforzo) che eliminano i picchi di sollecitazione. Un diametro maggiore con pareti più sottili, combinato a rinforzi strategici, consente di ottenere un telaio rigido anche sotto un carico utente compreso tra 120 e 150 kg, senza l’incremento di peso tipico dell’acciaio. La modellazione computerizzata garantisce che non venga aggiunto materiale laddove non necessario.

Saldatura robotizzata e trattamento termico

La zona termicamente affetta (HAZ) di qualsiasi saldatura in alluminio rappresenta la parte più debole, e la resistenza della lega può ridursi qui del 30-40%. Una saldatura scadente trasforma un buon progetto in uno pericoloso.

I robot nella nostra fabbrica utilizzano la saldatura robotizzata, con un controllo preciso dell'apporto di calore e della velocità di avanzamento per ridurre la zona termicamente alterata (HAZ). Dopo il processo di saldatura, ogni telaio viene sottoposto al trattamento termico T6 (solubilizzazione e invecchiamento artificiale) per conferire all'lega resistenza uniforme su tutta la struttura. Questo trattamento post-saldatura è fondamentale: la maggior parte dei produttori che realizzano telai di qualità inferiore non lo esegue e, già dopo alcuni mesi, i telai iniziano a presentare crepe nei punti di saldatura. Disponiamo di 60 sistemi per la lavorazione dei telai, inclusi appositi forni per il trattamento termico, per garantire che tutte le carrozzine in alluminio raggiungano la resistenza prevista dal progetto.

Utilizzo strategico di componenti in acciaio nei punti soggetti a sollecitazioni elevate

Non è necessariamente la soluzione ideale optare per un telaio interamente in alluminio. Le costruzioni più intelligenti ed estremamente leggere prevedono strutture ibride: l'alluminio viene impiegato nel telaio principale, mentre l'acciaio è utilizzato nelle parti soggette a carichi localizzati o ad abrasione.

Le nostre carrozzine elettriche, realizzate in alluminio, contengono supporti per gli assi in acciaio (sottoposti a montaggio e smontaggio ripetuti delle ruote), barre antiribaltamento (che non devono deformarsi) e alcuni punti di rotazione. Questi componenti in acciaio pesano complessivamente meno di 1-2 kg, ma migliorano significativamente la durata della carrozzina nei punti critici. Il resto del telaio, inclusi i montanti laterali, i supporti dello schienale e i supporti per gli appoggiapiedi, è realizzato in alluminio. Questa soluzione composita consente di ridurre il peso grazie all’alluminio e di garantire robustezza grazie all’acciaio, esattamente dove è richiesta maggiore resistenza.

Conclusione

Quattro strategie ingegneristiche — leghe ad alta resistenza, geometria ottimale dei tubi con rinforzi a triangolo (gusseting), saldatura robotizzata e trattamento termico T6, nonché l’impiego mirato dell’acciaio nelle zone soggette a elevata sollecitazione — consentono di ridurre il peso delle carrozzine elettriche in alluminio senza compromettere la resistenza. Il prodotto è una carrozzina leggera, ma sufficientemente robusta da sopportare anni di utilizzo quotidiano (tipicamente 20-25 kg).

Integriamo questi metodi nella Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd., che occupa uno stabilimento di 20.000 m², dispone di 60 macchine per la lavorazione dei telai e di 4 linee di assemblaggio. Contattateci e provate la potenza dell'alluminio leggero.