Ako hliníkové elektrické invalidné vozíky znižujú hmotnosť bez obmedzenia pevnosti

Keď ide o používateľov elektrických invalidných vozíkov, každý kilogram má význam. Ťažký vozík nie je možné ľahko prepravovať, ukladať ani manévrovať s ním. Hmotnosť však musí byť znížená bez ohrozenia bezpečnosti alebo pevnosti – rám, ktorý sa ohne alebo praskne pod zaťažením, je bezužitkový. Elektrický invalidný vozík z hliníka tento problém vyrieši. V spoločnosti Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd. sme vyrobili tisíce elektrických invalidných vozíkov z hliníka pomocou vysokotechnologického inžinierstva. Nižšie sú uvedené štyri metódy, ktorými hliník umožňuje znížiť hmotnosť, pričom stále zachováva pevnosť.

Hliníkové zliatiny s vysokou pevnosťou (nie čistý hliník)

Všeobecný mýtus o hliníku spočíva v tom, že ide o slabý materiál. V praxi sú hliníkové zliatiny triedy používané v leteckej a vesmírnej technike veľmi pevné pomerne k ich hmotnosti. Hliník je mäkký, avšak keď sa zlije s horčíkom, kremíkom alebo zinkom, vznikajú materiály, ktoré sú v určitých aspektoch pevnosti konkurencieschopné voči oceli.

Hliníkové elektrické vozíky, ktoré vyrábame, sú vyrobené z tepelne spracovanej zliatiny s meznou pevnosťou približne 240–260 MPa – čo predstavuje približne 60–70 % pevnosti vo v ťahu mäkkej ocele, avšak pri len tretine jej hustoty. To znamená, že hliníkový rám môže byť navrhnutý tak, že sa zvýši hrúbka stien alebo priemer rúr, aby sa dosiahla rovnaká tuhosť ako u oceľového rámu, avšak pri výrazne nižšej hmotnosti. Pri návrhu používame metódu konečných prvkov (FEA) na optimalizáciu tvaru rúr, aby sme materiál použili len tam, kde je napätie najvyššie.

Optimalizovaná geometria rúr a zosilnenie križovín

Nie je len materiál, ktorý určuje pevnosť rámu vozíka, ale aj jeho tvar. Dobre navrhnutý hliníkový rám obsahuje rúry väčšieho priemeru ako podobný oceľový rám, čím sa zvyšuje moment zotrvačnosti (odolnosť voči ohybu).

Hliníkové elektrické vozíky sú navrhnuté s prehnanými oválnymi a obdĺžnikovými rúrami, ktoré rozdeľujú zaťaženie na širšie plochy. V prierezoch rúr (vrátane miesta rámu opierky pre chrbát a sedacej lišty) vkladáme kované hliníkové upevňovacie kúsky (zosilňujúce kĺbové spojky), ktoré odstraňujú miesta koncentrácie napätia. Väčší priemer rúr s tenšou stenou v kombinácii so strategickým zosilnením vytvárajú rám, ktorý je tuhý pri zaťažení používateľa 120–150 kg bez zbytočného zvýšenia hmotnosti, aké by spôsobila oceľ. Počítačové modelovanie zabezpečuje, že materiál nepridávame tam, kde nie je potrebný.

Roboticke zváranie a tepelné spracovanie

Zóna vplyvu tepla (HAZ) pri akomkoľvek hliníkovom zvarovom spoji je jeho najslabšou časťou a pevnosť zliatiny sa v tomto mieste môže znížiť o 30–40 %. Zlá kvalita zvárania môže z dobrého návrhu urobiť nebezpečný výrobok.

Roboty v našej továrni vykonávajú robotické zváranie, pri ktorom je tepelný príkon a rýchlosť posunu presne regulovaná, čím sa znižuje zóna tepelne ovplyvnenej oblasti (HAZ). Po zváraní sa každý rám podrobuje tepelnej úprave typu T6 (rozpúšťacie tepelné spracovanie a umelé starnutie), aby sa dosiahla rovnaká pevnosť zliatiny po celej štruktúre. Táto tepelná úprava po zváraní je veľmi dôležitá – väčšina výrobcov nižšej kvality rámov tento krok neprevádza a už po niekoľkých mesiacoch sa začínajú rámiky trháť v miestach zvarov. Na dosiahnutie návrhovej pevnosti všetkých hliníkových invalidných vozíkov máme 60 systémov spracovania rámov, vrátane špeciálnych pecí na tepelnú úpravu.

Strategické použitie oceľových komponentov v miestach s vysokým mechanickým zaťažením

Nie je nevyhnutné použiť výhradne hliníkový rám. Najšikovnejšie konštrukcie s nízkou hmotnosťou využívajú kombinované štruktúry: hlavný rám je vyrobený z hliníka, zatiaľ čo oceľ sa používa v častiach, ktoré sú vystavené lokálnym zaťaženiam alebo opotrebovaniu.

Naše elektrické invalidné vozíky z hliníka obsahujú oceľové nábojové konzoly (ktoré sú vystavené opakovanému namontovaniu a demontáži kolies), protibezpečnostné tyče (ktoré by sa nemali ohýbať) a niektoré otáčacie body. Celková hmotnosť týchto oceľových komponentov je menej ako 1–2 kg, avšak významne predĺžia životnosť vozíka v kľúčových bodoch. Zvyšok rámových bočných lišt, podpôr opierky pre chrbát, zavesení podnožiek je vyrobený z hliníka. Toto kompozitné riešenie poskytuje zníženie hmotnosti vďaka hliníku a odolnosť ocele tam, kde je potrebná najväčšia pevnosť.

Záver

Štyri inžinierske stratégie – použitie vysoce pevných zliatin, optimálna geometria rúrok s upevňovacími kovovými doskami (gusseting), robotické zváranie a tepelné spracovanie typu T6, a umiestnenie ocele v oblastiach s vysokým namáhaním – umožňujú, aby boli elektrické invalidné vozíky z hliníka ľahšie bez straty pevnosti. Výsledný výrobok je ľahký, avšak dostatočne pevný na to, aby vydržal roky každodenného používania (typicky 20–25 kg).

Tieto metódy integrujeme v spoločnosti Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd., ktorá má výrobnú halu s rozlohou 20 000 m², 60 strojov na spracovanie rámov a 4 montážne linky. Kontaktujte nás a pocítite silu ľahkého hliníka.