Kako aluminijasta električna invalidska vozička zmanjša težo brez izgube trdnosti

Pri uporabnikih električnih invalidskih vozičkov je vsak kilogram pomemben. Težek voziček ni enostavno prenašati, shranjevati in premikati. Težo pa je treba zmanjšati brez škodovanja varnosti ali trdnosti – okvir, ki se upogne ali poči pod obremenitvijo, ni nič vreden. Aluminijasti električni invalidski voziček rešuje to dilemo. V podjetju Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd. smo s pomočjo visokotehnološkega inženirstva izdelali tisoče aluminijastih električnih invalidskih vozičkov. Spodaj so navedene štiri metode, s katerimi aluminij zmanjša težo, hkrati pa ohrani trdnost.

Aluminijaste zlitine visoke trdnosti (ne čisti aluminij)

Splošna zabloda o aluminiju je, da gre za šibek material. V praksi pa so aluminijaste zlitine za vesoljsko rabo zelo trdne glede na razmerje med težo in trdnostjo. Aluminij je mehek, vendar se pri zlitvi z magnezijem, silicijem ali cinkom tvorijo materiali, ki so glede na določeno trdnost konkurenčni jeklu.

Aluminijaste električne invalidske vozičke, ki jih izdelujemo, so iz toplotno obdelane zlitine z natezno trdnostjo približno 240–260 MPa – kar znaša približno 60–70 % natezne trdnosti mehkega jekla, vendar le eno tretjino njegove gostote. To pomeni, da se aluminijast okvir lahko izdela tako, da se stene nekoliko povečajo ali pa se premer cevi poveča, da se doseže enaka togost kot pri jeklenem okviru, vendar z veliko nižjo maso. Pri načrtovanju uporabljamo analizo metode končnih elementov (FEA) za optimizacijo oblike cevi, s čimer material uporabimo le tam, kjer je napetost najvišja.

Optimizirana geometrija cevi in dodatna okrepitev

Za trdnost okvirja invalidskega vozička pomaga ne le material, temveč tudi oblika. Dobro načrtovan aluminijast okvir vsebuje cevi večjega premera kot podoben jeklen okvir, kar poveča vztrajnostni moment (upornost proti upogibanju).

Aluminijaste električne invalidske vozičke so zasnovane z prevelikimi ovalnimi in pravokotnimi cevmi, ki razpršijo obremenitev na širša območja. Na presekih cevi (vključno s točko okvirja naslonjala in sedežnega tiru) vstavljamo kovane aluminijaste podkrovnice (trdilne konzole), ki odstranijo vrhove napetosti. Večji premer z tanjšimi stenami v kombinaciji s strategičnim okrepljanjem skupaj ustvarjajo okvir, ki je trd pod obremenitvijo uporabnika 120–150 kg brez težavnega dodatka mase, kot ga povzroča jeklo. Računalniško modeliranje zagotavlja, da materiala ne dodajamo tam, kjer ni potrebe.

Robotizirano varjenje in toplotna obdelava

Toplotno vplivano cono (HAZ) vsakega aluminijastega varilnega šava predstavlja najšibkejši del, kjer se trdnost zlitine lahko zmanjša za 30–40 %. Slabo izvedeno varjenje lahko dobro zasnovo spremeni v nevarno.

Roboti v naši tovarni uporabljajo robotsko varjenje, pri katerem je toplotni vhod in hitrost premikanja natančno nadzorovana, da se zmanjša območje vpliva toplote (HAZ). Po procesu varjenja vsak okvir podvržemo toplotni obdelavi T6 (toplotna obdelava s toplo rešitvijo in umetno staranje), s čimer zagotovimo trdnost zlitine po celotni konstrukciji. Ta obdelava po varjenju je zelo pomembna; večina proizvajalcev, ki izdeluje okvire nižje kakovosti, te obdelave ne izvaja, zato se okviri že po nekaj mesecih začnejo razpokati na mestih varjenja. Za dosego projektne trdnosti vseh aluminijastih invalidskih vozičkov imamo 60 sistemov obdelave okvirjev, vključno z našimi posebnimi pečmi za toplotno obdelavo.

Strategična uporaba jeklenih komponent na mestih z visokim napetostnim obremenitvami

Rešitev ni nujno okvir izključno iz aluminija. Najbolj pametne in hkrati lahke konstrukcije so mešane: aluminij se uporablja za glavni okvir, jeklo pa za dele, ki so izpostavljeni lokalnim obremenitvam ali obrabi.

Naši električni invalidski vozički iz aluminija vsebujejo jeklene osi (ki so izpostavljene ponavljajočemu se nameščanju in odstranjevanju koles), proti-prevračevalne palice (ki se ne smejo upogniti) ter nekaj zavrtinskih točk. Te jeklene sestavne dele skupaj težijo manj kot 1–2 kg, vendar bistveno podaljšajo življenjsko dobo na ključnih mestih. Ostali deli okvirja (stranske tirnice), podpor za naslon za hrbet, obešalniki za stopalnike so iz aluminija. Ta kombinirana rešitev omogoča zmanjšanje mase z uporabo aluminija ter trdoto jekla tam, kjer je potrebna največja trdnost.

Zaključek

Štiri inženirske strategije (zlitine visoke trdnosti, optimalna geometrija cevi z dodatnimi podporami, robotsko varjenje in toplotna obdelava T6 ter namestitev jekla na obremenjenih mestih) omogočajo zmanjšanje mase električnih invalidskih vozičkov iz aluminija brez izgube trdnosti. Izdelek je lahak, a dovolj trden za vsakodnevno uporabo več let (običajno za težo 20–25 kg).

Te metode integriramo v podjetju Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd., ki zaseda tovarno površine 20.000 m2, ima 60 strojev za obdelavo okvirjev in 4 sestavljalne linije. Stopite v stik z nami in izkusite moč lahkega aluminija.