Hur aluminiumkraftrullstol minskar vikten utan att göra avkall på styrkan

När det gäller användare av elektriska rullstolar är varje kilogram avgörande. En tung stol kan inte enkelt transporteras, förvaras eller manövreras. Men vikten måste minskas utan att säkerheten eller hållfastheten försämras – en ram som böjs eller spricker under belastning är inte användbar. Den aluminiumbaserade elkärran löser detta dilemma. Vid Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd. har vi tillverkat tusentals aluminiumbaserade elkärror med hjälp av högteknologisk konstruktion. Nedan följer fyra metoder genom vilka aluminium minskar vikten utan att påverka hållfastheten.

Högstarka aluminiumlegeringar (inte rent aluminium)

Det vanliga missförståndet om aluminium är att det är ett svagt material. I praktiken är aluminiumlegeringar av luftfartsklass mycket starka i förhållande till sin vikt. Rent aluminium är mjukt, men när det legeras med magnesium, kisel eller zink bildas material som är konkurrenskraftiga jämfört med stål vad gäller särskild hållfasthet.

De aluminiumkraftrullstolar vi tillverkar är gjorda av värmebehandlad legering med en flytgräns på cirka 240–260 MPa – ungefär 60–70 % av den för mjukstål, men med endast en tredjedel av densiteten. Detta innebär att en aluminiumram kan skapas genom att göra väggarna något tjockare eller öka rördiametern för att uppnå samma styvhet som stål, men med betydligt lägre vikt. I konstruktionsprocessen använder vi finita elementanalys (FEA) för att optimera rörens form, så att materialet endast placeras där spänningen är högst.

Optimerad rörgeometri och förstärkning

Det är inte bara materialet som ger styrka åt en rullstolsram, utan också formen. En välkonstruerad aluminiumram har större rördiameter än en liknande stålram för att öka tröghetsmomentet (motstånd mot böjning).

De aluminiumdrivna rullstolarna är utformade med överdimensionerade ovala och rektangulära rör som sprider belastningen över större ytor. Vid tvärsnitten av rören (inklusive vid anslutningen mellan ryggstödsramen och sätesrullen) infogar vi smidda aluminiumförstärkningsplattor (förstärkningskonsoler) som eliminerar spetsbelastningar. Den större diametern kombinerad med tunnare väggar och strategisk förstärkning ger tillsammans en ram som är styv under en användarbelastning på 120–150 kg utan den extra vikten som stål medför. Datormodellering säkerställer att vi inte lägger till material där det inte krävs.

Robotsvetsning och värmebehandling

Den värmeberörda zonen (HAZ) i vilken som helst aluminiumsvets är dess svagaste del, och legeringens hållfasthet kan minska med 30–40 % här. Dålig svetsning gör en bra konstruktion farlig.

Robotar i vår fabrik använder robotbaserad svetsning där värmetillförseln och färdhastigheten kontrolleras noggrant för att minska den upphettade zonen (HAZ). Efter svetsprocessen genomgår varje ram en T6-åldring (lösningsglödgning och artificiell åldring) för att ge legeringen styrka över hela konstruktionen. Denna efterbehandling efter svetsning är viktig – de flesta tillverkare av lägre kvalitet på ramar utför inte denna behandling, och inom några månader börjar ramarna spricka vid svetsningarna. Vi har 60 system för ramhantering, inklusive våra specialåldringsovnar, vilket gör att alla aluminiumrullstolar uppnår sin designstyrka.

Strategisk användning av stålkompontenter vid högspänningspunkter

Det är inte nödvändigtvis lösningen att använda en helt aluminiumram. De smartaste konstruktionerna som är lättviktiga inkluderar blandade strukturer: aluminium används i huvudramen, medan stål används i delar som utsätts för lokal belastning eller slitage.

Våra elkraftdrivna rullstolar, som är tillverkade i aluminium, innehåller stålfack för axlar (som utsätts for upprepad montering och demontering av hjul), anti-tip-stänger (som inte får böjas) samt vissa svängpunkter. Dessa ståldelar väger tillsammans mindre än 1–2 kg, men förbättrar avsevärt livslängden vid de kritiska punkterna. Resten av ramens sidoräls, ryggstödsstöd och fotstödsupphängning är tillverkade i aluminium. Denna sammansatta lösning ger viktminskning genom aluminium och hårdhet genom stål där styrkan är mest nödvändig.

Slutsats

Fyra ingenjörslösningar – högfast legering, optimal rörsgeometri med förstärkningsplattor, robotsvetsning och T6-värmebehandling samt placering av stål i områden med hög spänning – gör det möjligt att minska vikten på elkraftdrivna rullstolar i aluminium utan att förlora styrka. Produkten är lättviktig men samtidigt tillräckligt stark för att klara årsvis daglig användning (vanligtvis 20–25 kg).

Vi integrerar dessa metoder på Ningbo Baichen Medical Devices Co., Ltd., som har en fabrik på 20 000 m², 60 rambearbetningsmaskiner och 4 monteringslinjer. Kontakta oss och upplev kraften i lätt aluminium.