Làm Thế Nào Xe Lăn Điện Bằng Nhôm Giúp Giảm Trọng Lượng Mà Không Làm Giảm Độ Bền

Đối với người sử dụng xe lăn điện, mỗi kilôgam đều quan trọng. Một chiếc xe lăn nặng sẽ khó vận chuyển, cất giữ và điều khiển. Tuy nhiên, việc giảm trọng lượng phải được thực hiện mà không ảnh hưởng đến độ an toàn hoặc độ bền — một khung xe bị cong hoặc nứt do chịu tải sẽ hoàn toàn vô dụng. Xe lăn điện làm từ nhôm giải quyết được bài toán nan giải này. Tại Công ty Thiết bị Y tế Ninh Ba Bách Thần Trung Quốc có hạn trách nhiệm hữu hạn, chúng tôi đã sản xuất hàng nghìn chiếc xe lăn điện làm từ nhôm nhờ kỹ thuật công nghệ cao. Dưới đây là bốn phương pháp giúp nhôm giảm trọng lượng nhưng vẫn duy trì độ bền.

Các hợp kim nhôm có độ bền cao (không phải nhôm nguyên chất)

Quan niệm phổ biến sai lầm về nhôm là vật liệu này yếu. Thực tế, các hợp kim nhôm dùng trong ngành hàng không vũ trụ có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng rất cao. Nhôm bản thân có độ mềm, nhưng khi được hợp kim hóa với magiê, silic hoặc kẽm, nó tạo thành các vật liệu có độ bền cạnh tranh được với thép ở một số chỉ tiêu cụ thể.

Các xe lăn điện bằng nhôm do chúng tôi sản xuất được làm từ hợp kim đã qua xử lý nhiệt, có giới hạn chảy khoảng 240–260 MPa—tức khoảng 60–70% so với thép mềm nhưng chỉ có khối lượng riêng bằng một phần ba. Điều này cho thấy khung nhôm có thể được thiết kế bằng cách tăng nhẹ độ dày thành ống hoặc tăng đường kính ống để đạt độ cứng tương đương thép nhưng trọng lượng giảm đáng kể. Trong quá trình thiết kế, chúng tôi sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để tối ưu hóa hình dạng của các ống, nhằm chỉ sử dụng vật liệu tại những vị trí chịu ứng suất cao nhất.

Hình học ống được tối ưu hóa và gia cường bằng bản giằng

Độ bền của khung xe lăn không chỉ phụ thuộc vào vật liệu mà còn vào hình dáng cấu tạo. Một khung nhôm được thiết kế tốt sẽ sử dụng các ống có đường kính lớn hơn so với khung thép tương đương nhằm tăng mô-men quán tính (khả năng chống uốn).

Các xe lăn điện bằng nhôm được thiết kế với các ống hình ô van và hình chữ nhật có kích thước lớn hơn tiêu chuẩn nhằm phân tán tải trọng trên các diện tích rộng hơn. Tại các mặt cắt ngang của các ống (bao gồm cả vị trí khung tựa lưng và thanh ray ghế ngồi), chúng tôi lắp các tấm gia cường bằng nhôm rèn (các giá đỡ tăng cường) để loại bỏ các điểm tập trung ứng suất. Việc kết hợp giữa đường kính lớn hơn cùng thành ống mỏng hơn, cộng với việc gia cố chiến lược, tạo nên một khung xe vừa cứng vững khi chịu tải từ người dùng nặng 120–150 kg, vừa không bị tăng trọng lượng như khung thép. Mô hình hóa bằng máy tính đảm bảo rằng chúng tôi không thêm vật liệu ở những vị trí không cần thiết.

Hàn robot và xử lý nhiệt

Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của bất kỳ mối hàn nhôm nào là phần yếu nhất của mối hàn đó, và độ bền của hợp kim có thể giảm tới 30–40% tại khu vực này. Việc hàn kém chất lượng sẽ biến một thiết kế tốt thành một sản phẩm nguy hiểm.

Các robot trong nhà máy của chúng tôi sử dụng công nghệ hàn tự động, trong đó lượng nhiệt đưa vào và tốc độ di chuyển được kiểm soát chính xác nhằm giảm vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Sau quá trình hàn, mọi khung đều được xử lý nhiệt theo chế độ T6 (tức là tôi hòa tan và già hóa nhân tạo) để đảm bảo độ bền đồng đều cho hợp kim trên toàn bộ cấu trúc. Quá trình xử lý nhiệt sau hàn này rất quan trọng; phần lớn các nhà sản xuất khác, đặc biệt là những hãng sản xuất khung chất lượng thấp hơn, thường bỏ qua bước này, dẫn đến hiện tượng nứt tại các mối hàn chỉ sau vài tháng sử dụng. Chúng tôi sở hữu 60 hệ thống xử lý khung, bao gồm các lò xử lý nhiệt đặc biệt, nhằm đảm bảo mọi xe lăn nhôm đạt được độ bền thiết kế yêu cầu.

Sử dụng chiến lược các thành phần thép tại các điểm chịu ứng suất cao

Việc sử dụng hoàn toàn khung nhôm không nhất thiết là giải pháp tối ưu. Các kết cấu thông minh, nhẹ nhất thường áp dụng cấu trúc hỗn hợp: nhôm được dùng cho khung chính, còn thép được sử dụng ở những vị trí chịu tải cục bộ hoặc mài mòn.

Xe lăn điện của chúng tôi, được làm từ nhôm, bao gồm các giá đỡ trục bằng thép (chịu tác động lặp đi lặp lại khi lắp và tháo bánh xe), thanh chống lật (không được cong vênh) và một số điểm xoay. Tổng trọng lượng của các bộ phận bằng thép này dưới 1–2 kg, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ sản phẩm tại những vị trí then chốt. Phần còn lại của khung thanh dọc hai bên, giá đỡ lưng tựa, móc treo bệ để chân đều được làm từ nhôm. Giải pháp kết hợp này vừa giúp giảm trọng lượng nhờ sử dụng nhôm, vừa đảm bảo độ bền cơ học nhờ thép ở những vị trí cần độ cứng cao nhất.

Kết luận

Bốn chiến lược kỹ thuật — sử dụng hợp kim cường độ cao, hình dạng ống tối ưu kèm gia cố bằng tấm giằng, hàn robot và xử lý nhiệt chế độ T6, cũng như bố trí thép tại các khu vực chịu ứng suất cao — cho phép xe lăn điện làm từ nhôm giảm trọng lượng mà không làm giảm độ bền. Sản phẩm là một chiếc xe lăn nhẹ nhưng đủ chắc chắn để chịu đựng hàng năm sử dụng thường ngày (thường từ 20–25 kg).

Chúng tôi tích hợp các phương pháp này tại Công ty Thiết bị Y tế Ninh Ba Bạch Thần, có diện tích nhà máy 20.000 m2, sở hữu 60 máy gia công khung và 4 dây chuyền lắp ráp. Hãy liên hệ với chúng tôi để cảm nhận sức mạnh của nhôm nhẹ.