THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN BA BÁNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Bảo Cúc Phương tận tình hướng dẫn hỗ trợ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tiếp đến, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM tạo điều kiện tốt giúp chúng em nhiều bạn sinh viên khác hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cảm ơn thầy cô truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt năm học, tiền đề giúp chúng em hoàn thành đề tài tảng vững cho tương lai sau chúng em Ngồi ra, xin cám ơn gia đình, người thân bạn bè hỗ trợ vật chất tinh thần cần thiết Nhờ mà chúng em hồn thành đồ án dễ dàng Vì lượng kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi việc thiếu sót nhiều chỗ chưa xác Chính thế, nhóm chúng em mong nhận góp ý từ thầy để đề tài hồn thiện Lời cuối cùng, em xin gửi đến thầy cô lời chúc sức khỏe, thành công nghiệp hạnh phúc Người thực đề tài Vũ Tiến Luân Nguyễn Châu Thanh Nhã Đào Phúc Thiện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG TÓM TẮT Lý chọn đề tài Có thể thấy giới ngày văn minh đại Với phát triển khoa học công nghệ kỹ thuật, người tạo nhiều máy móc, thiết bị hỗ trợ cho công việc, sức khỏe, nhờ mà sống dễ dàng Đối với người khuyết tật, xe lăn thiết bị cần thiết giúp cho việc di chuyển dễ dàng Không thế, xe lăn hỗ trợ bệnh nhân, người lớn tuổi gặp khó khăn việc lại Với lượng kiến thức học năm qua, nhóm em muốn thực đề tài có ý nghĩa, mà nhóm chọn đề tài “Thiết kế chế tạo xe lăn điện ba bánh” Trong đó, đối tượng mà nhóm hướng tới người khuyết tật đôi chân, người lớn tuổi gặp khó khăn lại bệnh nhân bị liệt chân Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục tiêu • • • • Xe chạy mặt đường khơng q gồ ghề Hệ thống đèn, còi, xi nhan giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng Chức chống trộm bảo vệ xe Đồng hồ tốc độ 2.2 Nhiệm vụ • • • • • • • • Nghiên cứu khảo sát ý kiến người sử dụng Khảo sát xe lăn điện xe lăn tay để chọn phương án thiết kế cải tạo phù hợp Xây dựng ngơi nhà chất lượng, phân tích chức phụ Lên ý tưởng, thiết kế hình dáng phần mềm Tính tốn cơng suất, moment, khả leo dốc, trọng lượng tải Thiết kế mạch điện Tiến hành gia công, lắp đặt sản phẩm Thực nghiệm, đánh giá sản phẩm Phạm vi nghiên cứu  Các chức xe đáp ứng yêu cầu người sử dụng  Các tham số kỹ thuật đường  Nghiên cứu tính tốn nhằm xác định công suất yêu cầu  Nghiên cứu, thiết kế mạch điện Phương pháp nghiên cứu      Khảo sát nhu cầu người sử dụng Tham khảo ý kiến chuyên gia Nghiên cứu tài liệu liên quan Nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu thực nghiệm – khảo sát đánh giá CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Theo thống kê UNICEF, Việt Nam có khoảng 6,2 triệu người người khuyết tật Bên cạnh đó, có 13% dân số gần 12 triệu người, sống chung hộ gia đình có người khuyết tật Tỷ lệ dự kiến tăng lên với xu hướng già hóa dân số (1) Trong nhiều thập kỷ qua, đất nước cịn nhiều khó khăn, Đảng, Nhà nước quan tâm ưu tiên nguồn lực thực nhiều chủ trương, sách trợ giúp xã hội, bảo đảm quyền người khuyết tật thúc đẩy tham gia người khuyết tật vào đời sống xã hội Tuy nhiên, người khuyết tật đôi chân gặp nhiều khó khăn học tập làm việc Điều ảnh hưởng trực tiếp đến khả xin việc trình độ học vấn chung người khuyết tật thấp tương đối so với người bình thường Hơn nữa, số công việc cần khả di chuyển người khuyết tật khó thực tốt Để khắc phục khó khăn mà người khuyết tật đơi chân xe lăn phương tiện hỗ trợ hữu hiệu Thông thường di chuyển xe lăn thực tay, xe lăn chuyên dụng chạy điện có giá thành tương đối cao, nhiều người khuyết tật chưa có điều kiện để sử dụng 1.2 Lịch sử hình thành phát triển xe lăn Theo ghi chép sớm đồ nội thất có bánh xe dịng chữ tìm thấy tác phẩm chạm khắc đá Trung Quốc hình ảnh bình Hy Lạp giường cho trẻ em có bánh xe Cả trường hợp từ kỉ thứ đến kỉ thứ TCN tức cách khoảng 2600 năm (2) Hình 1.1: Tác phẩm chạm khắc xe lăn Hình 1.2: Tranh vẽ nhà triết học Khổng Tử xe năm 1680 Người Châu Âu phát triển thiết kế có mục đích dành cho người khuyết tật người khơng có khả vận động gọi “ghế dành cho người khuyết tật” Nó chế tạo nhà phát minh vô danh đến từ Tây Ban Nha vào năm 1595 Chiếc xe đặc biệt chế tạo cho vua Phillip II Mặc dù ghế phức tạp có tay vịn gác chân, thiết kế cịn thiếu sót khơng có chế đẩy hiệu Và đó, cần có người hỗ trợ để đẩy Điều làm cho trở thành thiết kế ghế bành đại di động dành cho người giàu xe lăn đại cho người khuyết tật (2) Vào năm 1655, Stephan Farffler, thợ sửa đồng hồ 22 tuổi, chế tạo ghế tự hành giới khung gầm ba bánh cách sử dụng hệ thống trục bánh Tuy nhiên, thiết bị có hình dáng xe đạp tay xe lăn thiết kế bao gồm tay quay gắn bánh trước (2) Hình 1.3: Ghế tự hành Stephan Farffler Năm 1916, xe lăn chạy điện phát minh nhà phát minh Canada, George Klein đội ngũ kỹ sư làm việc cho Hội đồng nghiên cứu quốc gia Canada chương trình hỗ trợ cựu chiến binh bị thương trở lại sau Thế chiến II Sau thiết kế cải tiến liên tục kích thước, trọng lượng để thích ứng với nhu cầu cá nhân (3) Năm 1932, kỹ sư Harry Jennings chế tạo xe lăn thép hình ống gấp Đó xe lăn tương tự sử dụng đại ngày (3) Hình 1.4: Xe lăn Harry Jennings 1.3 Cấu tạo xe lăn điện ba bánh 1.3.1 Xe lăn điện Xe lăn điện (electric wheel chair) giống xe lăn thường, có tích hợp thêm động điện bánh Khi sử dụng, điện từ ắc quy đến động điện tạo moment làm quay bánh xe , từ giúp xe di chuyển mà không cần dùng đến sức đẩy tay 1.3.2 Bộ phận ngồi/ hệ thống ngồi Các thành phần hệ thống ngồi là: – Chỗ ngồi, bao gồm nệm: nệm đơn giản nệm phòng loét ép Đo kích thước xe lăn phù hợp quan trọng độ rộng chỗ ngồi: A Tiếp theo độ sâu chỗ ngồi: B - Chỗ tựa lưng: thấp nhằm dễ dàng cho sử dụng vai tay (dành cho người có thân vững tự đẩy xe lăn), cao nhằm tăng cường giữ vững tư thế, số trường hợp giữ đầu cổ cao để nâng giữ đầu cổ (như bại não) Một số trường hợp ngồi khơng vững hỗ trợ thêm với loại đai giữ ngực đệm nâng đỡ bên / hai bên ngực Đo khoảng cách D E cho người tựa lưng thấp cao – Chỗ tựa tay: Có thể có hai tựa tay hai bên (có thể tháo lắp cố định), số xe lăn cung cấp mặt bàn để tựa tay cho hoạt động chi (như ăn, viết), xe lăn dành cho trẻ em, người cao tuổi – Chỗ tựa chân: Kê / gác bàn chân (có thể xoay mở) nhằm giữ tư gối bàn chân vng góc Có thể có chỗ tựa cẳng chân trường hợp giữ chân khơng vững Một số trường hợp để phịng biến dạng cung cấp thêm miếng tách hai đùi phịng ngừa khép háng Trong đo bệnh nhân để xác định kích thước xe lăn phù hợp, cần đo chiều dài cẳng bàn chân: C (4) 1.3.3 Bộ phận di chuyển/ hệ thống di chuyển – Bánh trước: kể trục cổ, phô tăng, trục bánh xe, bánh xe Thường nhỏ, hai bánh, có khả xoay quanh trục cổ để điều hướng di chuyển – Bánh sau: thường lớn hơn, quay quanh trục, tạo vận động di chuyển trước/sau Lốp lốp đặc lốp Thành phần tạo di chuyển: – Vành đẩy (sử dụng khơng có điện): cạnh ngồi bánh xe sau để người bệnh tự di chuyển cách đẩy hai bàn tay (hoặc tay chân, hiệu hơn) (độc lập) Một số xe lăn có vành đẩy dễ bám có ụ để dễ đẩy (hoặc bệnh nhân đeo bao tay tăng ma sát giảm tổn thương) – Tay đẩy: Sau chỗ tựa lưng để người khác đẩy cho người bệnh (Phụ thuộc) (kèm theo cịn có chỗ đạp chân để nâng hở bánh trước lên xuống cầu thang, vật cản) Trường hợp chế di chuyển không dùng vành đẩy hai bên mà sử dụng hoạt động tay kéo/đẩy tròn trước mặt, gọi xe lắc (mặc dù thực tế động tác lắc) – Di chuyển động (Độc lập với động cơ): Có thể chạy bánh trước, bánh sau Động thường chạy điện (pin, ắc quy) nhiên liệu lỏng, điều hướng tăng tốc với tay điều khiển chi cằm, dạng công tắc bật đầu chi Hướng phát triển tương lai điều khiển giọng nói – Hệ thống an toàn di chuyển: Phanh, chống ngã (sau, trước…) Độ rộng độ dài khung xe ảnh hưởng đến an toàn di chuyển Xe lăn dài vững hơn, sử dụng cộng đồng, xe lăn ngắn dễ đổ ngã đường dốc dễ di chuyển nhà (4) 10 - Để đáp ứng nhu cầu thực tế độ bền chất lượng xe, nhóm chúng em định áp dụng công cụ hỗ trợ khí phần mềm Inventor để tính bền cho khung inox - Đặt hai lực F1 F2 Hình 3.16 với F1 = F2 = 400 N Load Type Magnitude Vector X Vector Y Vector Z Hình 3.16: Thể lực tác dụng lên khung xe  Von Mises Stress ứng suất bền phổ biến dùng để đánh giá độ bền kết cấu phân tích CAE Thường ứng dụng Von Mises Stress giúp ta phát vùng chịu ứng suất cao vật liệu, kết hình 52 Hình 3.17: Kết phân tích Von Mises Stress khung  Principal Stress (ứng suất bản) ứng suất bên chi tiết Là ứng suất quan trọng giúp đánh giá độ bền vật liêu, kết hình Hình 3.18: Kết phân tích Principal Stress khung  Từ kết thu (từ Hình 3.17 3.18): ta thấy vùng ứng suất lớn 0.53 MPa toàn khung chịu vùng ứng suất trung bình khoảng 0.043 MPa cộng thêm áp suất khơng khí mơi trường thực tế (0.1 Mpa)