57
- Gọi x (mm) là khoảng cách từ trọng tâm của cả xe tới trọng tâm của người. Khi đó ta có: Xét momen tại C, ta có : mᴄ = 118( 180+ x) + 118 (40 - x) – 687x – 58 (220 - x) = 0 981x = 13200 x = 13 mm
Hình 4.28: Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ô tô [4].
Ta có:
➢ Chiều dài cơ sở của xe lăn: L = 500 (mm) Vậy - La = 267 mm
- Lb = 233 mm
4.11.2.2 Tìm phản lực pháp tuyến.
58
Qua việc lấy momen lần lượt đối với điểm O2, O1 (O1, O2 là giao điểm của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục của bánh xe cầu trước, cầu sau):
Z1 = [G × cosα (Lb – f ×Rt) – (G×sinα +Fj+Fw)hg] / L
= [1839 × cos15 (233 – 0.01 ×70) – 1839×sin15×525] / 500 = 326 N
Z2 = [G × cosα (La + f ×Rs) + (G×sinα +Fj+Fw)hg] / L
= [1839 × cos15 (267 +0.01 ×300) + 1839×sin15×525] / 500 = 1459 N
4.11.2.3 Thiết kế khung.
Khi thiết kế xe lăn các kích thước được lấy dựa theo kích thước trung bình của cơ thể con người, do đó nhất thiết phải đảm bảo các điều kiện sau:
• Bề rộng (nhìn thẳng từ mặt người sử dụng).
• Về ngang (nhìn từ bên hơng người sử dụng).
• Chiều cao (từ đất đến sàn, từ sàn đến tỳ tay, từ mặt sàn đến phần tựa lưng).
Thiết kế sao cho kích thước của chiếc xe phải lớn hơn kích thước bề ngang, bề rộng, độ dài của cơ thể con người sử dụng và tuân theo các tiêu chuẩn về kích thước khơng gian sử dụng xe (phải là tối thiểu để xe có thể đi vào các địa hình hẹp như: cửa ra vào, ngõ, hẻm phố, hành lang…).
Để thuận tiện cho người sử dụng xe, thì các kích thước từ tay người xử dụng đến các bộ phận điều khiển (phanh, lái, nâng hạ dựa lưng, tỳ chân) dễ điều khiển nhất, tốn ít lực nhất…
Chiều cao của mặt sàn tới đất là: l = l1 - l2 -Trong đó:
l: khoảng cách từ mặt sàn đến trục bánh sau. Điểm cần chú ý là trong q trình tính tốn khoảng cách từ mặt sàn tới trục bánh sau sao cho khi điều khiển lực dồn lên bánh xe phải là lực đẩy (do lực đẩy thường lớn hơn lực kéo).
59
l1: là khoảng cách từ điểm tỳ tay đến trục bánh sau khi người sử dụng cúi xuống phía trước 10 → 150 (do trong quá trình điều khiển vành lăn, để dồn, tang sức vào vành lăn thường có
xu hướng nhào người về phía trước):
l1 = H/(2,14 .2) + (80 → 120) mm chọn l1 = 420mm
l2: là khoảng cách từ điểm tỳ tay đến mặt sàn, khi lái xe tay vươ ra ngoài, thành tỳ tay nằm giữa cánh tay và thân do đó ta chọn l2 < H (2,14 .2), mặt khác điểm tỳ tay không nên cao hơn hoặc thấp hơn khuỷu tay (tạo tư thế thoải mái cho người sử dụng khi dừng xe) chọn l2 = 280mm. Do đó l = 140mm
Hình 4.29: Mơ hình xe lăn [1].
Mặt khác do đại hình, đoạn đường đi rất khác nhau do đó trong q trình tính khung khoảng cách giữa các trục phải đảm bảo xe khơng bị lật, đổ trong q trình sử dụng trên những đoạn đường dốc và nghiêng, do đó trang q trình tính tốn khoảng cách giữa các trục (trục bánh trước và trục bánh sau) khoảng cách giữa hai bánh sau phải đủ rộng, dài để sao cho trọng tâm bị khống chế trong diện tích của bốn bánh xe [4].
Chọn vật liệu chế tạo khung xe lăn: - Thép hộp C45 30 x 30 mm dày 3 mm.
60
Hình 4.30: Bản vẽ Khung Xe Lăn.
Hình 4.31: Khung xe lăn điện.
61
4.11.3 Tính tốn và chọn motor.
( Vì xe chuyển động đều nên lực qn tính Fj = 0, chuyển động với tốc độ chậm nên lực cản gió Fw = 0)
• Hệ số phân bố tải trọng ở hai bánh trước : n1 = Z1/ G = 326/1839 = 0.2
• Hệ số phân bố tải trọng ở hai bánh sau : n2 = Z2/G = 1459/1839 = 0.79
• Phương trình cân bằng lực cản : Fc = Ff + Fi
= G ( f× cosα + sinα)
= 1839 (0.01×cos15 + sin 15) = 494 N
- Lực kéo cần để kéo hai bánh sau là :
Fk = Fc × n2
= 494 × 0.79 = 390 N
Vậy lực kéo trên mỗi bánh xe sau là:
Fkp = Fkt = Fk/ 2 = 195 N
• Cơng suất của motor để kéo một bánh xe là : Pp = Fkp × v = 104 × 1.67 = 325 W
( với vận tốc v = 6km/h = 1.67 m/s) Vậy chọn motor có cơng suất 330 W.
Ta chọn motor: CIROLLA mã 5006 của Trung Quốc [5].
- Điện Áp: 24 Vol.
- Công Suất: 320 W.
- Hộp Giảm Tốc 1/20.
- Bánh Răng: Đông Hợp Kim Chống Ồn.
- Vỏ Động Cơ : Thép.
- Vỏ Hộp Giảm Tốc: Nhôm.
- Trục Xe: 20 mm.
62
- Hãng SX: Trung Quốc.
Hình 4.32: CIROLLA mã 5006 [5]
4.11.4 Xi lanh điện.
Xi lanh điện 12 V sử đụng điện áp 12 VDC, ở hai đầu có 2 cơng tắt hành trình để giới hạn chuyển động [6].
Điều kiện tính tốn vị trí lắp đặt thích hợp [6]: M1 > M2 = F1.d1 > F2.d2 [6].
63
Vị trí lắp cho cách tay đòn d1 đủ lớn để tạo ra momen lực thắng được moment ở phương phẳng ngược lại.
Hình 4.34: Góc xi lanh mở [6]. 4.11.5 Năng lượng tái tạo. 4.11.5 Năng lượng tái tạo.
4.11.5.1 Khái niệm.
Trong cách nói thơng thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vơ hạn. Vơ hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà khơng thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian
ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình cịn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất [1].
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ.
Các dạng năng lượng tái tạo[1]:
• Năng lượng mặt trời.
64
• Năng lượng mặt trời.
• Năng lượng thủy điện.
• Năng lượng gió.
• Nhiên liệu sinh học.
• Năng lượng sinh khối.
Vậy trong xe lăn điện điều khiển đa hướng trên mọi điện hình. Chọn năng lượng mặt trời là năng lượng tái tạo cho xe lăn điều khiển để kéo dài thời gian hoạt động.
4.11.5.2 Pin năng lượng mặt trời.
Năng lượng mặt trời là bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời được con người khai thác và lưu trữ và chuyển đổi thành điện năng thông qua Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời. Đây là nguồn năng lượng gần như vô tận [1].
Năng lượng mặt trời gần như khơng có ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, là một nguồn ngun liệu sạch, thân thiện, góp phần bảo vệ mơi trường và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính [1].
65
Loại pin mặt trời Ưu điểm Nhược điểm
Mono ( đơn tinh thể)
Hiệu suất cao nhất. Giá thành cao.
Poly ( đa tinh thể) Hiệu suất cao, giá thành phải chăng.
Hiệu suất/ hiệu quả thấp hơn Mono.
Thin-film (màng mỏng)
Trọng lượng nhẹ, linh hoạt. Hiệu suất/ hiệu quả thấp nhất
Bảng 4.2: Bản so sánh ưu/ nhược điểm của các loại pin năng lượng.
Với kích thước trên xe lăn có phần hạn chế, nên những tấm pin năng lượng mặt trời, chọn loại pin mặt trời mono cho diện tích nhỏ, nhưng hiệu suất cao nhất, để sản sinh năng lượng tái tạo kéo dài thời gian cho xe lăn điều khiển có quẵng đường hoạt động dài nhất.
66
Thông số kỹ thuật [7]:
Bảng 4.3: Bản thông số pin năng lượng mặt trời [7].
4.11.5.3 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời tự động.
Hình 4.37: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời tự động [7].
Loại Mono
Công suất cực đại (Wp) 100 W
Điện áp làm việc tại công suất cực đại (V) 18 V
Dòng điện cực đại (A) 5.56 A
Điện áp hở mạch (V) 21.24 V
Dòng điện ngắn mạch 6.22 A
Kích thước (mm) 870 x 518 x 35 mm ( d x r x c )
67
1. Bộ điều khiển sử dụng chế độ sạc PWM có thể kéo dài tuổi thọ của pin và cải thiện hiệu suất của hệ thống.
2. Có chức năng bù nhiệt độ, bộ sạc có thể điều chỉnh các thông số sạc và xả tự động.
3. Có chức năng bảo vệ quá nạp, xả quá sâu, bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch. 4. Có các chức năng phục hồi lỗi tự động trong quá trình sạc và khóa.
Thơng số kỹ thuật [8]:
- Tự động nhận dạng 12 V/24 V. - Điện áp pin đầu vào tối đa: 50 V.
- Công suất pin NLMT cho hệ 12 V: 200 W-300 W/ 18 V Công suất pin NLMT cho hệ 24 V: 200 W - 300 W/ 36 V.
- Thích hơp nhiều loại bình ắc quy : (B01=Bình axit chì 12 V), (B02=Pin Lithium-ion 3x3.7=11,1 V), (B03=Pin lithium iron phosphate 4x3,2=12,8 V). - +Điện áp nạp Bình axit chì 12 V : 14,3 V (B01), điện áp thấp tự ngắt: 10.7V
(B01), điện áp tự khôi phục: 12,6 V (B01).
- +Điện áp nạp Pin Lithium-ion 3x3.7=11,1 V : 12,6 V (B02), điện áp thấp tự ngắt: 9V (B02), điện áp tự khôi phục: 10,5 V (B02).
- +Điện áp nạp Pin lithium iron phosphate 4x3,2=12,8 V : 14,6 V (B03), điện áp thấp tự ngắt: 10V (B03), điện áp tự khôi phục: 12 V (B03).
- Có cổng USB 5 V/2 A. - Dịng sạc 20 A.
68
4.12 Hồn thiện thiết kế xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
- Kích thước thiết kế: 1450 x 1000 x 1150 mm ( dài x rộng x cao ).
69
Chương 5
THI CÔNG
5.1 Thi công khung.
5.1.1 Chọn mua vật liệu gia công khung.
Hình 5.1: Thép hộp C45 30x30 dày 3 mm.
5.1.2 Gia công khung xe lăn.
70 - Hàn chấm bon định hình khung.
Hình 5.3: Lên khung định hình.
- Hàn chấm bon pát lắp trục.
71
- Gia công thanh khung ghế. Hàn vào khung xe.
Hình 5.5: Lên thanh khung ghế.
- Lắp trục bánh xe và bánh xe vào Pát lắp trục. Canh chỉnh 2 bánh song song với nhau và đồng thẳng 2 bánh xe trên một hướng.
72
- Sau khi canh chỉnh, khung xe thăng bằng tuyệt đối trên bánh xe. Trong tâm đặt về đúng ngay vị trí ghế ngồi.
Hình 5.7: Khung xe và bánh xe cân bằng.
- Canh chỉnh, gá động cơ với ống thép Φ27 dài 740mm.
73
- Gia cơng khung gá bình ắc quy và bệ gá chân cho xe.
Hình 5.9: Khung gá bình ắc-quy và bệ gá chân trên khung xe.
Sau khi hồn thành các cơng đoạn trên. Bắt đầu hàn gia cố tất cả các mấu hàn đã chấm bon định hình sẵn. Mỗi mấu hàn phải đều, ngấu, thấu, đủ kích thước, không khuyết tật.
5.2 Thi công hai cụm bánh chuyển động. 5.2.1 Bánh xe. 5.2.1 Bánh xe.
74
Hình 5.10: Cặp bánh xe chính.
75
5.2.2 Nhơng sên dĩa.
- Cốt trục động cơ
Hình 5.12: Cốt trục động cơ.
- Gia công nhông 35-16T gắn trên cốt trục động cơ.
76 - Gắn nhông 35-16T trên cốt trục động cơ.
Hình 5.14: Nhơng 35-16T trên cốt trục động cơ xe.
- Gia cơng nhơng 35-24T + mặt bích nhơng gắn trên đùm xe.
Hình 5.15: Nhơng 35-24T + mặt bích nhơng.
- Gắn nhơng 35-24T + mặt bích nhơng vào đùm xe. Lắp chặt, lọt lòng trong đùm sâu 8mm. Và cố định bằng 4 đầu ốc lục giác đầu một chiều M4.
77
78
- Canh chỉnh nhông trên cốt trục động cơ và nhông trên đùm bánh xe, thẳng hàng và song song với nhau.
79
5.3 Thi công cụm gối tay + tay đỡ cần điều khiển.
- Cụm gối tay là bộ phận không thể thiếu đối với các loại xe lăn, với bản thiết kế xe lăn này cụm gối tay có tác dụng để cho người sử dụng có thể gối tay lên đó, và ngồi với tư thế thoải mái nhất cho người sử dụng.
Hình 5.18: Cụm gối tay và tay đỡ cần điều khiển xe lăn.
- Đối với tay đỡ điều khiển có thể thay đổi vị trí dễ dàng cho nhiều người với nhu cầu sử dụng khác nhau.
80
5.4 Thi công ghế ngồi cho xe lăn.
- Trong quá trình sử dụng xe lăn, với những người sống và làm việc liên tục mà phải dùng đến xe lăn trong nhiều giờ, nếu sử dụng đúng một tư thế ngồi liên tục thì sẽ gây ra cảm giác mệt mỏi, căng thẳng dẫn đến đau nhức các cơ bắp toàn thân ( đặc biệt là vùng lưng ) và bị tê vùng bắp chân do trọng lượng dồn vào cơ chân làm tắc nghẽn mạch máu. Chính vì thế việc tạo ra những tư thế thoải mái là một nhu cầu bức thiết với người sử dụng xe lăn.
- Ngày nay việc tạo ra các kết cấu đơn giản nhưng hiệu quả trong sử dụng xe lăn đã và đang trở lên phổ biến, xe lăn giờ đây ngoài tư thế ngồi cứng nhắc đã có thể biến thành một chiếc ghế sofa hay một chiếc giường một cho người sử dụng khi muốn thay đổi tư thế.
81 - Khung hỗ trợ chống lật đổ ghế xe.
Hình 5.21: Khung hỗ trợ chống lật ghế. 5.5 Thi công cụm để chân. 5.5 Thi công cụm để chân.
- Cơ cấu nâng hạ chân bao gồm : bàn để chân, đệm đỡ chân.
- Đặc điểm của người khuyết tật là không tự điều chỉnh được đơi chân của mình theo như mong muốn, vì thế việc bố trí cụm để chân cho xe lăn phải thuận tiện, việc bố trí thuận tiện, khơng được gị bó hoặc quá thừa (dài quá hoặc ngắn quá) cụm để chân sẽ làm cho tư thế ngồi thoải mái, không làm tắc nghẽn mạch máu. - Với loại xe lăn thông thường, hầu hết các cụm để chân được gắn cứng với khung xe, một số loại để biến xe lăn thành một chiếc giường đơn thì cụm để chân có thể thay đổi góc độ so với mặt sàn. Cụm để chân gồm có: thanh khớp tỳ, bàn để chân, đệm tỳ chân.
82
Hình 5.22: Gối cao su để chân.
83
5.6 Thi công ống cac-te bảo vệ động cơ.
- Mục đích để bảo vệ động cơ khi xe vào vùng địa hình nhiều đất, sỏi, đá, đảm bảo cho động cơ bền bỉ hoạt động lâu nhất.
Hình 5.24: Ống cac-te bảo vệ động cơ.
5.7 Thi công cụm khung năng lượng mặt trời.
5.7.1 Gia công chân khung năng lượng mặt trời trên khung xe.
84 5.7.2 Xi lanh điện. - Hành trình 300 mm. - Tốc độ 45 mm/s. - Điện áp 12 V. - Lực nâng 200 N. Hình 5.26: Xi lanh điện.
5.7.3 Controller điều khiển xi lanh.
85
5.7.4 Lắp ráp cụm khung năng lượng mặt trời.
86
Hình 5.29: Phía sau cụm năng lượng mặt trời.
5.8 Bình ắc quy.
- Sử dụng 2 bình ắc quy. Đấu nối tiếp để cụm lên điện áp 24 V.
Bảng 5.1: Thơng số bình ắc quy.
Mã số WP20
Phân loại AGM VRLA
Thương hiệu Globe
Điện áp 12V
Năng lượng 20Ah
Kích thước Dài 181mm, rộng 76mm, cao 167mm
87
Hình 5.30: Bình ắc quy Globe.
88
5.9 Hồn thiện thi cơng xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
- Kích thước sau khi thi công: 1450 x 1000 x 1150 mm ( dài x rộng x cao ).