Là sản phẩm đầu tiên sử dụng pin dung lượng lớn, khung xe bằng thép ống 3 inch chịu lực cao, sử dụng trong nhà và ngoài trời. Ghế xe có thể nâng lên cao bằng hệ thống đẩy thủy lực và có thể điều chỉnh ngã ra phía sau, gi để tay có thể điều chỉnh độ cao, tiện lợi cho người sử dụng. Ngoài ra, xe W-HA-1022LIFT còn có bộ điều khiển thông minh với nhiều chức năng tiện ích, giúp cho người sử dụng lái xe dễ dàng (Hình 2.11)
Hình 2.11 Xe lăn điện W-HA-1022LIFT ặc tính kỹ thuật
Xe lăn điện W-HA-1022LIFT di chuyển dựa vào hai động cơ 45 W. Hệ thống thắng thông minh và hệ thống khóa xe tự động sẽ giúp cho xe dừng lại an toàn. Dưới đây là thông số kỹ thuật của xe:
- Chiều dài tổng cộng: 40" (với bàn đạp nâng lên), 38 - 42" (với bàn đạp hạ xuống). - Chiều rộng tổng cộng: 25" (không kể joystick).
- Chiều cao tổng cộng: 35 - 40".
- Chiều cao ghế ngồi: lớn nhất. 20" - 8. Chiều rộng ghế: 16 - 20". - Độ sâu ghế: 16 - 18".
- Nệm ghế: Bằng nhựa hoặc vải.
- Trọng lượng sản phẩm: 80kg (kể cả pin)
- Tốc độ: 12km/h (lớn nhất) tùy chọn: 8km/h 10km/h 12km/h. - Góc leo dốc lớn nhất: 5 độ.
- Góc quay xe lớn nhất: 21 INCH (quay xe bánh trước và bánh sau) - Khoảng cách từ sàn đến mặt đất: 3.5".
- Pin: Pin dung tích lớn: 55Ah - 75Ah. - Bộ điều khiển PG50A VR2
- PG-50A VR2 controller 2.5. Xe lăn điện W-HA-1022
Được sử dụng phổ biến trên thế giới, khung bằng ống sắt chịu lực 3 inch, đạt tiêu chuẩn Châu Âu.Bánh sau chuyển động mạnh và ghế ngồi chỉnh điện, vị trí ngồi cao có thể điểu khiển xe dễ dàng và uyển chuyển, mang lại sự thoải m i cho người sử dụng (Hình 2.12)
ặc tính kỹ thuật
- Sử dụng pin 35AH.
- Tùy chọn thêm: 55Ah - 75Ah.
- Hai mô tơ W với mômen xoắn lớn đem lại sự vận hành tối ưu. - Khóa thắng và mô tơ tự động.
- Trọng lượng vận chuyển 200kg.
- Chiều dài tổng thể: 40" (với đồ để chân gấp lên), 38 - 42" (với đồ để chân hạ xuống). - Chiều rộng tổng thể: 25" (không bao gồm cần điều khiển).
- Chiều cao tổng thể: 35 - 40". - Bề rộng ghế ngồi: 16 - 20". - Độ dày ghế ngồi: 16 - 18".
- Trọng lượng sản phẩmt: 80kg (bao gồm pin), 60kg (không bao gồm pin). - Vận tốc: 12km/h (tối đa) tùy chọn thêm: 8km/h 10km/h 12km/h.
- Khả năng nghiêng: 5 độ.
- Phạm vi vòng quay: 5 cm (b nh trước và bánh sau). - Khoảng cách với mặt đất: 3.5".
- Khoảng cách di chuyển: 40km - 60km. 2.5.3 Xe lăn điện W-HA-1023
Đây là mẫu xe mới, xe lăn điện với khung xe bằng nhôm, đạt tiêu chuẩn chất lượng Châu Âu. Đặc điểm mới so với các loại xe lăn kh c là khả năng xếp gọn lại. Có bộ phận chống nghiêng xe, đồ để chân có thể dịch chuyển được, có bộ phận giảm xóc, hệ thống tăng giảm tốc độ và thắng xe.
Hình 2.13 Xe lăn điện W-HA-1023 ặc tính kỹ thuật - Chiều dài tổng thể: 43.7". - Chiều rộng tổng thể: 22.4". - Tốc độ: có thể lên tới 10km/h. - Trọng lượng: 75lbs Đồ để chân: 3lbs. - Tải trọng: 300lbs. - Góc quay xe: 38".
- Bánh sau: 12" /3.00-8. (14 inch tùy chọn). - B nh trước: 8".
- Chống nghiêng: 1.5".
- Kích thước ghế ngồi: Rộng 18" 16 inch 20 inch. - Độ dày 16".
- Điều khiển: VSI PG 5 A, được lập trình. - Thắng xe: Thắng điện từ.
- Hệ thống l i: B nh l i trước với động cơ W. - Điều khiển: Bằng tay hoặc thả dốc.
- Chuyển mạch bằng nam châm vĩnh cửu 24V DC. - Loại pin: 2 X 35AH acid chì.
TÓM L I: Trong thời gian trở lại đây, cuộc sống của những người khuyết tật, người già, những người gặp khó khăn trong di chuyển đang được xã hội rất quan tâm. Xe lăn điện đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển đi lại cho những đối tượng này. Ngoài việc giúp đỡ chính bản thân, xe lăn điện c ng giúp giảm gánh nặng cho thân nhân họ.
Nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, hàng loạt công nghệ nhận dạng cử chỉ và hành động của con người được phát minh, nhận dạng giọng nói đang được áp dụng. Mặc dù xe lăn điện không còn xa lạ với người tiêu dùng Việt Nam, nhưng ở trong nước, giá thành xe lăn điện vẫn còn cao, chưa có nhiều cơ sở, doanh nghiệp sản xuất đầu tư nghiên cứu về lĩnh vực này. Việc làm chủ công nghệ trong sản xuất xe lăn điện c ng là một vấn đề để các nhà kỹ thuật quan tâm.
ƢƠN 3: T ẾT KẾ V Ế T O XE LĂN ỆN
3.1 Phần cơ khí:
3.1.1 Động lực học b nh xe và kh i niệm về sự trượt:
Để phân tích chuyển động của mộ chiếc xe chạy thẳng trên đường ta hãy xét một chiếc xe có khối lượng M, chạy thẳng nghiêng trên dốc một góc α ở tốc độ V và gia tốc a như hình vẽ sau sau.
ình 3.1 Mô hình động lực học bánh xe Trong đó: Fad Là lực cản không khí Frf , Frr Là lực ma s t lăn Fd Là lực ma s t trượt Pt Là lực lên dốc
Để giải quyết bài toán chuyển động đơn giản hơn người ta quy về mô hình xe một b nh như sau:
Trong đó:
- M là khối lượng xe tác dụng lên bánh. - J là momen quán tính của xe.
- R là bán kính bánh xe.
- N là phản lực của mặt đường tác dụng lên điểm tiếp xúc bánh xe. - là lực ph t động b nh xe t c dụng lên mặt đường.
- là lực ma s t do mặt đường t c dụng lên b nh xe. 3.1.2 Tính to n chọn công suất động cơ:
Nguồn động lực trong hệ thống truyền động là động cơ điện. Các yêu cầu kĩ thuật, độ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của hệ thống truyền động điện phụ thuộc chính vào việc lựa chọn động cơ điện và phương ph p điều khiển động cơ. Tiêu chuẩn chọn một động cơ điện cho hệ thống truyền động điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
Công suất động cơ: Động cơ phải đủ công suất để kéo tải.
Tốc độ động cơ phải phù hợp và đ p ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương ph p điều khiển thích hợp, thõa mãn với các yêu cầu mở m y và hãm điện.
Phù hợp với nguồn điện sử dụng ( về điện p và cường độ dòng điện).
Thích hợp với điều kiện làm việc ( không gian, nhiệt độ, độ ẩm...). Các thông số kĩ thuật:
Khối lượng xe không tải: m’=30(kg) Khối lượng tải: M=70(kg)
Đường kính bánh xe: D=500(mm) Hệ số cản lăn mặt đường :f=0,023
Hình . Sơ đồ bộ truyền động
Trọng lượng toàn bộ xe: G=m+m’=7 + = (kg) (2.1) Vậy ta có G=980(N)
Tính lực kéo tổng quát của xe:
pk=pc+ pl + pf (2.2) Trong đó : pc=KFV2 là lực cản không khí (N)
pl=Gsinα là lực cản lên dốc (N) pf=FGcosα là lực cản lăn (N)
pk là lực kéo tiếp tuyến ở b nh xe chủ động (N) • Lực cản lăn:
pf=FGcosα =0,023.980. cos300 =19,5 (N) (2.3) • Lực cản không khí:
Khi ô tô chuyển động, tạo nên sự thay đổi mật độ không khí bao quanh xe, hình thành lực cản không khí tác dụng lên toàn bộ bề mặt của xe. Trong tính toán thông thường, tất cả các lực cản gió riêng phần được thay thế bằng lực cản tổng cộng quy ước Fdrag đặt ở tâm diện tích cản chính diện của ô tô:
Fdrag=0,5.Cw.A.ρa.V2∞
Fdrag=0,5.Cw.A.ρa.(Vv Vw)2 Trong đó:
- Cw : Hệ số khí động của ô tô, phụ thuộc hình dạng, chất lượng bề mặt ô tô.
- A: Diện tích cản chính diện của ô tô – là diện tích hình chiếu ô tô lên mặt phẳng Oyz.
- ρα : Mật độ không khí.
- V∞ : Vận tốc tương đối của ô tô trong môi trường không khí. - Vv: Vận tốc ô tô so với mặt đường.
- Vw: Vận tốc gió theo phương chuyển động.
Ta có F là diện tích cản chính diện (m2). Diện tích cản chính diện là hình chiếu của xe lăn lên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của xe, việc x c định diện tích cản thường gặp nhiều khó khăn nên người ta dùng công thức F=B.H
Trong đó:
- B là chiều rộng cơ sở của xe.
- H là chiều cao lớn nhất của xe tính từ mặt đường lên đến điểm cao nhất của xe. F=B.H=0,75.1,1=0,825 (m2) Từ đó: pc= KFV2=0,085.0,825.4,52 =1,4 (N) (2.4) • Lực cản lên dốc: p1= Gsinα = 98 .sin 0=490 (N) (2.5) Thay (2.3),(2.4), (2,5) vào (2.2) ta có pk= pc + pl + pf =19,5+1,4+490=510,9(N) Để tính được công suất động cơ ta cần tính công suất cần thiết: Ta gọi:
N là công suất động cơ Nct là công suất cần thiết η là hiệu suất chung Ta có:
Nct=N η (kW) Công suất động cơ:
N=V.pk/1000=4,5.510,9/1000=2,3 (kW) Với
pk=510,9(N) V=4,5(m/s)
Hiệu suất chung của hệ thống truyền động:
η= ηxich. ηol=0,96.0,99=0,95 Nct=N η= , ,95=2,4 (kW) Vậy công suất cần thiết là ,4 (kW)
Do sử dụng hai động cơ nên ta chỉ cần động cơ có công suất , (kW) Ta có công suất động cơ , (kW) với tốc độ động cơ (vòng phút)
Số vòng quay trên b nh xe lăn:
nxe=(6 .V) (πD)=(6 .4,5) ( , 4.5 )=172 (vòng/phút) Tỉ số truyền chung được tính như sau:
i= ndc/nxe=100/172=0,58 . . Thiết kế bộ truyền động cho động cơ:
Bộ truyền động trục vít- b nh vít, gọi tắt là bộ truyền động trục vít được xếp vào loại truyền động răng-vít, kết hợp giữa bộ truyền động b nh răng và vít. Bộ truyền động trục vít dùng để truyền chuyển động và công suất giữa hai trục chéo nhau, thông thường là 900.
ình 3.4 ộ truyền động bánh răng trục vít
Ưu điểm của bộ truyền động trục vít là tỉ số truyền lớn, làm việc êm, không gây ồn, độ chính x c động học cao và có khả năng tự hãm. Tuy nhiên bộ truyền động trục vít vẫn có nhược điểm là hiệu suất thấp (7 -8 %), sinh nhiệt nhiều do có vận tốc trượt lớn nên phải tính nhiệt cho bộ truyền động và kèm theo c c biện ph p làm nguội.
Tính to n thiết kế bộ truyền động trục vít:
Dự đo n vận tốc trượt
vs=( )
√ =( ) √ =0,05 (m/s)
Với vs=0,05 (m s) ta chọn cấp chính x c 8
σb=400 (MPa) và σch=200 (MPa) làm bánh vít.
Ứng suất tiếp cho phép của b nh vít:
[σH]=(276 300)- 25vs=274,75 298,75 (MPa) Chọn σH=280 (MPa)
Ứng suất uốn cho phép: σF=( , 5σch+ , 8σb) √
=(0,25.200 + 0,08.400) √ =57,6 (MPa) Với NFE là số chu kì thay đổi ứng suất tương đương.
Chọn số mối ren trục vít Z1= với tỉ số truyền u=16 Số răng b nh vít Z2= u.Z1=16.2= (răng)
Chọn hệ số đường kính q= , 6.Z2=0,26.32=8,32 Vậy chọn q= theo tiêu chuẩn.
Chọn sơ bộ hiệu suất η=0,80
Tính khoảng c ch trục: aw=(1+ q/Z2)√ ( )=14,6 (mm) Trong đó: KH là hệ số tải trọng. X c định kích thước bộ truyền động: ảng 1 Kích thƣớc bộ truyền động Thông số hình học Gi trị Trục vít Đường kính vòng chia 8(mm) Đường kính vòng đỉnh 9,6(mm)
Đường kính vòng đ y 6,8(mm) Góc xoắn ốc vít γ 11,310 Bánh vít Đường kính vòng chia 25,6 (mm) Đường kính vòng đỉnh 27,2 (mm) Đường kính vòng đ y 23,68 (mm) Khoảng c ch trục 16,8 (mm) Đường kính lớn nhất b nh vít 28,4 (mm) Chiều rộng b nh vít b2 7,2 (mm) Vận tốc trượt: vs= √ =2,67 (m/s2) Hệ số tải trọng Kv=1,25 ; Kβ=1 Hiệu suất η=0,81
Tính to n lại ứng suất cho phép:
[σH]=(276 300) – 25vs=(276 300)- 25.0,55= 274,75 (MPa) X c định số răng tương đương b nh vít:
Zv2=Z2/ cos3γ= ,94 (răng) Chọn hệ số YF2=1,67
Kiểm nghiệm độ bền uốn:
σF=(1,2 T2.Y2.YF.KF)/(d2.b2.m)=8,49 (MPa)<[σF] Tính to n nhiệt theo công thức:
t1= t0 + (1000.P1.(1- η)) (Kt.A.(1+Ѱ))
=30+ (1000.1,2.(1-0,81))/ (16.20.0,1681,7(1+0,3)) =41,370 [t1] =950
. .4 Chọn ổ bi:
Ổ bi được sử dụng là ổ bi côn. Đặc điểm của ổ bi này là sử dụng con lăn côn lăn quanh c c mặt dẫn côn trên vòng trong và vòng ngoài. Những ổ bi này có khả năng chịu tải hướng kính và hướng trục cao.
Hình 3.5 Ổ bi côn
ặc tính kĩ thuật:
Khả năng chịu lực hướng kính và hướng trục cao. Khả năng tự lựa ’- 4’
Tốc độ từ trung bình đến cao. . .5 Vật liệu chế tạo xe lăn điện:
Vật liệu được lựa chọn để chế tạo xe lăn điện là loại thép rỗng có đường kính là ø21mm và ø26mm.
Hình 3.6 Vật liệu thép
Thép là vật liệu điển hình thuộc nhóm vật liệu kim loại, được sử dụng nhiều trong các công trình cầu, đường sắt và công trình xây dựng. Chúng có ưu điểm là cường độ chịu lực cao, nhưng dễ bị tác dụng ăn mòn của môi trường. Thép là hợp kim sắt - các bon với hàm lượng các bon %C<2%.
Theo hàm lượng các bon chia ra:
- Thép các bon thấp: Hàm lượng c c bon ≤0,25%.
- Thép các bon trung bình: Hàm lượng các bon 0,25 - 0,6%. - Thép c c bon cao: Hàm lượng các bon 0,6 - 2%.
Khi tăng hàm lượng các bon, tính chất của thép c ng thay đổi: Độ dẻo giảm, để tăng cường các tính chất kỹ thuật của thép có thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác như : Mangan, crôm, niken, nhôm, đồng..
Theo tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại thêm vào chia ra :
- Thép hợp kim thấp: Tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại kh c ≤ ,5%. - Thép hợp kim vừa: Tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác 2,5- 10%. - Thép hợp kim cao: Tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác > 10%.
Xe lăn điện là một sản phẩm phục vụ người khuyết tật, người già và bệnh nhân nên yêu cầu đặt ra là phải an toàn, cần vật liệu đủ bền để sử dụng làm khung xe. Do xe chịu tải trọng lớn nên ta chọn loại thép dày độ cứng vững đảm bảo kỹ thuật, giá thành rẻ phù hợp với người sử dụng.
. .6 Chế tạo khung xe: a. Khung trên:
Khung trên thiết kế giống như chiếc ghế ngồi. Bao gồm mặt đ y, phần tựa lưng, hai thanh đỡ tay có bố trì cần điều khiển Troysticks ở phía trước.
Hình 3.7 Mô hình phần khung trên
b. Khung dưới:
Khung dưới được thiết kế cứng vững đảm bảo an toàn cho người sử dụng, là nơi g đặt các bộ phận như b nh trước, b nh sau, cơ cấu giảm xóc, động cơ…Phần khung trên được ghép với khung dưới nhờ các thanh trụ rỗng ở bốn góc.
Hình 3.8 Mô hình phần khung dƣới
c. B nh trước:
Hai bánh tự lựa được ghép với khung dưới nhờ ổ bi côn có thể dễ dàng xoay quanh trục giúp điều chỉnh hướng di chuyển của xe nhanh chóng.
Hình 3.9 Bánh tự lựa trƣớc
d. Bánh sau:
B nh sau được gắn chặt với khung dưới nhờ các bulông. Đây là b nh dẫn động chính giúp xe di chuyển.
Hình 3.10 Bánh sau
e. Cơ cấu giảm xóc:
Xe được thiết kế cơ cấu giảm xóc để tạo sự thoải m i cho người sử dụng khi di chuyển trên địa hình sỏi đ không bằng phẳng. Cơ cấu giảm xóc được bố trí gần hai bánh sau.
f. Hộp số và động cơ:
Động cơ điện được nối với bộ giảm tốc thông qua bộ truyền động trục vít và gắn với bánh sau bằng các bulông- đai ốc.
Hình 3.12 Vị trí gá đặt động cơ và hộp số
g. Mô hình tổng thể:
Hình 3.13 Mô hình tổng thể xe lăn điện 3.2 Phần điều khiển:
. . Cần điều khiển:
Cần điều khiển Troysticks được thiết kế gồm một tay cầm làm bằng thanh kim loại được ghép vào khớp cầu giúp điều chỉnh hướng dễ dàng, hai biến trở được bố trí vuông góc với nhau và gắn chặt vào khung phía ngoài cần. Khi tay cầm dịch chuyển về c c hướng thì cơ cấu cơ khí sẽ làm cho hai biến trở xoay theo. Khi đó gi trị điện trở sẽ thay đổi kéo theo sự thay đổi của giá trị ADC mà Vi điều khiển đọc về.