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車載式輪椅自動升降機的研制

文字:[大][中][小] 2012-1-30  浏覽次數:2587

  目前,世界人口中残疾人有几亿,其中乘坐轮椅的达到30% ,这么大一个群体的外出有很多困难,其中外出上下车是最大的困难。现在国外已出现坡道式轮椅手推升降机,如图1所示,但需要靠正常人的帮助,借助坡道将轮椅从地面推入车凇R虢饩龀翟厥铰忠巫远嫡庖荒烟猓匦肟⒁恢肿爸梅奖愠俗忠蔚残疾人外出乘车。新研制的自动轮椅升降机将解决这一问题,它充分考虑到乘坐轮椅者的安全,以及使用的灵活性和可靠性。

  1 车载式轮椅自动升降机设计方案的选取
  在动力的选择方面,可以采用液压传动、气压传动、电动推杆和电机等方式。由于液压传动需要油源,结构相对庞大和复杂,且对环境有一定污染;气动装置一般速度较快,难以满足设计对速度的要求;电动推杆结构简单,占用空间小,但无价格优势。故采用电瓶作为动力源,直流电机经过减速器减速直接传递到其他机械装置。在机械结构的实现方面 ,采用双四杆机构实现车载平台的升降与翻转,采用复杂的自锁机构实现挡板的自动打开与闭合,为减小驱动力,采用多组滑轮实现运动传递和升降装置两侧运动的平稳性。

  2 车载式轮椅升降机的设计
  2.1 升降机构的设计

  整套动作的实现完全由电动机提供动力,然后通过蜗轮蜗杆减速器减速后传递给卷筒,由卷筒带动钢丝绳转动,如图2a所示。在图2b中,当卷筒缠绕的钢丝绳在卷筒的带动下使A,曰两点的距离减小时,在曰点产生一个沿着钢丝绳方向斜向上的拉力 ,经过计算此拉力足以将平台抬起。随着A,曰两点距离继续缩短,横梁会沿着铰点A向上转动。其中支架1固定不动,2为上横梁,3为下横梁,由于平行四杆机构的特殊性,竖梁4始终会保持竖直位置,这就保证了平台8的水平性,当平台8抬升至与车谄矫嫦嗤高度时,这时停止电机的转动,由于蜗轮蜗杆减速器具有自锁功能,此时整套装置可保持静止状态。在轮椅驶入车诤螅缁绦教绦仙馐庇捎诤崃河胱嫫6相接触,会对垫片产生一个压力 ,在压力F’的作用下,摆杆5沿着支点M向下转动,由于摆杆5、下斜梁7和平台8与竖梁4组成四杆机构,自由度F=1的平台8会以Ⅳ点为支点沿着预定轨道向上转动,这个动作是平台的收起动作,当平台完全收起时,电源断开,整套抬升的动作完成,放下的动作与此相反。可以看出,整套动作的实现,完全由两套相关联的四杆机构完成的。

  自由度的计算F=3 x3—4 x2=1,可以确定其连杆的运动轨迹是确定唯一的,竖梁4在运动过程中始终保持与基架平行,是竖直方向不变。这就保证了与它相连的升降平台在升降过程中始终保持水平位置,以利于在升降过中,保持轮椅的平稳。

  2.2 升降平台的翻转机构的设计

  考慮四杆機構的特點,升降平台的翻轉也采用四杆機構來完成其需要的動作,如圖3所示。自由度的計算F=3×3—4×2=1,可以確定其各杆運動軌迹的唯一性。其翻轉過程如圖4a和圖4b所示。

  2.3 挡板的设计

  挡板需要完成两个动作:其一是在靠近地面与离开地面这个过程中要始终保持打开的状态,用来方便轮椅的驶入与驶出;其二是在离开地面一定距离后要始终保持闭合的状态,用来保证残疾人的安全。 此装置的运动分析:

  (1)打開擋板。

  此過程是由圖5a變化到圖5b,再變化到圖5c,在平台5下降的過程中,當滑塊2首先接觸到地面時,就會推動鎖鈎3向上運動,打開鎖緊裝置,使擋板沿著預定的軌道轉動,直到平台與地面接觸,擋板1完全打開。

  (2)閉合擋板。

  此過程與上述過程完全相反,是由圖5c變化到圖5b,再變化到圖5a,在平台離開地面的過程中,由于彈簧4的拉力作用,使得鎖鈎壓著滑塊,使滑塊向下滑動,滑塊始終與地面接觸,由于滑塊的向下滑動會使插在滑塊上的小柄推起擋板,使擋板沿
著預定的軌道轉動,直到擋板完全合上,鎖鈎鎖緊擋板,滑塊會隨著平台向上運動,離開地面。

  2.4 传动装置的设计

  動力由電機輸出,經過蝸輪蝸杆減速器減速後傳遞給卷筒,帶上鋼絲繩轉動,由鋼絲繩拉起升降裝置完成其升降動作。鋼絲繩的傳動方式是用途比較廣泛的一種傳動裝置,傳動靈活可靠,造價低廉,此裝置分爲左、右兩臂同時運動,左、右兩臂各裝有5個動滑輪和6個定滑輪,來完成傳動,示意圖如圖6所示,並使整台裝置擡升所需的拉力減小到原來的5%左右,大大地減小了電機所需的功率。

減速器采用蝸輪蝸杆減速器,它造型小,具有自鎖功能。由于平台在升至與車內平面平行時,要停止幾秒鍾,以便輪椅駛入車內,此時電機斷電,要想保持平台靜止,就必須要求傳動裝置具有自鎖機構,而蝸輪蝸杆減速器就具備這項功能。

  2.5 升降机的主要技术参数

  抬升最大载荷:200 kg,最大抬升高度:800 mm,平均抬升速度(空载):32 mm/s,现场环境温度:一35℃ 一45℃。平放时尺寸:1 750 mm×1 050 mm×1 000 mm,折叠后尺寸:300 mm×1 050 mm×1 100 mm,升降机平台尺寸:750 mm×1 000 mm。

  2.6 升降机运动的模拟分析

  通过运用SolidWorks软件中的Cosmos Motion运动分析插件来对升降机在上升过程中的运动进行分析,得出以下结果。图7a是升降平台在上升至与车谄矫嫦嘟哟ナ毖厥狈较虻加速度,图7b是沿前后方向的加速度,图7c是沿左右方向的加速度,图7d是沿竖直方向的速度,图7e是沿前后方向的速度,图7f是沿左右方向的速度。通过分析观察6幅曲线图可以得出3个结论:
  (1)圖7a和圖7d表明,平台是勻速上升的,這可以保證使用者的安全。
  (2)圖7b和圖7e表明,平台在上升過程中是以變加速度向車後門運動的。
  (3)圖7c和圖7f表明,平台在上升過程中理論上左右不動的,但是由于機構在裝配時存在著間隙,這就可能造成平台的左右會有晃動。從圖6可以看出平台的左右晃動非常微小,完全滿足技術要求。

  2.7 实际使用
  實際使用表明,車載式輪椅自動升降機運行平穩可靠,完全滿足需要。

  3 结束语
  該裝置可安裝在機動車的後門或是側門,由乘坐輪椅者操作遙控器實現升降機自動升降,設計結構巧妙、緊湊,具有以下特點:
  (1)自動運行。
  當殘疾者停在底板上時,裝置可自動將其送到指定位置。消除殘疾人上、下車的困難,徹底解決生活環境中的外出通行障礙問題。
  (2)平穩可靠。
  由于裝置動作平緩,穩定性好、安全性高,殘疾人不會産生恐懼感。
  (3)無汙染。
  裝置采用電驅動,不會對周圍環境産生汙染。
  (4)適用範圍廣。
  該升降機適用于各種中、小型客車、巴士及自駕車等,安裝方便。
 

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