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濟(jì)南龍豪—軌道式升降機(jī)的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2012年 04月 29日 閱讀次數(shù):2432 次
        根據(jù)社會(huì)發(fā)展,社會(huì)保障制度的日益健全,許多新生配套設(shè)備研制而出,濟(jì)南龍豪生產(chǎn)的軌道式升降機(jī)是一種空間移動(dòng)類的室內(nèi)移動(dòng)輔具,它借助軌道的設(shè)置及升降機(jī)的懸吊功能,實(shí)現(xiàn)上下、左右、前后移動(dòng),協(xié)助行動(dòng)不便的殘疾人、老年人以及身體虛弱的病人進(jìn)行體位變換和位置移動(dòng),完成從床上移動(dòng)到輪椅上,從臥室移動(dòng)到衛(wèi)生間、浴室等處的功能,解決他們的如廁、入浴等問題。伴隨我國社會(huì)漸漸進(jìn)人老齡化以及殘疾人口的迅速增加,行動(dòng)不便的人群在逐年增加,軌道式升降機(jī)將成為幫助行動(dòng)功能喪失的老年人和殘疾人完成一些基本日常生活功能的最佳選擇,特別適用于家庭養(yǎng)老以及醫(yī)院、敬老院和康復(fù)中心等殘疾人集中供養(yǎng)的機(jī)構(gòu),可以大大減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān),提高廣大殘疾人和老年人的生活質(zhì)量⋯。由于目前我國軌道式升降機(jī)的研制和生產(chǎn)還處于空白階段,它的設(shè)計(jì)和研究將具有重要的意義。
 
1設(shè)計(jì)要求
 
1.1技術(shù)要求
 
    軌道式升降機(jī)必須達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo),以便保證升降機(jī)的正常運(yùn)行和被升降者的舒適性。
1.2功能要求
 
    軌道式升降機(jī)主要是幫助肢體殘障者和行動(dòng)不便的老年人完成如廁、入浴和就餐等基本日常生活活動(dòng),因此應(yīng)該具備垂直升降、水平移動(dòng)和換帶過門等功能,對(duì)于需要進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練的患者,還應(yīng)該具有步行訓(xùn)練的功能。
 
1.3安全性要求
 
    軌道式升降機(jī)的設(shè)計(jì)必須要保證被升降者的安全,因此要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠自鎖,并且要安裝保險(xiǎn)裝置,防止被升降者在升降機(jī)發(fā)生故障時(shí)跌落,另外連接點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)能防止身體支撐部分發(fā)生意外時(shí)連接點(diǎn)脫離?,F(xiàn)代制造工程2010年第7期設(shè)備設(shè)計(jì)診斷維緲再制造
 
1.4其他要求
 
    由于軌道式升降機(jī)是供下肢殘障者和行動(dòng)不便的老年人使用的,因此在滿足上述設(shè)計(jì)要求的前提下,軌道式升降機(jī)還應(yīng)該滿足體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)、成本低和便于安裝等要求。
 
2功能設(shè)計(jì)
 
    為了滿足下肢殘障者和行動(dòng)不便的老年人的多種需求,幫助他們完成入浴、如廁、就餐以及下肢康復(fù)訓(xùn)練等基本活動(dòng),軌道式升降機(jī)主要有以下幾項(xiàng)功能。
 
    1)垂直升降功能:由于下肢殘障者無法站立,所以軌道式升降機(jī)應(yīng)該具備垂直升降功能,將殘障者從床上或室內(nèi)其他場所吊起,這樣在水平移位的時(shí)候就可以跨越室內(nèi)地面障礙物,使運(yùn)行更加暢通,并且升降到一定的高度,不僅可以方便殘障者到高處取物,例如拿起書架上的書,而且為護(hù)理人員減輕了負(fù)擔(dān)。
 
    2)水平移動(dòng)功能:下肢殘障者大多數(shù)都行動(dòng)不便,無法自己移動(dòng)到其他場所完成基本的日?;顒?dòng),因此軌道式升降機(jī)必須有水平移動(dòng)功能,幫助殘障者從臥室移動(dòng)到衛(wèi)生間、浴室和餐廳等房間,方便其進(jìn)行如廁、入浴和就餐等活動(dòng)。
 
    3)過門換帶功能:由于兩個(gè)房間之間一般會(huì)被門框、隔墻等隔斷,在打通門框、隔墻的條件下,需要頂置式升降機(jī)具有過門換帶功能,這樣只要在每個(gè)房間的天花板上安裝軌道,殘障者就可以輕松地在屋內(nèi)各個(gè)房間移動(dòng),增加殘障者的活動(dòng)范圍。
 
    4)步行訓(xùn)練功能:對(duì)于需要進(jìn)行步行訓(xùn)練的殘障者,只需要在升降機(jī)上安裝步行訓(xùn)練用的軟支撐吊具,就可以進(jìn)行步行訓(xùn)練。
 
3工作原理
 
    軌道式升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)主要包括垂直升降運(yùn)動(dòng)和水平移動(dòng),并且要求輕便、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)和安全可靠,綜合考慮,升降機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置采用嚙合傳動(dòng)的形式,該結(jié)構(gòu)中主要采用的是蝸輪蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。軌道式升降機(jī)工作原理如圖2所示,升降布帶一端固定在纏帶輪上,一端通過布帶拉環(huán)掛在滑輪上。
 
    動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出,分別經(jīng)過蝸桿、蝸輪、小齒輪和大齒輪減速后傳遞給纏帶輪,纏帶輪帶動(dòng)升降布帶轉(zhuǎn)動(dòng),使升降機(jī)完成升降動(dòng)作,滑輪在軌道的槽面中移動(dòng),帶動(dòng)升降機(jī)進(jìn)行水平移動(dòng)。為了保證被升降者的安全,設(shè)置了保險(xiǎn)裝置,在大齒輪上安裝了扭簧和止動(dòng)扣,并在支架上安裝一個(gè)固定螺栓,當(dāng)電動(dòng)機(jī)以正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),扭簧拉動(dòng)止動(dòng)扣與大齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng),纏帶輪可以正常旋轉(zhuǎn),保證升降機(jī)以正常的速度上升和下降;當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),由于升降機(jī)箱體的自重以及殘障者的體重,使得升降機(jī)急速下落,大齒輪在升降布帶的拉動(dòng)下急速轉(zhuǎn)動(dòng),使得離心力大于扭簧的拉力,此時(shí)止動(dòng)扣被放松,卡在支架的固定螺栓上,大齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng),升降機(jī)停止下落,防止被升降者跌落。
 
4主要結(jié)構(gòu)及作用
 
    軌道式升降機(jī)的機(jī)械部分主要包括升降裝置、軌道裝置和換帶裝置三部分,其中升降裝置主要用來懸吊被升降者,是整個(gè)機(jī)構(gòu)的最核心部分;軌道裝置的作用主要是提供移動(dòng)軌跡,使運(yùn)行更加暢通;換帶裝置是當(dāng)升降機(jī)要過門時(shí)用來切換軌道之用。
 
4.1升降裝置
  
    升降裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由齒輪機(jī)構(gòu)、支架、蝸輪蝸桿、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、吊臂、上、下殼等組成。
 
4.1.1齒輪機(jī)構(gòu)
 
    齒輪機(jī)構(gòu)主要包括大、小齒輪、纏帶輪、中軸以及由止動(dòng)扣、扭簧組成的保險(xiǎn)裝置。選用閉式齒輪傳動(dòng),大、小齒輪均選用45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,硬度為設(shè)備設(shè)計(jì)診斷維緲再制造現(xiàn)代制造工程2010年第7期250—280HB,屬于軟齒面,由于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)常見的失效形式為齒面點(diǎn)蝕,故設(shè)計(jì)時(shí)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核舊。
 
4.1.2支架
 
    支架用于固定、支承升降機(jī)箱體內(nèi)部所有的機(jī)械零件和部分電器元件,主要由側(cè)板、連接管和連接片等零件焊接而成,材料均選用1Crl8Ni9Ti,其中兩側(cè)板的厚度為3mm,同時(shí)為了減輕支架的重量,在兩側(cè)板上設(shè)計(jì)了很多工藝孔。
 
4.1.3蝸輪蝸桿
 
    由于蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、沖擊載荷小、傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲低等優(yōu)點(diǎn),并具有反向自鎖的特性,可以保證搬運(yùn)患者過程中,電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠自鎖,故選用蝸輪蝸桿減速器。采用漸開線蝸桿,材料為45鋼,對(duì)其螺旋面進(jìn)行淬火處理,以提高傳動(dòng)效率和增加耐磨性;蝸輪材料選用聚甲醛(POM),塑料蝸輪具有加工經(jīng)濟(jì)性好、傳動(dòng)平穩(wěn)、吸振降噪、質(zhì)量輕、耐磨和自潤滑等優(yōu)點(diǎn),使得升降機(jī)的設(shè)計(jì)更加人性化。
 
4.1.4導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
 
    導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)向塑料管、導(dǎo)向支架、壓縮彈簧、安全塞、導(dǎo)向外殼和導(dǎo)向軸等零件組成,圖4所示為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的半剖視圖,兩個(gè)導(dǎo)向塑料管之間形成一個(gè)窄縫,升降布帶從這個(gè)窄縫中伸出箱體,防止布帶卷亂,起到導(dǎo)向的作用。安全塞由導(dǎo)向支架和壓縮彈簧支承,為了防止壓縮彈簧受力后失去穩(wěn)定性,在安全塞上設(shè)計(jì)了一個(gè)小導(dǎo)桿,小導(dǎo)桿與彈簧間的間隙參照表1進(jìn)行設(shè)計(jì)舊J。
 
4.1.5吊臂
 
    吊臂結(jié)構(gòu)如圖5所示,吊臂由平衡桿、吊臂軸套和圖4導(dǎo)向機(jī)構(gòu)表1導(dǎo)桿與彈簧間的間隙吊臂軸焊接而成,兩端分別安裝一個(gè)吊臂掛鉤,材料選用2Crl3,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,與箱體下殼的掛鉤一起構(gòu)成三個(gè)懸吊點(diǎn),通過軟支承吊具將被升降者吊起,吊臂的承重量為150kg,為了使被升降者在乘坐時(shí)能夠處于舒適狀態(tài),兩吊臂掛鉤間距參照GBl0000-88《中國正常成年人人體尺寸》國家標(biāo)準(zhǔn)H],表2列出了我國成年男女人體水平尺寸的相關(guān)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)參考,其中百分位數(shù)指身材尺寸小于此值的人數(shù)占抽樣樣本中人群數(shù)的百分比;平衡桿用來保持升降裝置的平衡,材料為Q235,設(shè)計(jì)成空心管狀,減輕了吊臂整體的重量。
 
4.2軌道裝置
 
    軌道式升降機(jī)的軌道主要由橫軌、側(cè)梁、底座和滑輪等5/部件組成,橫軌、側(cè)梁和底座之間通過螺栓、螺釘?shù)冗B接構(gòu)成升降機(jī)的運(yùn)行軌道,滑輪在橫梁的槽面中滑動(dòng),帶動(dòng)升降裝置進(jìn)行水平移動(dòng)。
 
4.2.1橫軌
 
    為了保證升降機(jī)運(yùn)行時(shí)的安全性、穩(wěn)定性和舒適性,橫軌槽面的加工精度和水平度都要達(dá)到一定的要求,再加上橫軌較長且截面形狀較復(fù)雜,考慮到材料的可成形性、可機(jī)加工性及抗腐蝕性等,橫軌的材料選用鋁合金6063,表面進(jìn)行噴塑處理b。
 
4.2.2側(cè)梁和底座
 
    側(cè)梁由60ram×40ram5mm空心矩形管、矩形片、腳支座和梯形塊焊接而成,而底座由60ram×40mm×3.5mm空心矩形管、半圓柱和焊接螺釘焊接成,焊后表面均進(jìn)行噴塑處理。為了方便護(hù)理人員取掛升降機(jī)箱體以及換帶操作,在設(shè)計(jì)側(cè)梁高度時(shí)應(yīng)滿足人機(jī)工程學(xué)的要求,由于涉及到伸手夠東西的問題,如果采用高百分位數(shù)據(jù)就無法適應(yīng)小個(gè)子的人,所以參照我國成人男女立姿雙手功能上舉高度的低百分位數(shù)據(jù)現(xiàn)代制造工程2010年第7期設(shè)備設(shè)計(jì)/診斷維緲再制造進(jìn)行設(shè)計(jì),這樣同樣也能適應(yīng)大個(gè)子的人。
 
4.2.3滑輪
 
    滑輪與軌道示意如圖6所示。滑輪由滑輪軸、滑輪外殼、橡膠輪、深溝球軸承和吊鉤等組成,采用橡膠輪可以降低噪聲,使運(yùn)行平穩(wěn),為了減少橡膠輪與軌道接觸面的摩擦,兩個(gè)橡膠輪的中心距a應(yīng)該不超過軌道內(nèi)部水平槽面的寬度b,即a≤b在滑輪軸與滑輪外殼之間安裝一個(gè)深溝球軸承,這樣滑輪軸便可以360。轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)升降裝置實(shí)現(xiàn)3600回轉(zhuǎn),方便被升降者在升降過程中的轉(zhuǎn)向。
 
4.3換帶裝置
 
4.3.1方案選取
 
    為了使殘障人能夠從一個(gè)房間移到另一個(gè)房間,而不對(duì)門框、隔墻進(jìn)行再加工,最好的方法就是設(shè)計(jì)具有換帶功能的軌道式升降機(jī),在查閱大量國外資料兩套齒輪機(jī)構(gòu),方便護(hù)理人員操作,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,且箱體的重量增加;方案二是在軌道上設(shè)置換帶機(jī)構(gòu),同時(shí)箱體上安裝兩個(gè)拉環(huán),這樣不僅便于操作,而且結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,成本低。綜合考慮后選用第二種方案,在軌道上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)換帶,轉(zhuǎn)換帶由板鉤和布帶構(gòu)成,結(jié)構(gòu)非常簡單,布帶有長短兩條,一端穿過同一個(gè)板鉤縫合在一起,另一端分別縫合在另外兩個(gè)板鉤上,長布帶為切換布帶,短布帶為懸掛布帶,布帶的材料均選用合成纖維,承重量為150kg。
 
4.3.2換帶過門過程
 
    頂置式升降機(jī)的換帶操作需要在護(hù)理人員的協(xié)助下完成,整個(gè)換帶過程分四步。
 
    1)當(dāng)升降機(jī)靠近隔壁房間曰時(shí),將切換布帶3下端的吊鉤掛到升降機(jī)箱體頂端的固定拉環(huán)5上。
 
    2)按動(dòng)下降按鈕,升降布帶2拉長,升降機(jī)箱體由于自重,被切換布帶3拉到房間曰中。
 
    3)把升降布帶2的拉環(huán)從吊鉤1上取下,并將其掛在吊鉤4上。
 
    4)按動(dòng)上升按鈕,升降布帶2卷起,拉動(dòng)升降機(jī)箱體上升,將切換布帶3下端的吊鉤從固定拉環(huán)5上的前提下,擬定出兩種方案:方案一是在箱體內(nèi)安裝取下,這樣升降機(jī)就可以在房間日中移動(dòng)了。
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