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车载式轮椅自动升降机

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。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抬升至与车内平面相同的高度时,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。在轮椅驶入车内后,电机继续转动,平台继续上升,这时由于横梁与转动垫片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  

考虑四杆机构的特点,升降平台的翻转也采用四杆机构来完成其需要的动作,如图3所示。自由度的计算F=3×3—4×2=1,可以确定其各杆运动轨迹的唯一性。其翻转过程如图4a和图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)打开挡板。  

此过程是由图5a变化到图5b,再变化到图5c,在平台5下降的过程中,当滑块2首先接触到地面时,就会推动锁钩3向上运动,打开锁紧装置,使挡板沿着预定的轨道转动,直到平台与地面接触,挡板1完全打开。  

(2)闭合挡板。  

此过程与上述过程完全相反,是由图5c变化到图5b,再变化到图5a,在平台离开地面的过程中,由于弹簧4的拉力作用,使得锁钩压着滑块,使滑块向下滑动,滑块始终与地面接触,由于滑块的向下滑动会使插在滑块上的小柄推起挡板,使挡板沿  

着预定的轨道转动,直到挡板完全合上,锁钩锁紧挡板,滑块会随着平台向上运动,离开地面。  

2.4 传动装置的设计  

动力由电机输出,经过蜗轮蜗杆减速器减速后传递给卷筒,带上钢丝绳转动,由钢丝绳拉起升降装置完成其升降动作。钢丝绳的传动方式是用途比较广泛的一种传动装置,传动灵活可靠,造价低廉,此装置分为左、右两臂同时运动,左、右两臂各装有5个动滑轮和6个定滑轮,来完成传动,示意图如图6所示,并使整台装置抬升所需的拉力减小到原来的5%左右,大大地减小了电机所需的功率。  

减速器采用蜗轮蜗杆减速器,它造型小,具有自锁功能。由于平台在升至与车内平面平行时,要停止几秒钟,以便轮椅驶入车内,此时电机断电,要想保持平台静止,就必须要求传动装置具有自锁机构,而蜗轮蜗杆减速器就具备这项功能。  

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内平面相接触时沿竖直方向的加速度,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)图7a和图7d表明,平台是匀速上升的,这可以保证使用者的安全。  

(2)图7b和图7e表明,平台在上升过程中是以变加速度向车后门运动的。  

(3)图7c和图7f表明,平台在上升过程中理论上左右不动的,但是由于机构在装配时存在着间隙,这就可能造成平台的左右会有晃动。从图6可以看出平台的左右晃动非常微小,完全满足技术要求。  

2.7 实际使用  

实际使用表明,车载式轮椅自动升降机运行平稳可靠,完全满足需要。  

3 结束语  

该装置可安装在机动车的后门或是侧门,由乘坐轮椅者操作遥控器实现升降机自动升降,设计结构巧妙、紧凑,具有以下特点:  

(1)自动运行。  

当残疾者停在底板上时,装置可自动将其送到指定位置。消除残疾人上、下车的困难,彻底解决生活环境中的外出通行障碍问题。  

(2)平稳可靠。  

由于装置动作平缓,稳定性好、安全性高,残疾人不会产生恐惧感。  

(3)无污染。  

装置采用电驱动,不会对周围环境产生污染。  

(4)适用范围广。  

该升降机适用于各种中、小型客车、巴士及自驾车等,安装方便。