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(guó)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(guó)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(wú)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(chǎng)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(wú)法自己移動(dòng)到其他場(chǎng)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(rùn)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(guó)正常成年人人體尺寸》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)H]，表2列出了我國(guó)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(zhǎng)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(wú)法適應(yīng)小個(gè)子的人，所以參照我國(guó)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?；営苫嗇S、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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)單，布帶有長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，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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