殘疾人電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì)【輪腿式】【說(shuō)明書+CAD】
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機(jī)動(dòng)車輪椅固定及其使用者的約束系統(tǒng)
前言——為了那些使用機(jī)動(dòng)車旅行卻沒(méi)有能力從輪椅中移動(dòng)出來(lái)的人,輪椅必須像汽車座椅一樣來(lái)使用。這就通常意味著由車輛制造商提供的成員約束系統(tǒng)在某些緊急狀況下不能夠提供足夠的保護(hù)。另外,輪椅必須被固定在車上以便不會(huì)強(qiáng)加載荷給它的使用者,并且在碰撞或突然的車輛回旋情況下不會(huì)對(duì)其他車上人員造成傷害。因此,要為輪椅及其使用者提供約束性的保護(hù),使用一些零部件以及相關(guān)的設(shè)備來(lái)固定輪椅并對(duì)其使用者進(jìn)行約束。
這篇設(shè)計(jì)和機(jī)動(dòng)車性能表現(xiàn)方面的文章論述的就是輪椅的固定及其使用者的約束系統(tǒng),簡(jiǎn)稱為WTODS。它的目的就是為了鼓勵(lì)設(shè)計(jì),測(cè)試和實(shí)施。使用WTODS系統(tǒng)在正面碰撞時(shí)可以有效的保證輪椅的安全和約束使用者,并且在某些特定情況下的表現(xiàn)是可以與制造商提供的乘坐安全性和輪椅使用者的約束相比較的。我們關(guān)心的主要是機(jī)動(dòng)車在發(fā)生正面碰撞的情況下輪椅使用者所能受到的潛在傷害,也希望在成功保護(hù)輪椅使用者的同時(shí),在正常的旅行期間可以增加駕駛員及其他成員的安全性和舒適性。這篇文章不應(yīng)該被用來(lái)鼓勵(lì)那些沒(méi)有能力駕駛或者限制對(duì)輪椅進(jìn)行運(yùn)輸?shù)那闆r。
因?yàn)閃TODS的制造商們不能控制和指定他們產(chǎn)品的最終用途,所以48KM/H,20G的沖擊測(cè)試被指定在附錄A中,用來(lái)限制WTODS系統(tǒng)在總重量小于7000KG的整車上的使用。在更大的車輛中,也可以使用WTODS系統(tǒng)來(lái)保證運(yùn)輸?shù)陌踩裕遣粫?huì)依照這篇文章所提到的使用標(biāo)準(zhǔn)。
和任何一個(gè)座椅相比,輪椅是成員安全系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,并會(huì)在正常旅行期間為使用者提供穩(wěn)定性和舒適性。輪椅的設(shè)計(jì)和表現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車的乘坐中是被單獨(dú)談?wù)摰?,但相?yīng)的ANSI/RESNA標(biāo)準(zhǔn)正在發(fā)展中。
設(shè)計(jì)要求:
1.完成WTORS--WTORS應(yīng):
a. 以一個(gè)輪椅和一個(gè)乘員為使用對(duì)象;
b. 不要求用來(lái)固定輪椅和實(shí)施成員約束的零件穿過(guò)輪椅的輪子;
c. 在不使用工具的情況在在60秒內(nèi)可以對(duì)輪椅及其使用者進(jìn)行脫離;
d. 不需要拆除輪椅的材料,鉆探輪椅架,變形輪椅,焊接,或者使用粘合劑,安裝期間,除非是為WTORS系統(tǒng)使用的特殊輪椅或輪椅制造商允許的造型變革;
e. 一旦安裝,可不使用工具操作;
f. 硬件設(shè)備,只包括永久連接的WTORS或WTORS組件;
g. 設(shè)計(jì)要防止無(wú)意中將所有螺紋緊固件松動(dòng);
h. 包括一個(gè)人工代用裝置,在電源故障的情況下解除固定和約束;
i. 包括錨地緊固件,硬件和符合規(guī)格的類似硬件,下面是基于材料,大小和緊固件的使用量模擬試驗(yàn)附錄A;
2.輪椅的固定及固定的組件應(yīng):
a. 不需要依靠輪椅進(jìn)行制動(dòng);
b. 輪椅的安全性能實(shí)現(xiàn)是依靠固定件的設(shè)計(jì),而不是依靠成員約束來(lái)實(shí)現(xiàn);
c. 提供一個(gè)不使用工具來(lái)消除輪椅自由移動(dòng)的方法;
d. 如果WTORS系統(tǒng)采用了四點(diǎn)皮帶固定方式,那么每條皮帶都可以不使用工具來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)節(jié),這類的調(diào)整幅度,前帶后帶所能達(dá)到的最高值和最低值包含在表格1中,包括一個(gè)至少有25MM的皮帶延長(zhǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu);
表格1-—四點(diǎn)皮帶固定方式的擴(kuò)展調(diào)整幅度:
皮帶交匯點(diǎn) 最小長(zhǎng)度(MM) 最大長(zhǎng)度(MM)
后排 485(19) 740(29)
前排 410(16) 710(28)
〈長(zhǎng)度定義為從輪椅安全點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的固定交點(diǎn)到沿著皮帶的長(zhǎng)度方向與輪椅接地平面線的交點(diǎn)的直線距離〉
e. 計(jì)算說(shuō)明安全點(diǎn)與其他四個(gè)固定點(diǎn)在幾何學(xué)上的關(guān)系,在附錄E4中說(shuō)明了在結(jié)構(gòu)上安全點(diǎn)與其他組成部分的關(guān)系;
f. 包含一個(gè)通過(guò)視覺(jué)或聽覺(jué)來(lái)引起注意的設(shè)備,在相接處準(zhǔn)確銜接后會(huì)予以顯示;
3.成員約束—-WTORS也可以被設(shè)計(jì)成通過(guò)乘客或駕駛員進(jìn)行約束,包含的成員約束應(yīng)滿足以下要求:
3.1 WTORS的成員約束應(yīng)包含兩個(gè)部分--骨盆和軀干的約束;
3.2 成員約束可以被設(shè)計(jì)成直接與車輛相固定,和輪椅的組成部件相固定,或者直接通過(guò)部件來(lái)和輪椅相連接。成員約束系統(tǒng)不能被設(shè)計(jì)成依靠輪椅傳播載荷的約束結(jié)構(gòu),除非是專為WTORS設(shè)計(jì)的特定輪椅,當(dāng)和輪椅組合以后WTORS應(yīng)滿足6.2 的要求。通過(guò)附錄1可以看到WTORS 的測(cè)試結(jié)果;
3.3上部軀干和骨盆的約束長(zhǎng)度可以不通過(guò)使用工具來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié);
3.4 當(dāng)WTORS以附錄B的標(biāo)準(zhǔn)在建立過(guò)程中,如果適合的話,骨盆的約束,其固定點(diǎn)和過(guò)渡點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng):
a. 實(shí)現(xiàn)如圖4b所要求的側(cè)面觀察視野范圍;
b. 實(shí)現(xiàn)如圖4a所要求的后面視野范圍及區(qū)域內(nèi)的固定;
c. 提供足夠的皮帶長(zhǎng)度來(lái)對(duì)骨盆進(jìn)行調(diào)節(jié),測(cè)量固定點(diǎn)到固定點(diǎn)的距離,通過(guò)可以增加或減少的200MM長(zhǎng)度及至少25MM的自由長(zhǎng)度調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)全時(shí)的約束;
3.5當(dāng)WTORS以附錄B的標(biāo)準(zhǔn)在建立過(guò)程中,對(duì)軀干應(yīng)提供足夠的約束長(zhǎng)度,較長(zhǎng)的調(diào)整增量為200毫米,并且可以縮短到300毫米,有至少25毫米的自由延伸長(zhǎng)度可以全時(shí)對(duì)成員進(jìn)行約束;
4(a) 4(b)
附錄四
注意—注意骨盆約束的突出角和輪椅參考側(cè)平面之間的角度,以及成員背部與輪椅參考背平面之間的角度;
3.6 對(duì)于WTORS系統(tǒng),應(yīng)該通過(guò)軀干固定點(diǎn)和軀干過(guò)渡點(diǎn)的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)肩部和胳膊的約束并對(duì)其進(jìn)行支持,這些位置定位點(diǎn)和支持結(jié)構(gòu)應(yīng):
a. 使用者乘坐的高度和肩部的水平線以上應(yīng)該有足夠的可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度;
b. 1100毫米以上,至少應(yīng)設(shè)輪椅機(jī),以接近地面以上的肩膀部分,來(lái)實(shí)現(xiàn)在輪椅的乘坐中肩部以上部分的約束;
注意1—如果上面的過(guò)渡點(diǎn)確定的話,那么固定點(diǎn)應(yīng)在下面1100MM,反之就在上面1100MM;
注意 2—雖然FMVSS 210 允許軀干的固定點(diǎn)應(yīng)被固定在成員肩部水平以下一個(gè)明顯的距離上,這樣的位置考慮被認(rèn)為是不合理的,不符合這篇文章,可能導(dǎo)致向下方向的載荷對(duì)脊柱造成傷害。
3.7 從安裝時(shí)所指定的附錄B中的輔助中心線來(lái)看,與骨盆交界的肩膀三點(diǎn)約束應(yīng)不低于150MM;
3.8 依照這篇文章的要求,在主要依靠輪椅固定和皮帶固定來(lái)實(shí)現(xiàn)約束的情況下,氣帶只產(chǎn)生輔助的約束性能;
3.9 WTORS的實(shí)現(xiàn)不應(yīng)該依靠氣袋來(lái)遵守這篇文章;
4. 試驗(yàn)報(bào)告---WTORS的制造商應(yīng)具有文件和檔案資料,其中包括:
4.1 依據(jù)4.2和4.3的設(shè)計(jì)要求和相關(guān)的報(bào)表,WTORS系統(tǒng)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,包括:
a. 依據(jù)表格1的要求,表明四點(diǎn)式安全皮帶的最大和最小固定長(zhǎng)度;
b. 最終裝配的幾何學(xué)固定四點(diǎn)要符合附錄E4的幾何學(xué)要求;
c. 骨盆約束的確定要符合附錄B;
d. 建立和測(cè)量骨盆約束的長(zhǎng)度調(diào)整要符合附錄B的要求;
e. 建立和測(cè)量軀干約束的長(zhǎng)度調(diào)整要符合附錄B的要求;
f. 依據(jù)WTORS提供的軀干固定點(diǎn)和其他相關(guān)的點(diǎn),長(zhǎng)度以及長(zhǎng)度的調(diào)整要符合4.3.6的要求;
g. 建立和測(cè)量依據(jù)輔助中心線制定的骨盆和肩部約束距離要符合附錄B的要求;
4.2 遵守國(guó)家相關(guān)規(guī)定:
a. 表格2中的FMVSS 209;
b. WTORS系統(tǒng)中帶狀材料的可燃性要求要滿足FMVSS 302;
4.3 遵守國(guó)家相關(guān)正面碰撞試驗(yàn)附錄A,包括:
a. 描述測(cè)試設(shè)備,包括使用模擬式?jīng)_擊試驗(yàn),儀器與信號(hào)處理技術(shù),幀速度為制作每部影片或錄像的速度,測(cè)試減速度等方法用以衡量和檢驗(yàn)輔助中心線和測(cè)試輪椅,并增加測(cè)量的精度;
b. 關(guān)于減速度的跳動(dòng)計(jì)算說(shuō)明是否滿足A.4.3和附錄A1,這其中包括跳動(dòng)的持續(xù)時(shí)間,減速度在毫秒數(shù)量上的累積時(shí)間超出15g到20g;
c. V形安全帶的測(cè)量與計(jì)算;
d. WTORS系統(tǒng)的全面鑒定,錨地緊固件,試驗(yàn)輪椅,輔助中心線;
e. 所有WTORS的試驗(yàn)輪椅的相關(guān)P點(diǎn)都要滿足文章的要求;
f. 所有固定皮帶和骨盆相對(duì)應(yīng)的橫縱向約束確定以后,與之相關(guān)的側(cè)面視野,正面視野,背面視野可以酌情處理;
g. 試驗(yàn)建立起來(lái)后,應(yīng)該對(duì)那些非WTORS制造商提供的零部件有一個(gè)具體的描述;
f. 試驗(yàn)輪椅是否停留在試驗(yàn)平臺(tái)上;
h. 如果測(cè)量的話,相比于初步測(cè)試定位,試驗(yàn)輪椅的參考測(cè)試平面將會(huì)改變;
k. 任何WTORS系統(tǒng)承載部分的鑒定,如果顯示部分有撕裂,破碎,斷裂,或徹底失敗等現(xiàn)象的發(fā)生,是設(shè)計(jì)上的漏洞或者制造上的問(wèn)題;
l. 在6.2.d中指明了短途旅行的水平線最高點(diǎn),是否有任何短途旅行超過(guò)了限制會(huì)在這篇文章的表格3中表明;
m. 一份說(shuō)明書,關(guān)于是否在不使用工具的情況下將成員和試驗(yàn)輪椅釋放出來(lái);
n. 一份說(shuō)明書,依據(jù)6.2.e的計(jì)算結(jié)果表明試驗(yàn)輪椅是否對(duì)其成員施加載荷;
4.4 依據(jù)在附錄3中的部分試驗(yàn)數(shù)據(jù),WTORS系統(tǒng)的測(cè)試和規(guī)格應(yīng)該包括:
a . WTORS系統(tǒng)的全面鑒定,錨地組件的測(cè)試,安全性;
b. 全面的描述,包括必要的照片,每部分的測(cè)試結(jié)果;
c. 分離阻力的步驟描述;
d. 每個(gè)測(cè)試的結(jié)果,換句話說(shuō),安全組件或固定組件是否分離或仍然接合;
4.5 依據(jù)附錄D指明的皮帶延誤調(diào)整器和任何有關(guān)的其他方面規(guī)定,包括:
a. WTORS系統(tǒng)的全面鑒定,皮帶類,每一個(gè)調(diào)整裝置的測(cè)試;
b. 測(cè)試儀器和程序的描述;
c. 每次調(diào)整器測(cè)試的皮帶延誤量;
d. 一項(xiàng)聲明,說(shuō)明25MM的極限是否超過(guò)每次調(diào)整器測(cè)試;
e. 一項(xiàng)聲明,說(shuō)明是否在WTORS系統(tǒng)中所有的輪椅固定調(diào)整器都會(huì)通過(guò)測(cè)試。
5. 定義與概念--為了更好的理解這篇文章,提供下面的概念說(shuō)明:
5.1 錨——硬件和裝置的組合件,用來(lái)傳遞從一直由輪椅固定到車輛或從一個(gè)約束力到輪椅固定或車座底板的力;
5.2 錨鉸接點(diǎn)——一個(gè)在車輛,輪椅或輪椅固定件或車座底板上的力,錨便鉸接于此;
5.3 ANSI——美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)振動(dòng)等級(jí);
5.4 人機(jī)工程學(xué)測(cè)試設(shè)備(ATD)——一個(gè)模擬的人體模型,用來(lái)模擬機(jī)動(dòng)車在碰撞環(huán)境下的情形;
5.5 自動(dòng)鎖緊裝置——一個(gè)裝置通過(guò)一套主動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu),當(dāng)機(jī)構(gòu)鎖緊時(shí)用之來(lái)承受約束力來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié);
5.6 后約束——一套裝置或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)限制車廂的后傾運(yùn)動(dòng)從而提供背后的支持力;
5.7 皮帶——一條用網(wǎng)格材料做成的吸能帶子,用來(lái)做成員的約束;
5.8 對(duì)接式固定——一套輪椅安全裝置,其設(shè)置被初始化為輪椅傾向一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈恢茫?
5.9 應(yīng)急鎖緊執(zhí)行器——將通過(guò)調(diào)整硬件鎖定機(jī)制,激活了汽車的加速度,皮帶相對(duì)于汽車運(yùn)動(dòng),在緊急時(shí)刻可以進(jìn)行自動(dòng)鎖緊;
5.10 邊緣裝置——錨地硬件和成員約束的直接固定部分,用來(lái)固定成員約束帶,直接連接在主錨點(diǎn)和輪椅上的安全點(diǎn);
5.11 緊固件——器材保障,用機(jī)械設(shè)備,零部件和其他零件實(shí)現(xiàn),
(這些不包括:螺絲,螺母,螺絲釘,鉚釘,夾具等)
5.12 前方視野——輪椅坐在最前排的成員臉部與汽車之間的參考平面;
5.13 四點(diǎn)固定——輪椅固定系統(tǒng),以四個(gè)不同的點(diǎn)系在輪椅框架上,輪椅固定在汽車上的四個(gè)獨(dú)立支柱點(diǎn),文中所給的是典型的四點(diǎn)固定系統(tǒng),采用四個(gè)固定皮帶,兩個(gè)屬于前輪,兩個(gè)屬于后輪;
5.14 底部約束——一個(gè)至少由一名成員的皮帶用來(lái)提供成員的骨盆約束和兩個(gè)肩膀以及軀干部分的約束;
5.15 頭部約束——用來(lái)限制成員頭部的移動(dòng);
5.16 沖擊模擬器——加速裝置,加速與減速的組合,汽車部分或模擬汽車結(jié)構(gòu),包括測(cè)量?jī)x器的相關(guān)資料;
5.17 沖擊滑板——在模擬器上的部分,對(duì)其產(chǎn)生影響,可以展開進(jìn)行沖擊測(cè)試;
5.18 獨(dú)立成員約束——直接進(jìn)行的約束或與鉚接的車輛部分分開,進(jìn)行輪椅的固定;
5.19 綜合成員約束——成員約束中的骨盆約束,兩個(gè)肩膀的約束,軀干的約束,要固定在輪椅上;
5.20 成員約束錨地——硬件組裝和配件其中將載荷直接由汽車,輪椅和輪椅約束系統(tǒng)分擔(dān);
5.21 成員約束——成員約束系統(tǒng)或裝置,用來(lái)防止或減少車輛接觸,防止在車輛中發(fā)生危險(xiǎn)情況;
5.22 OEM——設(shè)備制造商;
5.23 骨盆克制——在極限運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)限制骨盆的運(yùn)動(dòng),降低軀干克制;
5.24 點(diǎn)——參考點(diǎn),從地面接地處距離為100MM的位置,縱向的輪椅約束位置,曲面與坐椅和靠背的面想接點(diǎn);
5.25 姿勢(shì)支持——用于支持一個(gè)人在預(yù)期位置的零部件,但不會(huì)通常用于在車輛碰撞時(shí)對(duì)成員產(chǎn)生約束;
5.26 安全硬件——輪椅固定系統(tǒng)的后端設(shè)備,連接在輪椅上;
5.27 安全點(diǎn)——位于輪椅上的點(diǎn),連接在輪椅接觸點(diǎn)的末端單元;
5.28 托盤——一個(gè)網(wǎng)狀材料帶,用于輪椅的固定;
5.29輪椅分析——用儀器來(lái)模擬輪椅的固定情況;
5.30 SWC——輪椅分析的縮寫;
5.31 實(shí)驗(yàn)輪椅——試坐輪椅的樣品,用來(lái)代替實(shí)際的輪椅來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
5.32 輪椅固定錨地——硬件組裝和配件,載荷直接分配在輪椅上;
5.33 WTORS——輪椅固定約束系統(tǒng)的縮寫。
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