HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHUYỂN NGƢỜI KHUYẾT TẬT CHÂN TRONG HOẠT ĐỘNG ĐỜI SỐNG Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Ngọc Kiên Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TÓM TẮT : Hiện nay, Việt Nam nước có số lượng người bị chấn thương dẫn đến khả di chuyển lớn giới Cuộc sống người phải phụ thuộc nhiều vào xe lăn nhu cầu di chuyển lại Tuy nhiên, sống sinh hoạt ngày, để chuyển từ thiết bị xe lăn với vị trí khác như: giường, bàn làm việc, nhà vệ sinh, xe tơ,… họ phải thực đôi tay nhờ trợ giúp người xung quanh Bài báo đề xuất thiết kế phiên đầu nhằm hỗ trợ người tàn tật người thân họ nhiệm vụ Yêu cầu ý tưởng thiết kế đưa Sau đó, q trình tính tốn, kiểm nghiệm hệ thống tiến hành Từ khóa: hỗ trợ chuyển, người khuyết tật, xe lăn, thiết kế tính tốn GIỚI THIỆU Việt Nam quốc gia có tỷ lệ người tàn tật cao giới, chiếm 7,8% dân số [1] Nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ cao hậu to lớn để lại từ kháng chiến bảo vệ đất nước Ngoài ra, năm số vụ tai nạn giao thông xảy không nhỏ Con số thống kê năm 2016 có gần 9000 người chết 21000 người bị thương tai nạn giao thông [1] Một số không nhỏ người chịu ảnh hưởng sau khơng khả di chuyển chân nữa, thiết bị thường ngày giúp họ di chuyển nạng, xe lăn,… Xe lăn thiết bị hỗ trợ phổ biến hữu hiệu cho người tàn tật chân trình di chuyển lại Tuy nhiên, để chuyển xe lăn với vị trí khác hoạt động đời sống ngày như: lên/xuống giường, lên/xuống bồn cầu vệ sinh, lên/xuống xe tơ,… đa số người tàn tật phải tự thực đơi tay nhờ trợ giúp người thân Đối với người khuyết tật chân (NKTC) mà có đơi tay khơng khỏe mạnh cơng việc khó khăn Sự trợ giúp người thân Trang 364 bệnh nhân lựa chọn cho họ Tuy nhiên điều gây nhiều bất tiện đặc biệt khối lượng nặng nhọc công việc Xuất phát từ thực tế này, đề xuất phiên cấu hỗ trợ di chuyển NKTC hoạt động ngày Thiết bị thực tế giới có thương mại hóa Molift [2] Tuy nhiên, chi phí để người Việt tiếp cận trở ngại lớn thiết bị Hiện tại, theo tìm hiểu tác giả nước chưa có nghiên cứu sản phẩm thương mại sử dụng lĩnh vực Xuất phát từ nhu cầu này, nhóm tác giả nghiên cứu, đề xuất thiết kế tính tốn thiết bị hỗ trợ Trong báo này, trước hết tác giả trình bày yêu cầu thiết bị Sau đề xuất phương án thiết kế khí để đảm bảo chức hoạt động hệ thống Tiếp đến, q trình tính toán, kiểm nghiệm thực thi để đảm bảo yêu cầu tải trọng đặc biệt vấn đề an toàn cho thiết bị Kết luận báo trình bày số nhược điểm, hướng nâng cấp sản xuất thử nghiệm cho mơ hình HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Yêu cầu thiết kế phƣơng pháp đề xuất Mơ hình trợ giúp chuyển NKTC không nên sử dụng để di chuyển người khuyết tật Nó nên sử dụng để chuyển NKTC bề mặt khoảng cách nhỏ, nền, sàn phẳng Thiết bị không nên sử dụng cho cá nhân khả giữ cân ngồi thẳng đứng xe lăn mép giường Để thuận lợi cho trình thiết kế, sau số yêu cầu cho mô hình: Khối lượng người chuyển tối đa 120 kg Lực tối đa phải sử dụng kg lực để nâng hạ NKTC Lực nâng hạ thực người trợ giúp Kích thước thiết bị phù hợp với xe lăn có kích thước tiêu chuẩn với bề rộng xe 550 Hành trình nâng hạ tối đa thiết bị 500 Thiết bị gấp gọn không sử dụng Đảm bảo an toàn nâng, chuyển NKTC 11 12 13 14 Hình Kết cấu cấu trợ giúp chuyển NKTC Từ yêu cầu nêu cho thiết bị, ta nhận thấy tỉ số truyền yêu cầu cho thiết bị lớn (n = 40), điều gợi ý cho sử dụng số cấu có tỉ số truyền cao như: trục vít bánh vít, truyền bánh hành tinh… Bên cạnh đó, xuất phát từ yêu cầu thiết bị sử dụng người trợ giúp để quay thiết bị từ sinh dịch chuyển cho NKTC lên/xuống khỏi xe lăn, cấu kết hợp truyền bánh hành tinh kết nối với cấu truyền động vít me đai ốc thường đề xuất để thực nhiệm vụ Dựa vào tỉ số truyền ta phân bổ tỉ số truyền sơ n=n1.n2 Trong n1 = 10 tỷ số truyền bánh hành tinh, n = tỷ số truyền vít me-đai ốc Từ ta tính tốn để chọn thơng số trục vít phù hợp để đảm bảo tải, an toàn cho người sử dụng tức khả tự hãm vít me đai ốc Sau dựa vào kích thước xe lăn, khoảng nâng tối đa thiết bị, kết cấu truyền động lựa chọn kết cấu hồn thiện hệ thống thể Hình Nguyên lý hoạt động hệ thống đơn giản: dựa vào kịch q trình sử dụng ta có số trường hợp sau: Chuyển NKTC từ giường lên xe lăn ngược lại : NKTC phải tự di chuyển đến mép giường, ngồi lên ngồi cấu treo (sitting sling) Thiết bị đưa đến mép sát giường, cho chân thiết bị vào gầm giường, khóa bánh xe cố định vị trí lại, quay cần để hạ tay nâng xuống Sau dây nâng (split sling) nối với ngồi móc vào điểm tay nâng Sau điều chỉnh ổn định, trọng tâm NKTC với thiết bị người hỗ trợ quay tay quay để nâng Trang 365 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM NKTC lên Khi NKTC rời khỏi mặt phẳng giường, người trợ giúp mở khóa bánh ra, đẩy thiết bị chỗ trống đoạn vừa đủ không gian xe lăn vào khoảng trống chân thiết bị Người trợ giúp khóa bánh lại, sau vừa quay tay để hạ NKTC xuống, vừa chỉnh vị trí cho xác Cần lưu ý rằng, NKTC nâng thiết bị chân họ đặt chân đế 20 Kịch chuyển NKTC từ xe lên bồn cầu: thao tác tương tự kịch Điểm khác biệt thay ngồi cấu treo dạng có lỗ thông để thuận lợi cho NKTC rút vệ sinh lót vào muốn nâng NKTC trở lại xe lăn Kịch chuyển NKTC lên/xuống xe: Thực tương tự kịch từ giường lên xe ngược lại Để đáp ứng yêu cầu gấp gọn thiết bị không sử dụng, ta sử dụng kết cấu gập lại cho chân, đồng thời tay nâng xoay gập gọn lại Hình Hình Trạng thái gấp gọn thiết bị Một lưu ý nhỏ thiết kế hệ thống nâng chuyển NKTC là, để giảm tác dụng lực dọc trục vít nâng/hạ NKTC hệ thống sử dụng vai 13 Nguyên nhân để lực dọc trục truyền qua nối trục tác dụng trực tiếp vào hộp giảm tốc hộp giảm tốc khơng chịu lực dọc trục lên tới 1200 N Tính tốn kiểm nghiệm bền an tồn thiết bị 3.1 Kiểm nghiệm cho số chi tiết a Thân Theo Hình Hình 4.a, trọng lực P đưa thân trụ tạo thành lực hướng tâm N moment M1 N = P = 120 kg = 1200 N Hình Mơ hình tính tốn thiết bị Trang 366 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Moment lớn nhất: Mmax = 660 Nm = 660000 N.mm Riêng thân chịu thêm lực nén hướng tâm N = 1200 N [ ]  Ứng suất tiếp:  Ứng suất tương đương: √ √ [ ] b) Tay nâng Theo Hình 4.b, tương tự ta tính tốn cho tay nâng Bước ren : [ ] Lấy pz=10 mm Kiểm tra tính tự hãm: [ ] Ứng suất tiếp moment xoắn sinh ra: ( ) ( ) Kết luận Ứng suất tương đương là: √ √ [ ] Hồn tồn tương tự ta tính toán lực, vẽ biểu đồ moment kiểm nghiệm cho chi tiết lại Hình 4.c 4.d 3.2 Tính tốn, kiểm tra tính tự hãm trục vít Dựa vào tài liệu [3][4] với thơng số Thép C45: [ ]= 500~~640 N/mm2 Trục vít chịu lực nén N= 1000N √   √ = 25 mm  Ứng suất pháp:   Đủ khả tự hãm [ ] => Chọn sơ d Bài báo trình bày q trình thiết kế, tính tốn thiết bị chuyển NKTC hoạt động đời sống hàng ngày Thiết bị thiết kế đảm bảo khả nâng NKTC có trọng lượng tính tốn 120 kg lực kg Q trình tính tốn, kiểm nghiệm đảm bảo cho thiết bị làm việc an toàn Ngồi ra, việc chọn thơng số vít me phù hợp đảm bảo an tồn cho NKTC q trình chuyển Hướng phát triển nghiên cứu chế tạo thử nghiệm sản phẩm Mơ hình chế tạo, láp ráp, treo tải trọng lên để thực di chuyển định Liên quan tới vấn đề thương mại hóa cho sản phẩm tốn cần đặt Hiện tại, nhóm tác giả tính tốn chi phí có so sánh với mẫu thương mại Model 1000 LLC chi phí ½ Trong tương lai đưa vào sản xuất hàng loạt chắn giảm giá xuống nhiều TAI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguồn Internet: Trang 367 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM http://cand.com.vn/Xa-hoi/dam-bao-quyenva-loi-ich-cua-nguoi-khuyet-tat-375574/ [2] https://www.etac.com/products/hoists-andslings/mobile-hoists/ http://nld.com.vn/thoi-su-trong-nuoc/8685nguoi-chet-vi-tai-nan-giao-thong-nam-201620170104101534277.htm [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính tốn hệ dẫn động khí Nhà xuất giáo dục [4] Đặng Việt Cương, Sức bền vật liệu toàn tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật DESIGN AND CALCULATE THE TRANSFER AID DEVICE FOR THE LOWER LIMB DISABILITY PEOPLE IN DAILY LIVING ABSTRACT : Currently, Vietnam is one of countries which has high number of injured people leading to loss of the ability of locomotion The lives of these people depend heavily on the wheelchair in the need of travel However, in daily life in order to move from wheelchair equipment to other places such as bed, desk, toilet, car they have to by their hands or thanks to the help of people around This article proposes the early version design to assist the disable people as well as their relatives in these tasks Requirements and design ideas will be given first After that, the process of calculating and testing the system is carried out Keywords: transfer aid, disabilty people, wheelchar, design and calculation Trang 368 ... thiết kế, tính toán thiết bị chuyển NKTC hoạt động đời sống hàng ngày Thiết bị thiết kế đảm bảo khả nâng NKTC có trọng lượng tính tốn 120 kg lực kg Q trình tính tốn, kiểm nghiệm đảm bảo cho thiết. .. đai ốc Sau dựa vào kích thước xe lăn, khoảng nâng tối đa thiết bị, kết cấu truyền động lựa chọn kết cấu hồn thiện hệ thống thể Hình Nguyên lý hoạt động hệ thống đơn giản: dựa vào kịch q trình... Khi NKTC rời khỏi mặt phẳng giường, người trợ giúp mở khóa bánh ra, đẩy thiết bị chỗ trống đoạn vừa đủ không gian xe lăn vào khoảng trống chân thiết bị Người trợ giúp khóa bánh lại, sau vừa quay