碳纤维增强复合材料脚轮减少颠簸 改善残疾人轮椅使用体验

 

　　伟大的想法总是以一种不经意的方式来到人们身边。1997年，马克·切尔格伦(MarkChelgren)遇到了一个残疾人橄榄球队。他和队员们一起彻夜谈论运动员所使用的轮椅，这一讨论启发他开发了一种可替代传统刚性脚轮的轮椅前轮，也正因如此，FrogLegs公司诞生了。

 

　　位于爱荷华州的奥塔姆瓦公司(Ottumwa)是专门从事轮椅悬架精密制造的企业，其产品能够有效吸收冲击力。最近，切尔格伦决定使用碳纤维复合材料，制造新一代轮椅脚轮，而放弃传统的机加工铝材。位于明尼苏达州威诺纳的PlastiComp公司，专门从事长纤增强热塑性复合材料和技术的开发，该公司不仅是FrogLegs公司碳纤维复合材料方面合适的合作伙伴，而且也为生产碳纤维轮椅脚轮提供了巨大帮助。

 

　　之前的轮椅轮叉都是需要轮子向上越过障碍物，在这个过程中会使坐在轮椅上的人感到颠簸。为了改变这一点，切尔格伦设计了一个具有轴心点和楔形减震器的轮叉，这个轮叉允许轮子以一个弧形路径进行移动并越过障碍物，就好比飞机着陆装置一样。

 

　　切尔格伦说：“弧形是更有效的运动轨迹。但是它的压缩区域不是线性的，因此FrogLegs不使用传统的圆筒形减震器而是使用楔形减震器来更好的处理前后的不同载荷。”

 

　　尽管裂缝和不平坦路面对我们来说无关紧要，但是，四肢残疾的人需要通过轮椅来帮助其移动，当他们在路上越过障碍物时，他们几乎能够感受到每个障碍物导致的颠簸。连续一天的持续震动和颠簸，会使轮椅上的人感到疲劳甚至还会引起痉挛，有的可能还需要通过药物来治疗。

 

　　在爱荷华州立大学(ISU)工业研究和服务中心进行的测试显示，乘坐轮椅的人感受到的振动有80%来自于前轮。切尔格伦的改进设计可以将轮椅的振动减少76%。

 

　　PlastiComp公司的媒体营销经理柯克·弗拉茨克(KirkFratzke)表示，了解到FrogLegs公司正在寻找铝材替代品之后，爱荷华州立大学的一个研究人员参加了由PlastiComp举办的网络研讨会，以便了解长碳纤维增强热塑性塑料及其注塑成型工艺。弗拉茨克还表示：“我们提供的其中一项服务是，在整个设计和产品开发周期中(包括计算机建模)，对企业提供帮助，并实现客户所需要的解决方案”

 

　　切尔格伦坚信，相对于现在的机加工铝的方法，他和FrogLegs公司可以做的更好。他说：“因为任何额外的重量对于残疾人士而言都是很大的负担，因此我们一直致力于减轻产品的重量。注塑成型工艺允许我们制造更加复杂的零件，与此同时，碳纤维复合材料也为我们的设计参数提供了优势。”

 

　　弗拉茨克指出，无论是玻纤还是碳纤增强的材料，由于其性能特征，一直被认为是最合适的金属替代品。他还提到：“如果想使用热塑性塑料代替金属材料，那么长纤维就是一个非常好的选择，这种材料的性能与金属的机械性能非常相似。”

 

　　PlastiComp定制开发了增强聚氨酯复合材料，与车轮外滚动表面的聚氨酯进行结合。切尔格伦表示：“使用热塑性聚氨酯作为轮毂可以帮助我们获得一个化学键，而对于铝合金轮毂，其不同材料之间未完全结合并可能存在滑动。”

 

　　FrogLegs表示使用长碳纤增强复合材料代替铝合金，可以将一对FrogLegs的脚轮的重量减少33%，换句话说，重量减轻了将近半磅(约280克)，这个减少量是轮椅乘坐者能够切实感受到的。这个新设计和材料通过了北美康复工程学会(RESNA)的行业标准测试，其中包括数百万次的冲击力和跌落力测试，以及实际的使用测试。

 

　　弗拉茨克补充道，公司正在挖掘更多的使用这种碳纤维增强热塑性材料作为金属替代品的需求。他说：“PlastiComp的目标之一是将长纤维技术推向新产品和新市场，提供给那些想要使用注塑成型热塑性材料的公司。我们的碳纤维增强材料在在体育和娱乐市场上取得了非常大的成功，目前正尝试将其投放到其他市场中去。”(北京化工大学燕夏婧编译)