Моделювання конструкції стенду для відновленням міцності рук для людей з обмеженими можливостями
Автор: Ільницький Остап Анатолійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Головними проблемами людей із обмеженими можливостями є реабілітація після травми та подальша адаптація у суспільство. Більшість людей із обмеженими можливостями ведуть активний спосіб життя, та все ж потребують можливості реабілітації, зокрема м’язів тіла, що ослабли внаслідок прикутості до інвалідного візка. Один із шляхів це придбання власного тренажерного обладнання та використання його вдома без будь-яких додаткових ускладнень. Проте, професійне обладнання є надто дорогим та займає значну площу приміщення. Та головне, воно не пристосоване для людей із обмеженими можливостями, тому їх використання інвалідами є ускладненим або зовсім неможливим. Ринок такої продукції розвинутий недостатньо. Не всі вироби можуть похвалитися сумісністю, ергономікою, що відповідає різним формам інвалідності, або вигідним співвідношенням ціни та якості конструкції. Об’єкт дослідження: особливості функціонування та обґрунтування критеріїв, що впливають на конструкцію вузлів та елементів проектованого універсального стенду для відновлення міцності рук людей. Предмет дослідження: геометричні, кінематичні та силові параметри вузлів стенда для відновлення міцності рук людей із обмеженими можливостями. Мета роботи – розроблення універсального стенду для відновлення міцності рук людей із обмеженими можливостями. В першому розділі роботи розглянуто конструкторське проектування універсального домашнього стенда зміцнення рук для людей з обмеженими можливостями. Серед критеріїв, які безпосередньо впливають на конструкцію, варто відзначити кріплення стенда до стіни в будинку людини із обмеженими можливостями. Причина в тому, що якщо людина, незалежно від стану здоров’я, опиняється в інвалідному візку, вона хоче бути максимально самодостатньою після лікування, і передбачається, що вона знайде безбар’єрне житло. Другий критерій включає поєднання тренажерних вправ, які повинні забезпечити навантаження м’язових частин, ослаблених тривалим перебуванням в інвалідному візку. Обґрунтовано правильну геометрії рами, щоб налаштування стенду підходили для людей різного зросту та різної висоти сидіння з інвалідного візка. Проведено графічний аналіз висоти та діапазону налаштувань стенда. В результаті цього обґрунтовано використання двох напрямних полірованих профілів, якими направляється втулка з поворотною опорою трироликової системи для змінного регулювання положення ручки. Розроблено елементи керування, що уможливлюють використання стенда людьми із тетраплегією. Внаслідок цього неможливо було використовувати стандартні стопорні штифти з кульковими кінцями, тому була розроблена спеціальна форма стопорного штифта. Набір тягарців необхідно було перемістити на висоту 315 мм від площини підлоги (мінімальна досяжність людини з інвалідного візка). Проектований стенд обладнано лише одним набором вантажів. Перевагою цього рішення є незалежність висоти лівого та правого поручнів. Шарнірне важіль педалі вільно з’єднується з рамою поліспаста, що реалізується фрикційним гальмом з маховиком. Перевага конструкції педалі полягає в тому, що маховик розміщений на двох натяжних колесах (самоцентруються). Це дозволяє здійснити обертання лише однієї педалі. Рух важеля педалі забезпечує гідропневматична стійка, переміщення якої можна зафіксувати кнопкою в будь-якому положенні під час висування і втягування. Результат моделювання методом скінчених елементів показує максимальне напруження на верхній частині зварної конструкції рами 48,1 МПа. За умови використання матеріалу рами – S235JHR із межею текучості Re = 235 МПа запас міцності становить 4,9 рази. В четвертому розділі роботи здійснено економічну оцінку отриманого проектного рішення. З метою оцінки отриманого проектного рішення з економічної сторони, в магістерській роботі проведено планування виконання магістерської роботи та низку відповідних розрахунків: витрат на її виконання, експлуатаційних витрат для отриманого проектного рішення, визначення ціни споживання проектного рішення. За розрахунками, термін розробки та впровадження проектного рішення складатиме 90 днів, за витрат на розробку і впровадження проектного рішення – 41615,56 грн. Дане проектне рішення можна буде використовувати 5 років. Сума річних експлуатаційних витрат на проектне рішення дорівнюватиме 38905,00 грн./рік, денна ціна споживання проектного рішення для організації-розробника складе 143,47 грн., для організації-покупця 145,59 грн. Ключові слова: міцність рук, метод скінчених елементів, моделювання, геометричні параметри, Autodesk Inventor, максимальне напруження, міцність конструкції.