Problematika ľudí odkázaných na invalidný vozík je stále aktuálna. Na našej SOŠ študujú aj telesne postihnutí žiaci. Momentálne sú to dvaja spolužiaci zo susedných tried. Obidvaja s postihnutím dolných končatín, odkázaný na invalidný vozík. Niekedy je pre nich ťažké dostať sa na miesta, kam sa bežne dostávame my. To nás viedlo k tomu, aby sme vytvorili pomôcku pre ľudí s daným hendikepom. Boli sme rozhodnutí pomôcť vozičkárom pri pohybe vo vonkajšom prostredí. Tam, kde končia pekné vydláždené chodníky, začína drsná realita.

Začali sme pomocou internetu skúmať ponuku exteriérových invalidných vozíkov u nás doma a v zahraničí. Zistili sme, že táto téma je veľmi aktuálna a živá. Postrehli sme, že sú to rôzne pojazdné kreslá, skútre, buginy, štvorkolky. U všetkých týchto typoch vozíčkar presadá zo svojho vozíka na iný stroj. Jeho vozík ostáva mimo. Je to veľká nevýhoda. To nastoľuje problém, ako túto nevýhodu vyriešiť. Naše konštrukčné riešenie túto možnosť ponúka. Účelom bolo, aby už nemusel vozičkár presadať na sedačku iného zariadenia. Presúva sa na neprístupné miesta aj so svojím vozíkom.

Cieľ bol jasný, vytvoriť funkčný prototyp invalidného vozíka do terénu. Konzultovať ergonómiu s vozičkármi. Pri skúmaní problematiky ergonómie invalidných vozíkov sme sa dozvedeli veľa poznatkov. Tematika konštrukcie terénneho invalidného vozíka zaujala aj nás, preto sa ňou zaoberáme v našej práci.

Cieľ práce

Hlavným cieľom našej práce je zhotoviť funkčný prototyp invalidného vozíka, ktorý umožní samostatný pohyb pre imobilných ľudí v teréne. Overovali sme vhodnosť použitých materiálov a pracovných postupov pri jeho zhotovovaní. Zamerať sme sa chceli na ochrannú funkciu vozíka a zhotoviť bezbariérovú zdvíhaciu plošinu pre bezpečné nastupovanie a vystupovanie a postupne vylepšovať ergonómiu daného vozíka.

Poznatky zo skúšobných jázd v teréne sú prenesené do praktickej podoby a tým postupne vylepšovať konštrukciu. Použité boli nám prístupné strojárenské technológie sústruženia, frézovania, ručného spracovania kovov, zvárania a povrchovej úpravy.
Celá konštrukcia nesmie presiahnuť hmotnosť 250 kg.

Bežné invalidné vozíky, na ktoré sú odkázaní mnohí telesne postihnutí občania, sa obvykle môžu pohybovať len po dobrom a pevnom povrchu. Takéto vozíky majú úzke pneumatiky, a preto sa s nimi len ťažko dá jazdiť po trávniku alebo inom menej súdržnom povrchu, ťažký terén je neprístupný.

Väčšiu slobodu pohybu umožňuje telesne postihnutým prototyp nášho nového invalidného vozíka, ktorý sme skonštruovali. Tento takpovediac "terénny" invalidný vozík umožňuje bezproblémovú jazdu po trávnikoch a iných nespevnených povrchoch.

Potrebujeme pohon, ktorý:

• vyvíja veľmi nízky merný tlak na nespevnený povrch,
• má trakciu ešte lepšiu oproti pneumatikám,
• nepoškodzuje asfalt, chodníky a dlažby,

týmto atribútom vyhovujú jedine široké gumené pásy.

Metodika práce

V práci sme postupovali nasledovne:

Konštrukciu terénneho invalidného vozíka sme začali už v školskom roku 2015/2016. Zaujala nás ponuka nášho vyučujúceho a neskôr konzultanta, Ing. Lukáša Roguľu a rozhodli sme sa pre zhotovenie funkčného terénneho invalidného vozíka. Prvým podkladom pre našu prácu bolo inšpiratívne video z internetu. Postupne sme na technickom kreslení navrhovali rôzne náčrty budúceho vozíka. Do užšieho výberu postúpili dve varianty. Jedna bola s pásovým pohonom, kde pás bol v tvare trojuholníka a druhá s automobilovými pneumatikami vpredu aj vzadu rovnakých rozmerov. Nasledovalo hľadanie inšpirácie na internetových stránkach, hľadanie materiálov, postupov a konzultácií s majstrom odborného výcviku v školských dielňach. Napokon sme sa rozhodli vyrobiť jednoduchšiu variantu.

Začali sme pracovať na prvých 3D nákresoch terénneho vozíka. Našim školským podmienkam vyhovoval náčrt, ktorý je uvedený v prílohe (pozri Príloha 1). Pustili sme sa do práce. Vedeli sme, že vozík nesmie presiahnuť rozmery d x š x v – 1800 mm x 1350 mm x 1900 mm. To je kvôli tomu, aby sa nám zmestil na prívesný vozík. Dôležitý bol výber materiálu a tiež stanoviť celkové konštrukčné riešenie. Pre hlavné materiály sme sa rozhodli takto: na oceľový rám – štvorcový jaklový profil (tento hutný materiál, podľa zoznamu, poskytla naša stredná odborná škola), na prednú nápravu sú použité náboje zo škody Felície. Zadnú nápravu z osobného automobilu Lada. Na spájanie materiálov sme pri práci používali zváranie v ochrannej atmosfére CO2. Modely sme povrchovo upravovali brúsením a ochranným zinkovým nástrekom. Ako pohon sme použili spaľovací motor a prevodovku továrenskej výroby. Osvedčila sa nám prevodovka od výrobcu záhradnej techniky VARI. Poskytuje tri prevodové stupne na jazdu dopredu a jeden stupeň spiatočný. Na pohon sme použili úplne nový štvortaktný motor od amerického výrobcu BRIGGS – STRATTON. Invalidný vozík sme vyrábali v školských dielňach a zváračskej škole Spojenej školy Juraja Henischa v Bardejove s využitím odborných rád majstrov odborného výcviku.

Pri prvej skúške terénneho invalidného vozíka motor roztáčal prevodovku a tá cez diferenciál otáčala gumené pneumatiky, na ktorých boli nasunuté pásy. Postupným pribrzďovaním jedného alebo druhého kolesa diferenciál presmeroval silu motora na opačné koleso, takto sa dal vozík smerovo ovládať. Minulý rok sme nedokázali urobiť kvôli časovej tiesni ďalšie skúšky. Tento školský rok sme sa zamerali na praktické skúšky v teréne – keď bol terén mokrý a inokedy, keď bol zamrznutý. Po týchto skúškach sme zistili, že materiál a samotná konštrukcia boli veľmi vhodne zvolené. Menšie problémy nám spôsobovalo nižšie uloženie plošiny vozičkára. Pri prejazde veľmi nerovným terénom bola umiestnená príliš nízko. Gumené pásy sa nám taktiež osvedčili na suchom aj mokrom povrchu. Komunikovali sme s vozičkármi. Obidvoch sme posadili na náš terénny vozík. Pýtali sme sa ich: „Aký je váš názor na náš terénny vozík? Videli ste už niečo podobné? Čo by ste odporúčali vylepšiť?“ Prekvapili nás ich reakcie a odpovede. „Konečne sa niekto takým niečím zaoberá. Nič podobné som ešte nevidel“. Vylepšil by nastupovanie vozičkára na plošinu.

Na základe týchto skúšok a pripomienok sme urobili tieto vylepšenia:
- zvýšili sme svetlú výšku terénneho vozíka na 250 mm,
- vystužili sme boky pásov oceľovým lankom Ø 4 mm,
- vyrobili sme ochranný rám kvôli bezpečnosti a prevráteniu vozíka,
- overili sme vhodnosť použitia štvortaktného spaľovacieho motora

S prvým prototypom sme sa zúčastnili Pilotného školenia – Robo Reha organizovaného v rámci projektu Leonardo da Vinci – Robotika v rehabilitácií, ktorú realizovala Technická univerzita v Košiciach Strojnícka fakulta Katedra robotiky. Taktiež sme sa zúčastnili Dňa otvorených dverí na SOŠ J. Henischa v Bardejove. Nadobudli sme nové poznatky a kontakty na rehabilitačných lekárov, sestry i terapeutov.

Výrobný postup

Pre zhotovovanie pásového invalidného vozíka potrebujeme tieto komponenty: dva kusy bočných napínacích zariadení, domčeky s ložiskami, napínacie skrutky, matice k napínacím skrutkám, zadnú nápravu s diferenciálom a bubnovými brzdami, spojku medzi diferenciálom a prevodovkou, prevodovku, odstredivú spojku, spaľovací motor, ochranný rám, blatníky, hydraulickú brzdovú sústavu, navijak a zdvíhaciu plošinu pre vozičkára (pozri Príloha 2).

Rám je najzložitejší diel. Jeho výrobe sme venovali veľkú pozornosť. Všetko sú to strojárenské technológie používané na odbornom výcviku študijného odboru Mechanik – nastavovač.
Začínali sme jaklovým profilom 50x50x3. Potrebovali sme tri šesť metrové profily rezať na rôzne dĺžky pod uhlami 90º, 45º a 15º. Veľmi dobre nám na tieto účely poslúžila CNC kotúčová píla KASTO.
Na zvárací stôl sme naskladali a zuhlovali všetky komponenty v požadovanom tvare. Požiadali sme majstra odborného výcviku, aby nám ich vzájomne pozváral. (Ešte sme neboli držiteľmi zváračských preukazov). Kontrolovali sme deformáciu, rozmery a pravouhlosť konštrukcie. V miestach, kde sa pohybuje napinák pásov, museli sme zvar opracovať, aby neprečnieval nad konštrukciu (pozri Príloha 3).

Na trapézových napínacích skrutkách sme na jednej strane sústružili čapy na ložiská. Na druhej strane sme pomocou deliaceho prístroja frézovali šesťhrany.
Na prednej náprave sme potrebovali vyriešiť upevnenie napínaku pásu a náboja kolesa. Na trapézovej skrutke je nalisované jednoradové kúželikové ložisko, to prenáša radiálne a axiálne tlaky pri napínaní pásu. Z vyradeného osobného automobilu Škoda Felícia sme odrezali náboje kolies. Pomocou štyroch 100 mm kúskov jaklovho profilu sme predĺžili vzdialenosť medzi oceľovou platňou a nábojom kolesa.

Z vyradeného automobilu Lada sme použili zadnú nápravu s diferenciálom. Aby sa zmestil na prívesný vozík, zúžili sme ju z oboch strán po 110 mm, aby celková šírka vozíka nepresiahla 1350 mm. Pri skracovaní sme dodržali súosovosť a obvodové hádzanie rozrezaného a znovu zvareného hriadeľa a obalu nápravy. Dobre nám pri tom poslúžila LUNETA upnutá na lôžku sústruhu SV 18 RA.

Motor prenáša výkon prostredníctvom šnekovej prevodovky na diferenciál. Pri pribrzďovaní jedného alebo druhého kolesa je prenesený celý výkon na opačné kolesá. Tak sa otáča pásové vozidlo.

Vyriešiť spojenie diferenciálu s prevodovkou bolo náročné. V tomto mieste sa prenáša väčšina sily a prenášajú sa vibrácie. Riešenie kardanovým krížom by nám posunulo ťažisko celého vozíka príliš dozadu. Zvolili sme riešenie pomocou oceľovej príruby medzikruhového prierezu. Prevodovku sme upevnili k rámu pomocou dvoch pásovín 15x40 mm a dvoch silent blokov. Upevnenie prevodovky a motora sa nám osvedčilo z dôvodu jednoduchej montáže a vymeniteľnosti (pozri Príloha 4).

Naša škola nás finančne podporila pri nákupe úplne nového motora BRIGGS – STRATTON 850 e–series. Je to štvortaktný spaľovací motor o zdvihovom objeme 190 cm3. Motor vyvíja maximálny výkon 4,8kW/ 6,5 HP. Umožňuje ľahký štart štartovacou šnúrou a dokonca je vybavený elektrickým štartérom.

Pri výbere spaľovacieho motora sme museli brať do úvahy umiestenie výfukového potrubia pre odvod spalín čo najďalej od chrbta vozičkára. Štvortaktný motor oproti dvojtaktnému má vyšší výkon, vyšší krútiaci moment. Vyznačuje sa nižšou hladinou hluku a nižšou spotrebou paliva. Kľukový hriadeľ motora je na výstupe ukončený valcovou časťou Ø1“ = Ø 25,4 mm.

Prevodovka je od výrobcu VARI. Osvedčila sa nám, tri prevodové stupne vpred a jeden spiatočný sa ukázali ako postačujúce.

Prenos krútiaceho momentu z motora na prevodovku sme konzultovali s predajcom. Ten nám potvrdili vhodnosť nadimenzovania motor – prevodovka. Krútiaci moment motora 11,5 Nm pri 3060 ot/min. dokáže prevodovka spoľahlivo prenášať.

Spojku sme volili samočinnú odstredivú priemeru Ø 80 mm. Nachádza sa na prírube z hliníkovej zliatiny, ktorá dobre odvádza teplo. Spojka má na vstupe priemer hriadeľa Ø1“ = Ø 25,4 mm, čo je zhodné s priemerom čapu motora. Motor a spojka sú spojené zverným spojom.

Kvôli bezpečnosti sú najviac dôležité brzdy. Sú bubnové hydraulické. Slúžia nielen na zastavenie terénneho invalidného vozíka, ale aj na jeho smerové riadenie. Tlačením páky brzdy je vozičkár zatlačovaný do sedadla vozíka, a to je pre neho najpohodlnejšie riešenie. Taktiež hydraulický systém znižuje silu na brzdenie a ovládanie. My sme riešili brzdy samostatne pre pravú a samostatne pre ľavú stranu. Je to jednoduché a ľahko sa takto ovláda smer jazdy. Pohyb páky pri brzdení nemôže spôsobiť zranenie, pretože všetky strižné časti sú skryté v plechovom trojuholníkovom profile ukončené gumenými manžetami. Páky sme chceli vyrobiť z materiálu príjemného na dotyk. Rozhodli sme sa použiť drevené bukové páky, ktoré sme nalakovali. Ergonómiu obidvoch pák sme neustále kontrolovali a nastavovali.

Zvýšili sme svetlú výšku na 250 mm pre dobrú priechodnosť v teréne. V dolnej polohe je plošina spustená na podlahe a vozičkár si môže plynule meniť svetlú výšku. Takto ovplyvňuje aj celkové ťažisko terénneho vozíka. Týmto si môže nastaviť plynule svetlú výšku terénneho vozíka podľa náročnosti terénu, po ktorom chce prejsť. Doladenie tohto systému nám zabralo najviac času.

Zdvíhacia plošina je ovládaná elektrickým navijakom s diaľkovým ovládaním.

Kvôli bezpečnosti a ochrane proti ošpliechaniu sú dôležité blatníky. Na pôvodnú konštrukciu sme privarili výstuhy pod blatníky. Okraje výstuh majú oblúkový tvar podľa rádiusu pneumatík (pozri Príloha 5).

Ohýbať jaklový profil nebolo v našich podmienkach možné. Preto sme do profilu urobili zárezy, ohli profil a opäť zvarili. Opracovali sme prevýšenia zvarov brúsením uhlovou brúskou s lamelovým brúsnym kotúčom.

Do výstuh sme prinitovali čierny plech. Tento plech nám poslúžil ako dobrý podklad pre uchytenie gumených blatníkov.

Gumené pásy sme zabezpečili proti vyzúvaniu. Zároveň sme týmto spevnili pásy proti pretrhnutiu. Do oboch bokov gumených pásov sme navŕtali 22 otvorov Ø 8 mm. Do každého jedného otvoru sme prestrčili skrutku, podložku a dva články reťaze a zaistili samo poistnou maticou M8. Cez oká reťazí sme prestrčili oceľové lanko Ø 4 mm dlhé 3 m a spojili svorkou.

Ochranný rám je dôležitý bezpečnostný prvok (pozri Príloha 6). Pri náhodnom prevrátení tvorí akúsi „ochrannú klietku“. Je vyrobený z oceľových rúrok kruhového prierezu Ø 25 mm. Rúrky sme narezali na potrebnú dĺžku, ohýbali a zvárali MAG zváračkou. Kvôli preprave sme tento rám vyrobili odnímateľný. Je zaistený štyrmi závlačkami. Na vrch rámu sme navarili držiak na pracovné svetlo.
Namontovali sme držiak akumulátora, akumulátor 12V 44Ah, spínač akumulátora, štartovacie tlačidlo, STOP tlačidlo a spínač pracovného svetla. Celý vozík sme obrúsili od rozstreku po zváraní, opracovali sme prechody zvarov. Zdrsnili sme povrch jemným brúsnym papierom, odmastili technickým benzínom a nastriekali zinkovým sprejom.

Záver

V rámci našej práce sme zhotovili funkčný prototyp invalidného vozíka do terénu, ktorý patrí medzi exteriérové športové vozíky s pevným rámom (pozri Príloha 7). Rozširovali sme minuloročnú prácu na základe pripomienok a praktických skúšok v teréne. Podľa druhu pohonu ide o nový typ a to vozík so spaľovacím motorom. Vozičkár nie je obmedzený kapacitou akumulátora. Konkurenčné vozíky majú pojazdovú rýchlosť maximálne 7 km/h. V našom prípade je to rýchlosť vyššia a to 10 až 15 km/h.

Rozmery nášho vozíka sme prispôsobili rozmerom mechanického vozíka. Aby sa zmestil na prívesný vozík, museli sme ho zúžiť. Vytvorili sme priestor aj pre spolujazdca, ktorý má možnosť zasahovať do riadenia vozíka. Sedadlo spolujazdca nijako neprekáža vozičkárovi.

Ako základné materiály sme použili oceľový jaklov profil 50x50x3 a čierny plech hrúbky 5mm . Využili sme materiál so starých vyradených áut. Niektoré súčiastky sme si vyrobili sami, alebo upravovali podľa vlastných predstáv. Použitím samo základového zinkového nástreku, sme ušetrili jednak čas kvôli vyschnutiu základnej i vrchnej farby, ale aj finančné prostriedky.

Tento vozík môžu vozičkári využívať pri pohybe v teréne. Často po úraze ľudia skončia so svojím koníčkom ako je hubárčenie, poľovníctvo, rybárstvo a iné. Pomocou tohto vozíka sa dostanú na miesta, kde by to bez do pomoci bolo nemožné.

Výhodou sú gumené pásy, ktoré ľahko zdolávajú väčšie prekážky. Vozičkár nemusí prevážať svoj vozík v zloženom stave, vezie sa spolu s ním a obdivuje čaro a krásy okolitej prírody. Vystačí si pri ovládaní vozíka sám, môže sa s ním viesť ďalší pasažier.

Po pripojení výkonnejšieho motora je využiteľný aj ako ťažné zariadenie.

V rámci práce sme neriešili iba konštrukciu rámu, upevnenie kolies, napínanie pásov, brzdy, spojenie motora prevodovky a diferenciálu. Riešili sme ergonómiu ovládacích prvkov, bezpečnosť vozičkára. Skonštruovali sme zdvíhaciu plošinu pre vozičkára. Namontovali sme navijak s diaľkovým ovládaním kvôli prípadnému uviaznutiu vozíka v mäkkom nespevnenom teréne. Overili sme pracovné postupy a materiály v praxi.

Otestovali sme vyrobený vozík v teréne. Komunikovali sme o ergonómii s vozičkármi. Vybavili sme vozík ochranným rámom proti prevráteniu (ten sme už zvárali sami, keďže už sme medzičasom nadobudli zváracie preukazy). Doplnené sú aj blatníky kvôli prípadnému ošpliechaniu. Vybavili sme štartovanie motora elektrickým štartérom namiesto štartovacej šnúry. Namontovali sme osvetlenie a reflexné prvky. Na vozík bola použitá mechanická prevodovka s troma stupňami vpred a jedným spiatočným.

Veríme, že vyrobený invalidný vozík do terénu pomôže invalidom i seniorom. Je to prototyp. Na prevádzku po komunikáciách je potrebné ho vybaviť evidenčným číslom kategórie C pre zvláštne motorové vozidlá. Dá sa skonštruovať aj v domácich podmienkach.

Fotogaléria

3D nákres terénneho vozíka

Zoznam použitého materiálu

Zváranie a obrusovanie konštrukcie 

 Upevnenie motora a prevodovky

 Zváranie výstuh pod blatníky

 Ochranný rám

Výsledok našej práce