Treball Final de Grau - upcommons.upc.edu

Treball Final de Grau

Disseny d’un sistema d’ancoratge pel transport de

persones en cadires de rodes

Grau en Enginyeria Mecànica

Curs 20/21

Autor: Aleix Páez Casas

Tutora: Maria Dolores Riera Colom

Data: 11/06/2021

Localitat: Manresa

Disseny d’un sistema d’ancoratge pel transport de persones en cadires de rodes

1

RESUM

Segons dades de l’Institut Nacional d’Estadística, a Espanya hi ha 3.85 milions de persones

que sofreixen cert grau de discapacitat. D’aquest nombre total hi ha un 12% que sofreixen

una discapacitat que afecta la mobilitat. Normalment, aquesta part de la població tendeix a

sofrir problemes en les seva vida diària, ja que les infraestructures no estan lo suficientment

adaptades. De vagades es millor agafar transport privat que transport públic perquè

proveeix de més llibertat i et permet arribar a punts on no t’ho permetria el transport

públic. En el mercat hi ha diferents sistemes que permeten fixar una cadira de rodes en un

vehicle com una cadira regular, però la majoria d’aquests sistemes presenten algun tipus de

limitació, algunes fins i tot, en cas d’impacte no funcionarien de la mateixa manera que un

seient regular. El sistema proposat millora aquests problemes a un cost més baix. A més,

aporta més seguretat i permet al usuari ser autònom. Seguidament, també compleix amb la

regulació internacional sent aquest sistema capaç de suportar una força de 22250 N en cas

d’un impacte frontal.


2

ABSTRACT

In Spain there are 3,85 millions of people that suffer some kind of disability according to INE

“Instiuto Nacional de Estadística”. Of this total number the 12% suffer a disability which

affects the mobility. Usually this people tend to suffer problems in their daily activities

because the infrastructures are not adapted for them. Sometimes is better to take private

transport than public one because it provides more freedom and it also allows travelling to

places where the public transport does not arrive. In the market there are some different

systems that allow fixing a wheelchair into a vehicle working as a regular seat but almost all

of them present some kind of limitation or do not work as great as a car seat would act in

case of impact. The proposed system improves these problems at a low cost making it is

safer and it allows the user being autonomous. It complies with all the international

regulations being capable of supporting a force of 22200 N in case of frontal impact.


3

ÍNDEX

RESUM ................................................................................................................................. 1

ABSTRACT .......................................................................................................................... 2

ÍNDEX ................................................................................................................................... 3

1. INTRODUCCIÓ .............................................................................................................. 13

1.1. Objectius del projecte .............................................................................................. 16

1.2. Abast del projecte .................................................................................................... 16

1.3. Motivació ................................................................................................................. 16

2. LA PROBLEMÀTICA DEL TRANSPORT DE PERSONES EN CADIRA DE RODES ... 17

2.1. Tipus de transports .................................................................................................. 17

2.1.1. Transport públic ............................................................................................. 18

2.1.2. Transport privat .............................................................................................. 18

2.2. Sistemes de retenció ............................................................................................... 18

2.2.1. Sistemes mitjançant quatre cinturons de seguretat ........................................ 18

2.2.2. Sistemes d’auto enclavament ........................................................................ 22

2.2.3. Sistemes de barres rígides ............................................................................ 27

2.2.4. Conclusions ................................................................................................... 28

2.3. Tipus de cadires ...................................................................................................... 29

2.3.1. Manuals ......................................................................................................... 30

2.3.2. Elèctriques ..................................................................................................... 30

3. DISSENY DEL SISTEMA D’ANCORATGE.................................................................... 31

3.1. Normativa vigent ...................................................................................................... 31

3.1.1. ISO 10542 ..................................................................................................... 31


4

3.1.2. ISO 7176-19 .................................................................................................. 33

3.2. Selecció del model de cadira ................................................................................... 33

3.3. Requeriments del sistema d’ancoratge .................................................................... 36

3.4. Disseny inicial .......................................................................................................... 36

3.4.1. Elements que componen el disseny inicial ..................................................... 37

3.4.2. Funcionament del disseny inicial.................................................................... 38

3.4.3. Conclusions del disseny inicial ....................................................................... 40

3.5. Disseny final ............................................................................................................ 40

3.5.3. Funcionament del disseny final ...................................................................... 61

3.6. Càlculs..................................................................................................................... 64

3.6.1. Hipòtesis i consideracions inicials .................................................................. 65

3.6.2. Sistema de coordenades i criteri de signes .................................................... 66

3.6.3. Càlcul del Centre de gravetat ......................................................................... 67

3.6.4. Càlcul d’esforços ........................................................................................... 74

3.6.5. Càlcul de les molles ....................................................................................... 78

3.7. Simulacions d’elements finits ................................................................................... 80

3.7.1. Base ancorada al terra ................................................................................... 81

3.7.2. Base fixada a la cadira ................................................................................... 82

4. ESTUDI ECONÒMIC ...................................................................................................... 84

4.1. Costos d’enginyeria ................................................................................................. 84

4.2. Costos dels elements de disseny propi .................................................................... 85

4.3. Costos dels components comercials ........................................................................ 86

4.4. Costos d’altres processos de fabricació ................................................................... 88

4.5. Cost total ................................................................................................................. 88

5. IMPLICACIONS AMBIENTALS ..................................................................................... 89


5

5.1. Disseny .................................................................................................................... 89

5.2. Fabricació ................................................................................................................ 89

6. CONCLUSIONS ............................................................................................................. 90

7. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 91

8. ANNEXOS ..................................................................................................................... 92


6

LLISTAT DE FIGURES

Figura 1: Gràfic de la taxa de persones amb discapacitat per cada mil habitants a l'estat

Espanyol (INE) .................................................................................................................... 13

Figura 2: Tipus de discapacitats per cada mil habitants, distingint entre homes i dones (INE)

........................................................................................................................................... 13

Figura 3: Taxa de treball segon el tipus de discapacitat (INE) ............................................. 14

Figura 4: Tipus d'ajudes rebudes segons el grau de discapacitat (INE) .............................. 14

Figura 5: Piràmide de població espanyola, comparativa entre l'any 1993, 2020 i 2043 ....... 15

Figura 6: Cadira ancorada mitjançant un sistema de quatre cinturons de seguretat ............ 19

Figura 7: Gama de cinturons de la marca Access-Ability® .................................................. 19

Figura 8: Gama de fixacions al terra de la marca Access-Ability® ...................................... 20

Figura 9: Gama de fixacions al terra de la marca Access-Ability® ...................................... 20

Figura 10: Sistema de cinturons davanters retràctils de l'empresa B-Syle Mobility Solutions®

........................................................................................................................................... 20

Figura 11: Moment previ a l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un

sistema de cinturons ........................................................................................................... 21

Figura 12: Moment inical de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb

un sistema de cinturons ...................................................................................................... 21

Figura 13: Moment final de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un

sistema de cinturons ........................................................................................................... 22

Figura 14: Exemple de sistema d’autoenclavament ............................................................ 23

Figura 15: Mecanisme del sistema Ez Lock® ....................................................................... 23

Figura 16: Mecanisme i actuador elèctric del sistema d'Ez Lock® ...................................... 24

Figura 17: Components del sistema VarioDock de Dahl Engineering® ............................... 24

Figura 18: Mecanisme interior del sistema VarioDock de Dahl Engineering® ..................... 25

Figura 19: Moment previ a l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un

sistema d'auto enclavament ................................................................................................ 25


7

Figura 20: Moment inical de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb

un sistema d'auto enclavament ........................................................................................... 26

Figura 21: Moment final de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un

sistema d'auto enclavament ................................................................................................ 26

Figura 22: Sistema de fixació d'una cadira mitjançant barres rígides .................................. 27

Figura 23: Fixació d'una cadira mitjançant un sistema de barres rígides ............................. 28

Figura 24: Gràfic que mostra la disposició dels cinturons en l’eix davanter per un sistema

d'ancoratge mitjançant cinturons (ISO 10542) ..................................................................... 32

Figura 25: Gràfic que mostra la disposició dels cinturons en l’eix posterior per un sistema

d'ancoratge mitjançant cinturons (ISO 10542) ..................................................................... 32

Figura 26: Força aplicada al CG de la cadira depenent del tipus de vehicle segons la norma

ISO 10542 ........................................................................................................................... 32

Figura 27: Gràfic representat l'aplicació de la força i el sentit del moviment en cas d'impacte

establer per la norma ISO 10542 ........................................................................................ 33

Figura 28: Model de cadira seleccionat, Quickie Q100 R de Sunrise Medical® ................... 35

Figura 29: Característiques de la cadira Quickie Q100 R .................................................... 36

Figura 30: Base de la cadira del disseny inicial ................................................................... 37

Figura 31: Base fixa al terra del disseny inicial .................................................................... 38

Figura 32: Conjunt del disseny inicial .................................................................................. 38

Figura 33: Procés d'ancoratge disseny inicial ...................................................................... 39

Figura 34: Posició de la cadira ancorada del disseny inicial ................................................ 39

Figura 35: Esquema de les dimensions principals de la cadira Quickie Q100 R.................. 41

Figura 36: Paràmetres per a l'ala mínima de plegat de xapa (Metalmag) ............................ 42

Figura 37: Gràfic del potencial que afecta en el parell galvànic (Safe food factory) ............. 43

Figura 38: Disseny final ....................................................................................................... 43

Figura 39: Mecanisme del disseny final............................................................................... 44

Figura 40: Vista explotada conjunt base terra ..................................................................... 45


8

Figura 41: Conjunt base terra .............................................................................................. 46

Figura 42: Vista explotada conjunt base fixada cadira......................................................... 46

Figura 43: Conjunt base cadira soldat ................................................................................. 47

Figura 44: Mides DIN 7991 ................................................................................................. 48

Figura 45: Diferència de mides entre cabotes d’un DIN 933 I un HFH ................................ 48

Figura 46: Components del sistema d’accionament/ancoratge ........................................... 49

Figura 47: Elements que formen el conjunt d’ancoratge ...................................................... 50

Figura 48: Passador de boles ............................................................................................. 50

Figura 49: Funcionament d’un passador de boles (Anemo Engineering)............................. 51

Figura 50: Cotes del passador seleccionat (Norlem) ........................................................... 51

Figura 51: Conjunt d’accionament ....................................................................................... 52

Figura 52: Vista detallada dels components que conformen l’accionament ......................... 52

Figura 53: Cotes de la molla seleccionada (Sodemann Muelles-Industriales®) .................. 53

Figura 54: Conjunt tub horitzontal ....................................................................................... 54

Figura 55: Vista de secció del tub ....................................................................................... 55

Figura 56: Conjunt guia ....................................................................................................... 55

Figura 57: Vista explotada del patí de niló ........................................................................... 56

Figura 58: Conjunt tub vertical ............................................................................................ 57

Figura 59: Vista detallada de la roda del conjunt tub vertical ............................................... 57

Figura 60: Conjunt tub rodó................................................................................................. 58

Figura 61: : Vista isomètrica de la tapa ............................................................................... 59

Figura 62: Vista de secció de la tapa .................................................................................. 59

Figura 63: Vista isomètrica de la xapa de regulació ............................................................ 60

Figura 64: Vista de les xapes de regulació muntades al conjunt base cadira ...................... 60

Figura 65: Posició d’entrada a la base ................................................................................ 61


9

Figura 66: Posició abans de realitzar la fixació.................................................................... 61

Figura 67: Zona on cal aplicar la pressió a la maneta ......................................................... 62

Figura 68: Funcionament del sistema d’accionament .......................................................... 62

Figura 69: Sistema vist sense la tapa .................................................................................. 63

Figura 70: Sentit del moviment per ancorar la cadira .......................................................... 63

Figura 71: Sistema en posició de cadira ancorada .............................................................. 64

Figura 72: Forces que actuen en el conjunt ........................................................................ 65

Figura 73: Eixos de coordenades emprats .......................................................................... 66

Figura 74: Criteri de signes aplicat ...................................................................................... 67

Figura 75: Diagrama de forces per al càlcul del CG en l’eix x ............................................. 69

Figura 76: Diagrama de forces del CG respecte l’eix y ........................................................ 71

Figura 77: Angle amb el que s’ha aixecat la cadira respecte al terra ................................... 72

Figura 78: Coordenades del CG plasmades a la cadira ...................................................... 73

Figura 79: Diagrama de forces aplicant la primera hipòtesis ............................................... 74

Figura 80: Diagrama de forces aplicant la primera hipòtesis ............................................... 76

Figura 81: Diagrama de forces a la maneta ........................................................................ 78

Figura 82: Disposició de les molles en paral·lel................................................................... 79

Figura 83: Distribució de tensions de la base ancorada al terra .......................................... 81

Figura 84: Desplaçaments de la base ancorada al terra ..................................................... 82

Figura 85: Distribució de tensions de la base ancorada a la cadira ..................................... 83

Figura 86: Desplaçaments de la base ancorada a la cadira ................................................ 83


10

LLISTAT DE TAULES

Taula 1: Categoria de vehicles segons la directiva CE/2001/85 .......................................... 18

Taula 2: Comparativa entre els tres tipus de sistemes de retenció existents ....................... 29

Taula 3: Models i marques de cadires rellevants ................................................................. 34

Taula 4: Taula ponderada per de seleccionar el model de cadira ....................................... 35

Taula 5: Components que conformen conjunt base terra .................................................... 45

Taula 6: Components que formen el conjunt base cadira .................................................... 47

Taula 7:Components que formen el sistema d’accionament/ancoratge ............................... 50

Taula 8: Components que formen el conjunt d'ancoratge .................................................... 50

Taula 9: Dimensions del passador seleccionat.................................................................... 51

Taula 10: Components que conformen el sistema d'accionament ....................................... 53

Taula 11: Mides de la molla seleccionada ........................................................................... 54

Taula 12: Components que formen el conjunt tub horitzontal .............................................. 54

Taula 13: Components del conjunt guia .............................................................................. 56

Taula 14: Components que formen el conjunt tub vertical ................................................... 58

Taula 15: Components que formen el tub rodó ................................................................... 59

Taula 16: Resultat de les coordenades del CG en l'eix x i y ................................................ 73

Taula 17: Resultats de les dues hipòtesis ........................................................................... 77

Taula 18: Esforços segons la Hipòtesis 1............................................................................ 80

Taula 19: Propietats mecàniques del acer estructural S235JR ........................................... 80

Taula 20: Costos d'enginyeria ............................................................................................. 84

Taula 21: Costos dels elements de disseny propi ............................................................... 86

Taula 22: Costos del components comercials ..................................................................... 87

Taula 23: Costos d'altres processos de fabricació............................................................... 88

Taula 24: Cost total ............................................................................................................. 88


11


12

GLOSSARI D’ABREVIATURES

PMR: Persona amb Mobilitat Reduïda

CG: Centre de Gravetat


13

1. INTRODUCCIÓ

A nivell estatal 3,85 milions de persones presenten algun tipus de discapacitat o limitació

segons dades publicades l’any 2008 per l’INE (Instituto Nacional de Estadística). Aquesta

dada suposa un 9 % del total de la població.

A continuació es presenta un gràfic edat/taxa per cada mil habitants de persones amb

discapacitat a Espanya. Es pot observar que a mesura que augmenta la edat major es el

nombre de persones que pateixen algun tipus de discapacitat, en gran part degut als efectes

de l’edat avançada.

Figura 1: Gràfic de la taxa de persones amb discapacitat per cada mil habitants a l'estat Espanyol (INE)

Figura 2: Tipus de discapacitats per cada mil habitants, distingint entre homes i dones (INE)


14

En la Figura 2 s’observen els diferents tipus de discapacitats, tal i com es veu la principal

tipologia es la que afecta a la mobilitat, amb taxes per cada mil habitants de 42,6 pels

homes i 77,5 per a les dones, suposant en total un 12% de les discapacitats.

En referència a la vida quotidiana, concretament analitzant el factor del treball s’observa

que el 21,6% de les persones amb problemes de mobilitat treballa, amb una edat compresa

entre els 16 i 64 anys, sent el tercer grup amb més taxa de treball dins del col·lectiu.

Figura 3: Taxa de treball segon el tipus de discapacitat (INE)

Les ajudes tècniques i personals faciliten el dia a dia de les persones amb discapacitats,

elements com cadires de rodes, caminadors, crosses, audiòfons, es consideren ajudes

tècniques. Per altra part hi ha l’ajuda personal, aquest contempla totes les persones que

donen assistència als discapacitats. Ambdues provoquen la disminució de la gravetat de la

discapacitat. En els següents gràfics es contemplen les ajudes en forma de percentatge,

discernides per sexe, entre homes i dones.

Figura 4: Tipus d'ajudes rebudes segons el grau de discapacitat (INE)


15

En el cas de les persones amb problemes de mobilitat, es veuen obligats a requerir d’algun

tipus d’ajuda per poder realitzar diferents tasques que comporta la vida quotidiana.

Tot i les ajudes existents per ajudar a millorar la mobilitat, el col·lectiu es troba amb

nombrosos problemes que afecten el lliure desplaçament en forma de barreres

arquitectòniques i falta d’equipaments en instal·lacions i transports. Segons l’INE el 51,5%

de persones amb problemes de mobilitat, presenta problemes per moure’s amb facilitat per

casa seva. Al carrer la situació no millora, com a mínim el 50% de discapacitats afirmen tenir

problemes amb les voreres i altres elements com, papereres, forats, passos estrets, entre

d’altres. En referència al transport públic els problemes segueixen amb un 40,7% en

problemes per accedir a aquests.

A continuació, es pot veure la piràmide de població d’Espanya de l’INE. En aquesta

s’aprecien les diferents edats de la població en l’eix d’ordenades i el percentatge que

representen en l’eix d’abscisses, aquest últim eix es troba dividit per sexe, a l’esquerra es

troben els homes i a la dreta les dones. Per altra part hi ha tres colors diferents de línies per

diferenciar els tres anys diferents: 1993, 2020 I 2043.

Figura 5: Piràmide de població espanyola, comparativa entre l'any 1993, 2020 i 2043

Analitzant aquestes dues figures s’observa que la tendència és que la població d’Espanya

vagi envellint cada cop més, acumulant gran part del percentatge de la població en la franja

alta d’edat. Com a conseqüència, aquest fet provocarà un major nombre de persones amb

discapacitat, ja que com es veu a la Figura 5, com major és l’edat, major és el nombre de

persones amb algun tipus de discapacitat.

Veient els diferents problemes que es presenten i tenint en compte que la tendència de la

piràmide de població del país és envellir-se, cal prestar especial èmfasi a la problemàtica per

tal de poder millorar la situació i fer que aquestes persones puguin dur a terme una vida

digna, amb igualtat de condicions i oportunitats que una persona sense discapacitats.


16

1.1. Objectius del projecte

L’objectiu d’aquest projecte és l’estudi i disseny d’un sistema d’ancoratge per al transport

d’usuaris amb cadira de rodes que cobreixi les mancances dels sistemes que hi ha existents.

Després d’haver investigat el mercat i veure quins són els punts forts i febles de cada de les

diferents solucions, es fixen com a requeriments els següents punts per al nou sistema:

- Que l’usuari de la cadira de rodes es pugui ancorar i desancorar de forma totalment

autònoma.

- Més segur que les solucions existents proporcionant més punts d’ancoratge i més

sòlids.

- Econòmic.

- Fàcil d’utilitzar.

- Temps d’accionament ràpid.

- Que compti es pugui deixar lliure la cadira de forma manual per l’usuari en cas

d’emergència.

1.2. Abast del projecte

L’abast d’aquest projecte consta del disseny del propi sistema d’ancoratge que permet fixar

una cadira de rodes amb el terra d’un vehicle. El disseny compren des de la idea del

funcionament del sistema, passant pel disseny dels diversos components que el conformen

analitzant diversos materials i geometries buscant que sigui capaç de suportar els esforços

requerits per la normativa internacional.

Tot aquest treball no pot ser possible sense un previ anàlisi dels diversos tipus de sistemes

de retenció entre cadira de rodes i vehicle existents al mercat, de forma que a partir d’una

fotografia global es fixen els objectius esmentats i així doncs s’abasten aquests.

1.3. Motivació

La motivació d’aquest projecte ve donada per l’experiència personal amb familiars en

cadires de rodes.

Començant pel meu avi de part materna, Joan Casas, diagnosticat amb esclerosis múltiple i

com a conseqüència de la malaltia va acabar en cadira de rodes. La meva família va haver de

fer molts esforços i es va trobar amb certes mancances d’equipament ja que en l’època dels

80/90 no es disposava dels equipaments que hi ha a l’actualitat, tot i que encara ara mateix

en molts casos segueixin sent insuficients. En el cas del meu avi jo no vaig poder

experimentar aquests problemes ja que va morir quan jo tenia dos anys i tot el que se ha

vingut transmès a través de la família.

Per altra part, tinc un altre familiar amb un cas molt més recent. Concretament és el meu

pare, Toni Páez, diagnosticat fa uns anys d’una malaltia respiratòria crònica. Va passar de


17

poder fer vida normal a quedar-se assegut en una cadira de rodes degut a la infecció del

virus SARS-CoV-2, la qual li va provocar la pèrdua de musculatura de les cames i la

desconnexió neuronal amb els nervis encarregats de controlar-les. A casa va ser un cop dur,

sobretot al principi, tant per la pròpia situació com per la falta de recursos ja que no

disposàvem de cap tipus d’equipament. A mesura que vam anar aconseguint recursos i

afrontant-nos a les diverses adversitats que un es troba en el dia a dia en una situació com

aquesta va anar millorant la nostra rutina. Aquest fet a nivell personal em va servir per

adornar-me de la gran quantitat de problemes que es troba una persona usuària de cadira

de rodes per poder fer les coses del dia a dia, inclús les mes bàsiques com pot ser sortir de

casa o pujar al cotxe.

Per aquests motius, com a estudiant d’enginyeria vaig decidir que el meu projecte

consistiria en dissenyar algun sistema o aparell relacionat amb el sector de les persones en

cadira de rodes, concretament un sistema d’ancoratge cadira/vehicle ja que, d’alguna forma

volia aportar el meu granet de sorra a aquest col·lectiu.

2. LA PROBLEMÀTICA DEL TRANSPORT DE PERSONES EN CADIRA DE RODES

En els propers apartats es tractaran els diversos aspectes relacionats amb el transport de

persones PMR.

2.1. Tipus de transports

La societat actual compta amb una gran varietat de transports, poden ser per terra, mar o

aire, i poden estar destinats al transport de persones, mercaderes o animals. Per al

desenvolupament del projecte s’ha pres la decisió d’enfocar l’estudi concretament cap als

vehicles destinats al transport de persones per carretera.

La Unió Europea amb la directiva CE/2001/85 estableix les diferents categories de vehicles

que hi ha per al transport de persones.

Categoria de vehicle Descripció

M1 Vehicle amb un nombre de places inferior a

8 més el conductor.

M2 Vehicle amb un nombre de places superior a

8 més el conductor i amb una massa

màxima tècnica autoritzada igual o inferior a

5000 kg. A part de les places dels seients,

poden tenir espai per a les persones viatgin

de peu.


18

M3 Vehicle amb un nombre de places superior a

8 més el conductor i amb una massa

màxima tècnica autoritzada superior a 5000

kg. A part de les places dels seients, poden

tenir espai per a les persones viatgin de peu. Taula 1: Categoria de vehicles segons la directiva CE/2001/85

2.1.1. Transport públic

Vista la classificació establerta per la directiva CE/2001/85, es pot considerar que els

vehicles utilitzats per al transport públic poden pertànyer a les tres categories, és a dir M1,

M2 i M3.

Dins la categoria M1, es poden incloure ambulàncies i serveis amb llicència per al transport

públic és a dir taxistes i vehicles de transport amb conductor (VTC).

Fent referència a la categoria M2, es poden incloure vehicles amb més capacitat per a

transportar persones sempre i quan es respecti la massa màxima autoritzada del vehicle de

5000 kg. El vehicle que s’adapta millor a aquesta categoria és el microbús amb una capacitat

entre 9 i 12 persones.

Finalment fent referència la categoria M3 es troben els que han de tenir una massa superior

que la categoria M2. En aquest cas es troba la família dels autobusos amb els nombres mes

alts de capacitat en quant a transport de persones que poden oscil·lar entre les 22 places

per a mini busos i 160 places per a autobusos articulats.

2.1.2. Transport privat

Fent referència al transport privat, la classificació és resumeix a la categoria M1. Les

persones disposen de cotxes o furgonetes per realitzar els seus desplaçaments quan no

desitgen o poden fer ús del transport públic.

2.2. Sistemes de retenció

En aquest apartat del projecte es plasma una fotografia de les diferents solucions existents al mercat

per tal d’ancorar una cadira de rodes a un vehicle. Per altra part, s’exposaran diferents productes

comercials a mode de comparació amb la proposta del treball.

2.2.1. Sistemes mitjançant quatre cinturons de seguretat

És el sistema de retenció homologat més comú de trobar en vehicles de categoria M1

(ambulàncies/furgonetes).

Consisteix en ancorar la cadira mitjançant quatre cinturons de seguretat, dos en la part

posterior i dos en la davantera, els quals per un extrem agafen la cadira i per l’altra es fixen

al terra de l’automòbil. Un cop s’ha realitzat la unió dels quatre punts d’enclavament, cal


19

ajustar la tensió de cinturons, l’ajust es pot fer de forma manual o automàtica (retràctil)

depenent del model en concret.

Figura 6: Cadira ancorada mitjançant un sistema de quatre cinturons de seguretat

En aquests sistemes és important la posició del ancoratges, cal seguir les recomanacions

establertes per la norma ISO 10452, detallades més endavant en l’apartat 3.1.1 dedicat a la

norma.

Tal i com s’ha esmentat anteriorment aquest sistema de retenció és àmpliament utilitzat per

a transports en el que la persona usuària sigui acompanyada d’una altra que la ajudi a fer el

bloqueig de la cadira ja que, per la posició en la que queden els punts no pot fer-ho per ella

mateixa.

Com a punt a favor cal destacar que presenta un gran rang d’ajust ja que, pot servir diversos

tipus i dimensions de cadires.

Al mercat existeixen diferents marques i solucions d’aquest tipus, per exemple la marca

Access-Ability® ofereix un ampli ventall de configuracions a escollir:

- Tipus de cinturons: diferents varietats de cinturons, poden ser fixes, ajustables

manualment, elèctrics o mecànics.

Figura 7: Gama de cinturons de la marca Access-Ability®

- Tipus de fixacions al terra: es pot optar per collar directament el cinturons al terra,

fer que aquests siguin fàcilment desmuntables o incús que es puguin ajustar


20

longitudinalment amb l’ajuda d’uns rails d’alumini, aquesta última opció és la més

utilitzada.

Figura 8: Gama de fixacions al terra de la marca Access-Ability®

- Tipus de fixacions a la cadira: depenent de la geometria o dels punts de fixació de la

cadira es pot escollir entre tipus cinturó de seguretat, ganxo o mosquetó.

Figura 9: Gama de fixacions al terra de la marca Access-Ability®

En altres configuracions els cinturons davanters són retràctils de manera que faciliten que la

cadira de rodes pugi per la rampa instal·lada en el vehicle.

Figura 10: Sistema de cinturons davanters retràctils de l'empresa B-Syle Mobility Solutions®


21

A continuació es pot contemplar un anàlisis del comportament del sistema en un assaig

tipus Crash Test realitzat per la marca Dahl Engineering® amb resultat satisfactori:

Figura 11: Moment previ a l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un sistema de cinturons

En la figura anterior es veu el moment previ a l’impacte, la fletxa vermella indica el sentit del

moviment.

Figura 12: Moment inical de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un sistema de cinturons

En la Figura 12, s’aprecia el moment inicial de l’impacte, en vermell s’han marcat els

cinturons que estan treballant a tracció, en aquest cas són els posteriors, per altra part en

blau hi ha els cinturons davanters treballant a compressió. Els cinturons de seguretat estan


22

dissenyats per aguantar altes carregues a tracció, de forma que en aquest moment els que

tenen la funció d’absorbir la força són els posteriors.

Figura 13: Moment final de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un sistema de cinturons

Per acabar aquest breu anàlisis, en la Figura 12, s’observa que un cop els cinturons

posteriors han absorbit tot l’impacte inicial, el moviment tendeix a anar en sentit contrari,

de forma que els cinturons davanters passen a treballar a tracció, i els posteriors a

compressió. La fletxa en vermell indica el sentit de la inèrcia, en aquest cas contrari al de

l’impacte com a reacció d’aquest.

Concloent, és un tipus d’ancoratge molt polivalent i que compleix les exigències de

seguretat de la norma ISO 10542 amb la desavantatge de no poder ser operat de forma

autònoma per l’usuari.

2.2.2. Sistemes d’auto enclavament

Com a alternativa al sistema vist anteriorment, hi ha els anomenats sistemes d’auto

enclavament. Com diu el seu propi nom són sistemes amb els que el bloqueig de la cadira es

realitza de manera automàtica, de forma que l’usuari pot ancorar-se o desancorar-se de

forma autònoma. Són els mes utilitzats en vehicles privats en que l’usuari sol utilitzar el

sistema per posicionar-se en com a pilot o copilot.

Consisteixen en una base metàl·lica collada al terra del vehicle, la qual a dins presenta un

mecanisme d’auto bloqueig mecànic que en el moment d’entrar en contacte amb l’element

que porta ancorat la cadira per la part inferior queda bloquejat, impedint el moviment

d’aquesta en qualsevol eix possible.


23

Figura 14: Exemple de sistema d’autoenclavament

Al mercat es troben diferents solucions d’aquest tipus, les dues mes conegudes són les

ofertes per la nord-americana Ez Lock® i la europea Dahl Engineering®.

Ez Lock® presenta una solució formada per una base ancorada al terra del vehicle feta en

xapa d’acer la qual incorpora un mecanisme que bloqueja el cargol que porta la cadira

ancorat per la part inferior.

Figura 15: Mecanisme del sistema Ez Lock

®

Per tal de desacoblar la cadira el mecanisme presenta un actuador elèctric que permet fer

que quedi en posició de desbloqueig.


24

Figura 16: Mecanisme i actuador elèctric del sistema d'Ez Lock®

Per altra part hi ha la europea Dahl Engineering® aportant una solució de l’estil però amb

certes diferències. En aquest cas presenta una base en forma trapezoïdal ancorada al terra

de l’automòbil construïda amb xapa d’acer, incorpora una ranura per la qual s’acobla la part

que porta muntada la cadira a la part inferior.

Figura 17: Components del sistema VarioDock de Dahl Engineering®

Per fer el bloqueig un cop s’han acoblat les dues parts que es veuen a la figura anterior, puja

un petit cilindre accionat per un electroimant.


25

Figura 18: Mecanisme interior del sistema VarioDock de Dahl Engineering®

En la Figura 18 es veu el mecanisme interior que fa que s’accioni el cilindre aportant

resistència o no, depenent de les necessitats de l’usuari.

Com s’ha esmentat els dos sistemes utilitzen actuadors elèctrics per desancorar-se, per tal

de fer que l’usuari pugui controlar-ho presenten un petit controlador electrònic.

A continuació es pot contemplar un anàlisis del comportament del sistema en un assaig

tipus Crash Test realitzat per la marca Dahl Engineering® amb resultat satisfactori:

Figura 19: Moment previ a l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un sistema d'auto enclavament

A la Figura 19 es veu el moment previ a l’impacte, la fletxa vermella indica el sentit del

moviment.


26

Figura 20: Moment inical de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un sistema d'auto enclavament

A la Figura 20 s’observa el moment inicial de l’impacte, s’aprecia que tot el pes va endavant i

com a conseqüència la zona davantera és la més crítica (marcada en vermell) per altra part

també com a efecte colateral es percep un lleuger aixecament de les rodes posteriors de la

cadira respecte al terra.

Figura 21: Moment final de l'impacte del Crash Test realitzat per Dahl Engineering® amb un sistema d'auto enclavament

Per finalitzar, s’observa en la Figura 21 l’últim moment de l’impacte, en aquest cas el

sistema de retenció ja ha fet tota la feina mantenint la cadira al seu lloc i ha recuperat la

posició natural de la cadira amb les quatre rodes en contacte amb el terra (zona envoltada

en vermell). La fletxa de color vermell indica el sentit de la inèrcia, en aquest cas contrari al

de l’impacte com a reacció d’aquest.


27

2.2.3. Sistemes de barres rígides

Per últim es troben els sistemes de barres rígides, ideats com a alternativa als que es

componen de quatre cinturons de seguretat vists en el punt 2.2.1. Solen utilitzar-se en

ambulàncies/furgonetes, l’usuari de la cadira necessita ser ajudat d’una altra persona per

poder ancorar-se degut al disseny del sistema, és el mètode menys emprat a la pràctica.

Consisteix en un sistema format d’una forquilla que presenta una carraca i una maneta de

fixació, es pot desplaçar a través d’una cremallera que alhora esta articulada per la seva

base per tal de poder inclinar-la respecte la vertical. La base porta un tancament de tipus

clip que es pot muntar o desmuntar fàcilment de les guies que porta muntades el terra del

vehicle.

Figura 22: Sistema de fixació d'una cadira mitjançant barres rígides

Com s’observa en la Figura 22, la forquilla agafa la cadira per la part inferior de l’estructura

buscant un punt estructural i no un element desmuntable com podria ser una roda. Com

s’ha comentat, la base del sistema permet una inclinació respecte la vertical permetent un

major rang d’ajust depenent del tipus i amplada de cadira, alhora que la cremallera permet

un ajust en alçada. Per completar el sistema calen dues forquilles, a continuació es pot

veure un exemple de com una cadira queda fixada al terra d’una automòbil.


28

Figura 23: Fixació d'una cadira mitjançant un sistema de barres rígides

Cal esmentar que per la geometria del sistema aquest només és útil per a cadires manuals

amb estructura tubular, deixant excloses les cadires elèctriques.

2.2.4. Conclusions

Un cop vistes les diverses solucions existents al mercat es pot procedir a fer un quadre

comparatiu per veure quins són els punts més forts i dèbils de cada una d’elles.

Sistema de

retenció

Avantatges Desavantatges Conclusió

Quatre cinturons

de seguretat

- Molt versàtil,

s’adapta a un

ampli ventall de

cadires.

- Disseny senzill.

- L’usuari

requereix ajuda

externa per

ancorar-se.

- No apte per

conduir.

- Es requereix un

cert temps per

deixar la cadira

bloquejada.

-

Ideal per a

transport públic de

persones:

ambulàncies/taxis,

de la categoria

M1.

D’auto

enclavament

- Versàtil.

-L’usuari pot ser

totalment

autònom.

- Apte per conduir.

- El bloqueig de la

cadira es fa en

- Preu elevat.

- Complexitat de

disseny.

Ideal per al

transport privat.


29

segons.

De barres rígides - Només apte per

a cadires amb

estructura

tubular.

- El més econòmic

dels tres.

- L’usuari

requereix ajuda

externa per

ancorar-se.

- No apte per

conduir.

- No resisteix els

esforços

requerits per la

norma.

- Es requereix un

cert temps per

deixar la cadira

bloquejada.

La pitjor opció de les

vistes, no

recomanable.

Taula 2: Comparativa entre els tres tipus de sistemes de retenció existents

La solució que es proposa en aquest projecte pretén millorar el sistema d’auto enclavament,

passant d’un sol punt de contacte a quatre de forma que actuï com la base d’un seient

estàndard d’automòbil. D’aquesta forma es busca un disseny senzill, robust i més segur,

afegint un mecanisme de desacoblament mecànic que pugui accionar l’usuari.

2.3. Tipus de cadires

Per a les persones amb problemes de mobilitat reduïda la cadira és un element

indispensable per poder dur a terme les diverses activitats que han de fer en el seu dia a dia.

Com a conseqüència de que les necessitats de cada usuari poden variar molt, al mercat

existeix un ampli ventall de varietats per tal d’adaptar-se millor als diferents usuaris.

Abans de triar la cadira l’usuari hauria de tenir en consideració diversos aspectes com:

- Condició física de l’usuari: si aquest és capaç propulsar la cadira per ell mateix, o per

contra necessita que la cadira sigui propulsada per una altra persona o motor.

- Dimensions: depenent de la constitució física de l’usuari necessitarà una cadira més

o menys ample, per altra part també cal considerar per quines zones l’ha d’utilitzar

per assegurar que li sigui útil (certes zones de casa, ascensors, transports, ...).

- Preu: el preu pot ser un factor decisiu en el moment d’escollir una cadira. El cost de

compra d’una cadira de rodes pot variar molt, n’hi de senzilles fabricades amb

materials barats com podria ser l’acer, i per altra lloc n’hi ha que presenten dissenys


30

complexes emprant motors elèctrics per impulsar-les i materials més car com poden

ser aluminis i compòsits.

- Ergonomia: és un aspecte molt important a considerar en el cas que l’usuari hagi de

passar gran part del dia asseguda en ella ja que, necessitarà una cadira el més

còmode possible per evitar possibles molèsties. En altres casos en que la cadira pot

ser una eina utilitzada per realitzar el desplaçament momentani d’una persona d’un

lloc a un altre fent que hagi d’estar un temps breu asseguda en ella, no és tant

necessari tenir un alt nivell de comoditat.

En els propers apartats es poden contemplar els diferents tipus de cadires que hi ha

existents.

2.3.1. Manuals

En aquest apartat es troben totes les cadires de rodes en les una persona ha d’aplicar una

força fer que la cadira és desplaci, ja sigui exercida pel propi usuari o per un acompanyant.

Existeix una gran varietat de cadires manuals en el mercat. Les més usuals són les següents:

- Cadires de transferència o transport: aquestes són les més senzilles i estan ideades

per ser utilitzades en moments puntuals per transportar o moure una persona d’un

lloc a un altre. Són lleugeres, compactes i és poden plegar, presentant unes reduïdes

dimensions.

- Cadires plegables: aquest grup correspon a totes les cadires que es poden plegar,

poden ser tant auto-propulsades per l’usuari com amb l’ajuda d’un acompanyant.

- Cadires basculants: les cadires basculants van destinades als usuaris que s’hagin de

passar llargs períodes de temps en elles, aportant un extra de confort. A més a mes

tenen un gran nombre de regulacions podent ser ajustada per la persona ajudant

depenent de les necessitats del moment.

- Cadires per realitzar esport: aquestes estan dissenyades normalment per realitzar

un esport en concret com per exemple pot ser de bàsquet o ciclisme. També es

troben unes cadires ideades per poder realitzar sortides i excursions per entorns

naturals, amb una estructura més reforçada i unes rodés més amples per poder

moure’s millor en terrenys abruptes. L’altre extrem estaria en les cadires ultra-

lleugeres, que donen un alt dinamisme a l’usuari, depenent de l’ús que se li vulgui

donar en pot escollir una o l’altra.

2.3.2. Elèctriques

Les cadires de rodes elèctriques estan enfocades a usuaris que no poden propulsar la cadira

per ells mateixos o que l’han d’utilitzar per desplaçar-se grans distàncies. Aquestes li donen


31

a l’usuari un extra independència que en les manuals en la majoria d’aplicacions no arriben

a tal punt.

El tipus de cadira de rodes més emprats són els següents:

- Cadires de rodes per interior i exterior: aquestes cadires presenten unes

característiques que permeten ser utilitzades tant interiors com en exteriors. Per

aquest motiu són d’unes dimensions compactes, amb un radi de gir reduït per

facilitar la mobilitat en tot tipus d’entorns, sobretot en els interiors on les

dimensions són reduïdes.

- Cadires de rodes manuals amb un kit de motorització: aquests kits consten d’un

motor elèctric i unes bateries, que permeten propulsar les cadires. D’aquesta forma

és pot passar de tenir una cadira manual a una hibrida, aprofitant la lleugeresa i

versatilitat d’una cadira manual amb la combinació de la facilitat de mobilitat que

proporciona una propulsió donada pel motor.

- Cadires de tipus bípede: les cadires de tipus bípede permeten que l’usuari quedi en

una posició dret de peus. Això a part de millorar la musculatura de l’usuari ja que, si

al passar llargs períodes de temps assegut els músculs de les cames s’atrofien, també

aporta un extra per poder traslladar-se o abandonar la cadira.

3. DISSENY DEL SISTEMA D’ANCORATGE

3.1. Normativa vigent

Abans de començar a dissenyar cal tenir en compte les normatives internacionals

relacionades amb el transport de usuaris PMR.

Cal tenir en compte que per poder emprar-les, cal que la cadira estigui ancorada en el sentit

de la marxa del vehicle, és a dir com un seient més de l’habitacle.

3.1.1. ISO 10542

Aquesta norma defineix els requeriments de disseny i procediments d’assaig que cal tenir en

compte a l’hora de dissenyar els sistemes de retenció de cadires de rodes i els seus

ocupants. A continuació s’exposen els apartats clau a considerar:

Pels sistemes de retenció de quatre cinturons, vistos més en detall en punt 2.2.1. la norma

defineix un rang de posicions per al cinturons encarregats de fixar la posició de la cadira

respecte el terra del vehicle. A continuació es mostren les figures corresponents als

esquemes donats per la normativa:


32

Figura 24: Gràfic que mostra la disposició dels cinturons en l’eix davanter per un sistema d'ancoratge mitjançant cinturons

(ISO 10542)

Figura 25: Gràfic que mostra la disposició dels cinturons en l’eix posterior per un sistema d'ancoratge mitjançant cinturons

(ISO 10542)

La norma estableix uns valors que cal que el sistema de retenció de la cadira suporti després

d’haver sotmès la cadira fixada amb el sistema d’ancoratge a un assaig d’impacte

corresponent a una desacceleració frontal de 20g. En la següent taula es poden apreciar els

diferents valors que cal que el sistema de retenció de la cadira suporti segons la categoria de

vehicle, aquesta categoria queda detallada en el punt 2.1.

TIPUS DE VEHICLE

M1 M2 M3

FORÇA APLICADA AL CG DE LA CADIRA

2220 ± 20 daN 1110 ± 20 daN 740 ± 20 daN

Figura 26: Força aplicada al CG de la cadira depenent del tipus de vehicle segons la norma ISO 10542


33

Figura 27: Gràfic representat l'aplicació de la força i el sentit del moviment en cas d'impacte establer per la norma ISO

10542

3.1.2. ISO 7176-19

Aquesta norma contempla els requeriments que necessita una cadira de rodes per poder ser

utilitzada com a seient en un automòbil o vehicle amb motor.

L’objectiu principal és estudiar la resistència estructural de la cadira, en aquest cas la norma

contempla un assaig dinàmic en el que s’impacta contra una barrera rígida a una velocitat

de 48 km/h i una acceleració equivalent a 20g.

Per al projecte s’ha escollit una cadira que compleixi aquesta norma i d’aquesta forma

garanteix la resistència als esforços esmentats.

3.2. Selecció del model de cadira

En aquest apartat del projecte s’ha escollit un model de cadira en concret per al disseny del

sistema d’ancoratge. S’ha pres aquesta decisió ja que, com es pot observar en l’apartat 2.3

del projecte, al mercat existeix una gran varietat de cadires totes elles amb diferents

geometries cosa que fa molt difícil fer que s’adapti a totes elles.

El primer pas ha estat seleccionar per a quin tipus de cadira es vol dissenyar el sistema de

retenció.

Les cadires manuals amb estructura de tipus tubular són molt comuns però la pròpia

geometria requereix una major complexitat per al disseny del sistema d’ancoratge. En canvi

les cadires propulsades mitjançant un motor elèctric disposen d’una base de geometria

uniforme, d’aquesta manera és més fàcil de posicionar-hi elements que permetin fixar la

cadira al terra. D’aquesta forma s’ha escollit que el sistema d’ancoratge a dissenyar es per a

una cadira elèctrica.

CG

Força

Direcció i sentit del moviment


34

Un cop escollit el tipus de cadira, s’ha procedit a elegir el model en concret. Tots els models

han de complir amb una sèrie de requeriments.

3.2.1 Requeriments de la cadira

La cadira seleccionada ha de complir amb els següents paràmetres:

- Complir amb la normativa internacional ISO 7176-19, garantint que la cadira és apta

i segura per a ser utilitzada com a seient en vehicle a motor.

- Comptar amb unes dimensions reduïes ja que, en l’habitacle d’un vehicle l’espai

interior és reduït i cal que l’usuari tingui un grau de mobilitat i capacitat de

maniobrar acceptables.

- Presentar suficient altura lliure al terra, per tal de tenir espai suficient per poder

incorporar certs elements que permetin ancorar la cadira al terra del vehicle.

- Que sigui fàcilment accessible per al públic, és a dir que sigui d’una marca

reconeguda i fàcil d’adquirir ja sigui online o presencialment en una botiga.

- Que sigui econòmica, dins del rang de preus de les cadires autopropulsades que el

valor no sigui superior a la mitja.

3.2.2. Selecció del model de cadira

Un cop establerts els requeriments que cal que la cadira compleixi, s’ha procedit a fer un

estudi de mercat. Les solucions més rellevants han estat les següents:

Model Fabricant

Sango Slimline M Dietz Power®

Quickie Q100 R Sunrise Medical®

TDX SP2 Series Invacare®

S600 MedicalPro

Taula 3: Models i marques de cadires rellevants

Per seleccionar una de les opcions proposades s’ha fet una taula ponderada assignant

diferents valors als requeriments segons el grau d’importància donat.


35

Requeriments Ponderació Sango

Slimline M

Quickie

Q100 R

TDX SP2

Series

S600

ISO 7176-19 0,4 10 10 10 0

Dimensions 0,2 7 9 4 6

Altura lliure 0,2 4 6 6 8

Accessibilitat 0,1 4 9 7 5

Preu 0,1 2 7 3 9

TOTAL 1 6,8 8,6 7 4,2 Taula 4: Taula ponderada per de seleccionar el model de cadira

Com s’observa a la taula s’ha donat valor prioritari al fet que la cadira compleixi la norma

ISO 7176-19, ja que s’ha considerat que es indispensable assegurar que la cadira sigui capaç

de suportar els possibles esforços que es puguin donar durant el transport d’una persona en

un vehicle o incús en cas d’impacte. Seguidament, amb una ponderació de 0,2 s’ha

considerat rellevant que la cadira presenti unes dimensions reduïdes i una altura lliure al

terra suficient. Finalment el amb menor ponderació queda l’accessibilitat i preu amb un

valor de 0,1.

La opció seleccionada ha estat la que millor nota a tret, amb un 8,6 és el model de cadira

Quickie Q100 R de Sunrise Medical®.

Figura 28: Model de cadira seleccionat, Quickie Q100 R de Sunrise Medical

®


36

3.2.3. Característiques de la cadira seleccionada

El model Quickie Q100 R a part de complir amb la norma ISO 7176-19 compta amb les

següents característiques facilitades pel fabricant:

Amplada total 54 cm

Longitud total 101 cm

Radi de gir Des de 80 cm

Altura lliure respecte al terra 10 cm

Pes 94 kg

Figura 29: Característiques de la cadira Quickie Q100 R

3.3. Requeriments del sistema d’ancoratge

En aquest apartat s’han fixat quins requeriments que ha de complir el sistema a dissenyar, a

continuació queden detallats:

- Proporcionar més d’un punt d’ancoratge. Per tal de donar més estabilitat a la cadira

en cas d’impacte.

- El sistema ha de servir per a vehicles de categoria M1 complint la norma ISO 10542.

D’aquesta manera ha de suportar els valors establerts per la norma, de 22200N.

- Ha de ser fàcil d’instal·lar i fàcil d’utilitzar per a l’usuari.

- Ha de requerir un baix manteniment.

- El cost total ha de ser baix.

- Ha de permetre que l’usuari pugui desancorar la cadira en el cas que hi hagi una

situació d’emergència i calgui abandonar l’habitacle del vehicle.

3.4. Disseny inicial

Un cop escollida la cadira i fixats els requeriments es pot procedir amb la fase de disseny. En

aquest apartat en concret es presenta la idea inicial per al sistema d’ancoratge de la cadira.


37

El disseny inicial està inspirat en un sistema tipus d’auto enclavament, en el que una part va

fixa a la zona inferior de la cadira i l’altre es troba subjectada al terra del vehicle. Cal

esmentar que aquest primer disseny es força esquemàtic ja que, no és el definitiu. En el

disseny final queda tot més ben reflectit i acotat.

3.4.1. Elements que componen el disseny inicial

El disseny inicial proposat consta de diversos elements que en conjunt acaben

realitzant la funció d’ancorar la cadira al terra del vehicle.

Per començar hi ha dues bases: la base fixa a la cadira i la base ancorada al terra

del vehicle.

La base fixa a la cadira esta unida a la base de la cadira mitjançant quatre

cargols, que passen pels quatre forats de la zona superior.

Figura 30: Base de la cadira del disseny inicial

Per altra part es troba la base fixa al terra, es tracta d’una xapa d’acer de gruix.

Aquest es troba soldada a la xapa base que conforma el mecanisme d’elevació

tipus tisora.

La tisora es troba formada per diversos elements, els principals són: una xapa

inferior, una xapa superior i el vis central. Tant la xapa inferior com la superior

presenten colissos a les pestanyes dels seus extrems laterals. La superior a més

presenta quatre rodons de soldats. Dins de la tisora es troba un motor elèctric

acoblat al vis central.


38

Figura 31: Base fixa al terra del disseny inicial

Tot el sistema es troba cobert per una tapa, quedant muntat tal i com es mostra

en la figura.

Figura 32: Conjunt del disseny inicial

3.4.2. Funcionament del disseny inicial

Un cop conegudes les diferents parts que conformen el sistema es pot procedir a

explicar com funciona.

Procés de fixació de la cadira:

1. Primerament cal que la tisora es trobi en la seva posició més contreta, és a dir

a la seva altura total més baixa.

2. Seguidament l’usuari ha de situar la cadira davant del sistema de forma que

quedi centrada transversalment.

3. Un cop centrada pot avançar fins que la base de la cadira entre en contacte

amb la paret interior de la tapa de la base del terra. Un cop s’ha fet aquest

contacte significa que la cadira ja es troba en la posició idònia per a realitzar


39

el procés d’ancoratge ja que, els forats de la base de la cadira es troben

concèntrics amb els rodons de la part superior de la tisora.

Figura 33: Procés d'ancoratge disseny inicial

4. A continuació, s’ha d’accionar el motor, el moviment de rotació del motor es

transmet al vis central i aquest fa que la tisora s’estengui de forma que

guanya alçada respecte al terra. Tot això va guiat pels colissos de les xapes

superior i inferior de la tisora.

5. Un cop la tisora arriba a la posició final, és a dir la més estesa, el motor para i

el la cadira ja es troba fixada pels quatre punts d’ancoratge. En direccions

laterals restringeixen el moviment els rodons i en la direcció vertical el

restringeix la tapa.

Figura 34: Posició de la cadira ancorada del disseny inicial

Procés de retirada de la cadira:

Per tal de retirar la cadira caldrà seguir els mateixos passos que cal fer al procés

d’acorament però a la inversa.


40

3.4.3. Conclusions del disseny inicial

Aquest primer disseny ha servit per veure com es pot procedir cap al disseny final

ja que, ha estat útil per poder veure quins requeriments es poden assolir i quins

són més difícils d’aconseguir amb aquesta primera proposta. Com s’ha esmentat

al principi d’aquest apartat, aquest primer esquema és molt superficial, és a dir

que es una primera presa de contacte. Per entrar en més detall, caldria parar

més atenció al disseny de cada element i al dimensionament mitjançant anàlisis

de forces i estudis d’elements finits. Tot i així es poden extreure un seguit de

conclusions que s’esmenten a continuació: s’ha aconseguit un disseny força

senzill i econòmic de fabricar però un fet negatiu es que es el vis de la tisora es

converteix en l’element crític ja que, gairebé tot l’esforç recau sobre aquest

element. Per altra part, per la morfologia del sistema no s’ha trobat una forma

de fer que l’usuari pugui retirar la cadira de forma manual sense necessitar

l’acció del motor elèctric, si en cas d’accident o per motiu d’averia es tallés el

subministrament d’energia elèctrica l’usuari es quedaria atrapat dins de

l’habitacle.

3.5. Disseny final

Un cop realitzat el disseny final i vistos els seus punts forts i dèbils s’ha continuat modificant

el disseny. Ha estat un procés iteratiu per acabar arribant al disseny final que manté el

principi de funcionament del disseny inicial, essent de tipus d’auto enclavament format per

dues bases, una acoblada a la part inferior de la cadira i l’altra al terra del vehicle.

Amb aquest disseny s’ha buscat senzillesa i robustesa, millorant el repartiment de carregues

en cas d’impacte i buscant un accionament del sistema d’enclavament que pugui ser operat

en cas d’emergència de forma manual.

El disseny 3D s’ha realitzat amb el software SolidWorks (versió 2019-2020) de Dassault

Systèmes® ja que, es un software utilitzat per moltes empreses i també perquè és amb el

que els estudiants del Grau d’Enginyeria Mecànica cursen les assignatures de disseny a la

UPC Manresa.

Per realitzar el disseny s’ha dibuixat de manera esquemàtica les principals dimensions de la

cadira seleccionada (Quickie Q100 R de Sunrise Medical®) segons les dades facilitades pel

fabricant.


41

Figura 35: Esquema de les dimensions principals de la cadira Quickie Q100 R

3.5.1. Consideracions de disseny

Abans de procedir amb el disseny final s’han contemplat certes consideracions

per al disseny de les peces que el conformen.

Disseny de xapa

El sistema dissenyat compta amb una gran part d’elements conformats amb

xapa.

Els diferents processos de fabricació a emprar són els següents, depenent de la

geometria i necessitats de cada peça:

- Tall làser: amb aquest procés es talla la xapa en pla amb la geometria

desitjada. Per una peça que després s’hagi de plegar, és important tallar la xapa

amb les considerant les dimensions de la xapa desenvolupada.

- Plegat: si la peça té algun plec s’ha de plegar emprant màquines plegadores.

Radi de plegat: per totes les peces de xapa dissenyades s’ha emprat un radi

interior de plegat igual a l’espessor de la xapa. D’aquesta forma la fibra neutra

de la xapa queda al mig de l’espessor, evitant possibles problemes d’esquerdes o

fractures en els radis degut a tensions internes com a conseqüència d’un radi de

plegat massa petit.

Ala mínima de plegat: plegar la peça és que s’ha de complir amb la ala mínim de

plegat estipulada per la següent taula, que va en funció de la matriu (V), el radi

de plegat (R) i l’espessor de la xapa (s).

930

100

501.25

450


42

Figura 36: Paràmetres per a l'ala mínima de plegat de xapa (Metalmag)

- Premsa: la premsa permet inserir elements a la xapa com poden ser femelles o

perns.

Soldadura

Per unir diferents peces s’han emprat processos de soldadura. Concretament s’ha

escollit el procés mig/mag ja que és un procés àmpliament emprat.

Zincat

Un cop les peces han estat soldades entre elles s’ha optat per realitzar un procés de

zincat sobre elles per tal de protegir-les davant els efectes de la corrosió.

Concretament s’ha optat per un zincat Fe/Zn8/B, corresponent a un zincat blanc amb

una resistència al test de boira salina de 72h, ja que els elements dissenyats es troba en

un interior sense la incidència directe d’elements corrosius com pot ser l’aigua o la sal,

però si tenint en compte la presència de certes humitats.

En algunes zones del disseny es troben en contacte peces amb diferents potencials,

contretament acer inoxidable amb acer al carboni zincat. Per tal d’evitar la possible

aparició de corrosió degut al parell galvànic, provocat pel contacte entre aquests

elements s’ha optat per aplicar una capa de greix en el moment de muntar el sistema.


43

Figura 37: Gràfic del potencial que afecta en el parell galvànic (Safe food factory)

3.5.2. Elements que componen el disseny final:

El conjunt muntat queda de la següent forma tal i com es mostra en la següent

figures:

Figura 38: Disseny final


44

Figura 39: Mecanisme del disseny final

El sistema s’ha dividit en els següents subgrups:

- Base fixada al terra del vehicle

- Base fixada a la cadira

- Sistema d’accionament/ancoratge

- Tapa

Base fixada al terra del vehicle (1)

Aquest subconjunt és fonamental per al disseny global del sistema de retenció, ja

que és el lloc on es produeix la unió entre l’element mòbil, és a dir, la cadira, i el

fixe, que és el terra del vehicle. Es troba formada per diversos elements de xapa

de diferents gruixos tots ells units mitjançant soldadura.


45

Figura 40: Vista explotada conjunt base terra

En la taula queden detallades les quantitats de cada component:

Component (nº) Nom Quantitat (unitats)

1.1 Xapa base terra 1

1.2 Cartel·la de reforç 6

1.3 Xapa base en “U” 1

1.4 FH-M8-18ZI 2

1.5 FH-M6-15ZI 5 Taula 5: Components que conformen conjunt base terra

1.1

1.5

1.4

1.2

1.3


46

Figura 41: Conjunt base terra

Base fixada a la cadira (2)

Com bé diu el seu nom, és la part del sistema de retenció que va fixada a la part inferior

de la cadira.

Figura 42: Vista explotada conjunt base fixada cadira

2.1 2.2

2.3

2.4


47


2.1 Xapa en “L” 2

2.2 Xapa central 1

2.3 Rodó mecanitzat 2

2.4 HFH-M10-20ZI 4 Taula 6: Components que formen el conjunt base cadira

Figura 43: Conjunt base cadira soldat

Cal esmentar que s’han elegit muntat els perns inserits HFH-M10-20ZI (component

nº2.4), per la següent raó:

En un inici el propòsit era posar uns cargols avellanats DIN 7991 per tal de deixar la

cabota enrasada amb la xapa. El motiu es que per la geometria del conjunt en aquesta

zona es disposa de poc espai ja que, al voltant hi ha altres elements pròxims que al

muntar un cargol amb una cabota com la d’un DIN 933 generaria interferències. Tot i

així s’ha desestimat la opció del cargols avellanats ja que, l’espessor de la xapa que

allotja el cargol no és prou gran com encabir la cabota d’un cargol de M10.


48

Figura 44: Mides DIN 7991

Com es pot veure per a un cargol de M10, el valor de k corresponent a la profunditat de

la cabota és de 5,5 mm de forma que supera l’espessor de la xapa que és de 3mm. Per

les dimensions del disseny s’ha desestimat augmentar el gruix de xapa.

Després de considerar les diverses opcions esmentades s’ha optat per inserir uns perns.

La primera opció ha estat consultar el catàleg de la sèrie FH de PennEngineering® ja

que, són el que s’han utilitzat per a altres elements del sistema dissenyat, aquests

queden enrasats amb la xapa però no hi ha opcions en la mida de mètric escollida. De

forma que s’ha acabat arribant a la opció final, aquesta es troba en un terme entre mig,

és a dir que el pern queda lleugerament desplaçat respecte el pla de la xapa però

sobresurt menys que la cabota d’un cargol estàndard. Concretament són els perns

d’alta resistència de la sèrie HFH del mateix fabricant que els FH.

Figura 45: Diferència de mides entre cabotes d’un DIN 933 I un HFH


49

A la esquerra es troba el pern inserit el qual sobresurt 2,29 mm i a la dreta el

cargol DIN 933 sobresortint 5,8 mm de forma que la diferència entre l’un i l’altre

és de més de la meitat.

Sistema d’accionament/ancoratge (3)

Aquesta part del conjunt com bé diu el seu nom és la encarregada d’ancorar els

dos conjunts vistos, és a dir, la base fixada al terra del vehicle i la base ancorada

a la cadira. Diversos elements formen aquest conjunt:

Figura 46: Components del sistema d’accionament/ancoratge


3.1C Conjunt d’ancoratge 2

3.2C Conjunt d’accionament 1

3.3C Conjunt tub horitzontal 1

3.4C Conjunt guia 2

3.5C Conjunt tub vertical 1

3.6C Conjunt tub rodó 1

3.1C

3.2C

3.3C

3.4C

3.5C

3.6C

3.7

3.8

3.9

3.10 3.11


50

3.7 DIN 933 8.8 M8X40 5

3.8 DIN 125 Ø8 8

3.9 DIN 934 8.8 M8 3

3.10 DIN 125 Ø5 A2 4

3.11 DIN 934 M5 A2 4 Taula 7:Components que formen el sistema d’accionament/ancoratge

- Component 3.1C (Conjunt d’ancoratge): es troba format pels següents

components.


3.1C.1 Passador de boles 1

3.1C.2 Suport passador 1

3.1C.3 FHS-M5-15 2 Taula 8: Components que formen el conjunt d'ancoratge

L’element principal emprat en l’ancoratge són dos passadors de boles, aquests

són els que mantenen fixats tant la base del terra com la base de la cadira en

posició de bloqueig.

Figura 48: Passador de boles

3.1C.3

3.1C.2 3.1C.1

Figura 47: Elements que formen el conjunt d’ancoratge Figura 47: Elements que formen el conjunt d’ancoratge


51

Els passadors escollits són de tipus auto-bloqueig, la seva forma de funcionar és

la següent: quan es vol retirar el passador cal prémer el botó del situat en un

dels extrems, així doncs les boles s’enretiren i faciliten que aquest pugui

abandonar la posició, en el moment en el que es deixar d’exercir pressió sobre el

botó les boles tornen a sobresortir. En la Figura 49 es pot veure com és un

passador d’aquest tipus per dins, s’observen els diferents components que el

conformen com les boles i la molla que permet el retorn d’aquestes a la seva

posició inicial, les fletxes en color vermell indiquen els possibles moviments dels

elements esmentats.

Figura 49: Funcionament d’un passador de boles (Anemo Engineering)

Concretament s’han escollit els del sèrie 03415 del fabricant Norelem®, amb referència

03415-001510060, a continuació es mostra una figura i una taula amb les dades

principals, en mm:

Figura 50: Cotes del passador seleccionat (Norlem)

D D1 D2 D3 L L1 L2 L5 SW Perforació de

l’allotjament

H11

Força de

cisalla de

secció doble

màxima (Kn)

15.5 10 12 13.5 60 8.9 33 68.9 15 10 60

Taula 9: Dimensions del passador seleccionat


52

Com que els passadors són d’acer inoxidable s’han soldat a una xapeta del

mateix material anomenada suport passador (nº 3.2C.2), aquesta compta amb

un forat central que permet posicionar-lo en el moment de realitzar la

soldadura.

- Component 3.2C (Conjunt d’accionament) : esta format per un seguit

d’elements que en conjunt permeten accionar els pins.

Figura 52: Vista detallada dels components que conformen l’accionament

3.2C.4

3.2C.3

3.2CC.1

3.2C.7

3.2C.8

3.2C.5

3.2C.6

3.2C.1

3.2C.2

Figura 51: Conjunt d’accionament Figura 51: Conjunt d’accionament


53


3.2C.1 Maneta de fre de

bicicleta

1

3.2C.2 Cable de fre de

bicicleta amb funda

1

3.2C.3 Molla 2

3.2C.4 Base d’accionament 1

3.2CC.1 Xapa de pressió 1

3.2C.5 DIN 933 8.8 M4X12 2

3.2C.6 Cargol per ajustar

cable M5

1

3.2C.7 Cargol presoner 1

3.2C.8 Cargol DIN 912 8.8

M4X7

1

Taula 10: Components que conformen el sistema d'accionament

La base d’accionament (3.2C.4) compta amb uns colissos als laterals que

permeten que la xapa de pressió es desplaci longitudinalment. Per aquest motiu

aquesta última (3.2CC.1) compta amb dues femelles inserides S-M4-2ZI

(3.2CC.1.2) per la part interior, de forma que un cargol (3.2C.5) pugui unir les dos

peces. En referència al moviment de la xapa de pressió, es produeix quan la

tensió del cable varia, les molles actuen de forma que la xapa de pressió retorni

a la seva posició de repòs un cop alliberada la tensió aplicada al cable.

Les molles seleccionades (3.2C.3) són de Sodemann Muelles-Industriales® , el

model en concret és E05000751250S. El càlcul d’aquestes queda reflectit en

l’apartat número 3.6.5. del projecte.

Figura 53: Cotes de la molla seleccionada (Sodemann Muelles-Industriales®) Figura 53: Cotes de la molla seleccionada (Sodemann Muelles-Industriales®)


54

On d = diàmetre del fil-ferro, en mm

De = diàmetre extern, en mm

L0 =Longitud sense càrrega, en mm

Ln = Longitud màxima amb càrrega, en mm

Sn = recorregut màxim, en mm

Fn = càrrega màxima , en N

F0 =Força inicial, en N

R = constant de la molla, en N/mm

- Component 3.3C (Conjunt tub horitzontal) :

Figura 54: Conjunt tub horitzontal


3.3C.1 Tub quadrat S235

20X20X2mm

1

3.3C.2 Tub quadrat S235

16X16X2mm

1

Taula 12: Components que formen el conjunt tub horitzontal

El component 3.3C.1 esta format per tres tubs, tallats i soldats entre sí, també

compten amb uns forats passants per permetre unir altres elements.

d De L0 Ln Sn Fn F0 R

1.91 12.7 31.75 38.35 6.6 113.05 10.19 15.71

Taula 11: Mides de la molla seleccionada

3.3C.1

3.3C.2


55

Figura 55: Vista de secció del tub

En la figura 55 el cercle vermell de la figura marca la zona on el tub 3.3C.2 esta introduït

3.3C.1 les fletxes indiquen per on es realitzen els cordons de soldadura que uneixen els

dos tubs entre sí.

- Component 3.4C (Conjunt guia) :

Figura 56: Conjunt guia


3.4C.1 Xapa guia 1

3.4C.1

3.4CC.1


56

3.4CC.1 Patí de niló 1

Taula 13: Components del conjunt guia

Per permetre el moviment transversal del sistema d’accionament és

necessari un sistema de guies. La idea inicial era muntar unes guies

comercials, però es va desestimar al no trobar-ne cap que complís amb les

reduïdes dimensions que havien de tenir (recorregut interior a 100mm i

dimensions exteriors reduïdes).

Un cop vist això es va optar per dissenyar-ne unes, amb un disseny senzill.

Les guies dissenyades són de xapa doblada amb un espessor de 2mm d’acer

S235. A dins porten incorporat un patí de tefló (3.4CC.1), aquest es munta

dins de la xapa guia (3.4C.1) quan es realitza el procés de doblat de xapa, de

manera que queda a dins. Les toleràncies amb les que queda muntat a dins

de la guia són de 0.5 mm entre cares laterals i superiors, en quan a la inferior

la cara del patí i la de la xapa guia són coincidents.

Entrant en més detall amb el patí de niló, s’ha escollit aquest material

tècnicament anomenat PTFE (politetrafluoroetilè) per el principal motiu que

presenta un coeficient de fricció molt baix, inferior a 0,1. Aquest fet permet

que pugui lliscar fàcilment per la superfície interna de la guia. Altres motius

per haver escollit aquest material és que es pot mecanitzat i que presenta

una bona resistència al desgast, fet que ajuda a allargar-ne la vida útil de la

peça.

Aquest conjunt de niló, anomenat patí de niló (3.4CC.1), compta amb un

insert roscat (3.4CC.1.2) entrat amb premsa que permet cargolar-hi altres

elements.

Figura 57: Vista explotada del patí de niló

3.4CC.1.2

3.4CC.1.1


57

L’insert roscat (3.4CC.1.2) escollit és de la sèrie TR de Simaf® amb la

referència 40/TR080H100, amb una dimensió de rosca interior de M8.

- Component 3.5C (Conjunt tub vertical) :

Figura 58: Conjunt tub vertical

Figura 59: Vista detallada de la roda del conjunt tub vertical

3.5C.1

3.5C.2

3.5C.3 3.5C.4 3.5C.5

3.5C.6


58

El tub vertical (3.4CC.1) esta format per dos tubs soldats entre ells, una cartel·la

soldada mode de reforç i una xapeta en forma de L, aquesta última realitza la

funció de ser el punt on es colla la roda (3.5C.2).

La roda és un component comercial que conta amb un rodament interior que la

permet girar. Per tal de fixar la roda la xapeta a part de la cargolaria necessària

s’ha hagut de fabricar un petit casquell (3.5C.3) a mode que mantingui una certa

distància i no balli tocant amb el tub. El casquell es coincident amb la pista interior

del rodament de la roda per tal de que aquesta pugui girar sense problemes.

- Component 3.6C (Conjunt tub rodó) :

Figura 60: Conjunt tub rodó


3.5CC.1 Tub vertical 1

3.5C.2 Roda de Ø25 x 5.5 1

3.5C.3 Casquell 1

3.5C.4 DIN 125 Ø5 ZI 1

3.5C.5 DIN 934 M8 8.8 1

3.5C.6 DIN 912 M5X20 8.8 1

Taula 14: Components que formen el conjunt tub vertical

3.6C.2

3.5C.1


59

Aquest tub és el que permet muntar-hi la maneta de fre de bici (3.2C.1), per tal de

protegir la part superior i no deixar la cantonada viva podent fer que causi alguna

lesió a l’usuari, s’ha muntat un tap de plàstic (3.6C.2) comercial. El tap

concretament es de Vital-Parts®, amb referència R013.

Tapa (4): és l’element encarregat d’amagar i protegir tot el sistema d’ancoratge.

Es fixa a la base ancorada al terra gràcies als perns que aquesta té inserits.

Figura 61: : Vista isomètrica de la tapa

Una altra funció que aquesta tapa fa és la d’actuar com a topall per tal de

posicionar la base de la cadira respecte la del terra. Aquest es troba soldat per

punts a la cara interior, tal i com queda indicat amb unes fletxes vermelles en la

figura.


3.6C.1 Tub rodó S235 Ø16x2 1

3.6C.2 Tap de plàstic 1

Taula 15: Components que formen el tub rodó

Figura 62: Vista de secció de la tapa


60

Xapes de regulació (5):

Per regular la alçada a la que es troba la base de la cadira s’han fet les següents

xapes que actuen com a separador (element 2).

S’han fabricat en 3 espessors diferents: 1 (5.1), 2 (5.2) i 6 (5.6) mm per tal de

donar un rang d’ajust ampli.

Figura 63: Vista isomètrica de la xapa de regulació

Figura 64: Vista de les xapes de regulació muntades al conjunt base cadira


61

3.5.3. Funcionament del disseny final

Per demostrar com funciona el sistema de retenció proposat, a continuació

queden reflectits tant el procés per ancorar la cadira, com per deixar-la lliure.

Procés de fixació de la cadira

Per fixar la cadira al terra del vehicle, l’usuari ha de seguir els següents passos:

1. Centrar la cadira respecte la posició de la base fixada al terra del vehicle.

2. Un cop s’ha centrat la cadira, l’usuari ha de fer avançar la cadira de forma que

la base fixa a la cadira entri a la que es troba al terra.

Figura 65: Posició d’entrada a la base

3. Ha d’avançar fins a notar que no pot anar més endavant, en aquest moment

la base de la cadira estarà tocant amb el topall de la tapa de la base del terra,

s’observa a la figura remarcat amb un cercle. En aquesta posició la cadira es

troba de manera que els forats d’ambdues bases es troben en posició

concèntrica, indicat a la Figura 66.

Figura 66: Posició abans de realitzar la fixació


62

4. L’usuari ha d’agafar el tub que queda al lateral, en aquest cas al costat

esquerre. Un cop esta subjectant el tub cal estrènyer la maneta. En la següent

figura s’ha encerclat la zona on es troba la maneta i amb una fletxa s’ha indicat

la direcció en la que s’ha de prémer la maneta.

Figura 67: Zona on cal aplicar la pressió a la maneta

En la Figura 68 es mostra com actua el sistema a l’estrènyer la maneta, la tensió

del cable (marcada amb una fletxa blava) que es troba acoblat a aquest fa que

una xapa pressioni els botons del pins, aquesta zona esta marcada en la figura

mitjançant cercles.

Al pressionar els botons pins, les boles que situades en els seus extrems es

retreuen, de forma que es troben llestos per entrar als forats de les bases. A la

figura, s’ha indicat amb fletxes de color verd com es retreuen aquests pins.

Figura 68: Funcionament del sistema d’accionament


63

Figura 69: Sistema vist sense la tapa

5. Mantenint la maneta premuda l’usuari ha de desplaçar la barra cap a ell en

direcció transversal. Aquesta barra es desplaça amb l’ajuda d’unes guies,

aquestes també delimiten el recorregut que la barra pot fer. L’usuari ha de

desplaçar la barra fins que no pugui continuar, de manera que es els pins es

trobaran completament dins de les bases.

Figura 70: Sentit del moviment per ancorar la cadira


64

6. Finalment l’usuari ha de deixar d’estrènyer la maneta i deixar anar la barra.

D’aquesta forma, les boles dels pins retornen a la seva posició inicial, és a dir

sobresortint dels pins. Així queda la cadira fixa al terra, ja que els pins

restringeixen el moviment en les tres direccions de l’espai.

Figura 71: Sistema en posició de cadira ancorada

Procés per deixar lliure la cadira

El procés per deixar lliure la cadira és similar al de fixació, de forma breu es

procedeix de la següent manera:

1. L’usuari ha d’agafar el tub i estrènyer la maneta.

2. Amb la maneta premuda, ha de desplaçar el tub transversalment allunyant la

posició respecte l’usuari, en aquest cas cap a la dreta.

3. Un cop no pugui avançar més significa que els pins es troben la posició més

enretirada quedant així la cadira lliure.

4. Finalment l’usuari ha de deixar d’estrènyer la maneta i deixar anar la barra. Ja

pot retirar la cadira.

3.6. Càlculs

En aquest apartat del projecte s’exposen les diferents consideracions i càlculs realitzats per

tal de complir amb els requeriments normatius establerts per la ISO 10452.

Aquests a part de ser útils per comprovar si es compleix la norma també serveixen per

dimensionar els diferents elements del sistema de retenció a dissenyar.

S’ha procedit a realitzar el càlcul del centre de gravetat del conjunt cadira mes usuari per

després poder obtenir els valors dels esforços en els diferents punts d’enclavament de la

cadira.

Un cop obtingudes les dades corresponents a l’impacte, aquestes han estat emprades per

fer els anàlisis CAE dels diversos elements que conformen el disseny.


65

3.6.1. Hipòtesis i consideracions inicials

Abans de realitzar els càlculs cal definir unes hipòtesis i consideracions inicials, tenint en

compte la finalitat del sistema, la qual es que durant la marxa del vehicle i en cas d’impacte

frontal sigui capaç de mantenir la cadira en la mateixa posició, tant abans com després del

xoc.

Figura 72: Forces que actuen en el conjunt

Analitzant el sistema de forces s’observa que no es poden obtenir tots els valors de les

reaccions en els seus respectius eixos, de forma que es tracta d’un conjunt hiperestàtic. Per

la morfologia del conjunt cadira/sistema s’ha optat per realitzar els càlculs fent un seguit de

hipòtesis i consideracions.

Hipòtesis

La primera hipòtesis és la més restrictiva, s’ha considerat que en cas d’impacte totes les

reaccions recauen sobre l’eix davanter de la cadira. S’estableix així pel propi sentit de

moviment al qual esta sotmès el conjunt, tendint a desplaçar tota la massa cap a la part

frontal del vehicle. A més les reaccions han estat calculades tant en l’eix vertical com en el

longitudinal respecte a l’eix del punt d’ancoratge més proper a la roda davantera, d’aquesta

forma s’han obtingut els resultats en el cas més crític concentrant tot l’impacte en un punt.

La segona hipòtesis busca aproximar-se més a la realitat, també s’ha suposat que l’eix les

reaccions del conjunt recauen sobre l’eix davanter. En aquest cas s’ha considerat que l’eix

del punt del sistema d’ancoratge més proper a la roda davantera suporta les reaccions

longitudinals i que l’eix del punt del sistema d’ancoratge posterior suporta les reaccions

mcu

FFy

Fi CG

300.75

63

170.63

230.85

FRy


66

verticals. Aquest hipòtesis ve donada després de l’estudi dels diferents sistemes de retenció

fet en l’apartat 2.2. del projecte. Concretament en l’anàlisi dels sistemes d’ancoratge d’auto

enclavament, s’observa com en cas de l’impacte que s’ha de dur a terme segons la norma

ISO 10542, la roda posterior de la cadira tendeix a elevar-se respecte l’eix vertical.

Consideracions inicials

Per als diferents càlculs de reaccions i esforços realitzats s’ha fixat un valor per a la massa de

l’usuari de la cadira.

Segons websalud.es la mitja estatal de pes per als homes és de 75,8kg i de 63kg per a les

dones. De forma que si es fa una mitja entre els dos sexes resulta en un valor de 69,4kg.

Així doncs s’ha considerat una massa per a l’usuari de 70kg en els diferents càlculs realitzats.

mu = massa de l’usuari = 70 kg

3.6.2. Sistema de coordenades i criteri de signes

Els sistema de coordenades fixat per tal de realitzar tots els càlculs ha estat el de la Figura 73

que es mostra a continuació:

L’eix x correspon a la direcció longitudinal respecte la cadira, l’eix y correspon a la vertical i

el z correspon al transversal.

y

x z

Figura 73: Eixos de coordenades emprats


67

Per altra part també s’ha fixat un criteri de signes uniforme per a la realització de tots el

càlculs, s’ha considerat que els signes són positius en el sentits mostrats, tant per les forces

com per als moments.

Figura 74: Criteri de signes aplicat

3.6.3. Càlcul del Centre de gravetat

El centre de gravetat d’un objecte és el punt respecte el qual les forces de la gravetat

produeixen un moment resultant igual a zero. La situació d’aquest punt varia segons la

geometria del cos i de com es troba repartida la seva massa.

Per al desenvolupament dels càlculs i del disseny del sistema d’ancoratge és necessari

conèixer aquesta dada ja que, tal i com estableix la norma ISO 10542 cal que el sistema de

retenció suporti 22200 N aplicats al centre de gravetat de la cadira.

La forma idònia de realitzar aquests càlculs és fer-los disposant de la cadira físicament per

poder fer totes les mesures necessàries. Cal tenir en compte que el centre de gravetat és un

punt a l’espai, de forma que cal realitzar-ne el càlcul en els tres eixos (x,y,z). El mètode a

seguir tal de determinar aquest valor és el següent per a cada eix:

Centre de gravetat en l’eix x (longitudinal):

1. Determinar el pes de la cadira

2. Mesurar la distància entre els centres de les rodes davanteres i posteriors.

3. Aixecar un del dos eixos de les rodes de la cadira, davanter o posterior i mesurar-ne

el pes que hi recau situant una bàscula sota la roda al davant o darrere.

4. Amb les dades obtingudes al punt anterior, determinar el percentatge de que recau

a cada eix.

5. Calcular el centre de gravetat en l’eix x amb les dades obtingues i aplicant sumatori

de moments respecte un dels eixos de les rodes.

y

x

+


68

Centre de gravetat en l’eix y (vertical):

1. Conèixer el valor del centre de gravetat en l’eix x (longitudinal) prèviament calculat.

2. Aixecar un dels dos eixos, davanter o posterior i mesurar el pes que recau en un dels

dos eixos.

3. Mesurar l’alçada a la que s’ha aixecat la roda.

4. Mesurar el radi de les rodes.

5. Calcular el centre de gravetat en l’eix y amb les dades obtingudes i aplicar sumatori

de moments respecte un dels eixos de les rodes.

Centre de gravetat en l’eix z (lateral):

1. Conèixer el pes de la cadira, ja prèviament calculat.

2. Mesurar l’ample de vies de la cadira, és a dir, la distancia entre els centres de les

rodes pertanyents a un mateix eix.

3. Amb les dades obtingudes calcular el centre de gravetat en l’eix z, aplicant sumatori

de moments en un dels dos extrems pertanyents a un eix de les rodes.

Un cop conegut el mètode per calcular el centre de gravetat s’ha procedit a fer-ho en el cas

en concret de la cadira a estudiar. Com que en aquest cas no es disposa de la cadira

físicament, s’han dut terme els càlculs utilitzant el mateix mètode a partir de les dimensions

extretes del fabricant i tenint en compte certes consideracions.

Centre de gravetat de la cadira:

Dades de la cadira:

- Massa (mc) = 94kg

- Distància entre eixos (Wb) = 501.25mm


69

Centre de gravetat de la cadira en l’eix x (longitudinal):

Figura 75: Diagrama de forces per al càlcul del CG en l’eix x

On CGx = centre de gravetat de la cadira respecte l’eix x

Wb = distància entre eixos, en mm

f = distància entre l’eix davanter i CGx, en mm

r = distància entre l’eix posterior i CGx, en mm

mF = massa que recau sobre l’eix davanter, en kg

mR = massa que recau sobre l’eix posterior, en kg

mc = massa de la cadira, en kg

Abans de començar a realitzar càlculs del centre de gravetat, s’ha considerat que el

repartiment de pesos de la cadira és d’un 40% a l’eix davanter i un 60% al posterior ja que,

pel seu propi disseny presenta elements com els motors i bateries a la part de darrere.

𝒎𝑭 =40 ∙ 94

100= 𝟑𝟕. 𝟔 𝒌𝒈

r f

Wb

mR mF

mc

CGx


70

𝒎𝑹 = 𝑚𝑐 − 𝑚𝐹 = 94 − 37.6 = 𝟓𝟔. 𝟒 𝒌𝒈

Aplicant sumatori de moments respecte l’eix posterior R:

[∑ 𝑀𝑚𝑅 = 0]

𝑚𝐹 ∗ 𝑊𝑏 − 𝑚𝐶 ∗ 𝑟 = 0

𝑚𝐹 ∗ 𝑊𝑏 = 𝑚𝐶 ∗ 𝑟

𝑟 = 𝑚𝐹 ∗ 𝑊𝑏

𝑚𝐶 (𝐼)

Substituint els valors a l’expressió (I):

𝒓 =37.6 ∗ 501.25

94= 𝟐𝟎𝟎. 𝟓 𝒎𝒎

Coneixent aquest valor es pot calcular la distància respecte l’eix davanter:

𝑓 = 𝑊𝑏 − 𝑟 (𝐼𝐼)

Substituint els valors a l’expressió (II):

𝒇 = 501.25 − 200.5 = 𝟑𝟎𝟎. 𝟕𝟓 𝒎𝒎


71

Centre de gravetat de la cadira en l’eix y (vertical):

Figura 76: Diagrama de forces del CG respecte l’eix y

On CGy = centre de gravetat de la cadira respecte l’eix y

Wb = distància entre eixos, en mm

m'F = massa que recau sobre l’eix davanter amb la roda davantera aixecada, en kg

m’R = massa que recau sobre l’eix posterior amb la roda davantera aixecada, en kg

mc = massa de la cadira, en kg

α = angle de la cadira respecte al terra, en graus sexagesimals (°)

h = alçada del centre de gravetat respecte l’eix de la roda posterior, en mm

H = alçada a la que s’ha aixecat la roda davantera respecte al terra

rr = radi de la roda posterior, en mm

Prèviament a la realització dels càlculs s’han tingut en compte algunes consideracions al no

disposar físicament de la cadira com ja s’ha esmentat prèviament a l’inici d’aquest apartat.

mR

mF

mc

CGy

α

H


72

S’ha suposat de forma arbitrària que s’han aixecat les rodes davanteres una alçada H =

134,3 mm. Aplicant trigonometria se’n ha deduït l’angle α:

Figura 77: Angle amb el que s’ha aixecat la cadira respecte al terra

𝛼 = sin−1 (134.3

501.25)

𝜶 = 𝟏𝟓. 𝟓𝟒°

Per altra part s’ha considerat que els valors de massa de l’eix davanter amb les rodes

davanteres aixecades és un 10% inferior que quan es troba en repòs en pla, de forma que:

𝑚′𝐹 = 𝑚𝐹 ∗ 0.9 (𝐼𝐼𝐼)

𝒎′𝑭 = 37.6 ∗ 0.9 = 𝟑𝟑. 𝟖𝟒 𝒌𝒈

A continuació s’ha aplicat sumatori de moments respecte l’eix posterior R:

[∑ 𝑀𝑚𝑅 = 0]

(𝑚𝐹 − 𝑚′𝐹) ∗ 𝑊𝑏 − 𝑚𝐶 ∗ tan(∝) ∗ ℎ = 0

𝑚𝐶 ∗ tan(∝) ∗ ℎ = (𝑚𝐹 − 𝑚′𝐹) ∗ 𝑊𝑏

ℎ =(𝑚𝐹 − 𝑚′𝐹) ∗ 𝑊𝑏

𝑚𝑐 ∗ tan(∝) (𝐼𝑉)

Substituint els valors a l’expressió (IV):

𝒉 = (37.6 − 33.84) ∗ 501.25

94 ∗ tan (15.54)= 𝟕𝟐. 𝟏 𝒎𝒎

Coneixent aquest valor es pot calcular la distància al terra:

ℎ𝐶𝐺𝑐𝑦 = ℎ + 𝑟𝑟𝑟 (𝑉)

α


73

Substituint els valors a l’expressió (V):

𝒉𝑪𝑮𝒄𝒚 = 72.1 + 158.75 = 𝟐𝟑𝟎. 𝟖𝟓 𝒎𝒎

Centre de gravetat de la cadira en l’eix z (lateral):

En aquest eix s’ha obviat el càlcul considerant que el repartiment de pesos es uniforme ja

que, el disseny de la cadira és simètric respecte el seu pla central.

Resultat:

Centre de gravetat de la cadira (CGc)

Eix x (CGcx) Eix y (CGcy)

300.75 mm (respecte l’eix de la roda

davantera)

200.5 mm (respecte l’eix de la roda

posterior)

230.85 mm (respecte el terra)

Taula 16: Resultat de les coordenades del CG en l'eix x i y

De forma gràfica queda posicionat com es mostra en la Figura 78, les dades són en mm:

Figura 78: Coordenades del CG plasmades a la cadira

200.5 300.75

501.2

5

R F

mc

CGc

230.85


74

3.6.4. Càlcul d’esforços

Un cop determinades les hipòtesis i la posició del centre de gravetat de la cadira s’ha passat

a determinar quins esforços apareixen a cada punt d’ancoratge del sistema de retenció.

Aquests resultats seran els emprats per determinar la valides del dimensionat els elements

del sistema en el proper apartat mitjançant simulacions per elements finits.

Primera hipòtesis

Com s’ha esmentat en el punt 3.3.1. del projecte, aquesta hipòtesis és la més restrictiva. En

la següent figura s’han plasmat de forma esquemàtica els diferents esforços que actuen en

el moment d’impacte sobre la cadira. Les dimensions són en mm.

Figura 79: Diagrama de forces aplicant la primera hipòtesis

On Fi = força d’impacte establerta per la norma ISO 10542, en N

Pcu = pes de la cadira més la de l’usuari, en N

FFy = força de reacció vertical en l’eix davanter, en N

Ffy = força vertical en el primer punt d’ancoratge, en N

Ffx = força horitzontal en el primer punt d’ancoratge, en N

CG = centre de gravetat de la cadira, en mm

mcu

Ffx

FFy

Ffy

Fi CG

300.75

63

170.63

230.85


75

Prèviament al càlcul de sistema de forces s’han de contemplar les següents dades:

- Fi = 22200 N segons la ISO 10542 aplicats al CG

- Pes de la cadira més l’usuari

𝑃𝑐𝑢 = (94 + 70) ∗ 9.81 = 1608.84 𝑁

Primer s’ha realitzat el sumatori de forces respecte l’eix x:

[∑ 𝐹𝑥 = 0]

𝐹𝑖 − 𝐹𝑓𝑥 = 0

𝐹𝑖 = 𝑭𝒇𝒙 = 𝟐𝟐𝟐𝟎𝟎 𝑵

Un cop conegut el valor de Ffx s’ha aplicat sumatori de moments respecte l’eix davanter:

[∑ 𝑀𝐹 = 0]

(−𝐹𝑖 ∗ 230.85) + (𝑚𝑐𝑢 ∗ 300.75) + (𝐹𝑓𝑥 ∗ 63) + (𝐹𝑓𝑦 ∗ 170.63) = 0

(−22200 ∗ 230.85) + (1608.84 ∗ 300.75) + (22250 ∗ 63) + (𝐹𝑓𝑦 ∗ 170.63) = 0

𝑭𝒇𝒚 =(22200 ∗ 230.85) − (1608.84 ∗ 300.75) − (22250 ∗ 63)

170.63= 𝟏𝟖𝟗𝟖𝟒. 𝟏𝟑 𝑵


76

Segona hipòtesis

D’acord amb el punt 3.3.1. del projecte, aquesta hipòtesis busca una aproximació més

propera a la realitat en cas d’impacte. A continuació s’exposa el croquis de les diferents

forces que hi actuen i les dimensions a tenir en compte, aquestes últimes expressades en

mm.

Figura 80: Diagrama de forces aplicant la primera hipòtesis

On Fi = força d’impacte establerta per la norma ISO 10542, en N

Pcu = pes de la cadira més la de l’usuari, en N

FFy = força de reacció vertical en l’eix davanter, en N

Fry2 = força vertical en el segon punt d’ancoratge per a la hipòtesis 2, en N

Ffx2 = força horitzontal en el primer punt d’ancoratge per a la hipòtesis 2, en N

CG = centre de gravetat de la cadira, en mm

mc

Ffx2

FFy

Fry

2

Fi C

300.7

5

63

170.6

330.6

230.8

5


77

Amb el sumatori de forces respecte l’eix x, s’ha obtingut el valor de Ffx2:

[∑ 𝐹𝑥 = 0]

𝐹𝑖 − 𝐹𝑓𝑥2 = 0

𝐹𝑖 = 𝑭𝒇𝒙𝟐 = 𝟐𝟐𝟐𝟎𝟎 𝑵

Un cop conegut el valor de Ffx s’ha aplicat sumatori de moments respecte l’eix davanter, per

tal de determinar Fry2 :

[∑ 𝑀𝐹 = 0]

(−𝐹𝑖 ∗ 230.85) + (𝑚𝑐𝑢 ∗ 300.75) + (𝐹𝑓𝑥2 ∗ 63) + (𝐹𝑟𝑦2 ∗ 330.63) = 0

(−22250 ∗ 230.85) + (1608.84 ∗ 300.75) + (22250 ∗ 63) + (𝐹𝑟𝑦2 ∗ 330.63) = 0

𝑭𝒇𝒚𝟐 =(22200 ∗ 230.85) − (1608.84 ∗ 300.75) − (22250 ∗ 63)

330.63= 𝟗𝟕𝟗𝟕. 𝟐𝟒 𝑵

Resultats:

Hipòtesis 1 Hipòtesis 2

Ffx 22200 N Ffx2 22200 N

Ffy 18984.13 N Fry2 9797.24N Taula 17: Resultats de les dues hipòtesis


78

3.6.5. Càlcul de les molles

Per dimensionar les molles que conformen el sistema d’accionament s’han realitzat una

sèrie de càlculs.

El diagrama de forces per a la maneta és el de la Figura 81, les mesures són en mm:

Figura 81: Diagrama de forces a la maneta

On Fma = força a aplicar amb la ma, en N

Tcable = tensió del cable, en N

P = punt on pivota la maneta

Per a Fma es suposa que s’exerceix una forca equivalent a una massa de 5 kg, per passar-ho a

N cal multiplicar per la acceleració de la gravetat.

𝑭𝒎𝒂 = 5 ∗ 9.81 = 𝟒𝟗. 𝟎𝟓 𝑵

Fent sumatori de forces respecte P s’obté el valor de Tcable:

[∑ 𝑀𝑃 = 0]

−𝐹𝑚𝑎 ∗ 71.69 + 𝑇𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 ∗ 17.05 = 0

𝑻𝒄𝒂𝒃𝒍𝒆 =49.05 ∗ 71.69

17.05= 𝟐𝟎𝟔. 𝟐𝟒 𝑵

Un cop determinada la tensió del cable es pot determinar la constant k que ha de tenir la

molla, per realitzar el càlcul s’ha emprat la llei de Hooke donada per la següent expressió:

𝐹 = 𝑘 ∗ 𝑥

Fma

P

Tcable

71.69

17.05


79

On F = força, en N

k = constant de la molla, en N/mm

x = allargament, en mm

En aquest cas es coneix que:

𝐹 = 𝑇𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 = 206.24 𝑁

I per altra part s’ha definit que:

𝑥 = 7𝑚𝑚

De manera que es pot calcular quina ha de ser la k de la molla:

𝒌 =𝐹

𝑥=

206.24

7= 𝟐𝟗. 𝟒𝟔 𝑵/𝒎𝒎

El sistema consta de dues molles en paral·lel com es mostra a la Figura 82.

Figura 82: Disposició de les molles en paral·lel

Ambdues molles es troben en paral·lel de forma que es comporten com una sola molla. Així

doncs:

𝑘 = 𝑘1 + 𝑘2

Per tant cada molla ha de tenir una constant de valor:

𝒌𝟏 = 𝒌𝟐 =𝑘

2=

29.46

2= 𝟏𝟒. 𝟕𝟑 𝑵/𝒎𝒎

k2 k1


80

3.7. Simulacions d’elements finits

A partir dels resultats obtinguts en l’apartat anterior, s’ha procedit a calcular mitjançant el

paquet d’eines Solidworks® Simulation per tal de dimensionar i comprovar que els materials

emprats són els correctes.

Abans d’entrar en matèria amb cada simulació realitzada, cal esmentar que aquestes s’han

realitzat en base als resultat obtinguts de la primera hipòtesi plantejada ja que es n’és la

més restrictiva, és a dir és el cas més crític en que es pot trobar un dels elements dissenyats

en cas d’impacte. A la Taula 18 es mostren els valors dels esforços obtinguts en els dos eixos

(x, y):

Hipòtesis 1

Ffx 22200 N

Ffy 18984.13 N Taula 18: Esforços segons la Hipòtesis 1

El material de les peces és l’acer estructural S235JR, en la Taula 19 es mostren les principals

propietats mecàniques del material:

Propietat Valor Unitats

Mòdul elàstic 210000.0031 MPa

Coeficient de Poisson 0.28 -

Mòdul tallant 79000 MPa

Densitat de massa 7800 kg/m^3

Límit de tracció 360 MPa

Límit elàstic 235 MPa Taula 19: Propietats mecàniques del acer estructural S235JR


81

Per cada element es mostren 2 gràfics:

- Distribució de tensions: mostra els diferents valors donats de tensió de Von Mises

distribuïdes per la peça, el rang de valor ve donat amb una gamma de colors que

varia en funció de les valors de tensió donats.

- Desplaçaments: aquest segon gràfic es troba lligat amb el primer, en aquest cas

mostra les deformacions en mm que es produeixen a cada zona de la peça

estudiada, de la mateixa manera que el de tensions presenta una llegenda amb una

gamma de colors que varia segons el valor obtingut en cada punt.

Per mallar les peces s’ha escollit la opció de fer la malla el més fina possible dins del que el

software permet, per tal d’aconseguir un resultat més acurat a l’hora de fer el càlcul.

3.7.1. Base ancorada al terra

Per simular aquesta part del sistema dissenyat s’ha aplicat una condició que estableix que el

components que conformen el conjunt tenen entre ells una unió rígida, comportant-se com

una sola peça.

S’han considerat com a subjeccions fixes els forats destinats a ancorar la base al terra del

vehicle.

- Distribució de tensions:

La tensió màxima obtinguda és als forats on s’apliquen els esforços amb un valor

màxim de 97.66 MPa, nombre molt inferior als 235 MPa del material. Aquesta dada

assegura que la peça a part de resistir l’impacte ho pot fer sense patir deformacions

plàstiques mantenint així la seva geometria original després del cop.

Figura 83: Distribució de tensions de la base ancorada al terra


82

- Desplaçaments:

En aquest gràfic és veu més bé quines zones presenten un desplaçament major un

cop aplicats els esforços. A la zona pròxima al punt d’aplicació de les reaccions és on

es troba el major desplaçament amb un valor de 0.033 mm, a la resta de la part

central en color verd es presenten un desplaçaments inferiors. Parant atenció a les

cartel·les laterals, es veu com aquestes actuen ja que, també pateixen una lleugera

deformació de l’ordre del 0.014 mm. Aquests desplaçaments són d’una magnitud

molt baixa de manera que no afecten a la peça.

Figura 84: Desplaçaments de la base ancorada al terra

3.7.2. Base fixada a la cadira

La base fixada a la cadira es troba formada per diversos elements soldats entre ells, per

aquest motiu per fer la simulació s’ha aplicat al conjunt una condició que estableix el

contacte entre els diferents components com una unió rígida de forma que es comporta

com una sola peça.

S’ha considerat que la base es troba fixada pels seus laterals a la cadira mitjançant els

quatre forats que hi ha.


83

- Distribució de tensions:

La tensió màxima obtinguda és de 166.3 MPa, significativament inferior al límit

elàstic del material que és de 235 MPa. D’aquesta forma s’assegura que en cas

d’impacte aquesta peça és capaç de suportar l’esforç sense patir una deformació

plàstica.

Figura 85: Distribució de tensions de la base ancorada a la cadira

- Desplaçaments:

En quant als desplaçaments el valor d’aquests són mínims, el desplaçament màxim

és de 0.025 mm. En zones properes al punt d’aplicació dels esforços aquest valor és

inferior situant-se al voltant dels 0.015 mm, valors pràcticament insignificants.

Figura 86: Desplaçaments de la base ancorada a la cadira


84

3.7.3. Conclusions

Un cop realitzats els anàlisis per elements finits dels dos components principals del

sistema d’accionament amb les sol·licitacions que marca complir la norma ISO 10542, es

poden extreure unes conclusions.

Les conclusions són ambdues resisteixen perfectament les càrregues aplicades en la

situació més crítica (hipòtesis 1), en cap cas es supera el límit elàstic i els desplaçaments

són mínims.

4. ESTUDI ECONÒMIC

En aquest apartat del projecte queden plasmats els costos que implicaria la fabricació d’un

prototip dels sistema d’ancoratge dissenyat. Els preus utilitzats són preus de mercat amb

l’impost de l’IVA inclòs, de forma que els resultats obtinguts ajuden a aproximar-se al cost

real.

4.1. Costos d’enginyeria

Aquests costos són els que cobreixen els serveis d’enginyeria per desenvolupar el projecte,

s’ha estimat un preu/hora de l’enginyer de 20 €/h.

Tasques Preu (€/h) Hores (h) Preu total (€)

Estudi inicial del

problema

20 20 400€

Anàlisi de mercat 20 40 800€

Estudi de la

normativa

20 20 400€

Desenvolupament

del primer disseny

20 120 2400€

Desenvolupament

del disseny final

20 300 6000€

Càlcul i simulació

d’esforços

20 50 1000€

Documentació 20 50 1000€

TOTAL - 600 12000 € Taula 20: Costos d'enginyeria


85

4.2. Costos dels elements de disseny propi

Component

(Nº)

Nom Material Procés Unitats

(u)

Preu

unitari

(€/u)

Preu

Total

(€)

1.1 Xapa base

terra

S235JR Tall

làser

1 18€ 18

1.2 Cartel·la de

reforç

S235JR Tall

làser

6 2€ 12€

1.3 Xapa base en

“U”

S235JR Tall

làser i

plegat

1 40€ 40€

2.1 Xapa en “L” S235JR Tall

làser i

plegat

2 14€ 28€

2.2 Xapa central S235JR Tall

làser i

plegat

1 25€ 25€

2.3 Rodó

mecanitzat

S235JR Torn 2 20€ 40€

3.1C.2 Suport

passador

AISI 304 Tall

làser

2 6€ 12€

3.2C.4 Base

d’accionament

S235JR Tall

làser i

plegat

1 35€ 35€

3.2CC.1 Xapa de

pressió

S235JR Tall

làser i

plegat

1 20€ 20€

3.3C.1 Tub quadrat

S235

20X20X2mm

S235JR Tallar,

foradar i

soldar

1 15€ 15€

3.4C.1 Xapa guia S235JR Tall

làser i

2 17€ 34€


86

plegat

3.4CC.1 Patí de niló Niló Fresa 2 15€ 30€

3.5CC.1 Tub vertical S235JR Tallar,

foradar i

soldar

1 30€ 30€

3.6C.1 Tub rodó S235

Ø16x2

S235JR Tallar i

foradar

1 15€ 15€

4 Tapa S235JR Tall

làser i

doblar

1 47€ 47€

5.1 Xapa de

regulació e1

S235JR Tall

làser

2 10€ 20€

5.2 Xapa de

regulació e2

S235JR Tall

làser

2 12€ 24€

5.3 Xapa de

regulació e6

S235JR Tall

làser

1 18€ 18€

TOTAL - - - - - 443€ Taula 21: Costos dels elements de disseny propi

4.3. Costos dels components comercials

Descripció Referència Preu unitat

(€/u)

Quantitat Preu Total (€)

Cargol

hexagonal

DIN 933 8.8 x40 0.29€ 5 1.45€

Volandera DIN 125 M5 A2 0.23€ 4 0.92€

Femella DIN 934 M5 A2 0.30€ 4 1.2€

Cargol

hexagonal

DIN 933 3.8 M4 x15 0.31€ 2 0.62€

Cargol allen DIN 912 8.8 M4x7 0.21€ 1 0.21€

Volandera DIN 125 M5 ZI 0.43€ 1 0.43€


87

Femella DIN 934 M8 8.8 0.15€ 1 0.15€

Cargol allen DIN 912 M5 x20 8.8 0.22€ 1 0.22€

Femella DIN 934 M6 0.15€ 5 0.15€

Femella DIN 934 M8 0.17€ 4 0.17€

Femella DIN 934 M10 0.21€ 6 0.21€

Pern reblonat FH-M8-18ZI 0.33€ 2 0.66€

Pern reblonat FH-M6-15ZI 0.24€ 5 1.2€

Pern reblonat HFH-M10-20ZI 0.5€ 4 2€

Pern reblonat FHS-M5-15 0.23€ 2 0.46€

Femella

reblonada

S-M4-2ZI 0.16€ 2 0.32€

Maneta de fre

de bicicleta

- 10.95€ 1 10.95€

Cable de fre de

bicicleta

- 3.99€ 1 3.99€

Molla E05000751250S 12.09€ 2 24.18€

Passador 03415-001510060 25.75€ 2 51.5€

Roda - 1.5€ 1 1.5€

Tap RO013 0.5€ 1 0.5€

Insert 40/TR080H100 0.3€ 2 0.6€

Cargol presoner

M4

- 0.2€ 1 0.2€

Cargol ajusta

cable M5

- 0.2€ 1 0.2€

TOTAL - - - 103.99€ Taula 22: Costos del components comercials


88

4.4. Costos d’altres processos de fabricació

Descripció Temps

estimat (h)

Preu hora

(€/h)

Preu Total

Soldadura 0.5 50 25€

TOTAL - - 25€ Taula 23: Costos d'altres processos de fabricació

4.5. Cost total

El preu del pressupost fet és molt elevat degut a que tan sols es tracta d’un prototip amb

una única fabricació. Per amortitzar tant els costos d’enginyeria com els de la fabricació

d’elements de disseny propi caldria passar a realitzar una producció en sèrie, d’aquesta

forma es reduirien els temps de preparació de les maquines emprades per al la fabricació

dels diversos elements dissenyats.

Concepte Import (€)

Costos d’enginyeria 12000€

Costos dels elements de disseny

propi

443€

Costos del elements comercials 103.99€

Costos d’altre processos de

fabricació

25€

COST TOTAL PROJECTE 12571.99€

Taula 24: Cost total


89

5. IMPLICACIONS AMBIENTALS

Amb la tendència global a la focalització cap a tractar de reduir la contaminació del planeta i

frenar el canvi climàtic, cada cop els governs presenten més mesures i iniciatives tant per a

empreses com per a particulars per tal de disminuir l’ús d’energies no renovables,

optimitzar els recursos naturals i eliminar els productes perjudicials per a l’ecosistema. Per

aquest motiu, en aquest projecte s’ha optat per valorar les implicacions ambientals del

procés de disseny realitzat, i també del procés de fabricació. Tot i que aquest últim procés

no s’ha realitzat a la realitat, des de l’inici s’ha considerat important dissenyar en base a la

fabricació per tal de deixar menys empremta mediambiental, prenent cura del diversos

processos de fabricació i materials emprats.

5.1. Disseny

Aquesta fase correspon a tot el desenvolupament del projecte, des de la idea inicial, passant

per l’estudi de les diverses normatives fins al disseny sistema d’ancoratge i la redacció de la

memòria.

Tots aquests processos s’han realitzat mitjançant un ordinador com a eina principal, excepte

algun croquis o càlcul realitzat a mà en una llibreta. D’aquesta forma l’ús del paper ha estat

un recurs gairebé inexistent. Per altra part però es troba el consum d’energia elèctrica per

alimentar l’ordinador i obtenir la connexió a internet, se’n desconeix la procedència de

l’energia de forma que no es sap si provenen de fonts renovables o no. Tota la fase de

disseny utilitzant software CAD i el procés de simulació per elements finits CAE requereix de

la dedicació de nombroses hores cosa que fa augmentar el consum d’energia per part de

l’aparell electrònic.

En la fase de disseny es genera un impacte ambiental força lleu en comparació al de

fabricació on els processos solen requerir de molta energia i s’empren elements que poden

ser tòxics o perillosos per a la salut tant de les persones com dels animals. Per aquest motiu

es important dissenyar en base a intentar minimitzar els possibles efectes negatius cap al

medi ambient que es puguin generar durant la fase de fabricació.

5.2. Fabricació

Com s’ha esmentat a l’inici d’aquest apartat dedicat a les implicacions ambientals del

projecte, la realització d’aquest treball no implica la fabricació real però si que s’ha dissenyat

en base a minimitzar l’impacte ambiental.

En el disseny s’ha optat per reduir al màxim el nombre de mecanitzats, havent només

element que es fabrica amb el procés de torn. Aquest fet es deu a que el procés de

mecanització consisteix en arrancar ferritja d’un bloc inicial de forma que el

desaprofitament de material es significatiu.


90

Gran part dels elements dissenyats contemplen el procés de tall làser de xapa, de doblat,

inserir, reblonar i soldar. Tots aquest processos es realitzen amb grans quantitats d’energia

elèctrica, per tal de tractar de reduir l’impacte ambiental cal tractar de que la majoria

provingui de fonts renovables.

El procés de soldadura per arc metàl·lic a part del consum d’energia també s’ha de

considerar que empra uns gasos que tenen la funció principal de protegir el metall fos per la

soldadura i de la contaminació d’altres agents externs. Tot i les mesures de seguretat que

s’empren als tallers de soldadura cal tenir en compte que alguns d’aquests gasos poden ser

perillosos per a la salut dels treballadors.

Un altre procés emprat per protegir diversos elements de la corrosió ha estat el procés de

zincat. Actualment aquest procés és lliure d’elements contaminants o tòxics, essent lliure de

cianur i fent-lo respectuós amb el medi ambient.

Cal esmentar que tant la ferritja sobrant del procés de mecanitzat com els retalls de xapa

provinents del tall de làser han de ser gestionats degudament per tal de reciclar-los. La resta

d’elements sobrants també han de ser gestionats depenent del tipus de residu sigui en

qüestió.

6. CONCLUSIONS

L’objectiu principal del projecte era dissenyar una nova solució per tal d’ancorar una cadira

de rodes a l’interior d’un vehicle, aquesta solució havia de complir els objectius establerts

per al nou disseny.

El disseny proposat neix de l’estudi de les diverses opcions existents actualment al mercat

analitzant quins són els seus punts forts i quines mancances tenen. Amb aquesta informació,

es va desenvolupar un primer disseny, aquest va ser de gran utilitat per tal d’enfocar el camí

del disseny final i fixar uns requeriments a complir.

El sistema proposat compleix gran part dels objectius fixats, com que l’usuari pugui ancorar

la cadira per ell mateix sense la necessitat d’un acompanyant. L’accionament del sistema és

senzill i intuïtiu per a l’experiència d’ús de l’usuari, a part de comptar amb un marge de

regulació que permet obtenir una posició més ergonòmica.

La nova solució és capaç de resistir les sol·licitacions exigides per la norma ISO 10542 sense

patir cap tipus de deformació permanent, de forma que s’ha obtingut un disseny robust i

segur.

Un altre punt a favor, és que no requereix d’energia elèctrica, de forma que el sistema

sempre es pot utilitzar encara que no hi hagi subministrament d’energia elèctrica per part

del vehicle en cas d’averia. Tanmateix, aquest fet fa que en cas d’emergència l’usuari no

s’hagi de preocupar ja que, el sistema sempre es trobarà llest per desancorar la cadira.


91

Les dimensions reduïdes permeten acoblar-se a l’interior de qualsevol vehicle tipus

furgoneta sense problemes d’espai.

No tot són avantatges i com a punts negatius es troba que el model s’ha dissenyat per a una

cadira en concret, per tant per poder ser utilitzat en altres cadires s’hauria de estudiar si

seria viable utilitzar-lo o si caldria fer alguna modificació per ajustar-se a les noves

dimensions. Un altre punt en contra és que el sistema proposat redueix la alçada lliure al

terra de la cadira, ja que una de les parts es troba fixada a la part inferior de la cadira.

Personalment estic satisfet amb el resultat obtingut, crec que s’han complert gairebé tots

els objectius proposats. També cal esmentar que per mi ha suposat un gran repte el

desenvolupament d’aquest projecte des de l’inici fins al final. Considero que el diversos

problemes afrontats m’han aportat un gran aprenentatge.

7. BIBLIOGRAFIA

ferrosplanes. 2021. Proceso de zincado: ¿qué es y qué ventajas tiene? - ferrosplanes.

[online] <https://ferrosplanes.com/proceso-de-zincado-que-es-y-que-ventajas-tiene/>

[Accedit a 11 de Març de 2021].

studylib.es. 2021. La Seguridad Vial y las Personas de Movilidad Reducida. [online]

<https://studylib.es/doc/5570682/la-seguridad-vial-y-las-personas-de-movilidad-reducida>

[Accedit a 12 de Març de 2021].

Eur-lex.europa.eu. 2021. EUR-Lex - 42020X1169 - EN - EUR-Lex. [online] <https://eur-

lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/?uri=CELEX:42020X1169> [Accedit a 16 de Març de

2021].

Ine.es. 2021. [online] <https://www.ine.es/infografias/infografia_dia_poblacion.pdf>

[Accedit a 10 d’Abril de 2021].

Ine.es. 2021. [online] <https://www.ine.es/revistas/cifraine/1009.pdf> [Accedit a 11 d’Abril

de 2021].


92

Envejecimiento.csic.es. 2021. [online]

<http://envejecimiento.csic.es/documentos/documentos/imserso-estudiosidi-31.pdf>

[Accedit a 14 d’Abril de 2021].

Ceapat.es. 2021. [online]

<http://www.ceapat.es/InterPresent2/groups/imserso/documents/binario/reto_transp.pdf

> [Accedit a 1 Maig de 2021].

Ingemecanica.com. 2021. Adaptación de Vehículos para Personas con Movilidad Reducida.

[online] <https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn97.html> [Accedit a 3 de Maig

de 2021].

Ine.es. 2021. [online] <https://www.ine.es/prodyser/pubweb/discapa/disctodo.pdf>

[Accedit a 16 de Maig de 2021].

iAgua. 2021. ¿Qué es el par galvánico?. [online]

<https://www.iagua.es/noticias/espana/tecnoconverting/16/07/04/que-es-par-galvanico>

[Accedit a 15 de Maig de 2021].

8. ANNEXOS

Annex A - Plànols

Treball Final de Grau - upcommons.upc.edu

Documents

Transcript of Treball Final de Grau - upcommons.upc.edu