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ANALISI CRITICA DELLE METODOLOGIE DI PROVA A FATICA SU CARROZZINE PER DISABILI SECONDO ISO 7176-8 Dr. NICOLA PETRONE Ing. CHIARA PICCOLODIPARTIMENTO DI.

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1 ANALISI CRITICA DELLE METODOLOGIE DI PROVA A FATICA SU CARROZZINE PER DISABILI SECONDO ISO Dr. NICOLA PETRONE Ing. CHIARA PICCOLODIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Dr. NICOLA PETRONE Ing. CHIARA PICCOLO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA

2 Oggetto e obiettivi Obiettivo: programmazione di attività sperimentali di acquisizione dati su strada e al banco per la validazione dei metodi di prova. Carrozzine per disabili: per la resistenza a fatica è previsto il superamento di una prova su banco a rulli con ostacoli di 12 mm di spessore, impattati per 200'000 cicli dalla carrozzina zavorrata con manichino normato, e una prova di caduta da 50 mm di altezza ripetuta per 6666 volte Quesito: quali evidenze tecnico scientifiche di correlazione tra sollecitazioni al banco e vita su strada giustificano le prove esistenti? Ambito: gruppo di lavoro ISO TC 173 – SC1 – WG1 incaricato di discutere la revisione della norma ISO :1998 relativa ai metodi di prova su carrozzine per disabili

3 ISO : con manichino ISO : con manichino Normativa Gruppo di lavoro ISO / TC 173 / SC1 / WG1Gruppo di lavoro ISO / TC 173 / SC1 / WG1 Drop test altezza di caduta 50mm numero minimo di 6666 impatti sincroni sulle ruote banco a rulli asincroni ( = 250 mm) ostacoli arrotondati (r = 6 mm) spessore e lunghezza (12x36 mm), velocità (vel. perif. 1 m/s) numero minimo di 200'000 impatti sul rullo posteriore Drum test

4 Manichino a disposizione: 112 kg Manichino a disposizione: 112 kg Il manichino è formato da segmento tronco e segmento cosce che a loro volta sono composti da una struttura base, un piatto di carico e uno strato di schiuma. ISO Il posizionamento delle zavorre determina massa e baricentro dei singoli segmenti e del manichino totale i cui valori sono normati in ISO :massa X Com Y Com Manichino da 100kg, no gambe 92kg204,0mm271,6mm Manichino da 120kg, no gambe 112kg223,2mm265,1mm ISO : manichini di prova ISO : manichini di prova Normativa

5 Proposta di un Cam test da sostituire al Drop test Proposta di un Cam test da sostituire al Drop test Quesiti aperti Equivalenza del Drop test alla discesa da gradino reale Equivalenza del Drop test alla discesa da gradino reale Prova incrociata tra laboratori per la verifica dei risultati Prova incrociata tra laboratori per la verifica dei risultati

6 Sviluppo di sistema di rilevazione delle sollecitazioni Sviluppo di sistema di rilevazione delle sollecitazioni Prova di caduta da gradino con manichino e soggetti reali. Prova di caduta da gradino con manichino e soggetti reali. Prova al banco con manichino Prova al banco con manichino Prova su strada con soggetti reali Prova su strada con soggetti reali Metodo adottato

7 Carrozzine testate OFFCARR (R1) ZODIAC ZODIAC 7 kg 7 kg Manuale superleggera FISSA Manuale superleggera FISSA PROGEO (R2) Exelle Vario Exelle Vario 12 kg 12 kg Manuale superleggera PIEGHEVOLE Manuale superleggera PIEGHEVOLE VASSILLI (E3) NEW SPACE 1 NEW SPACE kg 116 kg Elettronica Elettronica Non pieghevole Sosp. Posteriori Non pieghevole Sosp. Posteriori

8 Banco prova CARATTERISTICHE: rulli ad interasse regolabile velocità regolabile controllata da inverter. camme in PVC con gradino di 50 mm

9 Modifica della piastrina di supporto asse ruota carrozzina Exelle Vario con fattore 2 di amplificazione del carico totale TW per ruota Modifica della piastrina di supporto asse ruota carrozzina Exelle Vario con fattore 2 di amplificazione del carico totale TW per ruota Sensori sviluppati Sviluppo ponte intero estensimetrico per la misura carichi FZ (asse Z verticale solidale alla carrozzina) Sviluppo ponte intero estensimetrico per la misura carichi FZ (asse Z verticale solidale alla carrozzina)

10 Tachimetro Tachimetro Fondo scala 25g Banda passante 100Hz Fondo scala 25g Banda passante 100Hz N° 2 Celle di carico alle Ruote posteriori N° 2 Celle di carico alle Ruote posteriori (RWR, RWL) (RWR, RWL) Accelerometro anteriore (FWaccZ) Accelerometro anteriore (FWaccZ) Accelerometro posteriore Accelerometro posteriore (RWaccZ) (RWaccZ) Sensori applicati

11 1. prove pilota con zavorra o soggetti umani, verifica sistema di misura forze Ruota e accelerazioni verifica sistema di misura forze Ruota e accelerazioni discesa da gradino con soggetti reali (58 kg, 86 kg e 109 kg zavorra (46 kg) discesa da gradino con soggetti reali (58 kg, 86 kg e 109 kg) e con zavorra (46 kg) prove banco a camme con zavorra (46 kg) prove banco a camme con zavorra (46 kg). 2. prove con manichino su gradino o banco misura accelerazioni alla ruota misura accelerazioni alla ruota discesa da gradino con soggetti reali (58 kg, 90 kg (112 kg) discesa da gradino con soggetti reali (58 kg, 90 kg) e con manichino (112 kg) prove al banco a camme(112 kg) prove al banco a camme con manichino (112 kg) 3. prove su strada con un soggetto umano lacquisizione di spettri di carico di forze alla ruota e accelerazioni con carrozzina R2 su diversi terreni lacquisizione di spettri di carico di forze alla ruota e accelerazioni con carrozzina R2 su diversi terreni. soggetto 27 anni, 1700 mm, 70 kg, utente esperto 4 km a circa 5 km/h: ghiaino (21%), asfalto (38%), pavè e lastricato 30 % e ciottolato 4% Prove svolte

12 Analisi Dati TW = Total Weight = Peso Carr + Manichino + Somat RWL, RWR = Forze Verticali allasse posteriore [N] FWaccZ, RWaccZ = Accelerazioni Verticali [g] RWLRWR RWaccZFWaccZ Per generalizzare i dati, RWL e RWR sono Normalizzate al peso totale TW TW

13 Prove da gradino di 50mm Utenti Utenti Zavorra da 46kg Zavorra da 46kg

14 Prove su banco, Sessione 1 Rulli sincroni, zavorra di 46kg Rulli sincroni, zavorra di 46kg Rulli asincroni, zavorra di 46kg Rulli asincroni, zavorra di 46kg

15 prova IMPATTO RUOTA ANTERIOREIMPATTO RUOTA POSTERIORE RwaccFW_gRW meanRwaccFW_g PeakSDPeakSDPeakSDPeakSDPeakSD [g] Fpeak/ TW Fpeak/ TW [g] Utente di 59kg TW=784,8N gradino di 50mm: 3,5km/h 3,8030,2329,1300,3120,6490,3335,9330,2321,8370,306 Utente di 86kg TW=1049,67N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,1600,1448,5900,1910,6800,3286,1630,9261,8730,261 Utente di 109kg TW=1275,3N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,020-10,770-0,5780,0496,210-1,910- Zavorra di 46kg TW=657,27N gradino di 50mm: 4km/h 4,6530,58310,6330,6351,0450,5457,9570,4742,9170,617 Zavorra di 46kg TW=599N banco asincrono: 3,6km/h 3,5900,39311,9581,9971,4210,0265,5520,5657,5260,694 Zavorra di 46kg TW=599N banco sincrono: 3,6km/h ----1,6200,01610,2921,42514,9452,076 La corporatura dellutente non influenza molto il fattore di carico alla ruota, che vale in media 0,64TW; Peak = Fpeak / TW Prove su banco, Sessione 1

16 prova IMPATTO RUOTA ANTERIOREIMPATTO RUOTA POSTERIORE RwaccFW_gRW meanRwaccFW_g PeakSDPeakSDPeakSDPeakSDPeakSD [g] Fpeak/ TW Fpeak/ TW [g] Utente di 59kg TW=784,8N gradino di 50mm: 3,5km/h 3,8030,2329,1300,3120,6490,3335,9330,2321,8370,306 Utente di 86kg TW=1049,67N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,1600,1448,5900,1910,6800,3286,1630,9261,8730,261 Utente di 109kg TW=1275,3N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,020-10,770-0,5780,0496,210-1,910- Zavorra di 46kg TW=657,27N gradino di 50mm: 4km/h 4,6530,58310,6330,6351,0450,5457,9570,4742,9170,617 Zavorra di 46kg TW=599N banco asincrono: 3,6km/h 3,5900,39311,9581,9971,4210,0265,5520,5657,5260,694 Zavorra di 46kg TW=599N banco sincrono: 3,6km/h ----1,6200,01610,2921,42514,9452,076 La presenza sulla sedia di una zavorra inerte comporta un fattore di carico di 1,05TW, che è maggiore di +0,41TW rispetto alla presenza sulla carrozzina di una persona Peak = Fpeak / TW Prove su banco, Sessione 1

17 prova IMPATTO RUOTA ANTERIOREIMPATTO RUOTA POSTERIORE RwaccFW_gRW meanRwaccFW_g PeakSDPeakSDPeakSDPeakSDPeakSD [g] Fpeak/TWFpeak/ TW TW [g] Utente di 59kg TW=784,8N gradino di 50mm: 3,5km/h 3,8030,2329,1300,3120,6490,3335,9330,2321,8370,306 Utente di 86kg TW=1049,67N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,1600,1448,5900,1910,6800,3286,1630,9261,8730,261 Utente di 109kg TW=1275,3N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,020-10,770-0,5780,0496,210-1,910- Zavorra di 46kg TW=657,27N gradino di 50mm: 4km/h 4,6530,58310,6330,6351,0450,5457,9570,4742,9170,617 Zavorra di 46kg TW=599N banco asincrono: 3,6km/h 3,5900,39311,9581,9971,4210,0265,5520,5657,5260,694 Zavorra di 46kg TW=599N banco sincrono: 3,6km/h ----1,6200,01610,2921,42514,9452,076 La prova sul banco con camme asincrone e zavorra da 46 kg comporta un fattore di carico di 1,42TW: la prova è di +0,37TW più gravosa rispetto alla prova di caduta da gradino Peak = Fpeak / TW Prove su banco, Sessione 1

18 prova IMPATTO RUOTA ANTERIOREIMPATTO RUOTA POSTERIORE RwaccFW_gRW meanRwaccFW_g PeakSDPeakSDPeakSDPeakSDPeakSD [g] Fpeak/TWFpeak/ TW TW [g] Utente di 59kg TW=784,8N gradino di 50mm: 3,5km/h 3,8030,2329,1300,3120,6490,3335,9330,2321,8370,306 Utente di 86kg TW=1049,67N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,1600,1448,5900,1910,6800,3286,1630,9261,8730,261 Utente di 109kg TW=1275,3N gradino di 50mm: 3,5km/h 4,020-10,770-0,5780,0496,210-1,910- Zavorra di 46kg TW=657,27N gradino di 50mm: 4km/h 4,6530,58310,6330,6351,0450,5457,9570,4742,9170,617 Zavorra di 46kg TW=599N banco asincrono: 3,6km/h 3,5900,39311,9581,9971,4210,0265,5520,5657,5260,694 Zavorra di 46kg TW=599N banco sincrono: 3,6km/h ----1,6200,01610,2921,42514,9452,076 La prova sul banco con camme sincrone e zavorra da 46 kg comporta un fattore di carico di 1,62TW: la prova è di +0,20TW più gravosa rispetto alla prova su banco con camme asincrone e di +0,58TW più gravosa della reale caduta da gradino Peak = Fpeak / TW Prove su banco, Sessione 1

19 Risultati Sessione 2 Valori di picco positivo e negativo registrati e range corrispondente. I picchi positivi di accelerazione mostrano il sostanziale aumento di gravosità del picco nel passaggio da gradino 50 mm alla prova con camme sincrone

20 Risultati Sessione 2

21 Risultati prove su strada Tester: 27 anni, 1,70 m, 70 kg, utente esperto 4 km a circa 5 km/h: ghiaino (21%), asfalto (38%), pavè e lastricato 30 % e ciottolato 4%

22 Le storie di carico registrate sui diversi terreni sono state concatenate e soggette ad un conteggio dei cicli con il metodo del rainflow (previsione vita a fatica). IP: percorrenza tipica di 750 km allanno, x 10 anni = vita obiettivo di 7500 km. Curva minima di resistenza dei telai avente Delta FZ pari a 400 N a cicli, k = 5 N eq cicli al banco equivalenti ai 7500 km, MD = 112 kg, MD = 78 kgMD = 46 kg, Neq = 600 cicli, Neq = 3000 cicli Neq = cicli Confronto strada-banco

23 Conclusioni Lutilizzo di celle di carico fornisce valori più precisi del picco alle ruote posteriori rispetto ai soli accelerometri, benché di applicazione non generalizzabile Lutilizzo di celle di carico fornisce valori più precisi del picco alle ruote posteriori rispetto ai soli accelerometri, benché di applicazione non generalizzabile La prova su banco a rulli sincroni è molto più gravosa della reale caduta da gradino; ciò vale anche per il drop test come confermato da test svolti durante il round-robin. La prova su banco a rulli sincroni è molto più gravosa della reale caduta da gradino; ciò vale anche per il drop test come confermato da test svolti durante il round-robin. La vita richiesta di 6666 cicli può essere ricalcolata al variare del carico massimo dichiarato per la carrozzina. La vita richiesta di 6666 cicli può essere ricalcolata al variare del carico massimo dichiarato per la carrozzina. Questi risultati sono il punto di partenza per una più accurata definizione dei requisiti di durata inclusi nella normativa. Questi risultati sono il punto di partenza per una più accurata definizione dei requisiti di durata inclusi nella normativa. Grazie dellattenzione


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