ANALISI CRITICA DELLE METODOLOGIE DI PROVA A FATICA SU CARROZZINE PER DISABILI SECONDO ISO 7176-8

1. ANALISI CRITICA DELLE METODOLOGIE DI PROVA A FATICA SU CARROZZINE PER DISABILI SECONDO ISO 7176-8 Dr. NICOLA PETRONEIng. CHIARA PICCOLODIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA

2. Oggetto e obiettivi Ambito: gruppo di lavoro ISO TC 173 – SC1 – WG1 incaricato di discutere la revisione della norma ISO 7176-8:1998 relativa ai metodi di prova su carrozzine per disabili 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? Obiettivo: programmazione di attività sperimentali di acquisizione dati su strada e al banco per la validazione dei metodi di prova.

3. Normativa • Gruppo di lavoro ISO / TC 173 / SC1 / WG1 • ISO 7176-8: con manichino Drumtest • banco a rulli asincroni (f = 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 Drop test • altezza di caduta 50mm • numero minimo di 6666 impatti sincroni sulle ruote

4. Normativa • ISO 7176-11: manichini di prova 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. Il posizionamento delle zavorre determina massa e baricentro dei singoli segmenti e del manichino totale i cui valori sono normati in ISO 7176-11 : Manichino a disposizione: 112 kg

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

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

7. Carrozzine testate OFFCARR (R1) • ZODIAC • 7 kg • Manuale superleggera FISSA PROGEO (R2) • Exelle Vario • 12 kg • Manuale superleggera PIEGHEVOLE VASSILLI (E3) • NEW SPACE 1 • 116 kg • Elettronica • 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. Sensori sviluppati • Modifica della piastrina di supporto asse ruota carrozzina Exelle Vario con fattore 2 di amplificazione del carico totale TW per ruota • Sviluppo ponte intero estensimetrico per la misura carichi FZ (asse Z verticale solidale alla carrozzina)

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

11. Prove svolte • prove pilota con zavorra o soggetti umani, • verifica sistema di misura forze Ruota e accelerazioni • 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 con manichino su gradino o banco • misura accelerazioni alla ruota • discesa da gradino con soggetti reali (58 kg, 90 kg) e con manichino (112 kg) • prove al banco a camme con manichino (112 kg) • prove su strada con un soggetto umano • l’acquisizione 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%

12. RWL RWR RWaccZ FWaccZ TW Analisi Dati TW = Total Weight = Peso Carr + Manichino + Somat RWL, RWR = Forze “Verticali” all’asse posteriore [N] FWaccZ, RWaccZ = Accelerazioni “Verticali” [g] Per generalizzare i dati, RWL e RWR sono Normalizzate al peso totale TW

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

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

15. Prove su banco, Sessione 1 La corporatura dell’utente non influenza molto il fattore di carico alla ruota, che vale in media 0,64TW; Peak = Fpeak / TW

16. Prove su banco, Sessione 1 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

17. Prove su banco, Sessione 1 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

18. Prove su banco, Sessione 1 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

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. Confronto strada-banco 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 all’anno, x 10 anni = vita obiettivo di 7500 km. Curva minima di resistenza dei telai avente Delta FZ pari a 400 N a 2 106 cicli, k = 5 Neq cicli al banco equivalenti ai 7500 km, MD = 112 kg, MD = 78 kg MD = 46 kg, Neq = 600 cicli, Neq = 3000 cicli Neq = 29000 cicli

23. Conclusioni • L’utilizzo 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 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. Grazie dell’attenzione