УДК 62-5

Создание прототипа автоматизированного устройства маятникового укачивателя младенцев на основе бесколлекторного электропривода

Вихман Илья Олегович – магистрант Новосибирского государственного технического университета

Аннотация: Настоящая статья посвящена разработке авторского прототипа автоматизированного устройства маятникового укачивателя младенцев на основе бесколлекторного электропривода. Автором в статье проблематизируется, что младенческие кишечные колики являются распространенным состоянием у детей раннего возраста и для их снижения на рынке представлен ряд специальных укачивающих устройств. Последние не в полной мере отвечают простоте в обслуживания и безопасности применения. В связи с этим, были выбраны доступные и экономически выгодные типы двигателя и редуктора для электропривода малогабаритных маятниковых качелей.

Ключевые слова: прототип, бесколлекторный электропривод, маятниковый укачиватель.

Введение

Анализ открытых источников по клинической медицине показал, что младенческие колики являются «основной причиной обращаемости родителей к педиатру в связи с беспокойством и плачем новорожденного» и лечение их сводится к медикаментозной терапии и дополнительных альтернативных методов [1]. Специалисты утверждают, что «младенческие кишечные колики – распространенное состояние у детей раннего возраста, от которого страдает каждый пятый ребенок младше 3 месяцев», но при этом они вызывают сильные тревоги и стресс у родителей. На фоне традиционных способов лечения колик у младенца лекарственными препаратами, либо уменьшающими боли у младенцев, либо направленными на совершенствование кишечной микрофлоры у малыша, медики предлагают: изменить рацион кормления, обратится к массажу или иным физическим методам облегчения колик у малыша. Одним из эффективных способов снижения частоты возникновения данных функциональных расстройств у младенцев медики считают «нежное ритмичное покачивание и похлопывание, катание в коляске или в автомобиле» [2]. 

В настоящей статье в качестве одного из возможных способов ритмичного покачивания младенца предлагается кратковременное размещение младенца в люльке, которая снабжается определенным специализированным автоматизированным маятниковым механизмом управления. Основными преимуществами предлагаемого авторского технологического решения выступают:

• отсутствие затрат на покупку специализированного устройства (электроколыбели или иной вибромодели), так как можно использовать имеющееся в наличии автомобильное удерживающее устройство;
• возможность самостоятельного выбора амплитуды раскачивания, длины подвеса, что позволит настроить процесс укачивания под конкретного младенца или условия установки устройства);
• компактность и многофункциональность, так как конструкционно- прочностные характеристики устройства дают возможность впоследствии использовать его как основание для детских качелей на ближайшие несколько лет.

Основная часть

Многосторонний анализ показал, что на рынке присутствуют несколько основных конструкций качелей для новорожденных, а именно:

• качели с поворотным опорным механизмом, осуществляющие поворот в стороны для укачивания;
• качели с подвесным типом крепления для раскачивания по типу маятника;
• качели с поворотно-подъемным механизмом, целью которых является имитация ручного укачивания.

Проводя анализ имеющихся на рынке предложений, было выявлено, что в большинстве случаев, разработчики придерживаются сравнительно малых габаритов, что в свою очередь вынуждает усложнять конструкцию, жертвуя или эффективностью, или безопасностью или создавая чрезмерно сложное и дорогое устройство.  Исходя из того, что представленные на рынке модели в силу различных конструкционных особенностей или небезопасные, или неэффективные, или чрезмерно дороги, в работе было принято решение, основываясь на доступных технологиях 3D печати и распространенных комплектующих разработать авторское автоматическое устройство для укачивания младенцев по принципу маятниковых качелей. Основным управляющим устройством выступает электропривод, в основе которого установлен бесколлекторный двигатель постоянного тока [3, 4, 5]. Подобное решение позволит получить простое в сборке, надежное и неприхотливое в использовании устройство, обладающее хорошей ремонтопригодностью и сравнительно низкой ценой в соотношении цена-качество по сравнению с имеющимися на рынке предложениями.

Требования технологического процесса по сборке малогабаритного устройства наложили ограничения на выбор комплектующих и привели к анализу имеющихся в легкой доступности вариантов исполнения редукторов. Сравнивая по критериям: «габариты-передаточное число-крутящий момент», было решено остановиться на планетарном редукторе из нескольких ступеней, что значительно увеличивает крутящий момент, к тому же по причине наличия металлических элементов имеет крайне высокий запас по прочности, не нуждается в дополнительных крепежных элементах, как при использовании простых шестерней, а также имеет закрытую влагопылезащищенную конструкцию, заполненную смазкой для уменьшения трения и понижения износа. Для сборки готового устройства был применен планетарный редуктор с передаточными числами 1:81. Для реализации механической блокировки был подобран электромагнит с подпружиненным подвижным стопором, в свою очередь, для электродвигателя была создана гребенчатая оправа. Преимущество двигателей с внутренним расположением статора – отсутствие необходимости создания широкого корпуса для фиксации конструкционных элементов. Двигатель крепится на 3 винта, а диаметр посадочного отверстия всего 18 мм. Исходя из габаритных размеров и необходимой глубины была создана модель корпуса редуктора с креплением электромагнитного стопора (рисунок 1).

Рисунок 1. Корпус редуктора с креплением для двигателя и электромагнитного стопора.

На рисунке 2 представлен внешний вид силовой опорной части устройства и электропривод с редуктором.

Рисунок 2. Механическая часть в сборке.

Заключение

В результате проведенных работ создание прототипа является предварительной стадией созданиям первого варианта полнофункционального устройства. Главная задача при разработке, опираясь на полученные при исследовании прототипа данных, осуществлять корректировку алгоритмов, оптимизировать программную часть и подтверждать / опровергать корректность расчетов прочности элементов конструкции.

Список литературы

1. Савино Ф., Захарова И. Н., Боровик Т. Э., Серато С., Сугян Н. Г., Дмитриева Ю. А. Новые данные о лечении кишечных колик у младенцев. Вопросы современной педиатрии. 2015; 14 (5): 553-556. doi: 10.15690/vsp. v14i5.1438.
2. Kheir A.E. Infantile colic, facts and fiction//Ital. J. Pediatr. – 2012. – № 23. – Р. 34-38; Shergill-Bonner. Infantile colic: practicalities of management, including dietary aspects // J. Paediatr. Health. – 2012. – № 48 (2). –Р. 128-137.
3. Востриков А.С., Французова Г.А. Теория автоматического регулирования / Учеб. пособие.  –  Новосибирск: Изд-во  НГТУ,    –  364  с.  – (Серия «Учебники НГТУ»).
4. Михайлов Д.Д. (2015). Пути повышения эффективности управления бесколлекторным двигателем. Вестник Казанского технологического университета, 18 (2), 368-370.
5. Точность в любых условиях / ИнноДрайв – официальный дистрибютор MAXON / Электронный ресурс // https://isup.ru/upload/pdf-zhurnala/2021/4/011_017_INNODRAYV_2.pdf.