竞速轮椅的结构平稳性分析

　　1竞速轮椅简介

　　轮椅竞速是残疾人运动会上的一个竞技体育项目，既有 100m 的短距离和接力赛冲刺，又有 5000m 和马拉松的耐力较量，其比赛时的激烈程度不亚于健全人竞赛的体育项目。

　　竞速轮椅是轮椅竞速项目中残疾人运动员使用的特殊装备，靠运动员的双手推动驱动轮前进。使用竞速轮椅的运动员多为脊髓损伤或其他肢体障碍的运动员T51-T54 级别中的有单腿或双腿活动受限的残疾人运动员。国际比赛中规定，轮椅的主体距地面高度不超过500mm，大轮直径最大不得超过700mm，小轮直径最大不得超过500mm。

　　在欧美等发达国家，残疾人运动员的比赛用竞速轮椅都是按照运动员人体尺寸和比赛行程量身定做的。竞速轮椅的座椅结构因运动员的伤残程度不同而不尽相同，轮椅的长度尺寸也因径赛项目距离的不同而有所不同。但我国相关方面的技术和经济等各方面条件还比较落后，残疾人运动员在选择国产轮椅(如图 1)时非常受限。

　　为此，现场调研了大型比赛使用的各种竞速轮椅，对其进行了总结分析，并以1500m以内的中短跑竞速项目为例，对现有的国产轮椅结构进行了一些改进。采用Pro/E软件进行了三维实体建模，如图2所示。总体结构如下：前后轮水平中心距为 1100mm，大轮车圈直径为661mm，小轮车圈直径为 381mm。车架采用整体焊接式，为了使轮椅车架结构紧凑，从后面看竞速轮椅车架上框向内倾斜 5°。主轴的设计避免了国产竞速轮椅中的一次或二次折弯，而是采用平直的后轴，可以减少后轴的应力集中。后轴的两端面焊接楔形块，使得组装上去的车轮向内倾斜，与竖直方向夹角为 12°。后轮上安装的推进轮直径为 400mm，管径为 18mm，如图 2 所示。

　　2竞速轮椅的动态平稳性

　　竞速轮椅是一种运动轮椅，结构不同于残疾人日常生活轮椅和休闲轮椅。除了材料方面，它的结构设计要满足竞速运动时的安全性和平稳性的要求。竞速轮椅的平稳性是行驶过程中的一种动态平衡的稳定性，包括直行稳性、横向和转弯时的稳定性。这种动态平稳性必然影响到运动员手臂驱动后轮的动作，直接关系到残疾人运动员的疲劳程度、比赛成绩甚至生命安全。在比赛中，时有运动员在转弯时发生侧翻事故，这无疑会使运动员身体遭受二次伤害，因此研究竞速轮椅的结构平稳性对于运动员安全使用轮椅和提高运动员的比赛成绩至关重要。

　　现场调查表明，影响竞速轮椅动态平稳性的因素非常复杂，包括轮椅的材料、重量、结构、行驶路面条件、运动员体重、行驶速度以及运动员的操纵技术等。根据现场的统计资料，竞速轮椅在跑道转弯时易发生倾翻现象。在转弯时，运动员身体会与车身共同向内倾斜一定的角度，车体是否会发生倾翻现象，除了运动员的操纵技术和当时的行驶速度外，其中结构设计是否科学合理是一个非常重要的因素。