单位文秘网 2021-07-04 01:04:22 点击: 次
摘 要:本文介绍了2种基于电动直线推杆的电动病床升降机构设计,并从运动原理,制造工艺及成本等方面进行对比分析突出说明2种升降机构各自的特点,以期能为国内的电动病床的设计提供相应的参考。
关键词:电动病床;升降机构;电动推杆
1 引言
我国已经在1999年10月提前进入了老龄化国家。我国不仅是世界上老龄化人口最多的国家,也是世界上老龄化最快的国家。无论是哪一个社会阶层,都不可能对三四十年后,中国将出现4亿左右60岁和60岁以上的这样一个庞大的群体无动于衷。人口老龄化及其给中国社会带来的影响,将是中国在未来几十年不得不面对的一个很严重的社会问题[1]。而社会保障体系和医疗体系正是面临最严重挑战的部分。病床作为医疗康复体系中重要的一种医疗设备,不仅在数量上距离社会需求有不小的距离,在质量及功能上也不尽如人意。
我国基层医疗设备整体堪忧,大约有15%是二十世纪七十年代的前后的产品,有60%是八十年代中期以前的产品[2]。医用病床在国内的发展从相对滞后到与世界接轨,由于发展时间短,更新换代不完全,使得市场上充斥着各种阶段的医用病床。这其中主要分为不可移动的板床,手动床和电动病床等[2]。
板床与普通传统单人睡床无明显区别。其特点是设计简单,便于维修,安全性高。但没有辅助治疗功能,对患者的康复治疗帮助较少。
手动床是在板床的基础上,通过加装手摇丝杆来驱动床板的上升下降,背靠角度调节等。手动床的调节功能弥补了板床对患者帮助较少的缺点。但其缺点是,患者不能自主实现病床体位的调节。手动床仍然需要大量的医护人员和家属来帮助实现调节功能。
电动病床大都使用电动直线推杆代替丝杆工作。电动推杆与丝杆结构相比,具有体积小,干净易清理,工作噪音小等特点。并且在情况允许的条件下,患者可以自行调节体位,减少了医护人员和家属的劳动量。但与手动床相比,其成本稍高。
随着国家发展及医疗条件的改善,越来越多的医护人员和学者意识到了电动病床对于医疗护理的改善作用。例如王树峰就在其《电动自动病床的研制》一文中,探讨了如何在手动床的基础上,改装电动病床的方法[3],张占龙,何亮与李冰也在《红外遥控式可升降医疗病床的设计》中,介绍了如何设计可升降电动病床[4],前者着眼于在手动床的基础上改进,后者的重点则是电气部分和红外遥控设计。但都缺少对于采用电动直线推杆的电动病床的机构设计分析。而机构设计是决定一个产品设计开发的基础,其好坏直接影响产品的性能,可靠性及制造成本等。
本文基于普及性医疗器械的一般要求–性能可靠,价廉使用,技术难度不高及操作容易等[2],设计了两种基于电动直线推杆的电动病床升降机构,并从运动原理,制造工艺和成本等方面进行对比分析,总结出2种结构的特点和适用范围,希望对整体电动病床的设计发展有促进作用。
2 电动病床升降机构设计对比
2.1 单推杆平行四边形机构
单推杆平行四边形机构是一种比较简单的升降机构,根据机械设计规范画出其机构运动原理图如下图2-1所示[6]。1为上床架,2为电动直线推杆(其内部机构如图2-1中的小图所示),3和5为三副元素连杆,4为连杆,6、7和8 为上床架上的固定联接片。B 和F是固定在下床架上的连接片。
当电动直线推杆2 向左前伸时,通过其推杆头部与连杆3在A端的连接,推动连杆3绕B点做逆时针转动。同时,连杆3通过连杆4带动连杆5绕F点做逆时针转动。此时可以看出,在连杆3和5做逆时针转动时,通过固定联接片6和8,推动上床架1向上运动,从而实现上床架的上升运动。上升的最大高度取决于电动直线推杆的行程和安装位子。
当电动直线推杆2向右后退时,同步带动连杆3绕B点做顺时针运动。连杆3又通过连杆4推动连杆5同步做顺时针运动。与上床架做上升运动时的情况类似,当连杆3和5同时做顺时针运动时,通过联接片6和8,带动上床架1向下运动,从而实现上床架的下降运动。下降的最低高度由电动直线推杆2的最小安装尺寸决定。
此单推杆平行四边形机构中,由于将马达装在了上床架上,所以上床架可以下降到非常接近下床架的位置,从而实现了超低床位的功能。但由于平行四边形本身结构的限制[5],上床架在上升和下降过程中,会产生水平方向的位移。具体如图2-2中所示, L就是上床架在运动过程中的水平位移。所以在实际应用中,需要考虑位移量L所带来的影响。(L的具体大小与床身的升降高度和连杆3长度有关)例如在床头或者床尾方向安装防撞杆,杆的长度要大于位移量L,以避免病床在靠墙放置时,会在运动中撞到墙。
单推杆平行四边形机构的结构比较简单,零部件制作容易。上床架上的固定联接片6、7和8可以采用钢板冲切的工艺制造。连杆3和5可由一般通用钢管和冲压钢件焊接而成,而连杆4则可直接采用标准矩形管材[7]。因此其制造要求及成本比较低。推杆可直接选择市场上的标准电动直线推杆。其具体推力要求由病床的最大负载决定。
2.2双推杆曲臂机构
根据机械设计规范,画出双推杆曲臂机构的机构运动图如图2-3所示[6]。 1为上床架,2和9为焊接在床架上的固定联接片,3和8为连接杆,4和7为曲臂连接杆,5和6分别是电动直线推杆(其内部机构同图2-1中的小图)。C、E、F和H分别是固定在床底座上的连接点。
当电动直线推杆5和6同时做向左和向右的前伸运动时,通过联接点D和G分别推动曲臂连杆4 和7绕联接点C和H做顺时针和逆时针运动。于是曲臂连杆4和7分别推动铰接的连杆3和8做向上的运动。连杆3和8通过上床架的固定联接片2和9,推动上床架1同步做上升运动。
当电动直线推杆5和6同时向右和向左做后缩运动时,会带动曲臂连杆4和7 分别绕联接接点C和H做逆时针和顺时针运动。此时曲臂连杆4和7会通过接杆3和8及固定联接片2和9,来带动上床架1做下降运动,从而实现上床架的下降功能。
在双推杆曲臂机构中,由于采用了两个分别独立工作的推杆,所以可以实现差异化运动。例如在图2-4中所示:当只有电动直线推杆5收缩的时候,会造成上床架1向左倾斜的状态。在实际应用中,可以利用此特性实现病床的头高脚底位或者头低脚高位,为不同类型的患者提供帮助。
双推杆曲臂机构的结构稍显复杂。其采用了独立的曲臂机构在床的两端进行支撑。由于曲臂在不同的床身位置状态下的受力变化大,对曲臂件的壁厚和刚度要求高,一般采用铸造工艺制造。在组装精度方面,要求也较高。尤其体现在床架水平度的控制方面,要求两侧的独立曲臂的加工组装误差尽量小。加之采用了双推杆机构,所以整体机构的制造成本比较高。
3 总结
以上两种采用电动直线推杆的病床升降机构设计,分别具有各自的特点。
单推杆平行四边形机构,结构比较简单;制造组装要求低,多为冲压和焊接组件;单推杆,成本较低;可以获得较低的床位,有利于老年人和术后病人的上下床。适合低端医疗和护理病床使用。
双推杆曲臂机构,结构较复杂;制造组装要求比较高,包含铸造,冲压和焊接组件;双推杆,成本较高;可以实现差动运动,获得不同体位,配合背部及腿部调节机构,甚至可以实现床变座椅等多种功能。适合中高端医疗病床使用。
参考文献:
[1]林明鲜,刘永策.城乡人口老龄化与老龄问题研究[M].山东:山东人民出版社,2010.3
[2]祖国栋,殷纪英.浅析医用病床发展趋势[J].医疗设备,2009, 22(4):44-45.
[3]王树峰.电动自动控制病床的研制[J].医疗卫生装备,2008, 29(12):62-63.
[4]张占龙,何亮,李冰.红外遥控可升降医疗病床的设计[J].医疗卫生装备,2006,27(12):1-2
[5]华大年主编.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1994
[6]濮良贵,纪名刚主编.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1996
[7]吴宗泽.机械零件设计手册[M].机械工业出版社,2004.1
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