喻虹琳,何泽新,何晓芬
(贵州工程应用技术学院机械工程学院,贵州 毕节 551700)
医用床是一种能协助患者调整体位,促进患者恢复身体机能的机械设备,随着经济水平的发展,民众对医疗的需求迅速扩大,与此同时,人口老龄化进程加快,老年人常见病、慢性病的日常护理等医疗服务需求升级,需求的爆发将促使未来我国医用床市场快速增长。
我国医疗器械发展起步较晚,与发达国家相比,医疗器械行业的研发投入、创新能力、科技成果转化能力等方面相对薄弱。目前,我国市场上使用的医疗床技术含量相对较低,功能简单,制造粗糙。
第一类,单摇床结构,单摇病床由床头、床面、床架、护栏、单摇传动机构及脚轮组成。这类医疗床,较为传统,功能单一,症状较轻的患者可使用。第二类,多摇床结构,此类病床,除了具有基本单摇床的结构之外,其功能比单摇床复杂,适用于重症患者。第三类,电动医用床结构,电动医用床主要是以电动式液压传动系统为动力,由控制开关、调速阀和真空电磁阀构成主体的组合而成,根据电动式液压齿轮泵提供液压传动系统动力装置,调节各个双边油压缸的往复运动,并根据手柄按键调节手术床进行各种位置的转换,如调节、上下倾、前后左右倾、腰后背调节、移动固定不动等功能。
通过对以上三类常见医用床的分析,发现其主要存在的问题是功能结构单一,使用不方便。为解决这个问题,本文根据现有市场需求,设计一款功能较多,使用舒适的医用床。
查阅资料,依据有关规范,确定本设计多功能医用床的总体尺寸为:如图1。
图1 多功能医用床总体结构
长×宽×高:2100mm×1000mm×600mm。
根据设计需要,确定总体结构,并对其内部重要功能机构,进行选型设计和坐标分析,主要包括支背结构、屈腿结构、侧翻结构和升降结构。
支背结构是协助患者实现坐和躺动作的结构。如图2,1 为后侧面板,2 为可转动面板,3、4 为螺旋式连接。后面板1 和转动杠杆2 由转动轴线静止连接,转动轴线与床框架 O 点相连接,转动杠杆2 与螺旋连接件3 相互连接,并且螺旋连接件3 和4 构成螺旋对。螺钉4 与床框架0′是通过关节进行连接。操作时,螺钉3 延伸,使回转杠杆2 围绕O 点旋转,而回转盘则驱动背面面板进行支撑。
图2 支背结构
如图3 对支背机构运动进行坐标分析,设置后背板和床架铰接点O 为坐标系起点(0,0),X 轴为医用床水平方向,Y 轴为医用床竖直方位,创建直角坐标系mm。O′为电推棒与床上的关节,AO 为后板,BO 为转动盘,BO′为电控。a 是X 和后板之间的角度,而β 是X-和斜线00'之间的角度,Δ 是X-和电推进之间的角度,而θ 是转动杠杆的角度。该机构的主要座标为O 点、B 点和O′点,O 点是坐标的起点。床下室内空间、支背角度、e 取值等会影响B 点,因此基本设置B 点坐标(一60,一86),X1350。O′点的座标:受床下空间、支后角、电动推杆起始长度等因素的影响,从诸多方面来确定,O′座的座标(814,58),δ=178,β=40。
图3 支背结构运动坐标分析
屈腿机构是一种可以协助病人屈膝、伸腿、协助病人进行腿锻炼的机械结构。其结构如图4,1 为腿部钢板,2 为小腿钢板,3 为腿部钢板,4 为可转动钢板。5 和6 为螺纹连接件。操作时,由螺旋式拉链5 延伸,旋杆驱动大腿板,腿板驱动腿部板链,使其进行弯曲动作。
图4 屈腿机构
如图5 对屈腿机构运动进行坐标分析,将腿部和床身的关节O 设置为座标(0、0),X 轴是医用床的横向,Y 轴线是医用床的纵向,并设置了以mm 为基准的直角线。O′点是小腿支撑杆和床架的固接点,O″点是电动推杆和床架的铰接点,AO 是大腿板,AB 是小腿板,BO′是小腿支撑杆,CO 是转动板,CO″是电动推杆。α 是X 轴和大腿板夹角,β 是X 轴和斜杠OO″的夹角,δ 为是X 轴和电动推杆的夹角,θ 是转动杆夹角。该机构中O 点、A 点座标己知。O′、B 的功能是决定腿部的大小和部位。在各种条件下,初步确定了小腿支承板的大小为346mm、O′座标(-414、0)、B座标(-760,0)。初始设置C 点的座标(27、101),θ=105°。初始设置O" 的座标(-799,-58),δ 为3°,β 为4°。
图5 屈腿机构运动坐标分析
侧翻装置在防压伤方面效果明显,为了有效地对患者进行平稳的翻转,其调整度数需设置在60°以内。其结构如图6,1 是侧翻板,2 是滑块连杆,3 和4 是螺旋连杆。侧翻板一端和床板O 点固接,另一端和滑块连杆构成移动副,滑块连杆和螺旋连杆3 固接,螺旋连杆3 和4 构成螺旋副,螺旋连杆4 固定于床板O′点。工作时,螺旋连杆3 伸展推动滑块连杆顺着侧翻板下边的滑槽滚动,滑块连杆推动侧翻板绕O 点旋转,进行侧翻运动。
图6 侧翻机构
如图7 对侧翻机构运动进行坐标分析,设置了卧式翻转装置和床身框架的连接处O 作为座标(0、0),X 轴是护士床的横向方向,Y 轴线是护士床的纵向,并设置了以mm 为基准的座标。O′点是电动推杆和床板固接点,B 点是滑块的定位点,OB 是侧翻板,AB 是滑块曲轴,AO′是电动推杆。α 是X 轴和侧翻板夹角,β 是X轴和斜线OA 的夹角,δ 是x 轴和斜线00′的夹角。θ是x 轴和电动推杆的夹角。O′点坐标关键用于明确电动推杆的具体位置和长度,充分考虑各种因素,基本设置O′点坐标(-379,-463),θ=80°。A 点和B 点主要作用是明确滑块连杆的尺寸和部位,依据侧翻板尺寸明确B 点坐标为(-450,0),而AB 杆尺寸偏小时,电动推杆必须很大的行程安排才可以推动侧翻板进行0 ~60°调整,AB 杆尺寸偏大时,会造成电动推杆原始长短被缩小,无法进行正常的翻转作用,充分考虑各要素,明确A 点坐标为(-311,-91)。
图7 侧翻机构运动坐标分析
升降机构主要是使医用床起、落以及倾斜的装置。如图8,1 为底片,4 为滑动条。2,3,5,6 为螺杆组。在螺钉2、5 的拉长过程中,使底板1 起到提升的作用。在螺纹连接件2 不改变的情况下,使螺旋连接件5 延伸,使床的头部部位向上移动,从而实现了后倾的作用。相反,它可以实现前倾的作用。
图8 升降结构
如图9 对升降机构进行运动坐标分析,设置床板的中心位置O 作为坐标(0、0),X 轴是医用床的横向,Y 轴线是医用床的纵向,设置了以mm 为基准的直角线。在原点上求取A、B、C、D 点的座标。这4 个座标分别决定2 个电推器的定位和起始长度,并且在考虑到护理台提升冲程(200 毫米)、装配间隙和载荷条件下,确定A 点座标(1000、-60)、点B 座标(-1000、-60)、C座标(-810、-455)、点D 座标(810、-455)。
图9 升降机构运动坐标分析
本文主要根据市场上医用床的种类及其结构性能进行分析,针对现目前医用床结构单一的缺点,对医用床的多个功能,如支背结构、屈腿结构、侧翻机构、升降结构进行了选型设计及其运动坐标分析研究。确定其多种功能结构,让医用床能够更方便的为病人服务。