浅谈医用吊塔的机械系统设计

浅谈医用吊塔的机械系统设计

高青

山东力文医疗器械有限公司 江苏南京 210000

【摘要】医用吊塔的概念可以简单的概括为：活动的气体、电气终端；承载医疗设备的移动支架；适应洁净手术室工作环境；医疗设备的一个组成部分。其优势在于改善医疗环境、方便医护操作、改变医疗程序。本文阐述的吊塔为机械吊塔，悬臂和终端箱只能在水平范围内转动；主要构成部分的产品层次结构：整个系统分成机械系统、传动系统、电气系统和气路系统共四个相对独立的子系统，子系统下面为开发最底层。本文我们概述机械系统的设计。

【关键词】医用吊塔；机械系统；基座；横臂；转动关节；终端箱

【引言】

医用吊塔在各级医院中越来越常见，其结构功能、操作感受、感染控制等均要符合临床要求。因此在医用吊塔的研发设计时应贴合临床应用需求，深层次参与吊塔投入使用前的全过程，同时对研发过程中可能会出现的各类问题做好校核及优化，提高产品质量和生产效率，保证实现最佳应用效果。

1.1机械系统结构概述

机械系统包含基础架、基座、横臂、转动关节、终端箱、附件几个部分。

1.2机械系统组成

机械系统结构由下列几方面组成：基础架、基座、横臂、转动关节、终端箱、附件

1.3基础架

基础架是吊塔与天花间的连接部分，由安装承包商或安装团队事先安装在医院房间天花板底下，需能满足指定的强度和刚度要求。

1.4基座

基座部件包括基座法兰盘、基座转动关节、天花装饰罩等，可选配基座气刹配件、电磁刹配件、电源板组件、机械塔驱动板组件等。基座转动关节根据尺寸有200mm高和400高两种规格。根据客户要求，基座还可以是单塔式基座和双塔式基座，双塔式是一个基座法兰盘上安装200长和400高基座转动关节各一套。

1.4.1基座结构方案

基座一般分为400与200两种，400基座用在单臂电动塔其中的长基座部分，其余配置采用短基座。基座结构由下列部分构成：400长丝杆，用于与医院安装基础架连接；吊塔安装法兰盘，主承重结构件；基座延长管，400基座与200基座长度不同靠此零件区别；转动关节，此关节与中间关节末关节通用。

1.5横臂

横臂组件的长度常规有500/750/1000/1250四种规格，横臂系统可以是单臂或双臂，双臂组合方式可以有：500+500，750+500，750+750，1000+750，1000+1000，1250+1000，1250+1250。根据实际的承重及臂长组合参考配置表进行配置。

1.5.1横臂校核及计算

选用最长组合(1250+1250)

受力情况如上图所示，远端力8000N（承重1800N*4+800N自重）

1.5.2端盖结构

端盖与横臂的固定，如下图所示。上方通过沉头螺钉与横臂固定，下方通过螺钉与和横臂侧壁固定，保证装配牢固，贴合紧密。

1.6转动关节结构方案

1.6.1转动关节结构

轴承选用型号：AXK110145

轴承受力示意图如上图所示。

其中L1=145mm，当双臂最长时，L2=2500+64=2564mm，按中型180Kg承重算，自重60Kg，四倍载荷后，承重为180*4+60=780Kg=7800N

F*L1=G*L2

F=7800*2564/145=137925N

选择一般的轴承能满足要求

1.6.2电磁刹车结构

尺寸链计算：

最大间隙： =14.3-9-5+0.05=0.35

最小间隙： =14.3-0.05-5-9-0.05=0.2

1.6.2.1关于销孔的配合

配合的圆柱销采用ø5，m6(A型)圆柱销，尺寸公差值为

销与关节内筒的配合采用 配合，孔直径尺寸值为

销孔与衔铁需间隙配合，采用腰孔与销的配合 。腰孔尺寸定为

间隙放大及晃动量尺寸链计算

衔铁与电磁线圈座销孔间隙配合， ， ；

=5.05-5.004=0.046

Ø=0.058

由于衔铁与上下两零件都采用销孔配合，则 =2*0.058=0.12°

换算到末端，晃动量为： 5.24mm

即，在最长的悬臂最远端，晃动量为5.24mm

1.6.3防松碟簧组件

使用碟簧组件，提供摩擦压力。此组件采用八组两叠式的碟簧，碟簧尺寸为5.2-10，厚度0.5。

根据前面章节的计算，本组件压缩0.8mm后能产生688N推力，前面章节算出，碟簧需达到2564N则才能达到摩擦力矩100NM，则需要八组此碟簧组件才能满足要求。

1.6.4闭气刹车结构

1.6.4.1气囊推力

需产生100Nm摩擦力矩，

1.6.4.2碟簧力计算

F2*0.3*130=100000
碟簧需达到2564N则才能达到摩擦力矩100NM；压缩0.3mm后顶力为3800N

气囊需达到F0才能顶开碟簧压缩力

F0*66=2564*25

F0=971N

气囊顶力大于碟簧压力

1.7终端箱结构方案

1.7.1.1终端箱结构实现型式

四处承重骨架，其余的六个气电口安装平面均采用铝板连接。铝板可独立拆卸，维护。

两侧的承重骨架可以安装附件如：延伸臂、显示器支臂等。

中间的两个承重骨架有那个平台和抽屉的内置式轨道槽。

上连接板

箱体上连接板采用铝压铸型式加工，保证满足造型外观条件下，满足高的连接强度。

型材的拼接

型材主要分为左中右三个腔体，左右腔体为电气腔。安装强电弱电插座及控制按键。

终端箱前后侧的两面板安装气体终端，左右侧的四个平面安装强电弱电插座。

1.7.1.2电源插座、气体终端的安装

气体终端安装于1.5mm厚钢板上，钢板采用上图所示弹珠螺母固定于型材的槽内。

可以上下调节安装高度。

1.7.1.3地照灯结构

地照灯安装于箱体底板的内侧，光透过底板开的孔照向地面。

1.7.1.4校核与计算

按型材等尺寸，计算出主体最大应力处值为：88Mp，最大变形量为：0.115mm。此时，6061T6处理，抗拉强度为276Mp。276/88=3.13未达到四倍。

更改后，最大应力值为50Mp。

最大变形量为：0.091mm。

此时，6061T6处理，抗拉强度为276Mp

276/50=5.52满足四倍强度要求。

1.8附件结构方案

1.8.1平台

1.8.1.1产品概述

托盘和抽屉为塔桥附件，均采用钣金结构设计方案，托盘主要分为三种形式：导轨式；吊杆式；扁型材式

抽屉采用自弹出式抽屉：分为导轨式与吊杆式

1.8.1.2产品层次结构

导轨式托盘尺寸三种：435(W) × 500(D)mm、535(W) × 500(D)mm、635(W) × 500(D)mm；
吊杆式托盘尺寸三种：435(W) × 500(D)mm、535(W) × 500(D)mm、635(W) × 500(D)mm；

扁型材式托盘尺寸一种：535X500mm；

导轨式和扁型材式托盘可选配控制把手

抽屉规格：435(W) × 500(D)mm高170、535(W) × 500(D) mm高170、635(W) × 500(D) mm高170mm。

1.8.2平台与箱体的连接

平台与箱体连接通过定制角码连接。

结束语

结合对医用吊塔机械系统进行全方位的分析以后发现，。但需要注意的是，我国医疗行业在使用医用吊塔的时候，整体技术层次还有所不足，同时物联网等各类先进模块还可以在医用吊塔体系中得到全方位的配合应用。因此在后续的发展过程中，应该结合医用吊塔的发展现状，不断完善技术产业链，同时还要积极整合产业内部资源，突破关键核心技术，提高医用吊塔的整体技术层次，促进医用吊塔在未来时间里的更好的服务于医疗行业。

参考文献

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[3] 周军.医用吊塔安装方式对其安全性能的影响[J].现代制造技术与装备,2017,245(04):144-147.