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小直徑銑刀工具高速銑削加工的研究加 藤 榮 春 新 谷 弘 巖 田 一 夫 杉 田 宏 明機(jī) 械 工 程 系 金 澤 技 術(shù) 學(xué) 院日 本 921 8501 7 1 河 北 郡 津 幡 町 石 川日 本 愛 知 縣 442 8533 1 15 加 賀 市 OSG 公 司 豐 川摘要 最 近 人 們 對 部 分 小 型 便 攜 式 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 需 求 有 所 增 加 因 此 有 必 要 開 發(fā)一 種 微 型 機(jī) 床 使 高 速 切 削 成 為 可 能 使 用 裝 備 有 小 直 徑 銑 刀 的 高 速 切 削 機(jī) 床 可 以 高效 率 的 加 工 較 小 零 件 在 科 研 成 果 中 一 種 裝 備 了 小 直 徑 立 銑 刀 的 立 式 微 型 機(jī) 床 的 研 究 解 決 了 高 速 條 件 下 小 零 件 的 設(shè) 計 與 生 產(chǎn) 問 題 所 研 制 的 機(jī) 床 的 尺 寸 是 300mm 400mm 340mm 其 重 量 為 50KG 本 機(jī) 在 裝 配 了 1 7mm 直 徑 的 小 直 徑 立 銑 刀 時 其可 以 達(dá) 到 的 切 削 速 度 為 25 0m s 研 究 結(jié) 果 證 實(shí) 這 種 機(jī) 床 在 以 0 6 mRz 的 表 面 粗糙 度 加 工 零 件 時 其 加 工 速 度 可 達(dá) 25 0m s 通 過 加 工 速 度 達(dá) 到 25m s 的 微 型 機(jī) 床 與加 工 速 度 2 5m s 的 加 工 中 心 做 比 較 證 實(shí) 了 在 25 0m s 速 度 下 工 件 變 形 層 的 厚 度 為0 6 m 關(guān)鍵詞 立 式 微 型 機(jī) 床 小 直 徑 立 銑 刀 高 速 銑 削 加 工 形 變 層 厚 度 表 面 粗 糙 度 1 簡介 近 年 來 隨 著 消 費(fèi) 者 需 求 的 多 樣 化 產(chǎn) 品 種 類 和 數(shù) 量 的 頻 繁 變 化 使 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 變得 靈 活 多 變 1 2 因 此 不 僅 需 要 更 有 效 的 生 產(chǎn) 而 且 需 要 提 升 加 工 速 度 另 一方 面 就 是 人 們 對 毫 米 級 便 攜 式 產(chǎn) 品 的 需 求 增 加 此 外 人 們 對 產(chǎn) 品 的 小 型 化 輕 量化 和 實(shí) 用 性 的 要 求 有 所 提 升 3 4 因 此 必 須 要 提 高 加 工 的 效 率 和 精 度 來 應(yīng) 對 人 們對 小 型 化 產(chǎn) 品 的 大 量 需 求 這 也 使 研 發(fā) 一 種 高 精 度 小 型 化 的 機(jī) 床 成 為 必 然 然 而 當(dāng) 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 在 傳 統(tǒng) 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 約 為 4000 轉(zhuǎn) 分 鐘 的 高 速 機(jī) 床 上 加 工 小 型 產(chǎn)品 并 增 加 切 削 速 度 是 難 以 實(shí) 現(xiàn) 的 因 此 在 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 時 必 須 要 使 用 超 高 轉(zhuǎn) 速 的 主 軸 來 增 加 切 割 速 度 另 一 方 面 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 的 重 大 缺 陷 就 是 尺 寸 大 能 源 利 用率 低 傳 統(tǒng) 高 速 機(jī) 床 的 加 工 范 圍 遠(yuǎn) 大 于 小 產(chǎn) 品 的 需 求 此 外 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 的 主 軸 及 其他 機(jī) 械 元 件 都 相 當(dāng) 之 大 耗 費(fèi) 能 量 也 相 當(dāng) 之 多 因 此 研 究 一 種 裝 備 了 小 直 徑 立 銑刀 的 立 式 微 型 機(jī) 床 用 來 實(shí) 現(xiàn) 高 速 加 工 和 節(jié) 約 能 源 尤 為 重 要 5 在 這 項 研 究 中 立 式 微 型 機(jī) 床 的 設(shè) 計 與 制 作 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 速 切 削 加 工 和 節(jié) 約 能 源 它 讓 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 加 工 小 型 零 件 成 為 可 能 表1 微型機(jī)床說明書 圖1 微型機(jī)床照片 圖2 主體照片2 微型機(jī)床規(guī)格表 1 為 立 式 微 型 機(jī) 床 的 規(guī) 格 為 了 減 輕 其 重 量 在 車 床 支 架 材 料 中 采 用 了 基陶 瓷 材 料 所 用 的 材 料 是 鑄 鐵 比 重 的 一 半 此 外 它 的 優(yōu) 點(diǎn) 很 多 擁 有 普 通 材 料 雙倍 的 抗 拉 強(qiáng) 度 約 為 3倍 的 楊 氏 模 量 和 低 1 3的 線 性 膨 脹 系 數(shù) 6 機(jī) 器 重 量 為 50kg 機(jī) 器 的 尺 寸 是 300 400 342mm 雙 風(fēng) 水 輪 機(jī) 主 軸 類 型 A 型 轉(zhuǎn) 數(shù) 320000 轉(zhuǎn) min和 B型 200000 轉(zhuǎn) min 可 以 使 用 直 徑 較 小 的 刀 具 以 實(shí) 現(xiàn) 高 速 切 割 軸 又 輕 又 材 質(zhì) 材 質(zhì) Si N 陶 瓷機(jī) 器 尺 寸 x y z 300 400 342mm機(jī) 器 重 量 50kg規(guī) 格 驅(qū) 動 方 法 直 線 電 機(jī) 驅(qū) 動全 行 程 X 50mm Y 50mm Z 16mm分 辨 率 0 1 m主 軸 主 軸 空 氣 渦 輪 主 軸旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 320000 轉(zhuǎn) 分 鐘 小 可 在 無 潤 滑 油 條 件 下 使 用 因 此 主 軸 冷 卻 系 統(tǒng) 是 沒 有 必 要 的 空 氣 渦 輪 主 軸采 用 100V 壓 縮 機(jī) 來 壓 縮 空 氣 X軸 和 Y軸 采 用 直 線 電 機(jī) 驅(qū) 動 精 確 到 0 1 m 的 定位 可 加 工 高 精 度 的 小 工 件 X軸 y 軸 和 z 軸 的 長 度 分 別 為 50mm 50mm 和 16mm 微 型 機(jī) 床 安 裝 在 一 個 盒 子 里 用 來 控 制 加 工 期 間 產(chǎn) 生 的 氣 體 圖 1 為 上 述 規(guī) 格 的 微 型 機(jī) 床 的 示 意 圖 利 用 個 人 計 算 機(jī) 進(jìn) 行 了 主 軸 控 制 單 元 的控 制 圖 2顯 示 了 主 體 結(jié) 構(gòu) 空 氣 渦 輪 軸 已 手 動 安 裝 在 z 軸 上 實(shí) 現(xiàn) 了 精 度 達(dá) 到 0 5微 米 圖 中 的 箭 頭 顯 示 每 個 鍵 的 傳 遞 方 向 軸 圖 3 顯 示 控 制 系 統(tǒng) 的 X 軸 和 Y 軸 控制 單 元 采 用 一 個 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 利 用 高 定 位 精 度 位 置 實(shí) 現(xiàn) 了 速 度 和 電 流 的 反 饋 機(jī) 制 個人 電 腦 程 序 使 用 直 觀 視 覺 進(jìn) 行 定 位 如 圖 4 所 示 為 電 能 消 耗 顯 示 了 微 型 機(jī) 床 和 現(xiàn)有 的 高 速 加 工 中 心 M C 之 間 的 比 較 該 設(shè) 備 的 電 力 消 耗 僅 為 M C 的 十 分 之 一 確 定 了 微 型 機(jī) 床 在 能 源 效 率 上 的 優(yōu) 越 性 圖3 微型機(jī)床控制系統(tǒng)示意說明 圖4 微型機(jī)床與加工中心耗電量比較 圖5 路程與轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系 圖6 X軸與 Y軸的微小影響 3 微型機(jī)床制造的基礎(chǔ)3 1 空氣渦輪機(jī)軸的特征空 氣 渦 輪 主 軸 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 轉(zhuǎn) 速 但 它 低 扭 矩 低 在 這 部 分 研 究 了 空 氣 渦 輪 主 軸的 受 力 對 其 轉(zhuǎn) 數(shù) 的 影 響 在 主 軸 上 安 裝 了 測 試 棒 將 負(fù) 載 添 加 到 測 試 棒 的 頂 端 長度 9毫 米 直 徑 1 7 毫 米 使 主 軸 在 水 平 方 向 旋 轉(zhuǎn) 使 用 激 光 轉(zhuǎn) 速 表 測 量 旋 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 數(shù) 圖 5顯 示 了 主 軸 轉(zhuǎn) 速 的 測 量 結(jié) 果 A和 B 在 這 個 圖 里 兩 軸 旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 量 直 線 下 降 增 加 負(fù)載 可 以 看 出 在 主 軸 以 25m s 的 速 度 移 動 并 施 加 水 平 負(fù) 載 0 3 牛 的 情 況 下 轉(zhuǎn) 速 為320000 轉(zhuǎn) 分 在 主 軸 以 16 7m s 的 速 度 移 動 并 施 加 水 平 負(fù) 載 0 6 牛 的 情 況 下 轉(zhuǎn)速 為 200000 轉(zhuǎn) 分 3 2x坐標(biāo)軸和y坐標(biāo)軸的定位在 微 型 機(jī) 床 的 x 軸 和 y 軸 是 用 直 線 電 機(jī) 驅(qū) 動 兩 軸 的 定 位 精 度 檢 查 的 方 式 是 每次 以 40mm 5 m s的 速 度 進(jìn) 給 分 3次 完 成 的 命 令 的 定 位 精 度 是 使 用 位 移 傳 感器 測 量 激 光 打 出 的 10 納 米 得 光 得 到 的 對 兩 軸 分 析 的 結(jié) 果 如 圖 6所 示 在 圖 中 很 明顯 看 出 兩 軸 有 準(zhǔn) 確 的 輸 入 值 然 而 能 夠 證 實(shí) 瞬 態(tài) 特 點(diǎn) 存 在 于 X 軸 從 Y 軸 到 X軸 存 在 一 個 有 Y 軸 方 向 的 質(zhì) 量 4 5千 克 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 3 3 機(jī)架的特點(diǎn)我 們 需 要 測 量 固 有 頻 率 阻 尼 比 并 檢 查 弱 化 特 征 框 架 7 圖 7 為 振 動 測 量 設(shè) 備的 示 意 圖 和 實(shí) 驗 方 法 用 壓 電 加 速 度 傳 感 器 檢 測 到 的 機(jī) 架 震 動 是 由 z 軸 的 上 部 框 架 產(chǎn) 生 的 其 輸 出 值 是 通 過 放 大 器 快 速 輸 入 到 傅 立 葉 變 換 FFT 分 析 器 可 以 得 到 固有 頻 率 和 阻 尼 比 表 2 很 直 觀 的 顯 示 了 x 軸 和 y 軸 方 向 上 頻 率 和 阻 尼 比 的 測 量 結(jié) 果 在 表 中 證 實(shí) x 軸 的 固 有 頻 率 525 赫 茲 Y 軸 的 固 有 頻 率 是 532 赫 茲 從 結(jié) 果 中 可 以看 出 機(jī) 架 震 動 的 固 有 頻 率 約 為 530 赫 茲 這 臺 機(jī) 器 的 阻 尼 比 是 0 119 空 氣 汽 輪機(jī) 主 軸 的 頻 率 是 5333 和 3333 赫 茲 從 測 量 結(jié) 果 可 以 看 出 微 型 機(jī) 床 的 固 有 頻 率 并沒 有 產(chǎn) 生 共 鳴 圖7 實(shí)驗方式和震動測量裝置 表2 阻尼測量結(jié)果表3 化學(xué)成分和 S45C的布氏硬度化 學(xué) 成 分 含 量 布 氏 硬 度C Si Mn P S Fe0 45 0 29 0 71 0 027 0 018 剩 余 部 分 180 圖8 主要工件的圍觀顯示 圖9 刀具的幾何結(jié)構(gòu) 3 的硝酸酒精溶液處理 60秒 4 使用小端銑刀高速加工工具的優(yōu)勢4 1實(shí)驗的過程 影 響方 向 測 量 項 目 測 量 結(jié) 果X 軸 自 然 頻 率 n 525Hz相 位 120 度Y 軸 自 然 頻 率 n 532Hz相 位 49 度阻 尼 比 0 119 我 們 采 用 的 工 件 材 料 是 碳 鋼 JIS S45C 工 件 材 料 經(jīng) 過 退 火 表 3 顯 示 了 工 件材 料 的 化 學(xué) 成 分 和 布 氏 硬 度 圖 8 所 示 位 這 種 材 料 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) 工 件 材 料 的 幾 何 形狀 是 15 10 20 毫 米 矩 形 管 使 用 A 鈦 鋁 N 涂 層 的 雙 槽 小 立 銑 刀 工 具 基 板材 料 為 硬 質(zhì) 合 金 涂 層 厚 度 約 為 3 0 m 圖 9 顯 示 了 刀 具 的 幾 何 形 狀 圖 10 顯 示了 小 端 銑 刀 工 具 的 尖 端 切 削 刃 實(shí) 際 的 使 用 的 是 螺 旋 端 銑 刀 刀 具 其 角 度 大 約 為 零 度 左 右 刀 補(bǔ) 大 約 為 50 m 圖10 微型銑刀的切割邊緣 圖11 切割長度和表面粗糙度的關(guān)系 圖12 多個切割速度下工件表面的比較在 銑 削 實(shí) 驗 中 優(yōu) 良 的 切 削 條 件 如 下 在 實(shí) 驗 中 進(jìn) 給 速 度 SZ 為 4 3 m 齒 軸 向 切 削 深 度 AA 為 50微 米 切 割 的 徑 向 深 度 AR 30 微 米 切 割 速 度 V 為 2 5 米 秒 16 7米 秒 和 25 0米 秒 為 了 檢 查 切 削 速 度 對 切 削 性 的 影 響我 們 采 用 了 三 種 類 型 的 主 軸 由 于 每 個 刀 刃 的 旋 轉(zhuǎn) 數(shù) 不 能 自 由 地 控 制 使 用 一 個320 000轉(zhuǎn) min 的 空 氣 渦 輪 軸 A型 200 000 轉(zhuǎn) min的 空 氣 渦 輪 主 軸 B 型 和 30000 轉(zhuǎn) min 的 直 流 電 動 機(jī) 主 軸 C 型 采 用 給 切 割 點(diǎn) 施 加 0 2MPa 的 壓 力 和 干 燥空 氣 的 切 割 方 法 使 用 電 子 顯 微 鏡 和 藍(lán) 色 激 光 顯 微 鏡 進(jìn) 行 機(jī) 加 工 的 表 面 的 觀 察 4 2實(shí)驗結(jié)果與討論對 小 立 銑 刀 工 具 S45C 在 高 速 加 工 時 的 優(yōu) 勢 進(jìn) 行 了 研 究 圖 11 看 出 了 在 幾 個 切割 速 度 下 切 削 面 所 增 加 的 的 最 大 高 度 變 化 在 該 圖 中 給 分 散 性 和 表 面 的 平 均 粗 糙 度做 出 標(biāo) 記 在 高 速 切 割 時 切 割 面 的 最 大 高 度 增 量 維 持 在 2 m 檢 測 到 的 數(shù) 值 分 散性 較 小 相 反 可 以 很 明 顯 的 看 出 波 動 和 分 散 在 低 切 削 速 度 下 非 常 大 圖 12 比 較 了幾 個 用 于 加 工 表 面 的 切 割 速 度 可 觀 測 到 加 工 表 面 切 削 速 度 最 低 2 5 米 秒 產(chǎn) 生 了撕 裂 部 分 在 高 切 削 速 度 16 7米 s和 25 0米 秒 即 使 切 割 距 離 增 加 有 人 沒 有 觀 察 到 撕 裂 部 分 從 主 軸 偏 轉(zhuǎn) 的 測 量 結(jié) 果 看 出 使 用 的 直 流 電 動 機(jī) 主 軸 在 低 切 削 速度 下 的 偏 轉(zhuǎn) 約 為 9 微 米 這 結(jié) 果 在 與 使 用 空 氣 渦 輪 轉(zhuǎn) 軸 時 相 差 較 大 因 此 類 似 的 實(shí)驗 試 圖 顯 示 了 使 用 現(xiàn) 有 的 高 速 加 工 中 心 偏 轉(zhuǎn) 圍 1 0 m 和 使 用 直 流 電 機(jī) 主 軸 獲 得 的結(jié) 果 是 一 樣 的 接 著 在 兩 個 切 割 速 度 2 5米 秒 和 25 0米 秒 下 對 加 工 表 面 上 方 的 變 形 層進(jìn) 行 了 觀 察 圖 13顯 示 了 用 3 的 硝 酸 和 酒 精 溶 液 蝕 刻 后 的 切 削 面 在 不 同 切 削 速 度時 的 比 較 如 在 圖 中 可 以 確 認(rèn) 在 變 形 層 厚 度 為 1 3 m 時 切 削 速 度 約 為 2 5 米 秒 在 變 形 層 厚 度 為 0 6 微 米 時 的 切 削 速 度 約 為 25 0 米 秒 因 此 得 出 在 高 速 切 削 的 情況 下 可 以 減 少 變 形 層 的 厚 度 以 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 方 面 具 有 優(yōu) 越 性 圖 14 顯 示 了 切 削 屑 圖132 5m s和 25m s形變層的比較 圖14Ln 10m時 2 5m s和 25m s 3 的硝酸酒精溶液處理60 秒 切削屑的比較 3 的硝酸酒精溶液處理 60秒 厚 度 隨 切 削 速 度 增 大 而 減 小 隨 著 切 削 速 度 降 低 大 約 一 半 證 實(shí) 切 削 屑 的 塑 性 流 動 角度 減 少 因 此 減 小 高 速 切 削 的 切 削 深 度 并 使 用 直 徑 較 小 的 刀 具 可 以 提 高 加 工 表 面 精 度 因 此 可 以 預(yù) 期 高 速 加 工 使 用 小 直 徑 立 銑 刀 工 具 的 優(yōu) 勢 5 結(jié)論通 過 對 安 裝 了 高 速 小 端 面 銑 刀 的 微 型 機(jī) 床 的 研 究 設(shè) 計 和 生 產(chǎn) 實(shí) 現(xiàn) 了 提 高 工 效和 節(jié) 省 能 源 所 得 到 的 結(jié) 果 如 下 1 立 式 微 型 機(jī) 床 設(shè) 計 該 機(jī) 床 是 由 空 氣 渦 輪 主 軸 320000轉(zhuǎn) 分 鐘 型 或 200000轉(zhuǎn) 分 型 基 于 定 位 精 度 為 0 1 m 的 氮 化 硅 陶 瓷 框 架 和 一 個 線 性 馬 達(dá) 組 成 的 2 該 機(jī) 床 的 功 耗 僅 為 現(xiàn) 有 的 高 速 加 工 中 心 的 1 10 3 證 實(shí) 了 320000 轉(zhuǎn) 分 鐘 的 主 軸 可 以 在 25 0 米 秒 的 高 速 和 0 3N 的 水 平 載 荷下 使 用 4 該 微 型 機(jī) 床 阻 尼 比 為 0 119 固 有 頻 率 為 530Hz 5 可 以 保 持 表 面 粗 糙 度 2 0 mRz 較 高 的 切 削 速 度 25 0m s 和 在 較 長 切 削長 度 下 切 確 的 數(shù) 值 分 散 性 較 小 在 這 些 條 件 下 獲 得 無 撕 裂 部 件 的 加 工 面 6 變 形 層 厚 度 在 2 5 米 秒 切 削 速 度 下 約 為 1 3 微 米 在 25 米 秒 的 切 割 速 度下 約 為 0 6 微 米 7 切 削 屑 的 塑 性 流 動 角 在 高 切 削 速 度 降 低 25m s 參考文獻(xiàn) 1 KA KINO Y IHA RA Y MORIGUCHI H et al High speed Machining Technologiesfor A gile Manufacturing IMS 2001 89 92 in Japanese 2 IDETA M FUKUSHIGE M et al Toyota Tech Rev 1995 45 1 92 97 in Japanese 3 JA MES M Miniaturization Tech Pap Soc Manuf Eng 1999 1 64 REDFORD A Small Parts Feeding A ssem A utom 1999 11 4 8 115 A SA DA N KURIHA RA G MORITA N et al Development of Numerical ControlledMicro Milling Machine Micro Cube j of JSA T 2003 47 7 373 378 in Japanese 6 MISHIMA N Characteristics of Materials for Machine Tool Structure 1 streport Purpose of the Study and Damping Characteristics Report ofMechanical Engineering Laboratory 1995 49 5 193 200 in Japanese 7 ISO 10791 2 Test conditions for machining centers Part2 Geometric testsfor machines with vertical spindle or universal heads with vertical primaryrotary axis vertical Z axis 2001 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 1．畢業(yè)設(shè)計課題的任務(wù)和要求： 在分析現(xiàn)有擔(dān)架車的原理及結(jié)構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等相關(guān)理論，進(jìn)行擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)方案、工作原理設(shè)計與主要零部件設(shè)計計算。要求能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架車的折疊與直推功能，車腿能根據(jù)救護(hù)車高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)自動收腿功能?，F(xiàn)代滿足醫(yī)療救護(hù)器械具有運(yùn)動平穩(wěn)、操作快速方便、對傷員的二次傷害小的基本要求。撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書；翻譯相關(guān)英文科技文獻(xiàn)1篇。 2．畢業(yè)設(shè)計課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 救護(hù)擔(dān)架車自重不超過15kg，最大載重100kg。設(shè)計一款救護(hù)擔(dān)架車，能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架車的折疊與直推功能，車腿能根據(jù)救護(hù)車高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)自動收腿、自鎖功能。 具體要求： （1）了解救護(hù)擔(dān)架車的基本工作原理； （2）研究現(xiàn)有救護(hù)擔(dān)架車裝置的性能、優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性，確定救護(hù)擔(dān)架車的總體結(jié)構(gòu)方案； （3）設(shè)計校核救護(hù)擔(dān)架車的主要零部件；正確規(guī)范繪制相關(guān)圖紙；使用相關(guān)軟件完成虛擬動畫； （4）撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書； （5）翻譯相關(guān)英文科技文獻(xiàn)1篇。 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 3．對畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計、圖紙、實(shí)物樣品等）： 1、 設(shè)計的救護(hù)擔(dān)架車全套圖紙； 2、 畢業(yè)設(shè)計說明書1份； 3、相關(guān)科技文獻(xiàn)英文翻譯1份。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能達(dá)到使用要求，圖紙規(guī)范、正確。附帶光盤。 4．畢業(yè)設(shè)計課題工作進(jìn)度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2月29日 ~ 3月21日 熟悉課題、搜集資料，進(jìn)行設(shè)計構(gòu)思， 寫出開題報告并進(jìn)行相關(guān)論文的英文翻譯 3月30日 ~5 月 10 日 確定設(shè)計方案、完成全套設(shè)計圖紙 5月11日 ~6 月 1日 撰寫設(shè)計說明書等 6月1 日 ~6 月 5日 查漏補(bǔ)缺；答辯 學(xué)生所在系審查意見： 同意下發(fā)任務(wù)書 系主任： 2016年 2月29日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1.1設(shè)計依據(jù) 當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，為了趕上時代的節(jié)奏和腳步，實(shí)用技術(shù)不斷推陳出新，其中救護(hù)擔(dān)架車也不例外，不斷升級和創(chuàng)新，技術(shù)也逐漸成熟。又由于醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展，國內(nèi)外救護(hù)擔(dān)架車結(jié)構(gòu)各式各樣，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。擔(dān)架車作為搬運(yùn)病人的主要工具，對其使用歷來已久，人們根據(jù)各個時期對擔(dān)架車提出的使用要求與功能，不斷的對其進(jìn)行改進(jìn)，使其功能越來越強(qiáng)大、越來越完善。目前，已經(jīng)開發(fā)出一些輔助搬運(yùn)器械來解決不能獨(dú)立行走病人搬運(yùn)的問題，這大大降低了護(hù)理人員的工作強(qiáng)度及運(yùn)送過程中可能對病人造成的二次傷害系數(shù)。? 1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 戚鵬飛等研制的多功能醫(yī)用擔(dān)架車，其設(shè)計的擔(dān)架車可以通過控制裝置轉(zhuǎn)換為輪椅車，這標(biāo)志著我國對擔(dān)架車的研究由使用階段轉(zhuǎn)變到了開發(fā)設(shè)計階段。 下樓式越障擔(dān)架車，采用推車形式，把擔(dān)架車分為上中下三層結(jié)構(gòu)，上層為傷員承載面，中間為急救與生命支持單元，下層為移動支撐單元。上中下層采用模塊化靈便組合，使之不但可作為普通擔(dān)架使用，更可與下層移動支撐單元組合為擔(dān)架車，從而使整套擔(dān)架車作為專業(yè)的轉(zhuǎn)運(yùn)工具既具有擔(dān)架的靈活和輕便性，又具有擔(dān)架車的省力、承載能力高的性能，從而更好的適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。下樓式越障擔(dān)架車不但能應(yīng)用于各種復(fù)雜的環(huán)境，降低救護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，而且隨車攜帶的各種急救醫(yī)療器材，保證需要救助的病人在轉(zhuǎn)運(yùn)途中得到最有效、最基本的救助，使擔(dān)架車的功效得到了的最有效的發(fā)揮。[1]- [3] 張彥恩等人在其專利申請中介紹了一種帶斜板式病院轉(zhuǎn)移裝置，該裝置通過滾軸滑板和斜板的配合使用，在進(jìn)行有高度差的床面與推車間的病人搬移時，只需將斜板在不同的高度進(jìn)行固定，而后利用滑板將病人沿斜板進(jìn)行推運(yùn)到擔(dān)架車上，此種搬運(yùn)方法可實(shí)現(xiàn)病人的快速有效搬運(yùn)。除此以外，該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低等優(yōu)點(diǎn)。 免搬運(yùn)擔(dān)架車，該車升降系統(tǒng)采用液壓控制，平移板縱向可分成兩部分且前部分能折下折平，后半部分能在擔(dān)架車上橫向移動。當(dāng)搬運(yùn)病人時，利用液壓控制系統(tǒng)對車面高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)車面與病床或者手術(shù)床大致等高時，即可通過板的橫向移動來進(jìn)行病人床位轉(zhuǎn)移操作。該車?yán)靡簤合到y(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)時在國內(nèi)已達(dá)領(lǐng)先水平，且搬運(yùn)病人容易方便，節(jié)省了時間和人力；該車還配有減震系統(tǒng)，減少了病人的顛簸之苦。2002年周志坤等人在總結(jié)了前人的研究成果的基礎(chǔ)上，研制了一種運(yùn)送病人水平擔(dān)架車，該擔(dān)架車采用新的結(jié)構(gòu)形式，在以前的擔(dān)架車的裝置上增加了輸液架、引流裝置、床板減震裝置、衣櫥等裝置，這給醫(yī)護(hù)人員帶來很大的便利，使他們在工作過程中能利用擔(dān)架車為病員做及時有效的護(hù)理工作。[12]- [15] 楊月誠等人在其專利全自動直推式擔(dān)架車中提出了一種利用四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的可全自動直推式上下救護(hù)車的擔(dān)架車。擔(dān)架車上車時，前撞桿撞到救護(hù)車底板時自動收攏，繼續(xù)推擔(dān)架車，后撞桿也與救護(hù)車底板相撞，也同樣會自動收起；下車過程與上車過程剛好相反。該擔(dān)架車可實(shí)現(xiàn)單人直推，不必手動調(diào)節(jié)上下車裝置；操作迅速、質(zhì)輕平穩(wěn)、節(jié)省救護(hù)時的人力和時間等一系列優(yōu)點(diǎn)。 軌道側(cè)移式病員搬運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)擔(dān)架車、換床單架車與2007年的一種方便病人搬運(yùn)的擔(dān)架車，都能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架板相對車架的側(cè)向滑移，將病人進(jìn)行床位轉(zhuǎn)換。孫建研究的擔(dān)架車?yán)檬謸u裝置和齒輪驅(qū)動主擔(dān)架在支撐擔(dān)架上進(jìn)行平移，利用液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行升降控制；此外，該擔(dān)架車還配備了供氧裝置、儲物柜、可移動儲物筐、輸液架、彈簧式減震器等輔助裝置。該車運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，功能完善，推進(jìn)方向一人可控，但由于使用了液壓控制，相對于純機(jī)械，可能有漏油現(xiàn)象且該車結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。華婷研制的擔(dān)架車?yán)蒙舷禄瑝K的相對滑動進(jìn)行擔(dān)架床面的平移，搬運(yùn)病人時，先調(diào)節(jié)升降車高度以適應(yīng)搬運(yùn)需求，而后只需將擔(dān)架面沿水平推出即可實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)。該車?yán)梅纼A覆護(hù)欄減少了搬運(yùn)過程中傾倒的可能性，該車結(jié)構(gòu)合理，進(jìn)行病人床位轉(zhuǎn)移時操作簡便。徐于保利用傳送帶的形式進(jìn)行病人的搬運(yùn)且床面可與擔(dān)架車成一定角度轉(zhuǎn)換，其研制的擔(dān)架車可便捷的搬運(yùn)病人。[4]- [6] 1.3國外發(fā)展?fàn)顩r 國外的研究人員將工作重心轉(zhuǎn)移到了機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)上，因此各種輔助搬移病人的機(jī)電設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。典型設(shè)備有由FUJIDA提出的“Torancemover”。該設(shè)備主要是由安裝在擔(dān)架車上的驅(qū)動電機(jī)和控制器來驅(qū)動安裝在上下兩金屬板上的皮帶旋轉(zhuǎn)來搬移病人。TAKAOKA等和KAKUTANI等開發(fā)了一種助力搬移設(shè)備,這種設(shè)備主要是利用控制桿來控制搬移金屬板進(jìn)行病人的搬運(yùn)。[7] 日本DAIHEN公司開發(fā)的擔(dān)架與搬運(yùn)車分離的搬運(yùn)設(shè)備，該擔(dān)架車采用傳送帶傳送形式，利用控制算法驅(qū)動電機(jī)對傳送帶進(jìn)行控制，此搬運(yùn)裝置有兩種類型：（1）KASAGAMI等提出的插入板較厚的搬移設(shè)備；（2）王洪波、笠上文男提出的插入板較薄的搬移設(shè)備。第二種采用能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的模塊化設(shè)計和體積小、功能多、高智能的嵌入式控制系統(tǒng)使設(shè)備能平穩(wěn)的插入病人身下對病人實(shí)行平移搬運(yùn)，該設(shè)備搬運(yùn)時分為抬升、移動、放下三部分，通過控制不同驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行皮帶的驅(qū)動，這樣既可以實(shí)現(xiàn)三個工作部分的有機(jī)結(jié)合。通過臨床試驗，該設(shè)備護(hù)士的可操作性高，可實(shí)現(xiàn)病人不變體位進(jìn)行床位轉(zhuǎn)移，大大減少護(hù)士的體力勞動。[8] 參考文獻(xiàn)： [1]許致華：半自動擔(dān)架車的運(yùn)動仿真[J].中國民航學(xué)院學(xué)報，2003,21（1）：36-38. [2]許致華、王立文、傅強(qiáng)一種新型救護(hù)擔(dān)架車運(yùn)動過程的分析與研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,200335(4):433-436. [3]倪涌猛：擔(dān)架平推車的人性化改進(jìn)[J].中國醫(yī)療器械雜志，2003,27（6）：462-463. [4]王志學(xué)、劉一鳴、賈連斌、王鳳蘭：折疊式擔(dān)架車機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計,2010,27(8):95-96. [5]袁承浪、官春紅、敖惠萍、簡易過床擔(dān)架的設(shè)計與應(yīng)用[J].井岡山學(xué)院學(xué)報,2007,28(6)：121. [6]王洪波，笠上文男.病人搬移設(shè)備的機(jī)電一體化設(shè)計和應(yīng)用[J].機(jī)械工程學(xué)報，2009,45（7）：68-74. [7]FUJIDAM.AMIZUHO Torancem over system used forpatient transfer in hospital[J].The Japanese Journal of Medical Instrumentation,1994,64(11)：517. [8]TAKAOKAD,IWAKIT,YAMADAM,etal.Development of a transfer supporting equipment-applying power assist control[C]//Proc.4 thInt.Workshop on Advanced MotionControl,Mie,Japan,March18-21,1996(1)：92-96. [9]李向前：病員搬運(yùn)擔(dān)架車:中國，94204319.7[P].1994-11-23[2010-10-16]. [10]田慶彬：顧榮林.多功能擔(dān)架車：中國，94209770.X[P].1995-03-15[2010-10-16]. [11]潘秉章、孫剛等。床面可移動的擔(dān)架車：中國，97245154.4[P].2000-01-05 [12]陳洪濤：一種醫(yī)用液壓自動搬運(yùn)車：中國，00236930.3[P].2001-03-28 [13]鄭中富：免搬動病人擔(dān)架車的研制[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2001,4:14,52-53. [14]周志坤、崔勇、孫君榮：一種運(yùn)送病員水平擔(dān)架車：中國，02269500.1[P].2003-08- 13[2010-10-16]. [15]楊月誠：熊磊等全自動直推式擔(dān)架車：中國，200420086231.0[P].2006-02- 01[2010-10-16]. [16]張其江：一種醫(yī)用電動擔(dān)架車：中國，200520080389.1[P].2006-05-17 [2010-10-16]. [17]孫建：軌道側(cè)移式病院搬運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)擔(dān)架車:中國,200520072872.5[P].2006-08-09 [2010-10-16]. [18]華婷.換床擔(dān)架車:中國200620076561.0[P].2007-09-19[2010-10-16]. [19][29]陸濤,呂國平,石延軍等全機(jī)械手動換床擔(dān)架車的研制[J]醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2008,29(1)：50-51. [20]陸濤、呂國平、石延軍等重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)擔(dān)架車的研究與應(yīng)用[J].東南國防醫(yī)藥,2007,9(5):344-345.  畢業(yè)設(shè)計開題報告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 2.1本課題要研究或解決的問題 盡管國內(nèi)對救護(hù)擔(dān)架車的技術(shù)還不成熟，但仍有不少國內(nèi)研究人員在不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和革新，從而救護(hù)擔(dān)架車的發(fā)展。綜合國內(nèi)外救護(hù)擔(dān)架車研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外企業(yè)都將救護(hù)擔(dān)架車技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)。智能化、多功能化和舒適化，將逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械式、單一功能式技術(shù)。而各外救護(hù)擔(dān)架車廠商在性能上的比拼，將提升外救護(hù)擔(dān)架車的技術(shù)含量，降低生產(chǎn)成本，并推動新的技術(shù)革命。在救護(hù)擔(dān)架車方面而言，以歐美等國的技術(shù)最為先進(jìn)。國外救護(hù)擔(dān)架車推廣應(yīng)用時間長，產(chǎn)品技術(shù)成熟，國外一些企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出幾代救護(hù)擔(dān)架車產(chǎn)品，國內(nèi)開發(fā)出救護(hù)擔(dān)架車，研發(fā)投入少，市場份額小，產(chǎn)品應(yīng)用推廣面窄。故本課題研究希望設(shè)計出一種性能優(yōu)越的救護(hù)擔(dān)架車。 初步確定的救護(hù)擔(dān)架車方案是救護(hù)擔(dān)架車自重不超過15kg，最大載重100kg。設(shè)計一款救護(hù)擔(dān)架車，能實(shí)現(xiàn)擔(dān)架車的折疊與直推功能，車腿能根據(jù)救護(hù)車高度變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)自動收腿、自鎖功能。 具體要求： （1）了解救護(hù)擔(dān)架車的基本工作原理； （2）研究現(xiàn)有救護(hù)擔(dān)架車裝置的性能、優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性，確定救護(hù)擔(dān)架車的總體結(jié)構(gòu)方案； （3）設(shè)計校核救護(hù)擔(dān)架車的主要零部件；正確規(guī)范繪制相關(guān)圖紙；使用相關(guān)軟件完成虛擬動畫； 解決的問題： （1） 實(shí)現(xiàn)怎樣的功能，怎樣實(shí)現(xiàn)； （2） 機(jī)構(gòu)設(shè)計，裝配圖，二維零件圖的繪制； （3） 理論知識到實(shí)際中的運(yùn)用能力。 2.2擬采用的研究手段（途徑） （1）制定救護(hù)擔(dān)架車功能和方案； （2）根據(jù)制定的方案，進(jìn)行救護(hù)擔(dān)架車總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計； （3）總體結(jié)構(gòu)的功能分塊，進(jìn)行各功能塊、實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動方式的選擇； （4）救護(hù)擔(dān)架車總體的初步設(shè)計，繪制測試原理框圖、結(jié)構(gòu)簡圖； （5）救護(hù)擔(dān)架車外觀設(shè)計； （6）救護(hù)擔(dān)架車強(qiáng)度，穩(wěn)定性校核； （6）詳細(xì)設(shè)計，進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制測試裝置的零件圖和裝配圖； （7）進(jìn)行評價方法的理論分析，優(yōu)化步驟和流程。 2.3 技術(shù)路線 是 否 是否滿足要求 救護(hù)擔(dān)架車性能檢測 確定救護(hù)擔(dān)架車設(shè)計參數(shù) 結(jié)論與建議 關(guān)鍵部件設(shè)計研究 CAD出圖 明確研究任務(wù) 查閱資料、調(diào)研 研究方案設(shè)計 計算與校核 救護(hù)擔(dān)架車的分析研究 2.4實(shí)施計劃 第1-2周 閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，翻譯英文文獻(xiàn)； 第2-3周 完成文獻(xiàn)綜述； 第3-4周 明確畢業(yè)設(shè)計研究方向與內(nèi)容，完成開題報告； 第5-6周 救護(hù)擔(dān)架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計； 第7-8周 完成救護(hù)擔(dān)架構(gòu)結(jié)構(gòu)分析方案，繪制救護(hù)擔(dān)架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維圖； 第8-9周 完成所有裝配圖和零件圖； 第10周 產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)； 第11周 撰寫畢業(yè)論文； 第12周 畢業(yè)設(shè)計答辯。 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 郭子涵同學(xué)在查閱了大量的和畢業(yè)設(shè)計工作有關(guān)的資料、書籍后,對課題研究內(nèi)容和研究方法有了較明確的認(rèn)識和理解,較好地完成了課題前期的準(zhǔn)備工作。 開題報告語言通順、格式規(guī)范。“文獻(xiàn)綜述”部分對救護(hù)擔(dān)架車裝置國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述,有一定的深度。“本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）”部分中,捉出問題還需更明確。希望繼續(xù)努力查閱相關(guān)專業(yè)資料。圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計工作。 同意開題 指導(dǎo)教師： 2016年 3月 22日 所在系審查意見： 同意開題 系主任： 2016年 3月 22日 救護(hù)擔(dān)架車的設(shè)計 摘要：現(xiàn)有的救護(hù)擔(dān)架車有一些優(yōu)點(diǎn)，也有一些缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)有時是致命的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外觀笨重，基本沒有減震性能，不適合在在大型災(zāi)難現(xiàn)場和大型事故現(xiàn)場使用，非常容易對病人和傷員造成二次傷害。為了提高救護(hù)擔(dān)架車的穩(wěn)定性、抗震性和舒適度，我對擔(dān)架車進(jìn)行了全方位的重新設(shè)計，設(shè)計的擔(dān)架車結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，減小了震動帶來的沖擊力，使病人免受顛簸之苦。空間占用小，方便攜帶，人員占用小，一個人就可以完成操作。 關(guān)鍵詞：救護(hù)擔(dān)架車；連桿機(jī)構(gòu)；懸架系統(tǒng) Ambulance stretcher car design Abstract: Existing ambulance stretcher has some advantages. There are some shortcomings, and these shortcomings are sometimes fatal, complex, bulky appearance, basically no damping properties, not suitable for use in large-scale and large-scale disaster scene of the accident scene, is very easy to sick and wounded cause secondary damage. To enhance the stability, vibration resistance and comfort ambulance stretcher, the stretcher I conducted a comprehensive re-design, simple design stretcher structure, easy operation, reducing the vibration force of the impact, so that the patient suffer from bumps. Small footprint, easy to carry, takes up a small staff, one person can complete the operation. Keywords: Emergency stretcher；Linkage mechanism；Suspension  目 錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 1 緒論 1 1.1 救護(hù)擔(dān)架車產(chǎn)生的背景 1 1.2 救護(hù)擔(dān)架車的意義 1 2 現(xiàn)有擔(dān)架車的分析 3 2.1 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊機(jī)構(gòu) 3 2.2 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊過程 4 2.3 目前擔(dān)架車的優(yōu)缺點(diǎn) 5 2.4設(shè)計的目標(biāo) 5 3 新型救護(hù)擔(dān)架車的工作原理 7 3.1 新型救護(hù)擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)組成 7 3.2 新型救護(hù)擔(dān)架車的基本參數(shù) 8 3.3 新型救護(hù)擔(dān)架車結(jié)構(gòu)計算 11 3.3.1 自重計算 11 3.3.2 彎矩剪應(yīng)力計算 11 4 減震系統(tǒng)設(shè)計 13 4.1 懸架的功能和組成 13 4.2 懸架的設(shè)計方案與彈性特性 14 4.2.1 懸架的彈性特性 14 4.2.2彈簧的選擇 15 5 設(shè)計總結(jié) 16 參考文獻(xiàn) 17 致謝 18 IV I 1 緒論 1.1 救護(hù)擔(dān)架車產(chǎn)生的背景 救護(hù)擔(dān)架車是日常生活中常見的一種用于救護(hù)病人或傷員的器械，具有使用簡便，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，救護(hù)擔(dān)架車也在不斷進(jìn)步，在國外的一些科技發(fā)展領(lǐng)先的國家，救護(hù)擔(dān)架車已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，主要表現(xiàn)在兩個方面，一是二次傷害小，病人和傷員躺在擔(dān)架車上會非常安全；二是擔(dān)架車初步實(shí)現(xiàn)了智能化，數(shù)字化，加入了一些高科技元素，大大加強(qiáng)了救護(hù)擔(dān)架車的功能性，在運(yùn)送病人的同時，醫(yī)護(hù)人員就可以利用擔(dān)架車上的一些設(shè)備對病人進(jìn)行簡單的救治。但是，在一些科技水平落后的國家和地區(qū)，擔(dān)架救護(hù)車還只是簡單的純機(jī)械設(shè)備，還有很大的改進(jìn)空間。 目前，我國的擔(dān)架車和國外發(fā)達(dá)國家相比，同樣存在很多不足，在日常的使用中，不僅給醫(yī)生帶來了一些不方便，而且偶爾也會對病人造成二次傷害。擔(dān)架車這種很常見的器械，為什么國內(nèi)沒有跟上國外的腳步呢？這個問題困擾了我很久，所以我決定設(shè)計一種簡單的擔(dān)架車。在我國現(xiàn)在使用的擔(dān)架車中，大部分的是四輪的，當(dāng)然也有一些三輪的，在我的走訪調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，這些擔(dān)架車用了很多年，但是問題還是很多，有一些缺點(diǎn)很嚴(yán)重，比如輪子的材料不好，很容易摩擦損壞，又比如說擔(dān)架車的減震效果不好，遇到戶外一些不平的路面，顛簸的很厲害，非常容易發(fā)生意外，對病人或傷員造成二次傷害。 隨著社會的進(jìn)步，人們的生活水平在不斷提高，但是隨之而來的一些安全隱患也在威脅著人們，各種安全事故層出不窮。近幾年，中東地區(qū)的局勢也極其動蕩，戰(zhàn)爭紛起，恐怖分子橫行，再加上一些自然災(zāi)害，這些威脅每時每刻都關(guān)系到了我們的生命安全，而且往往一次事故一次戰(zhàn)爭會造成大量的傷員，醫(yī)護(hù)人員本就人數(shù)缺乏，如果再沒有一個好的擔(dān)架車，那真是雪上加霜。因此，急需一種簡便又功能強(qiáng)大的擔(dān)架車，所以，我設(shè)計了一種專門用于救災(zāi)現(xiàn)場和大型事故現(xiàn)場的緊急救護(hù)用擔(dān)架車。 1.2 救護(hù)擔(dān)架車的意義 最近幾年，全世界的各種災(zāi)難事故一直在發(fā)生，這些問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了全人類的安全，各國人民也非常重視。我們中國每年也會因為這些安全問題損失慘重，比如08年的汶川地震，前幾年的沉船事故等等，這些重大安全事件不僅奪去了很多人的生命，同時也造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，我國每年因為這些事故損失的GDP達(dá)到了6%。在這些安全事件發(fā)生的現(xiàn)場，路面往往都受到了很嚴(yán)重的損害，救護(hù)車一般很難到達(dá)第一線，這就需要救護(hù)人員用擔(dān)架車到現(xiàn)場把傷員運(yùn)送到救護(hù)車的位置，這段路程對擔(dān)架車有很高的要求，非常容易發(fā)生意外，對病人或傷員造成二次傷害。 所以，各種救援現(xiàn)場對擔(dān)架車有著很高的要求，首先擔(dān)架車不能太過笨重，必須具有重量輕、可折疊、方便使用的特點(diǎn)，而且使用擔(dān)架車的醫(yī)護(hù)人員盡可能的少，這樣才能做到人員最大使用率，在很短的時間運(yùn)送傷員；其次還必須有良好的減震系統(tǒng)，保證傷員和病人在凹凸不平的路面不會受到二次傷害。 3 2 現(xiàn)有擔(dān)架車的分析 2.1 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊機(jī)構(gòu) 圖2-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 現(xiàn)在常用的擔(dān)架車的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如上圖。臺板是病人躺下的地方，臺板上通過多個轉(zhuǎn)動副連接了幾個支桿，支桿之間又有連桿。這種擔(dān)架車一共有兩組輪，張開狀態(tài)用一組，折疊以后還有一組，一組4個輪子，一共八個，都是萬向輪，可以任意旋轉(zhuǎn)。這種擔(dān)架車有兩種工作狀態(tài)：展開狀態(tài)和折疊狀態(tài)。展開狀態(tài)是在急救時推病人前進(jìn)時所用，而折疊狀態(tài)是用來上車和抬病人時用的。 展開工作狀態(tài)： 當(dāng)醫(yī)護(hù)人員將傷員救出事故現(xiàn)場時，打開旁邊的掛鉤，然后扣動觸板連桿，此時，內(nèi)部的支桿展開，然后再次轉(zhuǎn)動掛鉤，將其插入銷中鎖死，擔(dān)架車此時展開，可以向前推行。醫(yī)護(hù)人員人員可以非常方便的救助病人。 折疊工作狀態(tài)： 此時兩套支桿都并攏在一起，擔(dān)架車處于折疊，折疊時，擔(dān)架車上有4個車輪工作，和展開時不是同一組。這時再旋轉(zhuǎn)掛鉤進(jìn)行鎖死操作，在收到外力的作用下不會自動展開。因為擔(dān)架車通常使用的地方是在地面凹凸不平的地面上，所以減震很差。 表2-1 兩種工作狀態(tài) 2.2 現(xiàn)有擔(dān)架車的折疊過程 折疊擔(dān)架車步驟： 1) 旋轉(zhuǎn)掛鉤7。 2) 向前推擔(dān)架車，這時，支桿3碰到車邊，扣向里面，E點(diǎn)此時會向右上方移動，連桿6被帶動，同時帶動3，桿3受力后會向內(nèi)扣。 3) 然后b點(diǎn)到達(dá)左上方，支桿6被拉動，同時，又給支桿3'受力，向內(nèi)移動。這時就完成了擔(dān)架車的折疊。 4) 擔(dān)架車折疊完成后，旋轉(zhuǎn)掛鉤，插到柱銷上，實(shí)現(xiàn)鎖死。 （其示意圖如圖2-2所示。） 1臺板；2萬向輪；3支桿；4觸板連桿AB；5短連桿BC；6長連桿BH；6'長連桿DE；5'短連桿EF；4'觸板連桿GE；7鎖死掛鉤；3'支桿。 圖2-2 擔(dān)架車折疊情況示意圖 擔(dān)架車展開步驟： 1) 旋轉(zhuǎn)L點(diǎn)處掛鉤，向靠外的方向扣動下方的觸板連桿。 2) 如果扣動連桿4，短連桿5和4這時會到達(dá)同一直線上。支桿3受力后會展開，h點(diǎn)向靠下的方向移動，同時聯(lián)動4和5組成的一條直線，3展開。 3) 這時擔(dān)架車處于展開狀態(tài)，將掛勾插入柱銷中，完成鎖死。 （其示意圖如圖2-3所示。） 圖2-3 擔(dān)架車折疊 2.3 目前擔(dān)架車的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1) 該擔(dān)架車能實(shí)現(xiàn)折疊功能，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，空間占用也很小， 攜帶方便。擔(dān)架車的折疊和展開都非常迅速，能夠快速使用，實(shí)用性強(qiáng)，又能推又能抬，在救災(zāi)中能夠非常迅速的將病人抬出，大大的節(jié)約了救援時間，為病人創(chuàng)造了良好的生存機(jī)會。 2) 能夠鎖死，而且很簡單，只需要把掛鉤旋轉(zhuǎn)，然后扣動觸板連桿，鎖死之后穩(wěn)定性好，在劇烈的運(yùn)動中也能保持穩(wěn)定性，不會自己打開。 3) 價格低廉，性價比高。 缺點(diǎn)： 1) 沒有減震設(shè)計，如果遇到路況差的時候，很有可能會對病人造成二次傷害，加重病情。 2) 功能少，結(jié)構(gòu)簡單帶來的是功能單一，沒有輸液桿和輪子自鎖功能，擔(dān)架車在坡上容易溜坡，安全性很不合理。 2.4設(shè)計的目標(biāo) 如何采取更簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)救護(hù)擔(dān)架車的全部功能，減輕車體重量。采取什么樣的避震設(shè)計才能使擔(dān)架車在凹凸不平的路面上減少顛簸，避免二次傷害，這是目前面臨的一個難題。擔(dān)架車是用來運(yùn)送病人和傷員的，平穩(wěn)是最重要的一點(diǎn)，要求使用簡單功能強(qiáng)大的同時，更應(yīng)該保證病人和傷員的舒適度，不論是地面推行時還是隨車行駛時。? 根據(jù)我的走訪調(diào)查和圖書館查閱資料，結(jié)合醫(yī)護(hù)人員的使用習(xí)慣和實(shí)際使用過程中病人和傷員遇到的問題，我設(shè)計了一種新的救護(hù)擔(dān)架車。該擔(dān)架車能夠?qū)崿F(xiàn)折疊，自動收腿，自鎖等非常實(shí)用的功能，而且很關(guān)鍵的是我設(shè)計了非常強(qiáng)大的減震系統(tǒng)，讓病人和傷員舒適了很多，減少了發(fā)生二次傷害的可能。我設(shè)計的擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)也很簡單，操作簡便，一般只需要1-2人即可完成操作，大大減少了需要的人數(shù)。 3 新型救護(hù)擔(dān)架車的工作原理 3.1 新型救護(hù)擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)組成 圖3-1和圖3-2為新型救護(hù)擔(dān)架車的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。其中A為救護(hù)擔(dān)架車擔(dān)架部分；b為定位塊定位部分；c為鎖死機(jī)構(gòu)定位。BE為前車腿；AF為后車腿；CD為前后連桿；DG為限定為桿（其中G點(diǎn)裝有滑塊）可在b上水平滑動；HJ、HK分別為臥、立限定為卡；HI為手柄；GL位復(fù)位彈簧[12]。 圖3-1 新型救護(hù)擔(dān)架車的立式機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 圖3-2 新型救護(hù)擔(dān)架車的臥式機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 工作原理： 1) 立式→臥式（患者上擔(dān)架） 操作者控制手柄HI向右推動手柄并稍用力下壓擔(dān)架車，后腿AF通過連桿CD帶動前腿BE向后方收回，當(dāng)滑塊G移動到限位J處時被限制，達(dá)到臥式狀態(tài)。 2) 立式→臥式（擔(dān)架上車） 當(dāng)擔(dān)架車前腿BE接觸到救護(hù)車尾時，操作者控制手柄HI向右推動并向前推動擔(dān)架車，前腿BE收回，通過連桿CD帶動后腿AF同時收回，當(dāng)滑塊G移動到限位J處時被限制，達(dá)到臥式狀態(tài)。 3) 臥式→立式（患者上擔(dān)架之后、患者下車過程） 操作者控制手柄HI向右推動并向左或左上方拉動擔(dān)架車，車子在復(fù)位彈簧GL的作用下自動抬起，當(dāng)擔(dān)架車達(dá)到K點(diǎn)時被限定位，擔(dān)架車達(dá)到立式狀態(tài)。 3.2 新型救護(hù)擔(dān)架車的基本參數(shù) 產(chǎn)品 最大載重 自重 立式尺寸 臥式尺寸 主材料 新型救護(hù)擔(dān)架車 100kg ＜15kg 1950*600*（600-900） 1950*600*（280-380） 鋁合金 表3-1 擔(dān)架車基本參數(shù) 圖3-2 新型救護(hù)擔(dān)架車裝配圖 擔(dān)架車最大載重為100KG，自重15KG。擔(dān)架車基本參數(shù)如表3-1所示。車架主要材料采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且自重較輕的鋁合金結(jié)構(gòu)，床面及護(hù)欄采用具有柔性的人體工程學(xué)塑料。 擔(dān)架車結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。1為輸液桿，2為減震簧，3為護(hù)欄，4為低位保護(hù)輪，5為前車腿，6為前輪，7為連桿，8為后輪，9為制動踏板，10為后腿，11為緩沖桿，12為滑塊滑槽，13為高低位調(diào)節(jié)手柄，14為扶手，15護(hù)欄鎖，16為滑塊限制裝置[13]。 其中輸液桿可以起落，在不使用時可以放倒在車旁，不影響車輛正常使用。護(hù)欄也可起落，傷員上車時可以降下，上車后升起防止傷員滾下。其左后腿、左后輪和剎車結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，圖中1為后腿主腿，2為副腿。主腿和副腿為套管形式。在主腿上有間隔相等的銷眼，方便后腿的長短調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)車體高度。3是制動踏板轉(zhuǎn)動軸，4是后輪軸，5是后輪，6是后輪架，7是制動片。左后輪采用萬向結(jié)構(gòu)，方便擔(dān)架車轉(zhuǎn)向。當(dāng)后面的醫(yī)護(hù)人員遇到緊急情況需要制動時只需用腳踩動制動踏板即可制動車輛。右后輪采取凹槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)踩下右后輪后踏板時可鎖死右后輪，從而使車輪不會轉(zhuǎn)動，當(dāng)需要車輛移動時可踩下右后輪前踏板，松開鎖死結(jié)構(gòu)[14]。右后輪結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖3-3擔(dān)架車左后輪 圖3-4右后輪及鎖死結(jié)構(gòu) 圖3-5為前腿及前輪，車輪均采取 尼龍輪，輕便且穩(wěn)定。主前腿上有銷子 孔，方便調(diào)整車輛高度。前輪方向向前 固定，轉(zhuǎn)向輪為后輪。其中前后輪均采 取100mm直徑車輪，輪寬50mm。圖3-6 為擔(dān)架車懸架上的滑槽、滑塊和彈簧。 通過回位拉簧及滑塊上方的滑塊限制結(jié) 構(gòu)，使擔(dān)架車可停留在高位與低位。此 外，回位拉簧還可在車輛從低位到高位 的運(yùn)動時，起到助理作用，不會使救護(hù) 人員過于用力?；瑝K被牢牢限制在滑槽 圖3-5 前腿及前輪 中，起到了穩(wěn)定車身的作用[15]?；瑝K于下方的緩沖桿相連。緩沖桿連接后腿并通過前后連桿連接前腿，使車輛整體不論高位低位前后輪均處于同一平面上。 圖3-6 滑槽、滑塊及回位拉簧 如圖3-7所示為左后方視圖，圖中1為滑塊限制裝置，2為滑槽，3為滑塊限制裝置固定軸，4為減震簧，5為護(hù)欄限制裝置，6為車架，7為護(hù)欄，8為扶手。其中滑塊限制裝置與后方的手柄相連，通過手柄控制裝置上下移動起到限制滑塊移動作用。護(hù)欄限制裝置可沿軸旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)到上下位置鎖死護(hù)欄，防止護(hù)欄翻下[16]。 圖3-7 新型救護(hù)擔(dān)架車左后視圖 3.3 新型救護(hù)擔(dān)架車結(jié)構(gòu)計算 3.3.1 自重計算 經(jīng)查數(shù)據(jù)有25*25*2.5mm鋁合金方管質(zhì)量為0.675kg/m；20*20*1.2mm鋁合金方管質(zhì)量為0.271kg/m。經(jīng)分析擔(dān)架車共使用25*25*2.5mm鋁合金方管約13m；使用20*20*1.2mm鋁合金方管約2m。則質(zhì)量： 加上人體工程學(xué)塑料床板和尼龍輪、螺栓、銷釘?shù)?，質(zhì)量可保證在15kg以下，符合要求。 3.3.2 彎矩剪應(yīng)力計算 在此擔(dān)架系統(tǒng)中，車腿采用25*25*2.5mm的鋁合金方管套20*20*1.2mm的鋁合金方管的套管結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。連接腿與主架結(jié)構(gòu)的軸是最容易出問題的，前后腿上的四個軸承承受了所有的壓力。軸的直徑，根據(jù)老師給出任務(wù)書的要求，擔(dān)架車的最大載重為100kg，自重為15kg，每條腿受力相同。設(shè)為承重是主軸壁對軸的作用力，為腿對軸的支撐力，則： 軸面積： 所以軸的最大剪應(yīng)力為： 所以軸的選擇符合要求。 后腿上部采用25*25*2.5mm的方管，當(dāng)后腿為最大伸長距離且車輛最大載重時則： ；； ； 有后腿上部彎矩： 則： 有： 符合標(biāo)準(zhǔn)。 后腿下半部分采用20*20*1.2mm的方管，當(dāng)后腿為最大伸長距離且車輛最大載重時則：；；； 有后腿下部彎矩： 則： 有： 符合標(biāo)準(zhǔn)[17]。 4 減震系統(tǒng)設(shè)計 4.1 懸架的功能和組成 懸架是擔(dān)架車臺板和車輪之間連接的彈性裝置，我設(shè)計的擔(dān)架車也有懸架，它的主要功能有： 1) 力和力矩以及反力和反力矩的傳遞。 2) 緩沖作用，在凹凸不平的路面減小了沖擊力，降低了發(fā)生二次傷害的可能性，保證了擔(dān)架車平穩(wěn)前進(jìn)。 3) 車身在發(fā)生震動后，震動會快速減弱。 懸架結(jié)構(gòu)的功能很強(qiáng)大，也很實(shí)用，這幾個功能互相都有聯(lián)系，由于需要擔(dān)架車能夠減少震動和沖擊，降低二次傷害的可能性，所以必須需要降低懸架的剛度。但剛度下降后，擔(dān)架車又會出現(xiàn)新的問題，比如穩(wěn)定性降低，容易出現(xiàn)磨損等問題，所以只能找一個平衡點(diǎn)，既能保證擔(dān)架車原有的性能不變，又能有效的減少震動和沖擊。 擔(dān)架車前進(jìn)的穩(wěn)定性，舒適度和操作感受主要取決于懸架的選擇，懸架的結(jié)構(gòu)和性能非常重要。懸架裝置的類型有很多，經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)生了很多新型的懸架裝置，但是不論怎么進(jìn)步，從它的結(jié)構(gòu)來說，都是由三部分組成，一是彈性元件，二是減震裝置，三是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。彈性元件的作用主要是起到一個緩沖效果；減震裝置的作用是減震，使病人免受顛簸之苦；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是限位。在這三個部件中，彈性元件是最重要的部件，因為懸架設(shè)計的主要目的就是為了減小沖擊，也就是將較大的沖擊力降低為較小的沖擊力，使病人在擔(dān)架車上不會發(fā)生過大的顛簸。彈簧本身具有減震作用，但是除了彈簧外，懸架上的彈性元件還需要配備減震元件，減震元件的作用是使擔(dān)架車在發(fā)生震動后迅速靜止。 我選用的是螺旋彈簧，它的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，應(yīng)用廣泛，而且實(shí)用性強(qiáng)。螺旋彈簧還可以加裝減震器等裝置，使得它的結(jié)構(gòu)更加完善，減震效果更好。 加裝減震器是為了加強(qiáng)減震效果，因為彈性系統(tǒng)內(nèi)部本身也有震動，所以減震器主要的目的就是為了減小彈性系統(tǒng)內(nèi)部的震動，減震器有很多種類型，它的結(jié)構(gòu)非常精密，在一些發(fā)達(dá)國家，減震器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用功能。在擔(dān)架車中，為了減輕擔(dān)架車的震動，使擔(dān)架車前進(jìn)更加平穩(wěn)，病人或傷員收到的傷害減小，減震器通常和彈性元件一起使用，并聯(lián)安裝。 4.2 懸架的設(shè)計方案與彈性特性 懸架有很多種類，被動懸架和主動懸架是比較常見的兩種。被動懸架現(xiàn)在主要在汽車上使用，汽車的減震系統(tǒng)只能被動的根據(jù)路面情況來調(diào)整車身的姿態(tài)，從而起到減震效果。而我設(shè)計的懸架，用的的非獨(dú)立式的懸架，如圖所示，一共有六個懸架系統(tǒng)，一邊三個。 圖4-1 懸架 眾所周知，擔(dān)架車舒適性非常重要，為了提高擔(dān)架車的舒適性，使病人在擔(dān)架車上有在舒適的床上一樣的感覺，根據(jù)人體工程學(xué)和懸架系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，我設(shè)計了非常合理的減震裝置，并且結(jié)構(gòu)簡單，使用簡潔，能夠很快上手學(xué)會使用。有效的減少了顛簸，大大降低了發(fā)生二次傷害的可能性。非獨(dú)立懸架非常適用于擔(dān)架車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，空間占用率小，性能強(qiáng)大。它的優(yōu)點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡單，非常易于攜帶，折疊時空間占用率極小，重量輕，不會影響到折疊。操作簡單，減震能力強(qiáng)，在救災(zāi)現(xiàn)場和事故現(xiàn)場，能夠起到至關(guān)重要的作用，人員占用率也很小，1個人就可以使用。 4.2.1 懸架的彈性特性 懸架的質(zhì)量分配系數(shù)一般為，所以也能近似地認(rèn)為，也就是前后腿上面的車身部分的質(zhì)量的震動是獨(dú)立的，用、表示各自的自由震動頻率，頻率越小，那么擔(dān)架車的平穩(wěn)性越強(qiáng)。約為1～1.3Hz（60～80次/min），約為1.17～1.5Hz（70～90次/min），非常接近人體步行時的自然頻率。取n=1.2Hz。懸架靜撓度用表示，則有： 為了使擔(dān)架車更加的穩(wěn)定，應(yīng)該適當(dāng)降低懸架的剛度，但是降低了懸架的剛度以后，又會使懸架容易發(fā)生形變，懸架的總工作行程根據(jù)規(guī)定必須大于等于16mm。而上面得到，符合要求[21]。 已知整車裝備質(zhì)量：從上文4.3.1可以得到簧上質(zhì)量為5kg，簧下質(zhì)量為10kg。 空載前軸單輪軸荷取60%： 滿載前軸單輪軸荷取50%：（滿載時車上一名病人，重100kg）。 懸架剛度： 4.2.2彈簧的選擇 假設(shè)選擇彈簧鋼絲直徑d=4mm，彈簧外徑D=20mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=10。因為彈簧的剪切彈性模量。 則有：彈簧剛度，符合要求[22]。 5 設(shè)計總結(jié) 這次我的畢業(yè)設(shè)計為救護(hù)擔(dān)架車的設(shè)計，我設(shè)計的救護(hù)擔(dān)架車相比較現(xiàn)有的擔(dān)架車來說，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，安全系數(shù)很高，病人在車上的舒適度非常好，在救護(hù)車上時，病人的舒適程度甚至能和司機(jī)一樣，這樣的擔(dān)架車我非常滿意，相比于傳統(tǒng)的擔(dān)架車，主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1) 我設(shè)計的擔(dān)架車使用了全新的機(jī)械結(jié)構(gòu)，材料使用了鋁合金材料，質(zhì)量輕，大概在10kg-15kg，非常方便攜帶，一個人就能拿好幾個。整個擔(dān)架車按照現(xiàn)在的市場價格，加上制造的成本大概在650元左右，如果聯(lián)系廠商進(jìn)行批量生產(chǎn)，哪么價格肯定還會更低。而在我的實(shí)地調(diào)查下，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在醫(yī)院常用的擔(dān)架車價格大多在1000元左右，有的甚至更貴。我的擔(dān)架車，簡單的設(shè)計，低廉的價格，性價比非常高，一旦進(jìn)入市場，一定會收到歡迎。對于生產(chǎn)廠商和醫(yī)院來說都是一件好事。 2) 我設(shè)計的擔(dān)架車，不僅能夠折疊，方便攜帶，而且還能良好的減震，節(jié)約了急救的時間，而且對于病人和傷員來說，也給他們帶來了很好的舒適度，極大的減少了發(fā)生二次傷害的概率。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王慶吾.于集.江蕙等.汶川大地震四川省醫(yī)療救治工作紀(jì)實(shí)[J].中國醫(yī)學(xué)志，2008.8(10):797-802. 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