基于多体动力学的多参数手术床背部支承机构仿真分析

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1、基于多体动力学的多参数手术床背部支承机构仿真分析1研究背景   手术床作为野战医疗机构的必备卫生装备，电动手术床为伤病员提供多功能救治平台。其功能为支承伤病员的身体、调整手术体位、充分暴露手术野，使医护人员在方便、舒适的条件下顺利完成各种手术。目前装备部队的野战手术床，在卫勤保障中发挥了重要作用，但在几年的使用中，也暴露一些缺点，需要升级换代。本文提出研制一种轻便型野战手术床，具备功能齐全、操作方便、展收迅速、便于携行等特点。   2轻便型野战手术床的结构   如图1为所提出的轻便型野战手术床的

2、结构示意图，主要由床面板、调节用可控气弹簧、可伸缩的丝杠机构、床架支承机构等组成。采用脚轮与马蹄脚的配合使用，提高床体的稳定性；为了减轻重量，设计了壁更薄、结构更合理的铝合金型材作为支承框架。通过多级丝杠调节控制手术床床面的升降，使得调节范围更大，背板、坐板、腿板均采用大行程可控气弹簧支承机构，使得调节体位非常方便。作者对手术床的稳定性、各部分的强度、刚度分别进行了计算，设计了合理的结构，本文以背部支承机构的设计为例，进行介绍。   3支承机构设计分析   野战手术床通过调节机构改变床面板不同部

3、分的夹角，实现体位调节。由于气动支承机构具有无级调节、可调范围大等优点，在设计中引入大行程可控气动支承手术床床面，依靠自身的伸缩改变与之相连的床面角度的变化，最终得到手术床的期待体位。   3.1支承机构力学分析   根据手术床设计标准，手术床背板相对于坐板可进行上折65°、下折18°，在这之间的任意位置，背板必须承受75kg的均布载荷。同时为了满足野战手术床的便携性，要求背板能下折大于84°，这就为支承机构的设计增加了难度。图2为背部支承机构的力学模型，坐板支承点长为a，背板支承点长为b，背部

4、支承点与旋转轴距离为c，背板与坐板的夹角为α，可控气弹簧的行程为x，支承长度为y，最大支承力为F，背部均布载荷p。背部支承机构的运动轨迹如图3所示，支承机构三角形形状不断改变，标出了典型的四种状态，①为上折65°位置，②为床面水平位置，③为下折18°位置，④为床面下折84°位置。在任意位置，背部支承机构的力平衡方程（1）：支承机构在状态①到③范围内，为工作状态，需要较大的支承力需要满足力平衡方程，并且在状态②需要的可控气弹簧支承力最大。在状态③到④范围内，为非工作状态，不需要很大的支承力，主要满

5、足支承机构的几何关系。   3.2支承机构仿真分析   本文在Pro/E多体动力仿真分析模块中，对上面的物理模型进行分析。计算参数a、b、c变化的情况下，满足力平衡方程和几何关系的x、y、F值，得出使支承机构受力状态最理想的系列参数，设计合理的可控气弹簧。图4是在某一参数时，气弹簧的支承力随角度的变化而变化的情况，从运动曲线可以看出，在床面水平位置，气弹簧需要的支承力最大。   3.3结果与分析   表1为可控气弹簧伸长量在最大、最小处与a值、c值的关系，假定b=20mm，从表可以看出，a值一定

6、的情况，可控气弹簧的行程随c值变化不大，但c值越大，越易满足气弹簧的几何设计要求；c值一定的情况，可控气弹簧的行程随a值增大而增大，a值越小，越易满足气弹簧的几何设计要求。从分析可知，状态②需要的可控气弹簧支承力最大。表2为可控气弹簧所需最大支承力maxF与a值、c值的关系，从表可看出a值一定的情况，支承机构需要的支承力随c值增大而增大，但变化很小；c值一定的情况，支承机构需要的支承力随a值增大而减小，说明a值越大，支承机构受力状态越好。   3.4结论   综合考虑表1、表2，满足支承机构几何

7、关系，同时受力状态最好的参数为坐板支承点长为a=80mm，背板支承点长为b=20mm，背部支承点与旋转轴距离为c=400mm；此刻需要的可控气弹簧行程x=152mm，最大支承长度372.7maxy=mm，最小支撑长度320.7miny=mm，最大支承力1529.82764.9maxF>=N。   4结语   本文通过建立背部支承机构的力学模型，采用运动学数值仿真的方法，分析多参数变化的情况下支承机构的受力状态，设计了合理的结构，避免大量的物理实验，节约设计成本。本课题设计的轻便型野战手术床，将具

8、备操作方便、展收迅速、便于携行的特点，作为野战环境下伤病员的多功能救治平台，在卫勤保障中将发挥重要作用。