【導(dǎo)讀】越多地應(yīng)用于各行各業(yè)中，傳統(tǒng)的醫(yī)療器械已經(jīng)不能滿足患者的需求了。為了克服這種困難，研制一套功能齊全、造價低廉的護(hù)理器。械尤為重要，在這種背景下，計算機(jī)控制多功能病理床應(yīng)運(yùn)而生了?？紤]到該病理床要實現(xiàn)各項。功能，特將床板分割成八個部分。驅(qū)動方式上采用液壓驅(qū)動方式，之所以選。用液壓系統(tǒng)，是因為其運(yùn)動速度平穩(wěn)，實用性強(qiáng)。每個動作實現(xiàn)都是由兩個。液壓缸同時直接驅(qū)動，上升和下降則通過改變換向閥方向來實現(xiàn)。

　　

【正文】 sLQKQ M axP /0 4 3 )( ????? 17 3. 液壓泵規(guī)格及型號的確定 選擇液壓泵應(yīng)考慮以下情況： 1） 系統(tǒng)使用壓力 系統(tǒng)常用工作壓力在 10MPa 以下，可以選用 YB1 系列或 YBD 系列中壓葉片泵。 2） 系統(tǒng)對噪音要求 一般來說，葉片泵的噪音較低，且雙作用葉片泵的噪音比單作用泵的噪音低。 3） 工作可靠性、壽命 雙作用葉片泵壽命較長， YB1 系列在 10000H 以上。 4） 考慮污染因素 葉片泵抗污染能力差，不如齒輪泵，若系統(tǒng)過濾條件較好，油箱又是密封的，則可選用葉片泵。 5） 從節(jié)能角度考慮 為了節(jié)省能量，減少功率消耗，選用變量泵，最好選用比例壓力、流量控制變量葉片泵，變量葉片泵具有壓力補(bǔ)償裝置及最大流量調(diào)節(jié)裝置，可隨系統(tǒng)負(fù)載變化自動改變輸出流量，并保證系統(tǒng)壓力恒定，可降低油液發(fā)熱及電機(jī)功率消耗。 液壓泵系列 見表 2－ 13。 表 2－ 13 液壓泵系列 型號 最大排量mL/r 額定壓力MPa 轉(zhuǎn)速 r/min 廠家 YBPD 10~63 10 600~1500 南京液壓件廠 YBN 20~40 7 600~800 大連液壓件廠 YBX 16~40 600~1500 上海液壓件廠 綜上選擇 TB1－ ，規(guī)格見表 2－ 14。 表 2－ 14 TB1－ 葉片泵規(guī)格 最大排量 mL/r 額定壓力 MPa 轉(zhuǎn)速 r/min 1450 18 電動機(jī)功率的確定 病理床在整個動作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是 變化的，所需功率變化較大，為滿足整個工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電機(jī)功率。 從工況圖看出，液壓缸輸出功率發(fā)生在頭部運(yùn)動時，可按頭部運(yùn)動階段估算電動機(jī)的功率。 PPPnQPP? （ 2－ 9） P ——液壓泵的最大工作壓力（ Pa） PQ ——液壓泵的流量（ sm/2 ） Pn ——液壓泵的總效率 該系統(tǒng)采用限壓式變量葉片泵驅(qū)動，可按流量特性曲線拐點處的流量，壓力值，一般情況下，取 PP PP ? ， np ? Pnp QPP ?m ? （ 2－ 10） maxPP ——液壓泵的最大工作壓力（ Pa） nQ —— )/( 3 sm液壓泵的額定流量 KWP 4 3 10106 2 336 ?? ?????? ?? 查電動機(jī)，選 Y801－ 2 型，其額定功率為 ,轉(zhuǎn)速為 1470r/min。 液壓閥的選擇 選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量，本系統(tǒng)工作壓力在 左右，所選擇的閥的規(guī)格和型號，見表 2－ 15。 表 2－ 15 液壓閥型號表 名稱 型號 通徑 mm 壓力 MPa 流量 L/min 單向閥 S6A10 6 10 溢流閥 DBDH6G 6 10 三位四通閥 4WE6G50 6 10 單向調(diào)速閥 2FRM630 6 10 19 管道尺寸的確定 液壓系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管、尼龍管、銅管、塑料管、橡膠管等。按照安裝位置、工作環(huán)境和壓力來正確選擇。本設(shè) 計根據(jù)具體情況，選用鋼管，其能承受高壓、價格低廉、耐油、耐腐蝕 、 剛性好。 本系統(tǒng)管路較復(fù)雜，按式： vQd ?4? （ 2－ 11） 中 Q －通過管道內(nèi)的流量 ( sm/3 ) v －管內(nèi)允許流速 ( sm/ ) mmmvQd 43??? ????? 取管道內(nèi)徑為： mmd 10? 選用內(nèi)徑為 mmd 10? 的吸油管，其他管類可按閥類接口選用內(nèi)徑為mmd 6? 的油管。 油箱有效容積的確定 初始設(shè)計時，先按下式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，在按散熱的要求進(jìn)行校核。 油 箱容量的經(jīng)驗公式 為 VaQV? （ 2－ 12） 式中 VQ ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（ 3m ） a ——經(jīng)驗系數(shù)，見表 2－ 16。 表 2－ 16 經(jīng)驗系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機(jī)械 冶金機(jī)械 a 1~2 2~4 5~7 6~12 10 33 maQV V ????? 20 考慮到散熱的問題，油箱根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，見表 2－ 17，選擇 40L. 表 2－ 17 油箱容量 4 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 液壓油的選定 液壓系統(tǒng)中，目前使用最多的是礦質(zhì)型液壓油。選用液壓油時，最先考慮的是它的粘度，粘度既影響泄漏，也影響功率損失。同時再兼顧其他方面，選擇時應(yīng)考慮： 1. 液壓系統(tǒng)的工作壓力 工作壓力較高的系統(tǒng)選用粘度較高的液壓油，以減少泄漏； 反之，選用粘度較低的液壓油。 2. 環(huán)境溫度 環(huán)境溫度較高時，宜選用粘度較高的液壓油。本設(shè)計是在室溫下工作。 3. 運(yùn)動速度 運(yùn)動速度較高時，為減少液流的功率損失，宜選用粘度較低的液壓油。 為了改進(jìn)液壓油的機(jī)械性能指標(biāo)，往往在液壓油中加入抗氧化、抗泡沫、抗磨損、抗銹蝕、改善粘度性能指標(biāo)的各種添加劑。本設(shè)計選擇 LHL3 號油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動粘度 32 /9 1 8,/27 mkgsmm ＝油的密度 ?? ? 。本產(chǎn)品為精制礦質(zhì)型液壓油，并改善了其防銹和抗氧化性能的油，常用于低壓液壓系統(tǒng)，也可適用于要求換油期較長的輕負(fù)荷的油浴式非循環(huán) 的液壓系統(tǒng)。 病理床液壓系統(tǒng)性能驗算 液壓系統(tǒng)壓力損失 本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個液壓執(zhí)行元件、動作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的是軀干運(yùn)動回路，故主要驗算由泵到軀干運(yùn)動缸這段管路的損 21 失。 1. 沿程壓力損失 沿程壓力損失主要是軀干運(yùn)動缸上升時，進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長 5m、管內(nèi)徑 、上升時通過流量 、選用 20 號機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動粘度 smm /27 2?? ，油的密度 2/918 mkg?? 。 油在管路中的 實際流速為： smxVdxqV/4232???? （ 2－ 13） 管道流動雷諾數(shù)為： 23 0027 00 Re5 ????????Vd （ 2－ 14） 可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)為： ???? 按式 2 2?PdLP ?? （ 2－ 15） 求得沿程壓力損失 M P aPPdLP 22121???????? ?? 2. 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失2P ，以及通過控制閥的局部損失 3P ，其中管路局部壓力相對來說小的多，故主要計算通過控制閥的局部壓力損失。 參看原理圖，從泵出口到軀干運(yùn)動缸進(jìn)油口要 通 過單向閥 三位四通閥 9 和調(diào)速閥 16。單向閥 2 的壓力損失為 、三位四通閥 9 的壓力損 22 失為 、調(diào)速閥 16 壓力損失為 。 M P aP ＝???? 忽略油液通過管接頭、油路板處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失P? 為： MPaMPaP PPP 31 ????? ????? （ 2－ 16） 上述驗算表明，滿足設(shè)計要求，無需修改原設(shè)計。 系統(tǒng)溫升驗算 在整個工作循環(huán)中，軀干運(yùn)動所用時間最長，為了簡化計算，主要考慮上升時的發(fā)熱量。 泵的效率為 ，泵的出口壓力為 。則有 KWP ＝輸入 KWP FVP ???輸出輸出 ＝ （ 2－ 17） KWP PPP ＝＝ －＝ 輸出輸入 ??? （ 2－ 18） 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取 )/(KW1010 23 CcmK ? ??? ,油箱的散熱面積為： 23 23 2 8 5 6 6 mVA ??? （ 2－ 19） 系統(tǒng)的溫升為： CtKAPt?? ???????? 3 （ 2－ 20） 表 2－ 19 各種機(jī)械允許油溫（ ℃ ） 23 液壓設(shè)備類型 數(shù)控機(jī)床 一般機(jī)床 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 正常工作溫度 30～ 50 30～ 55 50～ 80 最高允許溫度 55～ 70 55～ 70 70～ 90 驗算表明，系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，見表 2－ 19。 本章小結(jié) 本章主要完成了液壓系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)設(shè)計要求及負(fù)載情況，計算了每個液壓缸的基本尺寸、選擇了液壓元件、繪制了液壓原理圖。 24 第 3章 病理床所用液壓缸基本尺寸的設(shè)計 液壓缸主要尺寸的確定 液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的確定 mmD 80? ， mmd 40? 頭部、軀干、腿部、右翻、左翻、曲膝相同。 缸筒壁厚的計算 對于中低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算 ???? 2DPY? （ 3－ 1） ? ——液壓缸缸筒厚度（ mm） YP ——實驗壓力（ MPa），工作壓力 MPaP 16? 時， PPY ? 。 D ——液壓缸內(nèi)徑（ m） ??? ——缸體材料的許用應(yīng)力。對本系統(tǒng)采用無縫鋼管 ? ? MPa100?? ? ? mmmDP Y ??? ???? ?? 由于計算的壁厚太小，中低壓系統(tǒng)中按經(jīng)驗取 mm6?? 。 缸體外徑的計算 mmD DD 926280 211 ???? ?? ? （ 3－ 2） 液壓缸工作行程的確定 執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程 頭部運(yùn)動時 mmL ? 25 膝部運(yùn)動時 mmL ? 軀干運(yùn)動時 mmL ? 參照表中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。見表 3－ 1。 表 3－ 1 液壓缸活塞行程參數(shù)系列（ GB2349－ 80） 20 50 80 100 125 160 200 250 頭部運(yùn)動時 mmL 125? 膝部運(yùn)動時 mmL 250? 軀干運(yùn)動時 mmL 200? 最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點的到缸蓋滑動支承面中點的距離 H 稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始繞度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。 對于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H 應(yīng)滿足以下要求 220 DLH ?? （ 3－ 3） L ——液壓缸的最大行程； D ——液壓缸的內(nèi)徑。 活塞的寬度 B 一般取 B=(～ )D；缸蓋滑動支承面的長度 1l ，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑 D 而定，當(dāng) D80mm時，取 Dl )~(1 ? 圖 3－ 1 單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)計算示意圖 26 頭部運(yùn)動缸： mmDLH ????? mmH 50? 80~48)~( ?? DB mmB 64? 80~48)~(1 ?? Dl mml 561? 膝部運(yùn)動缸： mmDLH 5 0220 ????? mmH 60? 80~48)~( ?? DB mmB 64? 80~48)~(1 ?? Dl mml 561 ? 膝部運(yùn)動缸： mmDLH 50280202 0 0220 ????? mmH 60? 80~48)~( ?? DB mmB 64? 80~48)~(1 ?? Dl mml 561 ? 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20～ 30 倍。 頭部運(yùn)動缸 mmL 189641251 ??? 膝部運(yùn)動缸： mmL 314642501 ??? 27 膝部運(yùn)動缸： mmL 2646420xx ??? 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓缸主要尺寸確定后，就進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。具體內(nèi)容包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接、密封裝置、排氣裝置、緩沖裝置、液壓缸的安裝