彈簧平衡器在懸吊式X線機(jī)中的應(yīng)用

王云平，芮文庭，吳 蔚

(1上海西門子醫(yī)療器械有限公司，上海201318;2上海大學(xué)，上海200436)

彈簧平衡器在懸吊式X線機(jī)中的應(yīng)用

王云平1，芮文庭1，吳 蔚2

(1上海西門子醫(yī)療器械有限公司，上海201318;2上海大學(xué)，上海200436)

本文簡(jiǎn)要介紹了懸吊式X線機(jī)和彈簧平衡器的功能特點(diǎn)，主要介紹了彈簧平衡器在懸吊式X線機(jī)上的應(yīng)用以及選用時(shí)需要著重考慮的因素。

懸吊式X線機(jī);彈簧平衡器;醫(yī)療;應(yīng)用

彈簧平衡器作為一款自主力平衡器件，它主要借助于高強(qiáng)度渦卷彈簧蓄積的能量，使彈性能量與所懸掛的外部部件的重力達(dá)到平衡，從而使懸掛部件在空中處于無(wú)重的懸浮狀態(tài)，而且可以讓所懸掛的部件在工作行程內(nèi)自由升降，機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前彈簧平衡器主要應(yīng)用在裝配生產(chǎn)線或固定工位工作的場(chǎng)合，它可以極大的降低操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，而且節(jié)省空間，無(wú)噪聲污染，改善了生產(chǎn)環(huán)境，在流水線裝配和生產(chǎn)過(guò)程中取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

圖1 彈簧平衡器結(jié)構(gòu)示意圖

而懸吊式X線機(jī)是目前醫(yī)療市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的一種醫(yī)療器械，配合病床和/或胸片架使用，主要用于胸片檢查，也可以用于頭顱、脊椎、骨盆、四肢等人體部位的拍攝檢查，以及特殊體位如輪椅位、超低位、仰臥水平側(cè)位等全方位、全體位的應(yīng)用，可滿足臨床所有的常規(guī)診斷需求，實(shí)現(xiàn)全面應(yīng)用，常用的系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2 懸吊式X線機(jī)系統(tǒng)配置圖

懸吊式X線機(jī)采用先進(jìn)的天軌懸吊臂設(shè)計(jì)，首先將縱向天軌安裝在醫(yī)院房間的頂部，X線機(jī)的滑車架及懸吊部件一并安裝在橫向?qū)к壣?，最后將整個(gè)部件總成吊裝在縱向天軌上，如此滑車架就可以帶動(dòng)著懸吊部件，主要實(shí)現(xiàn)球管和束光器沿導(dǎo)軌做水平的縱向和橫向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，而在垂直方向上通過(guò)幾節(jié)伸縮套筒 (多為4節(jié)或5節(jié))上下運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)豎直方向的調(diào)整，通過(guò)水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，可以輕松實(shí)現(xiàn)曝光源 (球管和束光器)對(duì)病床或者胸片架的對(duì)中及影像距SID的調(diào)整，滿足不同檢查部位的需求。

在這種系統(tǒng)中，垂直方向上的運(yùn)動(dòng)一般為手動(dòng)和電動(dòng)都可以操作，伸縮行程大多要求在1．5～1．8m，而懸吊部件的重量一般在80～100kg。為了實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)，有的廠家會(huì)在滑車架上直接安裝220V的交流電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)重量支撐及運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)，但這會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，包括安裝、重量、尺寸、定位精度等，市面上較少采用。目前比較流行的方案是采用彈簧平衡器并配以24V直流電機(jī)，結(jié)構(gòu)布置形式如圖3所示。這套方案主要是借助于彈簧平衡器的力平衡原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)懸吊部件的重力平衡，直流電機(jī)配以離合器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，這種方案比較容易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和電動(dòng)操作，結(jié)構(gòu)緊湊，噪聲小，而且定位精準(zhǔn)，可靠度很高。

圖3 懸吊式X線機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

彈簧平衡器的特點(diǎn)是內(nèi)部裝有一個(gè)圓錐形的卷繩筒，鋼絲繩就纏繞在這個(gè)卷繩筒上，它與預(yù)裝在內(nèi)的卷簧同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這就使得繩索在整個(gè)拉伸范圍內(nèi)能夠保持幾乎恒定的回拉力，達(dá)到我們所需要的接近理想的力平衡狀態(tài)，如圖4是某一彈簧平衡器生產(chǎn)廠家做的力平衡性能曲線圖。這一特點(diǎn)的好處是可使吊掛重物保持在其原有工作位置不變，尤其是在要求定位精確的工作場(chǎng)合，沒(méi)有回拉力增加減小等不穩(wěn)定現(xiàn)象，這不僅能提高工作的流暢度，更可確保長(zhǎng)時(shí)間的安全無(wú)疲勞工作。

圖4 彈簧平衡器力平衡性能曲線圖

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，選用合適的彈簧平衡器并將它應(yīng)用在醫(yī)療器械上，必須要考慮以下幾個(gè)因素:

(1)繩索的最大拉出長(zhǎng)度。這個(gè)參數(shù)與系統(tǒng)的功能需求相關(guān)，須根據(jù)系統(tǒng)的工作要求來(lái)確定，鋼絲的拉出長(zhǎng)度要和懸吊部件的行程相匹配，但是需要考慮冗余量，從彈簧平衡器輸出的前一段鋼絲長(zhǎng)度是需要額外考慮的?？筛鶕?jù)不同廠商的產(chǎn)品參數(shù)表來(lái)進(jìn)行選擇。

(2)承載范圍。選用彈簧平衡器時(shí)，還需要考慮它的可承載重量的范圍。根據(jù)懸吊部件的重量選用合適的平衡器的型號(hào)。表1是某廠商的某個(gè)系列的不同型號(hào)的技術(shù)參數(shù)表。選用時(shí)，盡量將懸吊部件的重量選在承載范圍的中間值附近，因?yàn)榭紤]到套筒中間的滾輪所帶來(lái)的漲緊摩擦力以及線纜等外部附件的重量等因素的影響，在總裝完成后需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。

表1 不同型號(hào)的技術(shù)參數(shù)表

(3)安全保護(hù)。根據(jù)醫(yī)用電氣設(shè)備 IEC 60601-1的安全通用要求，單懸掛裝置必須要加裝安全保護(hù)裝置并滿足一定的安全系數(shù)。在懸吊式X線機(jī)設(shè)備上，主要有兩種形式:一種是彈簧平衡器單鋼絲輸出，通過(guò)過(guò)輪轉(zhuǎn)換成雙鋼絲輸出，中間增加棘輪等急停保護(hù)裝置;另外一種就是彈簧平衡器本身就是雙鋼絲輸出，一根主鋼絲作正常運(yùn)動(dòng)，承載所有載荷，另外一根副鋼絲不承載任何載荷，只伴隨主鋼絲一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)主鋼絲意外斷裂時(shí)它承載所有載荷，起到安全保護(hù)的作用。兩種保護(hù)裝置相比較，后者的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單緊湊，不占用過(guò)多的空間，但受限于錐形繩筒上的雙螺旋槽的加工及專利保護(hù)等原因，目前國(guó)內(nèi)醫(yī)療器械生產(chǎn)廠商大多采用的是第一種保護(hù)形式。以上的保護(hù)形式只是針對(duì)輸出鋼絲進(jìn)行的，但就平衡器本身而言，它內(nèi)部自帶保險(xiǎn)裝置，如果懸掛物超重等導(dǎo)致卷簧斷裂，可立即鎖止，避免懸吊部件墜落，傷及患者。

彈簧平衡器在懸吊式X線機(jī)上的完美應(yīng)用，使得這類醫(yī)療器械的機(jī)械結(jié)構(gòu)更加緊湊，工作輕松可靠，有效的降低了產(chǎn)品成本，推廣普及了懸吊式X線機(jī)進(jìn)入更多的醫(yī)院、診所和體檢機(jī)構(gòu)，在保障人們的身體健康等方面發(fā)揮更大更多的作用。

［1］產(chǎn)品說(shuō)明書，彈簧平衡器和重量平衡器，Carl Stahl Kromer GmbH．

［2］Data sheet for Siemens Ysio，www．siemens．com/healthcare．

TH774

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1002-2376(2015)05-0004-02

2015-01-09