病理床液压伺服系统设计
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摘 要
随着我国医疗事业的发展和计算机的普及与提高，计算机控制技术越来越多地应用于各行各业中，传统的医疗器械已经不能满足患者的需求了。在此推动下，医疗护理器械的开发势头迅猛，但由于各地经济发展的不平衡性以及诸多人为因素的影响，致使许多先进的医护设备得不到应用，给患者带来了许多不便。为了克服这种困难，研制一套功能齐全、造价低廉的护理器械尤为重要，在这种背景下，计算机控制多功能病理床应运而生了。
结合病人的需求，设计了一种能自动实现抬头、屈腿、左右侧翻以及同时实现抬头和屈腿等功能的医用多功能病理床。考虑到该病理床要实现各项功能，特将床板分割成八个部分。驱动方式上采用液压驱动方式，之所以选用液压系统，是因为其运动速度平稳，实用性强。每个动作实现都是由两个液压缸同时直接驱动，上升和下降则通过改变换向阀方向来实现。整个设计分为三步进行：首先设计出能实现动作要求的液压系统原理图，根据要求选择各标准件；其次，进行液压缸体的结构设计及材料的选择；最后，做液压站的总体设计。
关键词：液压系统；液压驱动；病理床
目 录
摘要……I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 液压系统综述1
1.2 病理床国内外研究现状2
1.3 课题研究的意义和目的2
第2章 病理床液压伺服系统的设计4
2.1 设计要求4
2.2 病理床液压执行元件载荷力计算4
2.2.1 进行工作情况分析4
2.2.2 头部运动时的负载情况5
2.2.3 膝部弯曲时的负载情况6
2.2.4 躯干运动时的负载情况7
2.3 系统方案制定8
2.3.1 执行机构的选择8
2.3.2 调速回路的选择8
2.3.3 换向回路的选择8
2.3.4 液压源的选择8
2.4 动作顺序8
2.5 病理床液压系统主要参数计算10
2.5.1 各液压缸的载荷力计算10
2.5.2 初选液压缸工作压力及液压缸回油腔背压力11
2.5.3 液压缸主要参数的确定11
2.5.4 液压缸实际工作压力的确定15
2.5.5 液压缸实际所需的流量15
2.5.6 液压缸的输出功率15
2.6 液压元件的选择16
2.6.1 液压泵的选择16
2.6.2 电动机功率的确定17
2.6.3 液压阀的选择18
2.6.4 管道尺寸的确定19
2.6.5 油箱有效容积的确定19
2.6.6 液压油的选定20
2.7 病理床液压系统性能验算20
2.7.1 液压系统压力损失20
2.7.2 系统温升验算22
2.8 本章小结23
第3章 病理床所用液压缸基本尺寸的设计24
3.1 液压缸主要尺寸的确定24
3.1.1 液压缸内径及活塞杆直径的确定24
3.1.2 缸筒壁厚的计算24
3.1.3 缸体外径的计算24
3.1.4 液压缸工作行程的确定24
3.1.5 最小导向长度的确定25
3.1.6 缸体长度的确定26
3.2 液压缸的结构设计27
3.2.1 缸体与缸盖的连接结构27
3.2.2 活塞杆与活塞的连接结构27
3.2.3 密封装置27
3.2.4 液压缸的缓冲装置28
3.2.5 液压缸主要零件的材料28
3.2.6 液压缸的安装方法28
3.3 本章小结28
第4章 病理床液压站的设计29
4.1 油箱的设计29
4.1.1 液压油箱容积的确定29
4.1.2 油箱的结构设计30
4.2 液压泵组的结构设计31
4.2.1 布置方式31
4.2.2 连接和安装方式31
4.2.3 防振降噪措施32
4.3 本章小结32
结 论33
致 谢34
参考文献35
附录A36
CONTENTS
AbstractII
Chapter 1 Introduction1
1.1 Summary of the Hydrauliic System1
1.2 The Research of Pathological Bed 2
1.3 The Meaning and Purpose of the Research2
Chapter 2 The Design of Pathological Bed Hydraulic Servo System4
2.1 Design Requirements4
2.2 Pathological Bed Hydraulic Actuator Load Force Calculation4
2.2.1 Analysis of the Work4
2.2.2 Load of the Head Movement5
2.2.3 Load of the Knees Bent6
2.2.4 Load of the Trunk Movement7
2.3 System Programming8
2.3.1 The Choice of Implementing Ageny8
2.3.2 The Choice of Speed Control Loop8
2.3.3 The Choice of Trading to the Looop8
2.3.4 The Choice of Hydraulic Source8
2.4 Sequence of Movement8
2.5 The Main Calculation of Pathological Bed Hydraulic System10
2.5.1 Load Force of the Hydraulic Cylinder Calculation10
2.5.2Primary Hydraulic Cylinder Pressure and Back Presssure of Hydraulic Cylinder Back to the Oil Chamber11
2.5.3 The Main Parameters of Hydraulic Cylinder11
2.5.4 The Determination of Hydraulic Cylinder of the Actual Working15
2.5.5 Hydraulic Cylinder of the Actual Traffic15
2.5.6 The Output Power of the Hydraulic Cylinder15
2.6 Choice of Hydraulic Components16
2.6.1 The Choice of Hydraulic Pump16
2.6.2 The Determination of the Motor Power17
2.6.3 The Choice of Hydraulic Valves18
2.6.4 The Determination of Pipe Sizes19
2.6.5 The Determination of the Effective Tank Volume19
2.6.6 The Selection of the Hydraulic Oil20
2.7 Pathological Bed Hydraulic System Performance Calculation20
2.7.1 Hydraulic System Pressure Loss20
2.7.2 System Temperature Rise Checking22
2.8 Chapter Summary23
Chapter 3 Design of Pathological Bed with the Basic Dimensions of Hydraulic Cylinders24
3.1 The Determine of Hydraulic Cylinder Size24
3.1.1 Hydraulic Cylinder Bores and Piston Rod Diameter24
3.1.2 Cylinder Wall Thickness Calculation24
3.1.3 Cylinder Outer Diameter of the Calculation24
3.1.4 The Determination of Hydraulic Cylinder Stroke24
3.1.5 The Determination of Minimumoriented Length25
3.1.6 The Determination of Cylinder Length26
3.2 Design of the Structural of Hydraulic Cylinder27
3.2.1 Connection Structure of Cylinder Block and Cylinder Head27
3.2.2 Connection Structure of Piston Rod and Piston27
3.2.3 Seals27
3.2.4 The Buffer Device of the Hydraulic Cylinder28
3.2.5 The Main Material Parts of the Hydraulic Cylinder28
3.2.6 The Installation of the Hydraulic Cylinder28
3.3 Chapter Summary28
Chapter 4 Design of Pathological Bed Hydraulic Station29
4.1 Design of Tank29
4.1.1 The Determination of the Hydraulic Oil Tank29
4.1.2 The Structural Design of the Tank30
4.2 The Structural Design of the Hydraulic Pump Group31
4.2.1 Layout31
4.2.2 Connection and Installation31
4.2.3 The Measures of Anti-vibration Noise Reduction32
4.3 Chapter Summary32
Conclusion33
Acknowledgements34
References35
AddendunA36
课题研究的意义和目的
现代科技高速发展,医疗器械也日新月异,为使生活不能自理的病人得到最有效的治疗,多功能智能病理床的研制被提上了日程,课题研究的意义是使患者能够自己手控完成：坐起、抬腿及侧翻身的动作。课题完成后能使生活不能自理的病人得到最有效的治疗。
多功能病理床，根据人机工程学原理，采用计算机控制技术，对液压伺服机构进行控制，使之具备任意角度独立翻转和组合翻转功能，具体为：
帮助病人抬头或调节枕高；
帮助病人坐起或调节上身角度；
上身抬起时头部可适度后仰；
帮助病人抬腿；
大腿抬起时小腿可适度弯曲；
形成座椅；
左、右侧翻身。
本文完成的是病理床液压伺服设计。设计完成病理床的执行机构，执行机构主要完成床体的运动功能，在设计中采用液压阀的方式，建立液压控制台，通过阀体运动，带动液压缸前后运动，从而实现床体的升降功能。
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