便攜式動物手術床的設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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大學教務處制 目 錄 前 言 .1 1 便攜式動物手術臺方案設計 .1 1.1 手術床尺寸參數(shù)的確定 .1 1.2 手術臺調節(jié)范圍 .1 1.3 手術臺承載能力 .1 1.4 手術臺整體重量 .1 2 便攜式動物手術臺的結構設計 .2 2.1 推拉式結構的設計 .2 2.1.1 大直徑手扶管件的設計 .2 2.1.2 小直徑手扶管件的設計 .2 2.1.3 定位球體的設計 .2 2.1.4 鎖緊螺帽的設計 .2 2.1.5 推拉式結構的連接 .3 2.2 折疊機構的設計 .3 2.2.1 折疊零件 1 的設計 .3 2.2.2 折疊零件 2 的設計 .3 2.2.3 床腿升降零件的設計 .3 2.2.4 床腿零件間的連接 .4 2.3 中間橫管的支撐設計 .4 2.4 繃帶在手扶管件上的鎖緊零件設計 .4 2.5 羊蹄的捆綁機構 .4 3.便攜式動物手術臺零件的力學分析 .4 3.1 大直徑手扶管件 .4 3.2 小直徑手扶管件 .5 3.3 床腿方管 .5 3.4 鍵連接的設計 .5 4.各零件材料的選用 .6 結 論 .7 致 謝 .8 參考文獻 前 言 現(xiàn)在對于便攜式手術床的應用主要局限于人體手術中以及家養(yǎng)寵物的小型動物手術中，并沒 有大規(guī)模應用于家養(yǎng)經濟型動物的手術中（如豬、羊、牛等） 。 便攜式動物手術床的設計研究主要為家養(yǎng)經濟型動物的手術提供方便，為動物養(yǎng)殖戶提供更 為便利的救治服務。與傳統(tǒng)動物手術床相比，研究設計便攜式動物手術床的目的主要是（1）便于 手術人員進行家養(yǎng)動物的治療手術；（2）提高家養(yǎng)經濟型動物的手術成功率。有些家養(yǎng)經濟型動 物在進行手術時，只是在地上進行，并沒有舒適、無菌、專業(yè)的手術床，造成動物手術后容易感 染，或在動物手術時受到動物的抵抗造成手術事故，使手術成功率降低。 （3）方便快捷的在不同 場地進行手術。即，便攜式手術床可以使手術人員在野外進行手術，方便快捷的手術床更便捷于 生病動物的搬運。 （4）降低手術成本，縮短手術準備時間。減少其他病菌的交叉感染。 現(xiàn)在國外對于便攜式手術床的研究主要是多功能化，其重量都在 100kg 以上，對于搬運攜帶 并不是很方便。此便攜式動物手術床主要從可折疊的角度進行較輕化的設計，從而更便捷于搬運 攜帶工作。 塔里木大學畢業(yè)設計 1 1 便攜式動物手術臺方案設計 1.1 手術床尺寸參數(shù)的確定 根據(jù)羊體尺寸及人機工程學確定羊體手術床的基本尺寸為床長 L=1300mm 左右；床寬 B=650mm 左右；床高 H=850mm 左右。此折疊式動物手術床的具體尺寸為床長 L=1260mm；床寬 B=635mm；床 高 H=887mm。展開放置時的三維外形如圖 1-1 所示。 圖 1-1 手術床展開放置時的三維外形圖 手術床折疊后的尺寸控制在長 l=750mm；寬 b=450mm；高 h=400mm。手術床展開折疊放置時的 外形如圖 1-2 所示。 圖 1-2 手術床折疊后的三維外形圖 1.2 手術臺調節(jié)范圍 手術床可傾斜，其傾斜角度由一只可升高的和一只可降低的床腿調節(jié)?？缮叩拇餐扰c手扶 管件采用緊配合，隨管轉動，與地面的接觸采用線接觸的方式，在床面傾斜時，線接觸是隨腿轉 動的；可降低的床腿與手扶管件的配合采用松的間隙配合，使床面繞腿轉動，此可降低的床腿始 終是與地面垂直的。當床面傾斜到規(guī)定位置時，用鎖緊螺栓鎖緊為中間管件起支撐作用的可相對 滑動的兩管的相對位置，從而鎖緊床面與床腿的相對位置。床腿的升降調節(jié)采用螺紋調節(jié)。床腿 的可調節(jié)高度為 360mm。則床面的傾斜角度為 。06.123arcsin 1.3 手術臺承載能力 根據(jù)成年羊平均體重，給手術床設定的承載能力為 1200N。平均到四根桿上，每根桿的承載 能力為 300N。 1.4 手術臺整體重量 用 solidworks 軟件測得大直徑手扶管件的質量為 1285.9g；小直徑手扶管件的質量為 581.23g；調節(jié)床腿零件的質量為 254.91g,床體整體質量為 9385.87g。 塔里木大學畢業(yè)設計 2 2 便攜式動物手術臺的結構設計 手術床水平方向橫向和縱向的折疊主要采用推拉式結構，豎直方向采用可折疊的床腿進行折 疊。床面采用柔性無彈性的繃帶。 2.1 推拉式結構的設計 采用不同直徑的管件進行推拉。將繃帶固定于不同直徑的管件上。 2.1.1 大直徑手扶管件的設計 選用外徑為 46mm，厚度為 6mm，長度為 1000mm 的空心圓管，用折彎機折成圓角半徑為 100mm，長度分別為 650mm 和 350mm 的垂直管件；在車床上車出纏繞繃帶的深度為 4mm 的槽；在銑 床上銑出小直徑手扶管件上繃帶滑動的寬度為 6mm 的槽及床面床腿連接件繞管轉動的寬度為 4mm 的 1/4 槽；在鉆床上鉆出繃帶的定位孔及定位球體的定位孔。在最后裝配時采用自動焊接設備焊 接為小直徑手扶管件定位的短管，其尺寸外徑為 46mm，內徑為 26mm，長度為 20mm。在焊接時保 證兩短管與大直徑手扶管的同軸度為 0.2mm。三維外形如圖 2-1 所示。 圖 2-1 大直徑手扶管件的三維外形圖 2.1.2 小直徑手扶管件的設計 選用外徑為 26mm，厚度為 5mm，長度為 975mm 的空心圓管，用折彎機折成圓角半徑為 100mm，長度分別為 650mm 和 325mm 的垂直管件；在車床上車出纏繞繃帶的深度為 3mm 的槽；在銑 床上銑出定位球體滑動的寬度為 6mm 槽；在鉆床上鉆出繃帶的定位孔、定位球體的定位孔及定位 球體進入小直徑管內的孔；用自動焊接設備在長度為 325mm 的一端焊接軸徑為 34mm 同軸心的實心 短圓柱，其長度為 20mm， ；在長度為 650mm 的一端焊接偏心距為 2mm，與小直徑手扶管外側相切的 實心短圓柱,其軸徑為 30mm，長度為 20mm，以便于大直徑手扶管對其支撐。此焊接發(fā)生在與大直 徑手扶管件裝配時。焊接偏心短圓柱其主要用意是小直徑手扶管及其繃帶與卡體在大直徑手扶管 內的的徑向上兩邊都有 4mm 的空隙，一是為大直徑繃帶卡體內的短圓柱留余量，便于小直徑管在 大直徑管內移動；二是為小直徑管添加支撐，使小直徑管在大直徑管內有一個短圓柱支撐和一個 線支撐。其三維外形如圖 2-2 所示。 圖 2-2 小直徑手扶管件的三維外形圖 2.1.3 定位球體的設計 定位球體的作用主要是定位大直徑手扶管件與小直徑手扶管件的相對位置。球體裝入小直徑 手扶管件內，細長螺桿通過 6mm 的槽露于外面，定位球體可在大小手扶管件 6mm 槽內移動。確定 位置后，球體卡在小直徑手扶管件的內壁。其細小圓柱卡在小直徑手扶管件 8mm 的孔內。其三維 外形如圖 1-5 所示。 圖 2-3 定位球體的三維外形圖 2.1.4 鎖緊螺帽的設計 鎖緊螺帽的作用主要是使定位球體上的過渡短圓柱卡在小直徑手扶管的定位孔內，球與小直 塔里木大學畢業(yè)設計 3 徑手扶管的內壁相切，從而對小直徑手扶管件進行定位；軸徑為 8mm 的一端擰入大直徑手扶管的 定位孔內，對大直徑手扶管件進行定位。從而固定大小直徑手扶管件的相對位置。其三維外形如 圖 2-4 所示。 圖 2-4 鎖緊螺帽的三維外形圖 2.1.5 推拉式結構的連接 采用小直徑手扶管件與大直徑手扶管件交替的方式進行裝配，其之間用定位球體固定。這樣 即便于折疊也利于力的合理分配。其三維外形圖如圖 2-5 所示。 圖 2-5 推拉式結構的三維設計圖 2.2 折疊機構的設計 折疊機構的主要設想是一個零件可繞另一個零件轉動 90，此折疊機構零件 2 可繞零件 1 轉 動 180。用 M10 螺栓進行連接，B 型平鍵進行定位。 2.2.1 折疊零件 1 的設計 折疊零件 1 采用鑄造方式，然后在銑床上用盤銑刀銑出鍵槽，三維外形如圖 2-6 所示。折疊 零件 1 與鍵的配合采用緊配合。 圖 2-6 折疊零件 1 的三維外形圖 2.2.2 折疊零件 2 的設計 折疊零件 2 采用鑄造方式，然后在銑床上用盤銑刀銑出鍵槽，三維外形如圖 2-7 所示。折疊 零件 2 與鍵的配合采用松配合。 圖 2-7 折疊零件 2 的三維外形圖 2.2.3 床腿升降零件的設計 對床腿升降零件的要求是在旋轉的過程中，床面與床腿接觸的地方和腿腳與地面接觸的地方 塔里木大學畢業(yè)設計 4 不能旋轉。所以采用如圖 2-8 所示的升降零件結構?？變炔迦胧直?圖 2-8 升降零件結構圖 2.2.4 床腿零件間的連接 圖 2-9 床腿零件連接圖 2.3 中間橫管的支撐設計 中間橫管的支撐設計主要是支撐中間橫管，進而對手術床的中間兩側添加支撐。中間橫管的 設計原理與手扶管橫向方向的設計原理相同，中間橫管對手扶管件的支撐采用一端固定，一端移 動，這樣更便于折疊。所以對于中間橫管的支撐也是采用一端固定，一端可伸縮。其固定端與活 動端支撐的三維外形圖如圖 2-10 所示?；顒佣伺c中間橫管配合的部分切除長 70mm 的 1/2 圓柱， 使在旋轉的過程中不與固定端相干涉。 圖 2-10 中間橫管的支撐 2.4 繃帶在手扶管件上的鎖緊零件設計 繃帶在手扶管件上的鎖緊選用繃帶卡體，三維外形如圖 2-11 所示。這是一種有彈性易變性的 塑料，在安裝時，先將繃帶纏在手扶管件上，只纏繞 3/4 圈，然后拉大繃帶卡體上的槽，將卡體 卡在已經纏繞繃帶的手扶管上，小圓柱卡在繃帶和手扶管的孔內，用緊定螺釘進行鎖緊。 圖 2-11 繃帶卡體零件三維外形圖 2.5 羊蹄的捆綁機構 由于是對動物進行手術，所以對于動物蹄子的捆綁必不可少，羊蹄的捆綁機構主要固定在手 扶管上，主要由兩個零件組成，兩零件間用螺栓連接，用螺母鎖緊。捆綁機構可隨動物蹄子的 大 小不同，可任意調節(jié)。其裝配如圖 2-12 所示。 圖 2-12 羊蹄捆綁機構三維外形圖 3.便攜式動物手術臺零件的力學分析 3.1 大直徑手扶管件 在 solidworks 中演示出大直徑手扶管件的變形如圖 1-2 所示。支撐在兩端較小的面上，由于 一端撲捉不到外支撐面，故用里側內一小支撐面代替，受力方向與水平面夾角為 45，受力為 300N，測得最低安全系數(shù)為 1.5346?？紤]到是在變應力下，以疲勞極限作為極限應力，受力部分 存在焊接，支撐面比實際支撐面小，故綜合分析，1.5346 處于合理安全系數(shù) 1.31.7 之間。 塔里木大學畢業(yè)設計 5 圖 3-1 大直徑手扶管件的受力變形圖 3.2 小直徑手扶管件 在 solidworks 中演示出小直徑手扶管件的變形如圖 1-4 所示。支撐在兩端較小的面上，受力 方向與水平面夾角為 45，受力為 300N，測得最低安全系數(shù)為 1.41913?？紤]到是在變應力下， 以疲勞極限作為極限應力，受力部分存在焊接，支撐面比實際支撐面大，故綜合分析，1.41913 處于合理安全系數(shù) 1.31.7 之間。 圖 3-2 小直徑手扶管件的受力變形圖 3.3 床腿方管 在 solidworks 中演示出床腿方管車槽處的變形如圖 3-3 所示。支撐在底面靠近槽孔處，受力 方向與水平面夾角為 45，受力為 600N，測得最低安全系數(shù)為 2.31712?？紤]到是在變應力下， 以疲勞極限作為極限應力，受力部分存在焊接，支撐面比實際支撐面小，故綜合分析，2.31712 雖不處于合理安全系數(shù) 1.31.7 之間，但接近于安全系數(shù)的范圍之內。 圖 3-3 床腿方管車槽處的受力變形圖 3.4 鍵連接的設計 （1）尺寸確定 根據(jù)床腿折疊機構的鍵連接方式選用 B 型平頭平鍵； 根據(jù)床腿床面連接件的截面尺寸、長度以及尺寸系列選用鍵的尺寸為：bhL=4414; 查國標值得鍵的尺寸為 b= ; h= ;L=03.4075.043.1 （2）材料選擇 塔里木大學畢業(yè)設計 6 根據(jù)床面床腿連接件與床腿 1 的連接方式以及轉動力矩選用鍵的材料為 45 鋼。 （3）鍵的強度校核計算： 鍵在連接中主要為床面床腿連接件與床腿 1 定位以及為床面床腿連接件隨床腿 1 轉動起輔助 作用。故此平鍵的主要失效原因為工作面被壓潰。因此只需對工作面上的擠壓應力進行強度校核 計算 由羊體體重及手術床面重量知 F 最大不超過 800N; 查機械設計 P106 表 6-2 知鋼靜連接輕微沖擊時的許用擠壓應力為 ;MPap20MPakldTpp 63.81547.022 故，此平鍵的連接是合理的。 4.各零件材料的選用 大直徑手扶管件選用成型加工特性良好，耐腐性高，焊接性好，強度適中，質量較輕的 3003 鋁合金管。小直徑手扶管件選用成型加工特性良好，耐腐性性高，焊接性好，強度比 3003 鋁合金 好，質量較輕的 3003-H34 棒材鋁合金管?？噹Эw均采用 1060 鋁合金，調節(jié)床腿零件的材料選 用 3003-H12 鋁合金?？紤]到加工性，焊接性以及力的傳遞，折疊零件 1、折疊零件 2 以及支撐管 均選用 3003 鋁合金?？噹Э蛇x擇有柔性且無彈性的帆布。定位球體零件選用尼龍棒材料，定位球 體螺帽選用塑料。羊蹄的捆綁零件 1 可選擇橡膠材質。對于捆綁零件 2 不能選擇比 3003 鋁合金強 度更強的材料，但強度也不能太弱，故可選擇 3003 鋁合金。 塔里木大學畢業(yè)設計 7 結 論 通過本次畢業(yè)設計，我深深體會到自己在理論知識方面的欠缺，同時也感到自己在知識的運 用上也不夠靈活，這也說明我在學習知識的過程中存在著一些缺點，總結有以下幾點： 1.在初定方案過程中，由于自己所見實物過少，使方案進行了多次修改，耽誤了大量的時間。 尤其在五月中期檢查后對方案的更改，時間上顯得特別倉促。 2.在推拉式機構的設計中，由于尺寸設計的不夠合理，從而進行了多次修改，不過經修改后 的尺寸理論上可以實現(xiàn)其功能。 3.在折疊機構的設計中，基本尺寸也是經過了多次的修改，最后利用三維實體軟件進行實體 繪制及模擬，由于時間上的緊迫性，其最終結果自己認為并不是很理想。這也是本次設計比較遺 憾的地方。 總體來說，在這次畢業(yè)設計中，收獲還是很大的，平時在學習知識的時候，總是認為好多知 識用不到，所以就沒有更深一步去理解。在此次設計中，我感到自己的知識面很窄，對知識掌握 得不夠，在設計時，考慮問題太片面，導致方案及零部件進行多次修改。期望能夠在以后的學習 中，避免類似情況的發(fā)生。 塔里木大學畢業(yè)設計 8 致 謝 對于這次畢業(yè)設計的完成，首先感謝母校大學的辛勤培育，感謝學校給我提供了如此難 得的學習環(huán)境和機會，使我將以前學到的知識又重新回顧了一遍，知道了學習的可貴與獲取知識 的辛勤。承蒙指導老師的耐心指導，使我順利地完成了畢業(yè)設計。在此，深深地感謝指導老師， 給予了我耐心的指導和幫助，體現(xiàn)出了你們對工作高度負責的精神，特別是老師，她利用上班的 休息時間為我指導。在整個設計的過程中，她耐心的指導，才使我的設計順利完成，同時也感謝 在這幾年中給予我知識的各位老師。 對于這次畢業(yè)設計，由于設計方案一直在改，時間倉促和自己所學軟件掌握熟練程度等因素， 使這次畢業(yè)設計的沒有達到最完美的效果，這不能不說是本次設計的遺憾之處。不過，它至少啟 發(fā)了我的思維，提高了我的動手能力，使我應用了以前 solid works 軟件中沒有用到的工具，同 時，使我將以前所學的書本知識又重新復習了一遍，這為我在今后的工作崗位上發(fā)揮自己的才能 奠定了堅實的基礎。 最后，再一次衷心的感謝學校能夠給予我這次機會，使我將所學理論知識與實踐相結合，以 及在這次設計中給予我指導的所有老師。你們傳授的知識使我受用一生，你們的恩情我會銘記一 生。 塔里木大學畢業(yè)設計 9 參考文獻 1 吳宗澤,羅盛國.機械設計課程設計手冊.3 版.北京:高等教育出版社. 2006.5. 2 濮良貴,紀名剛.機械設計.8 版.北京:高等教育出版社. 2006.5. 3 毛謙德,李振清.袖珍機械設計手冊.2 版.北京:機械工業(yè)出版社 2002. 4 楊克,趙小東.工程材料及機械制造基礎().北京:高等教育出版社. 2005. 5 韓進宏.互換性與技術測量.北京:機械工業(yè)出版社. 2004.7. 6 胡名璽,高萬玉,張彥軍,杜振杰. 輕便型野戰(zhàn)手術床結構設計研究. 機械設計與制造. 2009.09. 7 杜振杰,胡名璽,孫秋明.便攜式手術床床體輕量化設計與試驗研究.機械設計.2007.24(8). 8 劉永翔.產品設計中形態(tài)創(chuàng)造途徑與方法.工程圖學學報.2004.3. 9 孫曉軍,王太勇.便攜式手術臺關鍵技術研究.天津大學機械工程學院.2008. 便攜式動物手術床的設計 李燕，孟煒 摘 要：現(xiàn)在對于便攜式手術床的應用主要局限于人體手術中以及家養(yǎng)寵物的小型動物手術中，并沒有大規(guī)模應用于家養(yǎng)經濟型動物的手術中（如豬、羊、牛等）。現(xiàn)在國外對于便攜式手術床的研究主要是多功能化，其重量都在100kg以上，對于搬運攜帶并不是很方便。此便攜式動物手術床主要從可折疊的角度進行較輕化的設計，從而更便捷于搬運攜帶工作。 關鍵詞：便攜式，手術床，推拉式機構，折疊式機構 0 引言 手術床作為手術的基本設備，在手術中承擔著非常重要的角色，是高質量、高水平手術不可缺少的重要設備，這種說法不僅適用于人類，對于動物也同樣適用。便攜式動物手術床是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然產物。便攜式動物手術床的設計意義主要有：（1）這是一種人性化的集中體現(xiàn)，使得動物在承受病痛折磨的同時也會同樣體會到來自人類的關愛；（2）這是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)追求高回報的必經途徑。在養(yǎng)殖業(yè)中有效地降低動物死亡率，尤其是高投資成本動物的死亡率，一直是養(yǎng)殖戶所重視的問題。手術途徑是養(yǎng)殖戶在動物經受重大疾病時的重點選擇途徑之一，所以便攜式的動物手術床將會成為實現(xiàn)此途徑的關鍵設備。 1 設計方案 1.1手術床尺寸參數(shù)的確定 圖1-1 手術床的三維外形圖 根據(jù)羊體尺寸及人機工程學確定羊體手術床的基本尺寸為床長L=1300mm左右；床寬B=650mm左右；床高H=850mm左右。此折疊式動物手術床的具體尺寸為床長L=1260mm；床寬B=635mm；床高H=887mm。展開放置時的三維外形如圖1-1（上）所示。手術床折疊后的尺寸控制在長l=750mm；寬b=450mm；高h=400mm。手術床折疊放置時的外形如圖1-1（下）所示。 1.2手術臺調節(jié)范圍 手術床可傾斜，其傾斜角度由一只可升高的和一只可降低的床腿調節(jié)?？缮叩拇餐扰c手扶管件采用緊配合，隨管轉動，與地面的接觸采用線接觸的方式，在床面傾斜時，線接觸是隨腿轉動的；可降低的床腿與手扶管件的配合采用松的間隙配合，使床面繞腿轉動，此可降低的床腿始終是與地面垂直的。當床面傾斜到規(guī)定位置時，用鎖緊螺栓鎖緊為中間管件起支撐作用的可相對滑動的兩管的相對位置，從而鎖緊床面與床腿的相對位置。床腿的升降調節(jié)采用螺紋調節(jié)。床腿的可調節(jié)高度為360mm。則床面的傾斜角度為： 1.3手術臺承載能力及整體重量 根據(jù)成年羊平均體重，給手術床設定的承載能力為1200N。平均到四根桿上，每根桿的承載能力為300N。用solid works軟件測得大直徑手扶管件的質量為1285.9g；小直徑手扶管件的質量為581.23g；調節(jié)床腿零件的質量為254.91g,床體整體質量為9385.87g。 2 關鍵部件設計 2.1推拉式結構的設計 采用小直徑手扶管件與大直徑手扶管件交替的方式進行裝配，其之間用定位球體固定。這樣即便于折疊也利于力的合理分配。其三維外形圖如圖2-1所示。 圖2-1 推拉式結構的三維設計圖 2.2折疊機構的設計 折疊機構的主要設想是一個零件可繞另一個零件轉動90°，此折疊機構零件2可繞零件1轉動180°。用M10螺栓進行連接，B型平鍵進行定位。折疊零件1采用鑄造方式，然后在銑床上用盤銑刀銑出鍵槽，三維外形如圖2-2（左）所示。折疊零件1與鍵的配合采用緊配合。折疊零件2采用鑄造方式，然后在銑床上用盤銑刀銑出鍵槽，三維外形如圖2-2（右）所示。折疊零件2與鍵的配合采用松配合。 圖2-2 折疊零件的三維外形圖 3 危險零件的有限元分析 3.1大直徑手扶管件 在solid works中演示出大直徑手扶管件的變形如圖3-1所示。支撐在兩端較小的面上，由于一端撲捉不到外支撐面，故用里側內一小支撐面代替，受力方向與水平面夾角為45°，受力為300N，測得最低安全系數(shù)為1.5346?？紤]到是在變應力下，以疲勞極限作為極限應力，受力部分存在焊接，支撐面比實際支撐面小，故綜合分析，1.5346處于合理安全系數(shù)1.3-1.7之間。 圖3-1 大直徑手扶管件的受力變形圖 3.2小直徑手扶管件 在solid works中演示出小直徑手扶管件的變形如圖3-2所示。支撐在兩端較小的面上，受力方向與水平面夾角為45°，受力為300N，測得最低安全系數(shù)為1.41913?？紤]到是在變應力下，以疲勞極限作為極限應力，受力部分存在焊接，支撐面比實際支撐面大，故綜合分析，1.41913處于合理安全系數(shù)1.3-1.7之間。 圖3-2 小直徑手扶管件的受力變形圖 3.3床腿方管 在solid works中演示出床腿方管車槽處的變形如圖3-3所示。支撐在底面靠近槽孔處，受力方向與水平面夾角為45°，受力為600N，測得最低安全系數(shù)為2.31712?？紤]到是在變應力下，以疲勞極限作為極限應力，受力部分存在焊接，支撐面比實際支撐面小，故綜合分析，2.31712雖不處于合理安全系數(shù)1.3-1.7之間，但接近于安全系數(shù)的范圍之內。 圖3-3 床腿方管車槽處的受力變形圖 4 結論 經有限元分析，危險零件都處于安全系數(shù)范圍之內。整體分析，此便攜式動物手術床可以實現(xiàn)動物手術的基本功能。在其斜面傾斜時也比較容易控制。整體穩(wěn)定性方面也是比較穩(wěn)定的。 參考文獻 [1] 吳宗澤,羅盛國.機械設計課程設計手冊.3版.北京:高等教育出版社. 2006.5. [2] 濮良貴,紀名剛.機械設計.8版.北京:高等教育出版社. 2006.5. [3] 毛謙德,李振清.袖珍機械設計手冊.2版.北京:機械工業(yè)出版社 2002. [4] 楊克,趙小東.工程材料及機械制造基礎(Ⅰ).北京:高等教育出版社. 2005. [5] 韓進宏.互換性與技術測量.北京:機械工業(yè)出版社. 2004.7. [6] 胡名璽,高萬玉,張彥軍,杜振杰. 輕便型野戰(zhàn)手術床結構設計研究. 機械設計與制造. 2009.09. [7] 杜振杰,胡名璽,孫秋明.便攜式手術床床體輕量化設計與試驗研究.機械設計.2007.24(8). [8] 劉永翔.產品設計中形態(tài)創(chuàng)造途徑與方法.工程圖學學報.2004.3. [9] 孫曉軍,王太勇.便攜式手術臺關鍵技術研究.天津大學機械工程學院.2008. Portable animal operation bed design Li Yan, Meng Wei Abstract: Now for portable operation bed applications mainly confined to the human operation and domestic pet small animal operation, and no large scale used in domestic economic animal in the operation ( such as pigs, sheep, cattle). Now abroad for portable operation bed research mainly is muti function change, its weight is in 100kg above, and is not very convenient for carrying. This portable animal operation bed mainly from the folding angle of a light design, which is more convenient in carrying the work. Key words: A portable, operation bed, push-pull mechanism, folding mechanism 便攜式動物手術床的設計 ——開題報告 1. 本課題來源及研究的目的和意義 1.1. 課題來源 現(xiàn)在對于便攜式手術床的應用主要局限于人體手術床的應用以及家養(yǎng)寵物的小型動物手術中，并沒有大規(guī)模應用于家養(yǎng)經濟型動物的手術中（如豬、羊、牛等）。追究其緣由主要是： （1）動物手術床結構復雜、體大質重、裝卸不便、不利于攜帶，所以動物手術床僅限于動物醫(yī)院使用，而且經濟型動物由于體積較大不易運輸以及手術費用的昂貴，使許多動物養(yǎng)殖戶很少選擇動物手術，從而導致動物手術床的應用范圍較小，發(fā)展較為緩慢。 （2）家養(yǎng)經濟型動物相對于寵物，體積較大，使得相對應的手術床體積龐大。而且家養(yǎng)動物的數(shù)量一般遠大于家養(yǎng)寵物的數(shù)量，使得對家養(yǎng)動物的手術重視性遠比不上寵物。人為心理上的差距造成現(xiàn)在家養(yǎng)經濟型動物手術床的發(fā)展遠比不上寵物的。本文主要以“羊”的體積、質量為例設計一種便于攜帶、便于手術、可折疊的動物手術床。 1.2. 研究目的 便攜式動物手術床的設計研究主要為家養(yǎng)經濟型動物提供手術方便，為動物養(yǎng)殖戶提供更為便利的救治服務。與傳統(tǒng)動物手術床相比，研究設計便攜式動物手術床的目的主要是： （1）便于手術人員進行家養(yǎng)動物的治療手術； （2）提高家養(yǎng)經濟型動物的手術成功率。有些家養(yǎng)經濟型動物在進行手術時，只是在地上進行，并沒有舒適、無菌、專業(yè)的手術床，造成動物手術后容易感染，或在動物手術時受到動物的抵抗造成手術事故，使手術成功率降低。 （3）方便快捷的在不同場地進行手術。便攜式手術床可以使手術人員在動物養(yǎng)殖廠的隔離間進行手術，方便快捷的手術床更便捷于生病動物的搬運。 （4）降低手術成本，縮短手術準備時間。減少其他病菌的交叉感染。 1.3. 研究意義 手術床作為手術的基本設備，在手術中承擔著非常重要的角色，是高質量、高水平手術不可缺少的重要設備，這種說法不僅適用于人類，對于動物也同樣適用。便攜式動物手術床是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然產物。便攜式動物手術床的設計意義主要有： （1）這是一種人性化的集中體現(xiàn)，使得動物在承受病痛折磨的同時也會同樣體會到來自人類的關愛； （2）這是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)追求高回報的必經途徑。在養(yǎng)殖業(yè)中有效地降低動物死亡率，尤其是高投資成本動物的死亡率，一直是養(yǎng)殖戶所重視的問題。手術途徑是養(yǎng)殖戶在動物經受重大疾病時的重點選擇途徑之一，所以便攜式的動物手術床將會成為實現(xiàn)此途徑的關鍵設備。 2. 本課題所涉及的問題在國內（外）研究現(xiàn)狀及分析 2.1. 國外便攜式手術床的研究現(xiàn)狀及分析 2.1.1. 美國 在美國便攜式手術床的高度調節(jié)采用液壓系統(tǒng)，其范圍為690-1000mm。有可機械調節(jié)的臺面左右傾、臺面前后傾；有可控氣彈簧控制的背板上下折、腿板上下折；有可拆卸彈簧卡齒控制的頭板上下折；有可拆卸卡齒嚙合的腿板外轉。其額定承載能力為150kg，手術臺面尺寸為2000×520mm，手術臺重量為130kg。 2.1.2. 法國 在法國便攜式手術床的高度調節(jié)采用液壓系統(tǒng)，其范圍為700-980mm。無臺面左右傾；有可控氣彈簧控制的臺面前后傾、背板上下折、腿板上下折；有可拆卸可控氣彈簧控制的頭板上下折；有可拆卸卡齒嚙合的腿板外轉。 2.1.3. 德國 在德國便攜式手術床的高度調節(jié)采用液壓系統(tǒng)，其范圍為740-1020mm。有絲杠調節(jié)的臺面左右傾；有可控氣彈簧控制的臺面前后傾、背板上下折；有可拆卸可控氣彈簧控制的頭板上下折；有彈簧卡齒控制的腿板上下折；有可拆卸卡齒嚙合的腿板外轉。其額定承載能力為150kg，手術臺面尺寸為2100×500mm，手術臺重量為110kg。 2.1.4.瑞典 在瑞典便攜式手術床的高度調節(jié)采用液壓系統(tǒng)，其范圍750-1100mm。無臺面左右傾；有可控氣彈簧控制的臺面前后傾、背板上下折；有可拆卸可控氣彈簧控制的頭板上下折；有彈簧卡齒控制的腿板上下折；有可拆卸卡齒嚙合的腿板外轉。其額定承載能力為135kg，手術臺面尺寸為2050×480mm，手術臺重量為160kg。 2.2. 國內便攜式手術床的研究現(xiàn)狀及分析 近年來，我國軍隊對便攜式手術臺開展了大量的研究工作，研發(fā)成功了2001式手術臺。在部隊衛(wèi)勤保障中發(fā)揮了重要作用。 3. 對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析 3.1. 任務要求 （1）能夠沿兩個方向（縱向和橫向）進行折疊； （2）體積和重量盡量小，便于攜帶； （3）展開放置時結構穩(wěn)定； （4）要求完成CAD圖紙和三維圖。 3.2. 實現(xiàn)預期目標的可行性分析 依據(jù)便攜式人體手術床的研究成果，確定動物手術床的尺寸及設計方案，使其在便于攜帶的同時更有利于手術的順利進行。 4. 本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路 4.1. 研究內容及關鍵問題 （1）動物手術床的特點。 （2）動物手術床與人體手術床的區(qū)別。 （3）如何實現(xiàn)便攜式設計——即可折疊。 （4）怎樣設計更有利于手術的進行。 （5）實用型設計（包括手術床強度，折疊后體積小、重量輕，放置時穩(wěn)定，環(huán)境適應等）。 （6）美觀化設計。 4.2. 解決思路 （1）便于清洗，易消毒，對于體重動物便于放置于手術臺上。 （2）采用人體手術床的折疊結構。 （4）設計合理的手術工具的安置點以及手術人員方便的手術床高度等。 （5）在原有手術床結構基礎上，在結構改進的同時進行尺寸優(yōu)化，即運用有限元分析軟件ANSYS對手術床進行力學分析，在分析結果基礎上，建立分布優(yōu)化數(shù)學模型。 （6）應用藝術的方法進行手術床的外觀設計。產品形態(tài)不是一個孤立的外觀形式，而是通過材料、結構、人-機關系以及生產工藝等因素展示出的產品外在表現(xiàn)。通過產品形態(tài)，使消費者了解到產品的使用功能、操作方式、文化內涵等一系列的具體內容。 5. 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 （1）查最新的相關資料——圖書館浩大的數(shù)據(jù)庫可提供。 （2）自己能力范圍之外的問題——可咨詢指導老師及同學們。 6. 完成本課題的工作方案及進度計劃 6.1. 工作方案 便攜式動物手術床主要由可折疊的床面板、高度調節(jié)的螺旋機構、可折疊的床腿支承機構以及控制臺面旋轉的旋轉機構等組成。為減輕重量，設計結構合理厚度的鋁合金型材作為床面板；通過旋轉機構控制手術床床面的升降 ，通過可折疊的床腿實現(xiàn)床體高度方向的折疊，使用合頁連接實現(xiàn)床面橫向和縱向的折疊。 6.2. 進度計劃 第1周-第2周，確定總體設計方案，畫出手術床機構簡圖； 第3周-第8周，畫手術床詳細結構圖，畫出手術床總體構架的裝配圖和零件圖； 第9周-第10周，利用Solidworks軟件繪制三維圖，完成三維裝配圖； 第11周-第14周，撰寫設計說明書，整理材料，準備答辯。 7.主要參考文獻 【1】李笑雷.關于手術床床體強度的探討.中國傷殘醫(yī)學.2011.19（5）。 【2】孫曉軍,王太勇.便攜式手術臺關鍵技術研究.天津大學機械工程學院.2008. 【3】高外玉,杜振杰等.S-2001野戰(zhàn)手術床的研制.醫(yī)療衛(wèi)生裝備.2004.4:15-16. 【4】孫國正,過玉卿.優(yōu)化設計及應用.北京:人民交通出版社,2000。 【5】劉惟信,孟嗣宗.機械最優(yōu)化設計.北京:清華大學出版社,1994. 【6】杜振杰,胡名璽,孫秋明.便攜式手術床床體輕量化設計與試驗研究.機械設計.2007.24(8). 【7】劉永翔.產品設計中形態(tài)創(chuàng)造途徑與方法.工程圖學學報.2004.3. 【8】胡名璽,高萬玉,張彥軍,杜振杰. 輕便型野戰(zhàn)手術床結構設計研究. 機械設計與制造。2009.09. 南昌航空大學科技學院學士學位論文 《胡蘿卜在惰性介質流流化床中干燥的收縮》 M.S. Hatamipour *, D. Mowla 理科碩士Hatamipour Mowla博士 《著》 摘要 農產品中尤其是根用蔬菜在烘干的過程中發(fā)生了一些在物理和結構性的變化。根用蔬菜在烘干過程中的壓縮，不管是從材料的最終用途還是仿真問題的方面來說，都具有重要意義的。本文中，我們將以惰性介質液態(tài)化烘干機來研究根用蔬菜的壓縮。圓柱形的胡蘿卜樣品是用來作為試驗培養(yǎng)基，為高水價含量食物系統(tǒng)提供模擬裝置。我們將研究關于由各種不同參量如，氣溫，空氣溫度，樣品直徑，樣品原始含水量，惰性粒子的在在與否，和氣流速度等而產生的影響。據(jù)發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜在惰性烘干機烘干過程 中的壓縮與與樣品在烘干過程中的水分含量成相應的關系。氣流速度，溫度，和惰性介質在整個體制中并示對壓縮有明顯的影響。 關鍵詞：收縮 液體化烘干機 惰性介質液態(tài)流化床 高溫載體 1簡介 這個烘干過程是在食品工程中最為重要的過程之一。在大多數(shù)的工業(yè)過程中，至少會有一個烘干步驟。這就意味著，從固體材料中移除少量的水分或者其它的液體以減少剩余溶液的容量來達到 一個可接受的低值。各種各樣的固體物烘干方法已經逐漸發(fā)展起來，而且每種方法都有它們自己的特征?？紤]到設備的熱效率，液化床催十劑是在眾多方法中最高效率和適合各種不同的干燥應用程序。（1996年，Strumillo 和Kudra）任何企圖描述烘干這一行為的嘗試必然要考慮到材料的物理參量，例如收縮和密度。眾所周知，食物失水會發(fā)生容積理化，這就是我們所說的：縮水。這種在烘干過程中發(fā)生持續(xù)不斷的的變化，不僅影響到固體物質的物理性質，而且會改變傳輸中表現(xiàn)的屬性。(1955出版) 中提議一個簡單的經驗方程式，它制定了要用蔬菜在對流烘干過程中表面各的變化和水分含量之間的關系。提出的相關性需要關于原始含水量和干燥材料這一觀點，必須具備豐富的知識。烘干過程中的應用初期顯示：縮水的體積大概等于蒸發(fā)的水分體積。 Suzuki, Kiyoshi, Hasegawa, 和 Hosaka (1976)測量了要掛蔬菜在烘干過程中的縮水量。他們探究了上述模型的應用，繼而更加深入嘗試把實驗數(shù)據(jù)和三各假定模型聯(lián)系起來，即，統(tǒng)一烘干，核心烘干，和半核心烘干。在統(tǒng)一烘干模型的所有階段中，假定縮水量與蒸發(fā)的失水量相等，第一個等式需要平衡濕量和體積密度相等，而第二個是原始水分含量與材料的體積密度相等。 發(fā)展了兩種廣義的關于水價流失和基于水果和蔬菜中體積收縮的相互關系。第一種相互關系，是基于食物的合成物。而第二種關系是第一種之上的改進，是基于對最終容積縮水度的預測，但兩者共同作用于樣品的原始水分含量方面的知識 第二個模型提供了充分的實驗數(shù)據(jù)以作評估。應用線性函數(shù)賦予縮水和水價含量兩者關系。 提議土豆，蘋果，和胡蘿卜縮水的現(xiàn)象不僅僅是水分含量的作用，也是基于操作條件和樣品幾何學。 他報導，空氣速度的不斷加快顯著地減少了蘋果和土豆的縮水程度，但是空氣溫度，大氣濕度，和樣品結構的影響可忽略不計。 但是在1994年發(fā)現(xiàn)，大蒜與水果和蔬菜的等方必的縮水不同，它是光纖定向的。他們指出，體積的功率比率是0.448，而不是Suzuki et al. 在1976年得出的2/3。 Zogzas, Maroulis, 和 Marinous-Kouris在1994年指出，在干 空氣中的濕度與溫度的收縮具有獨立性。 Wang 和Brennan指出，在低溫晾干過程中，有更大程度的土豆縮水了。Sjoholm 和 Gekas在1995年指出蘋果體積在干燥過程的變化與水分含量成直線關系。1997年，基于熱機械理論基礎之上，Achanta, Okos, Cushman, 和 Kessler研究了在烘干過程中，萎縮食物水分的傳輸形成膠體。他們總結出一個長圓柱體的膠體，er=r0T2 是一個水分含量的線性函數(shù)。McMinn 和 Magee發(fā)現(xiàn)了一個在隧道干燥室柱形土豆樣品的烘干過程中，水分含量的降低和空氣溫度線性相關式。Park提出，材料在烘干過程 中的縮水度是線性尺寸和水分含量的線性關系。Zhou, Mowla, Wang, 和 Rudolph提出，柱形胡蘿卜在烘干過程中，以流化床和能量載體條件下，軸向收縮和體積變化成線性關系。Hernandez, Pavon,和 Garcia提議，水分含量作為食物縮水的一個作用，它成改線關系。 從上述提及的調查 ，明顯可見，水分含量和材料的物理性能之間有很大的關系。但是，人們認識到，相關的體積減少并不一定呈現(xiàn)出水分蒸發(fā)數(shù)量 的相應的正相關關系。 . 然而 ，這各縮水 走勢對于各種各樣的系統(tǒng)來說，是有很大 區(qū)別的，它們依賴于材料類型，細胞特征，組織結構 ，和工作條件。 本論文呈現(xiàn)出一些胡蘿卜在惰性介質流化床干燥劑的實驗研究結果。也呈現(xiàn)了關于根性蔬菜在流化床干燥劑作用下的收縮反應的細節(jié)。 2. 工作操作介紹 這個鍋，是設計來用來與惰性微粒一起烘干的流化床，選擇胡蘿卜作為烘干的產品，用以避免周期性的實用性問題。它整年都有所收成，并且 產量和消量都 很高。樣品裁成圓柱狀烘干，比例為86D612:5 mm and L=DP5，種蔬菜含有90%的天然水分，在烘干過程中，它保持 原來的形狀。雖然原始的尺寸在烘干過程中改變了，但是不能忽略。適當大小的烘干機是用來做烘干實驗的。實驗裝置原理圖如圖表1所示。這個烘干機是一種命名法。 柱形的派熱克斯玻璃裝有有氣孔的金屬片，作為空氣分配器。 高壓空氣源提供了干燥空氣 。用調壓器來使干燥空氣減少到一個適合的氣壓。空氣通過轉子流量計進入，然后被已控制的電加熱器加熱。溫度控制器用來調節(jié)干燥空氣的溫度，濕度由測得的干燥的濕球溫度決定。做這個實驗是用于獲得干燥過程和時間變化曲線的數(shù)據(jù)。 操作變量是溫度，干燥空氣的速率，尺寸大小 ，高溫載體的類型，干 試樣的直徑，惰性質子和試樣的質量比。 樣品在流化床懸浮。樣品的水分流失比率由脫機決定。它是這樣做的：給樣品稱重，用握著的繩子，把它放在烘干機旁的電力稱上。稱重的精確度到0.005克。同時記錄下溫度，失重，體積測量值。 3.結果與討論 為了表現(xiàn)出胡蘿卜在不同參數(shù)的下縮水的影響，我們在不同的條件下做了一些實驗用以證明。 這些操作條件在表1已做總結 。 上述等式中的常量是由表2和R2參數(shù)中總結的不同的操作條件決定的。 3.1空氣溫度的影響 根據(jù)表1，實驗2，6-8分析了入風的影響 。表1，胡蘿卜 在惰性粒子流化床的操作條件。表1.實驗裝置原理圖 從表2可見，實驗1的常量和溫度之間沒有實在的聯(lián)系。 如表2所示，空氣溫度對胡蘿卜縮水沒有影響。 3.2樣品直徑的影響 實驗16-18的結果可以用來分析當樣品直徑為eV =V0T時的影響 。我們可以 看到，A 是一個固定的常量，而B根據(jù)樣品直徑的減少而稍微減少。但是圖3顯示 ，樣品直徑對圓柱形胡蘿卜樣品的縮水并沒有顯著的影響 。 3.3惰性材料在在與否的影響 為了研究惰性材料的在在與否和惰性材料直徑為eV =V0T的影響，我們會用上實驗10-12和15的結果。由圖4所示，惰性粒子的在在對胡蘿卜的縮水并無明顯的影響 。以上討論也可以延伸到由于溫度，樣品直徑和惰性粒子的在在與否而eD=D0T2 and eL=L0T的變化。 根據(jù)對上述實驗數(shù)據(jù)的分析可知，胡蘿卜的縮水可只以X的線性函數(shù)表示 ，而沒有空氣參數(shù)的從屬，樣品直徑或者惰性材料。事實上，在烘干過程中水分含量和它的變化，即干燥比率，是縮水的最基本參數(shù)。 據(jù)發(fā)現(xiàn)，研究的另一方面，即，烘干比率隨著樣品直徑的減少、惰性材料導熱率的增加，和空氣溫度的上升而增加，但是惰性 材料的直徑和空氣速率對烘干比率是沒有明顯的影響的。同時也發(fā)現(xiàn)，惰性 粒子的在在加強了干燥比率。圖5和圖6表明氣流速度和樣品直徑對于烘干的絲毫的影響。圖7表明了直徑為12.5mm的胡蘿卜樣品烘干曲線并顯示了惰性材料的類型和在在與否對其的影響。因此 ，我們可以得出這個結論：空氣溫度，樣品直徑和惰性材料在在與否的影響在烘干比率中反應出來。圖8表示，烘干比率對縮水的影響在不同的溫度上。要注意的一點就是，空氣濕度對烘干比率有決定性的作用。那就是說，水脫離固體基質的周轉率。 這在剛開始的時候可能會相對高一點，它應該會驅使這所謂的“表面硬化”，就是外表的的變硬，反而減少更進一步的烘干比率 4. 結論 根據(jù)等式1和所給的表2的已給值 ，為eV =V0T 獲得了一些等式。通過在一個圖表上繪測所有的等式 然后和表2比較他們常量的物理值，由此可得出，每個常量計算值都相同，因此，常量的平均值可以被應用。相應的，平均常量可以用來作eD=D0T2 and eL=L0的等式 。 因此，所有的統(tǒng)計可以用來計算這個公式：eV =V0T, eD=D0T2 and eL=L0T和另一組實驗數(shù)據(jù)之間相關聯(lián)系的比較。兩者的統(tǒng)一協(xié)調顯示了所提議的的正確性。表3顯示了源于4、6之間相關性的應用的最大的和平均的誤差百分比，而不是原始在表2給的給定值