贝朗注射泵拆解分析实施报告

保定兰格恒流泵有限公司贝朗医疗注射泵拆解分析报告文件编码：版本-修订号：A--01作者：李红泽日期:2012-4-16共7页第1页贝朗医疗注射泵拆解分析报告通过对贝朗Perfusor®Space医疗注射泵的拆解分析和详细测绘，对该注射泵的功能原理及结构特点有了初步了解。现将注射泵的整体结构划分为机壳组件、电池模块、丝杠传动组件、注射器夹持结构、推注座总成、显示与操作单元、主驱动单元等7个组成部分，下面对这7个组成部分的主要功能、性能指标及结构特点等进行详细描述。1.机壳组件主要功能：形成注射泵整体外观风格；用于保护和固定内部电子及机械部件，承载泵运行时的内作用力，配置注射泵联机插槽及联机锁扣，固定注射泵电源及通讯接口等。主要性能指标：外观小巧时尚，外形尺寸249×68×152mm(W×H×D)；防护等级IP22；外壳采用PBT-PC材料，耐化学性及尺寸稳定性良好。（PBT-PC是一种塑料合金，它保持了结晶材料PBT的耐化学性、易于成型和热稳定性等特点，有兼备了非结晶材料PC的高韧性和尺寸稳定性。）主要零件组成：上壳体、下壳体、电池后盖、PCA锁、联机锁扣、机箱地脚、左右铰板、螺钉堵帽等。主要优点：外观小巧、时尚；卧式结构便于用户操作及观察运行状态；设备联机方便，联机结构紧凑；PCA偏心锁结构设计简单、操作方便可靠、易于实现。对于丝杠传动组件的定位和固定，上下壳体不仅提供了用于丝杠传动组件紧固的螺钉安装孔，同时还设置了用于该组件定位的定位孔，以及多处辅助丝杠传动组件定位和固定的定位槽和定位面。这种设计方式既可以减少紧固螺钉的数量，使得拆装非常方便，同时也大大提高了丝杠传动组件定位的可靠性，最重要的是设计者无需在为减速机构支撑这一钣金件的刚度问题担心，为丝杠传动组件的整体设计减小了压力。涉及的主要工艺：注塑成型工艺、冲压工艺、精铸不锈钢工艺等。实现应无难度。主要工艺难点：上壳体与透明面罩的连接以及联机锁支撑与联机锁板簧的连接，都是通过零件组装后将塑料定位柱热压变形的方式进行固定。该方式虽然简单可靠，但可操作性较差，如没有专门工装，每个人操作的效果会有很大差异，甚至会造成零件损伤或报废。（如下图所示的6个亮点，为热压变形成球面的定位柱）2.电池模块主要功能：供电功能。主要性能指标：11—16V直流电压输出。持续供电时间：16.8小时@1毫升/小时、16小时@5毫升/小时、14小时@20毫升/小时。充电时间：Approx.3hoursfor80%；6hoursfor100%。（数据来源于贝朗产品性能参数表）主要零件组成：电池上壳、电池下壳、电池安装锁、镍氢电池4组、电池充电电路等。主要优点：电池外壳防护严密；上下壳导向槽及电池安装锁结构使电池模块安装简易，定位准确；下壳上粘贴的拖拽条便于用户对电池的拆卸、拖出；电池充电电路板上设有感应电池开盖的霍尔传感器，设备上电运行时，当出现电池盖脱离扣合位置的情况，设备会发出报警提示。保定兰格恒流泵有限公司贝朗医疗注射泵拆解分析报告文件编码：版本-修订号：A--01作者：李红泽日期:2012-4-16共7页第2页涉及的主要工艺：注塑成型工艺、冲压工艺。主要工艺难点：电池下壳采用注塑成型工艺，将5个电源触片注塑在壳体内部。难点在于5个电源触片在注塑过程中的定位问题，需要通过与模具制造厂家咨询、沟通。（电池下壳模型图如下）3.丝杠传动组件主要功能：提供注射泵工作的原动力，在主驱动板的控制下驱动推注座推动及打开，从而完成注射器的推注或装卡。主要性能指标：性能指标（数据来源于贝朗产品性能参数表）贝朗技术指标值功能性能分析指标值满行程长度120mm≥100mm机械精度±0.5%≤±2%注射速度0.01-1800ml/h0.01ml/h—1200ml/h报警压力范围10—120KPa9级可调尺寸参数（数据来源于贝朗注射泵测绘）减速机构传动比5:1减速齿轮模数m=0.6两级减速齿轮的齿数及材质电机齿轮：齿数为11，材料为锡青铜。中间齿轮：齿数为36，材料为尼龙丝杠齿轮：齿数为55，材料为聚甲醛丝杠公称直径M6丝杠螺距P=1mm丝杠有效螺纹长度140mm设计计算电机的极限转速max222.5r/min待定电机的极限转速min（因暂无2ml规格注射器，所以暂未计算）待定最大推力87N待定丝杠传动的机械效率60%（根据国外配件的工艺水平）待定电机最大输出扭矩0.023N.m待定保定兰格恒流泵有限公司贝朗医疗注射泵拆解分析报告文件编码：版本-修订号：A--01作者：李红泽日期:2012-4-16共7页第3页计算方法：电机极限速度计算：根据参数性能表可知注射泵最快注射速度为1800ml/h=30ml/min考虑到此时选用的注射器规格应为60ml实测60ml注射器满行程长度89mm（粗测内径为30mm，由此换算满行程长度为84.5mm，考虑到内径测试结果不一定很准确因此以满行程89mm为准）根据注射泵的最快注射速度30ml/min，可推算出丝杠的行程速度为：30ml÷60ml×89mm÷1min=44.5mm/min44.5mm/min贝朗丝杠公称直径为M6螺距为1mm传动系统的减速比为5：1此时电机的转速为：44.5mm/min÷1mm×5=222.5r/min222.5r/min（max）最大推力计算：计算状态为使用60ml注射器时，输出压力为0.12MPa的情况下。由上可知60ml注射器内径为30mm，骑截面积为706.86mm2此时注射液体对注射器活塞的反作用力为：0.12MPa×706.86mm2=84.8N84.8N实测注射器空载时活塞摩擦力约为2N由此可知此时丝杠提供的线性最大推力应为：84.8+2≈87N87N电机最大输出扭矩计算：根据公式T=（F×P）÷（2×3.14）÷60%F为丝杠线性推力，P为丝杠螺距由此计算出电机最大输出扭矩为T=（87N×1mm）÷（2×3.14）÷60%0.023N.m主要零件组成：1导杆，2丝杠齿轮，3紧固螺钉，4中间齿轮，5电机齿轮，6步进电机，7码盘，8减速机构支撑，9丝杠，10丝杠螺母，11驱动滑块。主要优点：减速机构支撑采用钣金冲压与注塑成型相结合的工艺方式，以钣金材料为支撑骨架，以注塑材料为丝杠、导杆等需要精确定位的零件的配合支撑，使得整个减速的结构形式得以简化，大大减少了零件数量，并且避免了精密加工的难度和组装难度，是整个贝朗注射泵产品机械设计框架中最大的亮点。丝杠采用一端固定另一端悬浮的设计模式，避免了丝杠组装因同轴度偏差而造成传动效率的损伤，同时也不会对丝杠传动精度造成影响。导套及丝杠齿轮的定位方式也比较精巧。保定兰格恒流泵有限公司贝朗医疗注射泵拆解分析报告文件编码：版本-修订号：A--01作者：李红泽日期:2012-4-16共7页第4页涉及的主要工艺：冲压工艺、注塑成型工艺、机加工艺主要工艺难点：钣金冲压与注塑成型相结合的工艺方式对我们来说是一个新工艺，以往从未接触过，而且从零件的结构复杂程度上看，要达到使用要求应该是有一定难度的，目前该问题正与相关厂家沟通中。丝杠的加工也是该部件中的一个难点，因为我们目前一直没有找到一个合适的厂家加工丝杠，而且所采购到的丝杠成本都很高，该问题需要今后想办法破解。4.注射器夹持机构主要功能：主要用于注射器的夹持和固定，识别注射器规格，并检测注射器是否装卡到位。主要性能指标：活动卡座拉伸行程35mm，最小夹持直径8mm（对应2ml—60ml注射器）最大夹持力为20N，最小夹持力为5N拉伸弹簧自由高度15mm，安装高度20mm，钢丝直径1mm，有效圈数14.5实现原理：夹持力来源于拉伸弹簧的拉力。注射器识别，依靠活动卡座打开时带动划线电阻位移，从而产生的电阻变化信号，来测定注射器直径从而起到识别注射器的目的。注射器是否装卡到位检测该部件中共有两处检测，固定卡座依靠注射器凸缘夹持块的开合触发行程开关，从而感知注射器凸缘是否装卡到位。再有，活动卡座内部含有感应刀片，由专门电机进行驱动，通过刀片与注射器活塞杆接触，从而感知注射器装卡到位。主要零件组成：（见下图）固定卡座：活动卡座：保定兰格恒流泵有限公司贝朗医疗注射泵拆解分析报告文件编码：版本-修订号：A--01作者：李红泽日期:2012-4-16共7页第5页主要优点：注射器装卡、固定效果可靠，注射器规格识别效果准确、原理简单。注射器装卡是否到位检测设计周全，但对同一装卡位置进行2处检测，目的是提高可靠性的允余设计，同时也带来了传动机构及零配件数量的增加。涉及的主要工艺：注塑工艺、冲压工艺，注塑与冲压结合工艺、机加工艺主要工艺难点：工艺上应不存在大的难点。5.推注座总成主要功能：在丝杠驱动下推动注射器按照设定的指令完成注射任务。实时检测注射压力，对超限状态进行反馈报警，并停止运行。检测注射器装卡是否到位。通过夹持钳调整注射器活塞杆，使之不会偏离轴线方向。主要性能指标：推注器最大行程120mm，最大输出推力87N，报警压力设定范围10—120KPa，9级可调。（丝杠传动结构中已经详述）具体应变片感应压力及夹持钳接触角度应与不同规格、不同内径的注射器建立系列换算关系。因目前我们注射器规格及品牌不全，该数据暂不罗列。实现原理：推注器总成通过传动卡销与丝杠驱动滑块相连接，并将电机驱动力传递给推注器。注射器装卡是否到位是通过推注器前壳上的承压块推动零位码盘，通过光耦检测并结合应变片信号反馈进行判断。压力值反馈是通过承压快推动应变片，使之发生变形，从而采集其电信号变化量结合函数运算关系进行超限判断。注射器装卡后活动卡座的感应刀片将注射器推杆推向注射泵内侧，夹持钳向中间扣合形成一个倒V字形，再使注射器推杆向注射泵外侧运动，再加上注射器推杆自身有自动调整的内部作用力，从而将注射器推杆调整到注射器轴线上。主要零件组成：主要优点：夹持钳的辅助调整及辅助检测使注射器的推注可靠性大大加强。夹持钳的离合、调整机构设计比较巧妙。承压块的随形设计更加符合不同规格注射器的外形尺寸要求。保定兰格恒流泵有限公司贝朗医疗注射泵拆解分析报告文件编码：版本-修订号：A--01作者：李红泽日期:2012-4-16共7页第6页涉及的主要工艺：注塑工艺、冲压工艺、注塑与冲压结合工艺、双料注塑工艺、压铸铝工艺等。工艺难点：注塑与冲压结合工艺和双料注塑工艺是我们从未接触过的新工艺，需要我们进一步深入学习和了解。设计难点：该功能模块在医疗注射泵的整体设计中应该是难度最高的。首先，在一个狭小的空间范围内集中了3级齿轮减速机构，实现了9个零件的配合联动。同时还有承压块按入和弹出的双向复位机构，以及承压块触发应变片的力传导机构，还有检测承压块位置的光耦检测机构。除此之外还有用于夹持钳角度调整的离合机构及复位机构。再加上电路板，以及为上述机构提供支撑和定位的零件，使整个推注器总成自成一个复杂的运动和检测系统。另外，推注器内部的这些传动机构需要保证一定的尺寸精度才能保证夹持钳转角、承压块位置检测以及压力检测的准确性，这就要求所有配合零件需要保证一定的尺寸精度和装配精度。最后，因为推注器的整体空间较小，所以这些配合零件一般都是精细的小零件，这就跟部件组装造成了一定的压力，装配中如稍有不慎就会造成传动失效、零件损伤，甚至造成部件不能正常工作。6.显示与操作系统主要功能：是设备整体外观风格的重要组成部分。显示设备运行状态、电池电量以及各种报警信息。完成开、关机，以及指令输入和启动的按键操作。面板壳顶部的透明罩具有放大器作用，能够使注射器刻度放大显示。面板壳顶部的磁铁柱能够与注射泵上壳体上的磁铁住自动吸合主要性能指标：视觉仰角400，液晶显示区域大小75×24mm（报警指示灯颜色及含义需查找相关标准）下面的信息属于未知：背景光亮度、透明罩放大倍数主要零件组成：操作及显示面膜、显示前壳、显示后壳、液晶模块、按键电路板、弹性橡胶垫，橡胶垫固定位板、螺钉堵帽主要优点：整体外观风格简洁、线条流畅；显示区域明显突出；按键排布错落有致。透明罩的放大镜功能便于用户观察注射器运行状态。显示前壳与透明罩的一体化实际提升了外观品质。面板的仰角设计便于用户观察