彈簧平衡器在懸吊式X線機中的應用

王云平，芮文庭，吳 蔚

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

彈簧平衡器在懸吊式X線機中的應用

王云平1，芮文庭1，吳 蔚2

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

本文簡要介紹了懸吊式X線機和彈簧平衡器的功能特點，主要介紹了彈簧平衡器在懸吊式X線機上的應用以及選用時需要著重考慮的因素。

懸吊式X線機;彈簧平衡器;醫療;應用

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到平衡，從而使懸掛部件在空中處于無重的懸浮狀態，而且可以讓所懸掛的部件在工作行程內自由升降，機械結構如圖1所示。目前彈簧平衡器主要應用在裝配生產線或固定工位工作的場合，它可以極大的降低操作工人的勞動強度，提高生產率，而且節省空間，無噪聲污染，改善了生產環境，在流水線裝配和生產過程中取得了越來越廣泛的應用。

圖1 彈簧平衡器結構示意圖

而懸吊式X線機是目前醫療市場上廣泛應用的一種醫療器械，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、仰臥水平側位等全方位、全體位的應用，可滿足臨床所有的常規診斷需求，實現全面應用，常用的系統配置如圖2所示。

圖2 懸吊式X線機系統配置圖

懸吊式X線機采用先進的天軌懸吊臂設計，首先將縱向天軌安裝在醫院房間的頂部，X線機的滑車架及懸吊部件一并安裝在橫向導軌上，最后將整個部件總成吊裝在縱向天軌上，如此滑車架就可以帶動著懸吊部件，主要實現球管和束光器沿導軌做水平的縱向和橫向兩個方向的運動，而在垂直方向上通過幾節伸縮套筒 (多為4節或5節)上下運動來實現豎直方向的調整，通過水平和垂直方向的運動，可以輕松實現曝光源 (球管和束光器)對病床或者胸片架的對中及影像距SID的調整，滿足不同檢查部位的需求。

在這種系統中，垂直方向上的運動一般為手動和電動都可以操作，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。為了實現垂直運動，有的廠家會在滑車架上直接安裝220V的交流電機，以實現重量支撐及運動傳動，但這會帶來一系列問題，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，結構布置形式如圖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實現對懸吊部件的重力平衡，直流電機配以離合器實現驅動，這種方案比較容易實現手動和電動操作，結構緊湊，噪聲小，而且定位精準，可靠度很高。

圖3 懸吊式X線機結構示意圖

彈簧平衡器的特點是內部裝有一個圓錐形的卷繩筒，鋼絲繩就纏繞在這個卷繩筒上，它與預裝在內的卷簧同軸轉動，這就使得繩索在整個拉伸范圍內能夠保持幾乎恒定的回拉力，達到我們所需要的接近理想的力平衡狀態，如圖4是某一彈簧平衡器生產廠家做的力平衡性能曲線圖。這一特點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合，沒有回拉力增加減小等不穩定現象，這不僅能提高工作的流暢度，更可確保長時間的安全無疲勞工作。

圖4 彈簧平衡器力平衡性能曲線圖

在產品設計時，選用合適的彈簧平衡器并將它應用在醫療器械上，必須要考慮以下幾個因素:

(1)繩索的最大拉出長度。這個參數與系統的功能需求相關，須根據系統的工作要求來確定，鋼絲的拉出長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度是需要額外考慮的。可根據不同廠商的產品參數表來進行選擇。

(2)承載范圍。選用彈簧平衡器時，還需要考慮它的可承載重量的范圍。根據懸吊部件的重量選用合適的平衡器的型號。表1是某廠商的某個系列的不同型號的技術參數表。選用時，盡量將懸吊部件的重量選在承載范圍的中間值附近，因為考慮到套筒中間的滾輪所帶來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實際情況進行微調。

表1 不同型號的技術參數表

(3)安全保護。根據醫用電氣設備 IEC 60601-1的安全通用要求，單懸掛裝置必須要加裝安全保護裝置并滿足一定的安全系數。在懸吊式X線機設備上，主要有兩種形式:一種是彈簧平衡器單鋼絲輸出，通過過輪轉換成雙鋼絲輸出，中間增加棘輪等急停保護裝置;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動，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動，當主鋼絲意外斷裂時它承載所有載荷，起到安全保護的作用。兩種保護裝置相比較，后者的結構比較簡單緊湊，不占用過多的空間，但受限于錐形繩筒上的雙螺旋槽的加工及專利保護等原因，目前國內醫療器械生產廠商大多采用的是第一種保護形式。以上的保護形式只是針對輸出鋼絲進行的，但就平衡器本身而言，它內部自帶保險裝置，如果懸掛物超重等導致卷簧斷裂，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線機上的完美應用，使得這類醫療器械的機械結構更加緊湊，工作輕松可靠，有效的降低了產品成本，推廣普及了懸吊式X線機進入更多的醫院、診所和體檢機構，在保障人們的身體健康等方面發揮更大更多的作用。

［1］產品說明書，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．

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1002-2376(2015)05-0004-02

2015-01-09