血液運(yùn)輸減振裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

蘇 琛，段德光，楊 猛，牛 福，崔向東，任旭東

血液運(yùn)輸減振裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

蘇 琛，段德光，楊 猛，牛 福，崔向東，任旭東

目的：研制一種適用于公路血液運(yùn)輸?shù)臏p振裝置。方法：利用不銹鋼金屬絲網(wǎng)塊在負(fù)載作用下絲間滑移產(chǎn)生的干摩擦阻尼，大量吸收和耗散系統(tǒng)能量，實(shí)現(xiàn)減振的原理，采用在血架與血庫底板之間加裝4個(gè)全金屬復(fù)合阻尼減振器，對(duì)血液存儲(chǔ)架進(jìn)行整體減振，并對(duì)安裝該裝置的車輛開展各種路況和車速條件下的行駛振動(dòng)試驗(yàn)。結(jié)果：試驗(yàn)表明，血庫底板傳遞到血架的振動(dòng)衰減了27.8%～30.7%，振動(dòng)信號(hào)傳遞函數(shù)幅值為0.3～0.8，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。結(jié)論：血液運(yùn)輸減振裝置能明顯降低血庫底板的振動(dòng)強(qiáng)度，有效保障了血液運(yùn)輸后的質(zhì)量。

血液運(yùn)輸；金屬絲網(wǎng)減振器；行駛振動(dòng)試驗(yàn)

0 引言

通過公路運(yùn)輸血液，是戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害、突發(fā)事件等醫(yī)療救援中血液運(yùn)輸保障的主要方式[1]。血液運(yùn)輸車輛在不同路面行駛時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)運(yùn)載的血液造成一定損傷[2-3]。國(guó)內(nèi)公路路面條件差異較大，尤其在野戰(zhàn)條件下路況更為復(fù)雜，因此公路運(yùn)輸后的血液質(zhì)量備受關(guān)注。

目前，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者在血液運(yùn)輸后質(zhì)量的影響方面已進(jìn)行了一些研究。研究發(fā)現(xiàn)[4-8]：運(yùn)輸過程中影響袋裝全血和懸浮紅細(xì)胞的因素很多。其中，振動(dòng)暴露時(shí)間和振動(dòng)強(qiáng)度成為最主要的2個(gè)影響因素，直接影響血液的各項(xiàng)生理指標(biāo)及保存時(shí)間。

因此，本文旨在設(shè)計(jì)一種適用于血液公路運(yùn)輸?shù)臏p振裝置，并通過各種路況和車速條件下的行駛振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 血液減振裝置的設(shè)計(jì)

1.1 減振原理

金屬絲網(wǎng)減振器是采用不銹鋼金屬絲網(wǎng)塊作為彈性元件的一種新型減振器，其主要工作原理是利用網(wǎng)塊在負(fù)載作用下絲網(wǎng)間滑移所產(chǎn)生的干摩擦阻尼，大量吸收和耗散系統(tǒng)能量，以達(dá)到減振目的[9]。金屬絲網(wǎng)減振器具有靜位移大、阻尼比高、固有頻率低等特點(diǎn)，特別是其耐高低溫、防鹽霧、防霉菌，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)[10-11]，用于血庫內(nèi)血架減振時(shí)，可滿足血庫內(nèi)部的低溫、沖洗和消毒等環(huán)境條件要求。因此，本研究選用金屬絲網(wǎng)減振器作為設(shè)計(jì)血液減振裝置的最主要手段。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的金屬絲網(wǎng)減振器采用線性彈簧與金屬絲網(wǎng)組合而成（如圖1所示），通過在減振器上殼體的上、下部分填充金屬絲網(wǎng)塊，來起到減振和限位功能。當(dāng)減振器受到外界激勵(lì)而產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，金屬絲網(wǎng)發(fā)生形變，導(dǎo)致絲網(wǎng)塊內(nèi)的金屬絲之間相互摩擦，從而起到阻尼的作用。

圖1 全金屬復(fù)合阻尼減振器結(jié)構(gòu)圖

血液在運(yùn)輸過程中所受到的振動(dòng)，主要是由路面不平引起的運(yùn)載車輛自身的振動(dòng)，經(jīng)血庫底板、血架傳遞到所裝載的血液。因此，本研究采取在運(yùn)血車血架底板安裝4個(gè)全金屬復(fù)合阻尼減振器，以降低從血庫底板傳遞到血架的振動(dòng)，如圖2所示。

圖2 減振器安裝圖

2 行駛試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

當(dāng)血液運(yùn)輸處于振動(dòng)環(huán)境中，在一定的振動(dòng)時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)強(qiáng)度直接影響血液運(yùn)輸后的質(zhì)量。因此，選用能反映振動(dòng)強(qiáng)度的加速度均方根值來計(jì)算減振效率。計(jì)算公式為：

式中：ψx為激勵(lì)信號(hào)的加速度均方根值；ψy為響應(yīng)信號(hào)的加速度均方根值。

試驗(yàn)時(shí)，分別在血庫底板和血架上放置垂向加速度傳感器。以血庫底板傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)，以血架傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)作為響應(yīng)信號(hào)。

對(duì)血液運(yùn)輸后質(zhì)量影響較大的振動(dòng)頻率范圍主要為低、中頻段[12-13]，因此，試驗(yàn)分析頻率范圍為0～50 Hz。

為模擬血液運(yùn)輸時(shí)的狀態(tài)，試驗(yàn)時(shí)，采用等質(zhì)量的袋裝生理鹽水作為血液的模擬負(fù)載。試驗(yàn)道路包括瀝青路、土路和起伏路。瀝青路試驗(yàn)車速包括30 km/h和60 km/h，土路試驗(yàn)車速為30 km/h，起伏路試驗(yàn)車速為15 km/h。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)試驗(yàn)，各試驗(yàn)路況下振動(dòng)信號(hào)的加速度均方根值計(jì)算結(jié)果見表1。分析可知：隨著路況變差，血庫底板的振動(dòng)強(qiáng)度增大；在同樣路況下，隨著試驗(yàn)車速的增加，血庫底板的振動(dòng)強(qiáng)度增大。通過在血架與血庫底板間加裝4個(gè)全金屬復(fù)合阻尼減振器，可以起到較好的減振效果，使血庫底板傳遞到血架的振動(dòng)衰減27.8%～30.7%，如圖3所示。

表1 各試驗(yàn)路況下振動(dòng)加速度均方根值計(jì)算結(jié)果

圖3 血庫底板-血架的減振效率

在土路以車速30 km/h行駛時(shí)，血庫底板和血架振動(dòng)信號(hào)的功率譜密度如圖4所示，血庫底板在3、9和13 Hz的峰值得到明顯抑制；血庫底板到血架的振動(dòng)信號(hào)傳遞函數(shù)幅值在0.3～0.8之間，如圖5所示，減振效率達(dá)到了29.7%。

圖4 土路30 km/h時(shí)血庫底板和血架的功率譜密度

在起伏路以車速15 km/h行駛時(shí)，血庫底板和血架振動(dòng)信號(hào)的功率譜密度如圖6所示，血庫底板在2.5、8和11 Hz的峰值得到明顯抑制；血庫底板到血架的振動(dòng)信號(hào)傳遞函數(shù)幅值在0.3～0.76之間，如圖7所示，減振效率達(dá)到了28.4%。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于改裝后的運(yùn)血車而言，通過在血架與血庫底板間加裝4個(gè)全金屬復(fù)合阻尼減振器，起到了較好的減振效果，使血庫底板傳遞到血架的振動(dòng)衰減了27.8%～30.7%。

（2）從振動(dòng)的功率譜密度可以看出，全金屬復(fù)合阻尼減振器能明顯降低血庫底板的振動(dòng)強(qiáng)度，有效抑制了中、低頻段的振動(dòng)峰值。

（3）從減振器的傳遞函數(shù)特性曲線可以看出，在0～50 Hz范圍內(nèi)，傳遞函數(shù)幅值總體小于1，有效降低了從血庫底板傳遞到血架的振動(dòng)幅值，避免了振動(dòng)對(duì)血架所裝載血液的影響。

圖5 土路30 km/h時(shí)血庫底板-血架的傳遞特性頻譜

圖7 起伏路15 km/h時(shí)血庫底板-血架的傳遞特性頻譜

圖6 起伏路15 km/h時(shí)血庫底板和血架的功率譜密度

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（收稿：2014-12-18）

Development and experiment of damping device for blood transportation

SU Chen,DUAN De-guang,YANG Meng,NIU Fu,CUI Xiang-Dong,REN Xu-dong
（Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China）

ObjectiveTo develop a damping device used for blood transportation on road.MethodsThe wire mesh damping device was selected for blood shelf on vehicle.The ride vibration experiment was conducted to examine the damping efficiency under various road conditions and speeds.ResultsFrom the floor of blood store to the blood shelf,the damping efficiency was between 27.8%and 30.7%,and the transfer amplitude of vibration was between 0.3 and 0.8. ConclusionThis damping device can reduce the vibration intensity effectively.The quality of blood could be protected by the damping device after blood transportation on road.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（2）：109-111]

blood transportation;wire mesh damping device;ride vibration experiment

R318；R197.39

A

1003-8868（2015）02-0109-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.02.109

全軍后勤科研計(jì)劃項(xiàng)目（BWS11Z007，AWS13J004）

蘇 ?。?982—），男，博士，助理研究員，主要從事機(jī)動(dòng)衛(wèi)生裝備人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程方面的研究工作，E-mail：wzssuchen@163.com。

300161天津，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所（蘇 琛，段德光，楊 猛，牛 福，崔向東，任旭東）

段德光，E-mail：duandeguang@sina.com