بخشی از مقاله
چکیده
در انتقال مجروح به محل درمان، جلوگیری از انتقال ضربات و ارتعاشات حاصل از ناهمواریهای جاده بخصوص برای مجروح جنگی از اقدامات اساسی است که در حین انتقال باید رعایت شود. تامین این نیاز بر عهدهی طراحان آمبولانس میباشد. در طراحی خودروی نظامی اولویت بر طراحی خودرویی با مانورپذیری بالا است، حتی اگر خودرو امدادی باشد؛ تا بتوان به سرعت از صحنهی حادثه دور شد. بر همین اساس برای جلوگیری از صدمه بیشتر مجروح، طراحی سیستم تعلیق برای تخت مجروح الزامی میباشد.
برای این منظور از سیستم تعلیق پنوماتیکی با مکانیزمی با قابلیت ایزولاسیون مجروح از ارتعاشات عمودی و پیچشی استفاده شده است. سیلندر پنوماتیکی متصل به مخزن هوا به عنوان فنر-دمپر میباشند. تحلیل هایی که تاکنون انجام یافته فرکانس طبیعی پایین سیستم تعلیق را در تلرانسهای وزنی مختلف نشان میدهد. همچنین میرایی اریفیسی به دلیل قابلیت سازگاری با تلرانسهای جرمی بیمار و ساخت آسان به عنوان میراگر سیستم تعلیق انتخاب شد. اندازه قطر سوراخ اریفیسی با توجه به شبیهسازی انجام شده، 2,1 میلیمتر بدست آمد.
-1 مقدمه
به منظور طراحی سیستم تعلیق برای تخت آمبولانس نظامی در مرکز فناوریهای برتر دانشگاه امام حسین تحقیقاتی انجام شد. در این راستا ابتدا به بررسی ارتعاشات داخل آمبولانس و روش-های ایزولاسیون آن پرداخته شد. سپس با توجه به ویژگیهایی که یک سیستم تعلیق تخت آمبولانس باید داشته باشد؛ به طراحی و تحلیل مکانیزم سیستم تعلیق پرداخته شد.
طرحهای مختلفی برای سیستم تعلیق تخت آمبولانس ارایه شده است. در مدل ارایه شده توسط آقای لاندن که در به آن اشاره شده است از سیستم تعلیق با میله پیچشی و سیستم تنظیم ارتفاع استفاده شده که در راستای محور طولی آن به دیواره آمبولانس لولا شده است. پان و ژانگ [2] سیستم کنترلی LQR برای مدل شش درجه آزادی ارایه کردهاند. در مدل ارایه شده توسط تاکاهیکو و هیکارو [3]، سیستم تعلیق فعال دارای قابلیت تغییر زاویه تخت به هنگام رول و پیچش آمبولانس میباشد.
بر اساس تحقیقات لیشون و استمرز [4]، آسیب رسانندهترین ارتعاشات کف آمبولانس در جهت عمود میباشند و در فرکانس 1,5 تا 2 هرتز به بالاترین مقدار خود میرسند.
چن و گائو [5]در راستای مطالعه برای - 1 کاهش ارتعاش وارد بر بیمار در آمبولانس و - 2 بهبود راحتی صندلیهای تختشو، منحنیهای راحتی را برای ارتعاش عمودی شخص خوابیده ارایه کردند . بر اساس مطالعات آنها، بیشینه حساسیت در 6,3 هرتز میباشد. استامرز [6] تاکید میکند که بیمار خوابیده، حساسیت بیشتری نسبت به ارتعاشات، از بیمار نشسته دارد. شکل - 2 - این موضوع را نشان میدهد، با توجه به شکل - - 1 در فرکانس 4 تا 8 هرتز، مدت زمان قابل تحمل برای ارتعاش در حالت نشسته 2,5 ساعت است در حالی که در حالت خوابیده 5 دقیقه میباشد.
شکل 1 : محدودههای مجاز برای حالات ایستاده و نشسته - ٌٍَّ - I so× و مقایسه با حالت خوابیده
شکل 2 : مکانیزم سیستم تعلیق در حالت تعادل
-2 سیستم تعلیق تخت آمبولانس
سیستم تعلیق تخت آمبولانس در حالت ایدهآل میتواند در شش درجه آزادی، ایزولاسیون را برای مریض داخل آمبولانس فراهم کند. از میان این شش درجه آزادی، سه درجه بیشترین تاثیر را دارند که عبارتند از: ارتعاش عمودی، پیچش و جابجایی ناشی از غلتش. بخاطر اینکه تخت آمبولانس به موازات محور غلتش آمبولانس قرار گرفته، غلتش آسیب کمتری به بیمار میزند. شتابهای طولی، جانبی و شتاب زاویهای ناشی از مانور خود آمبولانس میباشند - بجای ناهمواریهای جاده - و حالت ارتعاشی ندارند بلکه در یک فاصله زمانی پایا میباشند. بنابراین آسیب کمتری نسبت به ارتعاش عمودی و پیچش میرسانند. از طرفی کنترل آنها نیازمند به استفاده از سیستم تعلیق فعال میباشد.
بنابراین در طراحی سیستم تعلیق، برای اینکه هم هزینه ساخت پایین باشد و هم عملکرد مناسبی داشته باشد، هدف ایزولاسیون دو ارتعاش عمودی و پیچش میباشد. همچنانکه سیستمهای با دو درجه آزادی نیز، این دو درجه را در نظر گرفتهاند
محل قرارگیری مرکز پیچش نسبت به مرکز جرم بار - وزن بیمار و تخت - ، نقش مهمی در طراحی هندسه سیستم تعلیق برای ایزولاسیون جابجاییهای ناشی از پیچش، دارد. بنابراین بهتر است مرکز پیچش بر روی مرکز جرم بار قرار داده شود. این نوع طراحی قابلیت کاهش پیچش را به هنگام شتابگیری، دارد.
در این راستا مکانیزم »قیچیسان« به دلیل داشتن دو درجه آزادی پرش و پیچش انتخاب شد،شکل . - 2 - بر اساس تحقیقات لیشون و استمرز [4]، فرکانس طبیعی سیستم تعلیق باید کمتر از یک هرتز باشد؛ بر این اساس ابتدا به مدلسازی سیستم تعلیق و محاسبه فرکانس طبیعی آن میپردازیم.
برای عملکرد خوب سیستم تعلیق، سیستم ما باید دارای فنر دمپر با قابلیتهای زیر باشد:
• فرکانس طبیعی پایین
• سازگاری با تلرانسهای وزنی
ضرورت داشتن فرکانس طبیعی ثابت سیستم تعلیق، بستگی اساسی به ارتفاع کار مستقل از وزن سیستم تعلیق دارد. فنرهای پنوماتیکی این دو را دارند و گزینه مناسبی برای کاربرد در سیستم تعلیق میباشند
در یک سیستم تعلیق، وجود میراگر برای جلوگیری از تشدید1 در فرکانس طبیعی، ضروری میباشد؛ در عین حال برای ایزولاسیون ورودیهای با فرکانسی بیشتر از فرکانس طبیعی نیز، اهمیت زیادی دارد. در یک سیستم تعلیق پنوماتیکی ، میرایی از طریق محدودیت جریان بین سیلندر هوا - یا کیسههای هوا - و مخزن ذخیره هوا، ایجاد میشود. چانگ [9] محدودیت جریان در در حالت اریفیسی و لامینار را برای استفاده در میرایی پنوماتیکی تحلیل کرد. او نشان میدهد که نیروی میراگر که در حالت اریفیسی ایجاد میشود با فشار استاتیکی p0 متناسب است و بنابراین با جرم غیر معلق سازگاری بیشتری دارد.
-1-2 تحلیل فنر دمپر پنوماتیکی
الف - سفتی فنر
با استفاده از نمادگذاری شکل - 4 - ، سفتی k فنر پنوماتیکی به این صورت بدست میآید :
شکل 3 : محدودیت اریفیسی
شکل 4: نمای شماتیک فنر پنوماتیکی
با فرض تراکم بیدررو، معادله بین فشار p و حجم - Vc + Vt - فنر برای جابجایی δ با فشار استاتیکی p0 و حجم اولیه - Vc0 + - Vt به این صورت است:
ب - سازگاری با بار
با توجه به معادله - 4 - و صرف نظر از عبارت کوچک داخل پرانتز، سفتی فنر نسبت مستقیم با فشار استاتیکی - p0 - و نسبت عکس با حجم میراگر - Vc0 + Vt - - در حالت تعادل - دارد
