摘要：医用高压氧舱是临床治疗一氧化碳中毒、缺氧性脑病的重要器械，其中多数高压氧舱的舱门均采用齿啮式快开门结构，这种结构虽然能够确保高压氧舱内外环境的有效隔离，但是动力系统采用手动液压缸推动卡箍锁紧，开关舱门费时费力。本文以某医院医用氧舱为例，首先概述了液压系统的基本构成，随后对改造方案和具体的设计制造流程进行了分析，改造后的高压氧舱经过临床实验，工作性能有了显著改善，具有推广应用价值。
关键词：医用氧舱；液压系统；开关门；设计制造
引言
某医院从国外购进一台高压氧舱，舱体直径为2.1m，舱门为齿啮式快开门结构，锁紧装置为卡箍组件。卡箍锁紧的动力主要来源于单活塞液压缸带动卡箍旋转实现舱门锁紧。但是需要人工提供手动液压泵的传递动力，因此每次高压氧舱的开关门都比较费力。出于使用方便和医用安全考虑，决定根据该高压氧舱的结构特点进行优化设计和针对性改造。
一、氧舱液压系统的结构及功能
作为驱动传动装置进行循环工作的一种控制系统，液压控制回路中主要包含的结构有以下几种：
1、动力源
液压泵站为高压氧舱开关门提供主要的动力，同时液压泵站还能够将电动机产生的机械能转化为液体的压力能。作为医用氧舱液压系统的核心结构，液压泵站配备有调压系统，在进行优化设计时可以考虑通过调压系统的改进，为开关门提供相应的动力。
2、执行单元
执行单元的主要设备是液压缸，它直接与泵站相连，在泵站供给压力后，将压力转化为往复直线运动的机械能，推动开关门运动。该医用氧舱执行单元的压力-动能转化效率约为80%。
3、控制单元
控制单元中包含的设备和元件较多，包括电液换向阀、溢流阀、行程开关等。通过各个控制元件之间的相互配合，能够实现对液压系统力度、方向、流量等参数的实施调节，从而更好的满足医用氧舱的使用要求。
除了上述几种常用的控制单元外，还有一些辅助的常规元件，例如过滤器等。在进行医用氧舱开关门优化设计时，可以根据这些元件、设备当前工作中存在的不足，进行针对性的改进。例如上文中提到的“压力-动能”转换效率较低，可以通过设计提高转换效率，既可以节省能耗，又可以提高氧舱液压开关门的操作灵活度。图1为医用氧舱快开门的结构示意图。
图1 某型号医用氧舱液压开关门结构图
图中：1为齿形法兰；2为卡箍组件；3为罐体法兰；4为安全连锁装置；5为开闭传动装置。
二、舱门优化设计的基本原理
在医用氧舱开关门改进之前，其操作原理为：（1）关闭舱门时，操作人员先启动手动液压泵，此时泵内液压油在压力推动下先后进入到3个液压缸内，液压缸活塞向外运动。带动连接在活塞上的卡箍，将舱门推送到制定位置后，卡箍卡住舱门，完成舱门关闭。卡箍闭合后，液压泵自动停止工作，完成舱门关闭流程；（2）打开舱门时，将手动泵换向阀的手柄推到另一端，使得液压油沿反方向运动，过程与关闭舱门时相反。在整个开关门过程中，需要人为的控制液压泵，并且内部液压油的传到速率慢，因此每一次开关氧舱的舱门，都需要耗费较长时间，针对系统运作原理，提出了以下优化设计思路。
1、在液压传动器中加入限位开关
当操作人员需要关闭舱门时，首先启动1号电动液压泵，此时液压泵内部压力上升，推动液压油沿管路一次进入到手动换向阀、液压缸内。液压缸活塞推动卡箍将舱门推送到指定位置。到达指定位置后，舱门触碰限位开关，此时限位开关闭合并切断液压泵控制电源，液压泵自动停止工作，舱门紧锁。打开舱门时，启动2号电动液压泵，此时泵内液压油在电磁换向阀的引导下，进入到液压缸内。此时液压缸推动活塞反向做开门运动，在推力下是舱门和卡箍分离，将舱门推送到指定位置后触碰限位开关，此时限位开关闭合并切断液压泵控制电源，舱门静止且成开门状态。整个开关门过程中，操作人员只需要控制电动液压泵的按钮开关，即可完成氧舱门的开关。同时，由于采用电动液压泵站，提供的动力更强。配合限位开关，保证了舱门在快开快闭的同时，不会产生强力撞击。
2、主控线路的优化设计
液压开关门的主动电路包括驱动电路、停止电路等，同时由于主控电路中包含了继电器、接触器等多种控制设备，因此在设计时也要充分考虑到这些设备之间是否相互影响，以保证优化设计后医用氧舱原有控制功能不受影响。优化后的原理图如图2所示。
图2 液压系统电器工作原理图
当按下命令按钮开门信号后，KM1得电。由于KM1得电后电磁换向阀得电，电磁换向阀的Y1位工作，液压缸的有杆腔进油，活塞杆缩回，带动卡箍将门打开。当活塞杆到达位置传感器开限位后，使得KM1断电，整个电路断电，液压泵停止工作，进行卸荷。当按下命令按钮关门信号后，KM2得电。由于KM2得电后电磁换向阀得电，电磁换向阀的Y2位工作，液压缸的无杆腔进油，活塞杆伸出，带动卡箍将门锁紧。当活塞杆到达位置传感器关限位后，使得KM2断电，整个电路断电，液压泵停止工作，进行卸荷。在整个开关门的过程中，KM1和KM2形成互锁电路，使得在开门过程中不能直接进行关门操作，在关门过程中不能进行开门操作。这样既保护了电动液压泵，也防止了在开关门中的误操作。在开关门过程中，可以随时按下停止按钮，只有按下停止按钮后，才可以进行另外一种操作。
结语
医用氧舱作为现阶段医学领域广泛应用的临床设备之一，如何提高其使用的方便性越来越受到医护人员的关注。现阶段多数医用氧舱采用的是液压齿啮式开关门，操作上费时费力。本文基于该氧舱内部结构特点，分别从多个角度提出了优化设计的构想，并且通过临床设计制造，将改进后的医用氧舱投入试验，临床使用表明性能得到改善。今后，将根据医用氧舱使用过程中存在的不足，继续进行优化设计，确保该医疗器械更好的发挥临床作用。
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论文作者:刘尚杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
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