宮霞霞,張宇琦,張融瑞,戢 敏
(成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,成都 610106)
隨著醫(yī)療水平的提高,護(hù)理機(jī)械化不斷得到發(fā)展。護(hù)理床是醫(yī)療護(hù)理過(guò)程中重要的護(hù)理工具,能夠有效減輕工作人員的工作強(qiáng)度并減少患者并發(fā)癥的發(fā)生,同時(shí)可提高病情的恢復(fù)速度。對(duì)于大面積燒傷尤其是環(huán)形燒傷患者,燒傷創(chuàng)面需要充分暴露,保證創(chuàng)面干燥,便于快速結(jié)痂,更不能長(zhǎng)時(shí)間受壓,避免發(fā)生褥瘡。為保證植皮術(shù)后皮片的存活,護(hù)理人員需要及時(shí)觀察創(chuàng)面并進(jìn)行創(chuàng)面清創(chuàng)換藥,以盡量減輕患者痛苦[1]。且燒傷術(shù)后易出現(xiàn)患者俯臥位限動(dòng),翻身時(shí)包扎松散、敷料移位、皮瓣失去包扎作用,傷口易受牽拉裂開等問題[2]。在護(hù)理過(guò)程中,為防止燒傷患者出現(xiàn)壓瘡,避免創(chuàng)面滲出液和分泌物滋生細(xì)菌,同時(shí)保證患者可以經(jīng)常變換臥姿,要求每2 h翻身1次。利用翻身床對(duì)壓瘡患者進(jìn)行圍手術(shù)期護(hù)理,可做到一次手術(shù)同時(shí)修復(fù)多個(gè)壓瘡[3]。李武全[4]設(shè)計(jì)了一種燒傷患者用護(hù)理床,通過(guò)可動(dòng)床板使患者身體相應(yīng)燒傷部位暴露,并對(duì)其創(chuàng)面以及貼合床板創(chuàng)面進(jìn)行干燥的同時(shí)對(duì)干燥氣流進(jìn)行溫濕度等控制;鄭娟[5]設(shè)計(jì)了一種燒傷患者專用床,利用網(wǎng)狀床板實(shí)現(xiàn)燒傷部位暴露以便于傷口護(hù)理;李秋蓉[6]設(shè)計(jì)了一種護(hù)理燒傷患者的醫(yī)用顆粒懸浮床,通過(guò)采用硅復(fù)合材料顆粒使得病體受力減少以接近暴露狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)傷口護(hù)理。以上設(shè)計(jì)以局部處理創(chuàng)面為目的避免了發(fā)生褥瘡,但是對(duì)于術(shù)后護(hù)理方便性、利于患者恢復(fù)的體位要求以及舒適度等方面未作考慮。而目前醫(yī)院使用的翻身床(如圖1所示)通過(guò)多人手動(dòng)將床板通過(guò)螺紋連接壓緊患者并進(jìn)行翻身,并且翻身后需要取下翻轉(zhuǎn)至上方的床板放置病房外過(guò)道處[7]。該翻身床護(hù)理人數(shù)多、翻身復(fù)雜、患者體感差、家屬護(hù)理便利性差,并且在使用過(guò)程中會(huì)造成一定的安全隱患。因此,本文設(shè)計(jì)了一種成本低、功能齊全、操作簡(jiǎn)單的翻身床以減少護(hù)理人員數(shù)量、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻身,同時(shí)床板通過(guò)結(jié)構(gòu)集成減少了空間占用。
圖1 現(xiàn)有醫(yī)用翻身床
自動(dòng)翻身床用于實(shí)現(xiàn)平臥患者的俯仰體位變換,變換過(guò)程與傳統(tǒng)翻身床一致,通過(guò)上下兩床板將患者夾緊并由翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。自動(dòng)翻身床由床架、床板、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成,如圖2、3所示。床架作為床體主要支撐部件采用框架式,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低。床板部分是患者翻轉(zhuǎn)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),由4塊半床板與導(dǎo)軌滑塊連接構(gòu)成,兩兩半床板通過(guò)螺桿連接構(gòu)成完整床板;兩床板處于上下平行位置,通過(guò)與其連接的滑塊沿自鎖導(dǎo)軌豎直方向滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下兩床板之間的距離調(diào)節(jié),并通過(guò)鎖緊螺母固定,以適應(yīng)不同體型的患者夾緊要求。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要為床板傳遞翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),為保證翻轉(zhuǎn)過(guò)程中兩床板保持平行,采用H型支撐架固定自鎖導(dǎo)軌。由于翻轉(zhuǎn)過(guò)程中速度緩慢,采用低速電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,并經(jīng)過(guò)鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。支撐結(jié)構(gòu)主要用于支撐翻轉(zhuǎn)至下方的床板,為保證床板支撐剛度以及左右兩半床板連接可靠,于床板兩端設(shè)置對(duì)稱支撐桿。傳動(dòng)系統(tǒng)主要有2條傳動(dòng)路線,分別由翻轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和支撐電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),采用齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和支撐動(dòng)力的傳遞。
圖2 自動(dòng)翻身床結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 自動(dòng)翻身床二維結(jié)構(gòu)圖
床架采用框架結(jié)構(gòu),為保證翻身床的穩(wěn)定性,采用不銹鋼管材焊接而成。于床頭、床尾分別焊接不銹鋼翻轉(zhuǎn)支撐架,床體上方設(shè)置可翻轉(zhuǎn)床板,下方設(shè)置床板支撐結(jié)構(gòu),左右兩側(cè)利用翻身床上方的2塊半床板待機(jī)時(shí)處于懸垂?fàn)顟B(tài)作為床護(hù)欄。
床板材料為高硬高密度海綿,外層采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯(polyurethane,PU)皮革縫合,以使床板不至于過(guò)硬或過(guò)軟,利于患者術(shù)后恢復(fù)。為減少上方床板空間占用并保證床板支撐強(qiáng)度,兩半床板翻至水平位置通過(guò)螺桿連接構(gòu)成完整床板,半床板兩端凸軸與鎖緊滑軌滑塊連接,可實(shí)現(xiàn)床板豎直方向位置調(diào)節(jié),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)床板間距可調(diào)并鎖緊,導(dǎo)軌與H型支撐架焊接連接。床板結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由翻轉(zhuǎn)支撐盤和H型支撐架構(gòu)成,如圖5所示。為實(shí)現(xiàn)夾緊的上下床板同時(shí)翻轉(zhuǎn),床板通過(guò)與H型支撐架焊接的自鎖導(dǎo)軌上的鎖緊螺母鎖緊固定。翻轉(zhuǎn)支撐盤與翻轉(zhuǎn)盤通過(guò)軸承連接并與翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸經(jīng)過(guò)鍵連接實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞,翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。
圖4 床板結(jié)構(gòu)圖
圖5 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
支撐結(jié)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu),通過(guò)滑塊移動(dòng)帶動(dòng)曲柄擺動(dòng)到支撐位置進(jìn)行支撐。為避免曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中死點(diǎn)的影響,應(yīng)避免使用對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。2個(gè)支撐桿于床板底部對(duì)稱布置,用于保證上下床板的支撐強(qiáng)度。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示。半床板寬度為300 mm,長(zhǎng)度為2 000 mm,上下兩床板之間的距離范圍為 300~900 mm,支撐轉(zhuǎn)動(dòng)桿桿長(zhǎng)為500 mm,曲柄長(zhǎng)為150 mm,連桿長(zhǎng)為1 000 mm,為保證上下床板位于極限位置時(shí)仍可進(jìn)行翻轉(zhuǎn)而不受支撐桿支撐位置限制,則轉(zhuǎn)動(dòng)桿的擺角為36.87°,滑塊所在軸的轉(zhuǎn)速為910 r/min。圖6中虛線為四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)極限位置,滑塊由絲杠傳動(dòng)向左運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)連桿連接曲柄,從而使曲柄和支撐桿繞固定鉸支座旋轉(zhuǎn)至床板底部支撐位置,完成對(duì)床體旋轉(zhuǎn)時(shí)的避讓以及旋轉(zhuǎn)后的支撐作用。
圖6 支撐結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
翻身床的主要功能為實(shí)現(xiàn)床板的360°翻轉(zhuǎn)和保證床板支撐強(qiáng)度的平桿支撐。根據(jù)功能位置需求,翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)位于床體兩側(cè)而床板支撐桿位于床板下方,兩執(zhí)行機(jī)構(gòu)相距較遠(yuǎn),因此選用2個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)過(guò)程如圖7所示,其中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過(guò)程如圖7(a)所示,翻轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)固定于翻轉(zhuǎn)支架的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。支撐過(guò)程如圖7(b)所示,支撐電動(dòng)機(jī)通過(guò)螺桿驅(qū)動(dòng)四桿滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),滑塊作為主動(dòng)件帶動(dòng)曲柄擺動(dòng)至相應(yīng)的角度實(shí)現(xiàn)曲柄所連接支撐桿對(duì)床板的支撐,同時(shí)考慮支撐平衡,通過(guò)鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)床體對(duì)稱結(jié)構(gòu)的支撐桿擺動(dòng)支撐。
圖7 傳動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)圖
自動(dòng)翻身床的尺寸為長(zhǎng)2 400 mm、寬750 mm、高610 mm,床板翻身的范圍為0~360°。對(duì)于支撐電動(dòng)機(jī),進(jìn)給時(shí)間t取 30 s,曲柄長(zhǎng)l為620 mm,曲柄擺角范圍θ取0~90°,支撐患者體質(zhì)量范圍為0~150 kg,床體等附加質(zhì)量F取2 000 N,則曲柄角速度ω=π/(2×30)=0.052 rad/s,轉(zhuǎn)臂速度V=ωl=0.052×620/1 000=0.032 m/s,轉(zhuǎn)臂傳遞的功率P=FV=2 000×0.032/1000=0.064kW,電動(dòng)機(jī)的許用功率P許=P/(η螺桿×η軸承×η聯(lián)軸器×η滾子)=0.064/(0.3×0.98×0.992×0.992)=0.227 kW(η螺桿為螺桿傳動(dòng)效率,η軸承為軸承傳動(dòng)效率,η聯(lián)軸器為聯(lián)軸器傳動(dòng)效率,η滾子為滾子傳動(dòng)效率),電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率P2=P許×1.2=0.227×1.2=0.272 kW,故選用額定功率為0.3 kW的單相電容式減速電動(dòng)機(jī)。
對(duì)于翻轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)L為300 mm,設(shè)定翻身時(shí)間t為30 s,極限角度θ取360°,則轉(zhuǎn)臂角速度ω=2π/30=0.209 rad/s,轉(zhuǎn)臂線速度V=ωL=0.209×300/1 000=0.063 m/s,負(fù)載F=2 000 N,則電動(dòng)機(jī)的功率為P=FV=2 000×0.063/1 000=0.126 kW,從電動(dòng)機(jī)到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸送鏈輪間的總效率為η3分別為聯(lián)軸器、軸承、鏈輪傳動(dòng)的傳遞效率)。查表得 η1=0.99,η2=0.98,η3=0.97,則 ηΣ=0.992×0.984×0.972=0.851,所以電動(dòng)機(jī)所需工作功率為Pd=P/ηΣ=0.126/0.851=0.148 kW。結(jié)合實(shí)際,選擇YTC齒輪減速電動(dòng)機(jī)[8],轉(zhuǎn)速為 48 r/min。
在自動(dòng)翻身床工作過(guò)程中,依據(jù)患者體型調(diào)節(jié)兩床板之間距離(以可以將患者夾緊的距離為宜),并用鎖緊螺母鎖緊滑塊。同一患者夾緊尺寸固定,可以避免每次翻身進(jìn)行床板高度調(diào)節(jié),減少護(hù)理工作量。以上操作亦可以在第一次翻身護(hù)理的過(guò)程中完成。翻身時(shí),將上方兩半床板翻轉(zhuǎn)至患者上方并通過(guò)螺桿連接,實(shí)現(xiàn)兩床板夾緊。啟動(dòng)電源,翻轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)360°旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)上下床板翻轉(zhuǎn),同時(shí)支撐電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)支撐螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)支撐桿擺動(dòng)支撐下床板,待床板翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)將上方床板連接螺桿打開,兩半床板外翻可作為護(hù)欄懸垂于床兩側(cè),至此完成翻身。
從護(hù)理人員數(shù)量、翻身時(shí)間、舒適度、空間占用以及家屬護(hù)理可行性幾個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)翻身床和自動(dòng)翻床進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見表1。
表1 自動(dòng)翻身床與傳統(tǒng)翻身床對(duì)比結(jié)果
自動(dòng)翻身床在原有護(hù)理床的基礎(chǔ)上,通過(guò)將床板拆分集成減少空間占用及護(hù)理人員數(shù)量。其具有如下優(yōu)勢(shì):(1)傳統(tǒng)翻身床需要至少2名護(hù)理人員參與患者翻身,而傳統(tǒng)床板質(zhì)硬且重,搬運(yùn)困難,且根據(jù)病情需要每2 h進(jìn)行一次翻身,增加了護(hù)理人員的工作難度。自動(dòng)翻身床的床板以半床板的形式懸掛于床體兩側(cè),翻身時(shí)只需要一個(gè)護(hù)理人員即可完成。(2)傳統(tǒng)翻身床為了保持平臥患者上方空氣流通及留有足夠空間,其上方床板需取下。為方便頻繁翻身需求,護(hù)理過(guò)程中取下的床板通常放置于病房臨近的安全通道,存在嚴(yán)重安全隱患。自動(dòng)翻身床的床板集成于床體,翻身之后上方床板作為護(hù)欄懸于床體兩側(cè),減少了空間占用,節(jié)省了搬運(yùn)時(shí)間,降低了安裝的難度。(3)傳統(tǒng)翻身床翻身過(guò)程繁雜,全部由人工完成,耗費(fèi)時(shí)間。自動(dòng)翻身床的翻身操作簡(jiǎn)單、輕便,減少了護(hù)理時(shí)間。(4)對(duì)于患者及其家屬,傳統(tǒng)翻身床翻身過(guò)程操作流程多、程序繁雜,影響患者舒適度,對(duì)家屬亦造成陪護(hù)困擾。自動(dòng)翻身床的翻身過(guò)程簡(jiǎn)單,在護(hù)理后期可以由家屬完成翻身,適用性比較好。
本文設(shè)計(jì)的醫(yī)用自動(dòng)翻身床利用簡(jiǎn)單的機(jī)械原理滿足對(duì)患者的夾緊、翻轉(zhuǎn)要求,從而實(shí)現(xiàn)大面積燒傷患者為保證創(chuàng)面愈合并防止壓瘡的產(chǎn)生所需的不斷翻身。同時(shí)避免了目前醫(yī)院使用的翻身床翻身困難、護(hù)理困難、占用公共空間的弊端,降低了護(hù)理人員的工作難度,提高了自動(dòng)化程度,利于患者術(shù)后恢復(fù)。但該設(shè)計(jì)仍處于半自動(dòng)化狀態(tài),存在改進(jìn)空間,床板的鎖緊、高度調(diào)節(jié)皆需手動(dòng)完成,且翻轉(zhuǎn)角度只限于水平360°翻轉(zhuǎn),使用局限性較大。下一步將通過(guò)增加驅(qū)動(dòng),改進(jìn)鎖緊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)翻身床的完全自動(dòng)化。