弹簧平衡器在悬吊式X线机中的应用

王云平，芮文庭，吴 蔚

(1上海西门子医疗器械有限公司，上海201318;2上海大学，上海200436)

弹簧平衡器在悬吊式X线机中的应用

王云平1，芮文庭1，吴 蔚2

(1上海西门子医疗器械有限公司，上海201318;2上海大学，上海200436)

本文简要介绍了悬吊式X线机和弹簧平衡器的功能特点，主要介绍了弹簧平衡器在悬吊式X线机上的应用以及选用时需要着重考虑的因素。

悬吊式X线机;弹簧平衡器;医疗;应用

弹簧平衡器作为一款自主力平衡器件，它主要借助于高强度涡卷弹簧蓄积的能量，使弹性能量与所悬挂的外部部件的重力达到平衡，从而使悬挂部件在空中处于无重的悬浮状态，而且可以让所悬挂的部件在工作行程内自由升降，机械结构如图1所示。目前弹簧平衡器主要应用在装配生产线或固定工位工作的场合，它可以极大的降低操作工人的劳动强度，提高生产率，而且节省空间，无噪声污染，改善了生产环境，在流水线装配和生产过程中取得了越来越广泛的应用。

图1 弹簧平衡器结构示意图

而悬吊式X线机是目前医疗市场上广泛应用的一种医疗器械，配合病床和/或胸片架使用，主要用于胸片检查，也可以用于头颅、脊椎、骨盆、四肢等人体部位的拍摄检查，以及特殊体位如轮椅位、超低位、仰卧水平侧位等全方位、全体位的应用，可满足临床所有的常规诊断需求，实现全面应用，常用的系统配置如图2所示。

图2 悬吊式X线机系统配置图

悬吊式X线机采用先进的天轨悬吊臂设计，首先将纵向天轨安装在医院房间的顶部，X线机的滑车架及悬吊部件一并安装在横向导轨上，最后将整个部件总成吊装在纵向天轨上，如此滑车架就可以带动着悬吊部件，主要实现球管和束光器沿导轨做水平的纵向和横向两个方向的运动，而在垂直方向上通过几节伸缩套筒 (多为4节或5节)上下运动来实现竖直方向的调整，通过水平和垂直方向的运动，可以轻松实现曝光源 (球管和束光器)对病床或者胸片架的对中及影像距SID的调整，满足不同检查部位的需求。

在这种系统中，垂直方向上的运动一般为手动和电动都可以操作，伸缩行程大多要求在1．5～1．8m，而悬吊部件的重量一般在80～100kg。为了实现垂直运动，有的厂家会在滑车架上直接安装220V的交流电机，以实现重量支撑及运动传动，但这会带来一系列问题，包括安装、重量、尺寸、定位精度等，市面上较少采用。目前比较流行的方案是采用弹簧平衡器并配以24V直流电机，结构布置形式如图3所示。这套方案主要是借助于弹簧平衡器的力平衡原理来实现对悬吊部件的重力平衡，直流电机配以离合器实现驱动，这种方案比较容易实现手动和电动操作，结构紧凑，噪声小，而且定位精准，可靠度很高。

图3 悬吊式X线机结构示意图

弹簧平衡器的特点是内部装有一个圆锥形的卷绳筒，钢丝绳就缠绕在这个卷绳筒上，它与预装在内的卷簧同轴转动，这就使得绳索在整个拉伸范围内能够保持几乎恒定的回拉力，达到我们所需要的接近理想的力平衡状态，如图4是某一弹簧平衡器生产厂家做的力平衡性能曲线图。这一特点的好处是可使吊挂重物保持在其原有工作位置不变，尤其是在要求定位精确的工作场合，没有回拉力增加减小等不稳定现象，这不仅能提高工作的流畅度，更可确保长时间的安全无疲劳工作。

图4 弹簧平衡器力平衡性能曲线图

在产品设计时，选用合适的弹簧平衡器并将它应用在医疗器械上，必须要考虑以下几个因素:

(1)绳索的最大拉出长度。这个参数与系统的功能需求相关，须根据系统的工作要求来确定，钢丝的拉出长度要和悬吊部件的行程相匹配，但是需要考虑冗余量，从弹簧平衡器输出的前一段钢丝长度是需要额外考虑的。可根据不同厂商的产品参数表来进行选择。

(2)承载范围。选用弹簧平衡器时，还需要考虑它的可承载重量的范围。根据悬吊部件的重量选用合适的平衡器的型号。表1是某厂商的某个系列的不同型号的技术参数表。选用时，尽量将悬吊部件的重量选在承载范围的中间值附近，因为考虑到套筒中间的滚轮所带来的涨紧摩擦力以及线缆等外部附件的重量等因素的影响，在总装完成后需要根据实际情况进行微调。

表1 不同型号的技术参数表

(3)安全保护。根据医用电气设备 IEC 60601-1的安全通用要求，单悬挂装置必须要加装安全保护装置并满足一定的安全系数。在悬吊式X线机设备上，主要有两种形式:一种是弹簧平衡器单钢丝输出，通过过轮转换成双钢丝输出，中间增加棘轮等急停保护装置;另外一种就是弹簧平衡器本身就是双钢丝输出，一根主钢丝作正常运动，承载所有载荷，另外一根副钢丝不承载任何载荷，只伴随主钢丝一起运动，当主钢丝意外断裂时它承载所有载荷，起到安全保护的作用。两种保护装置相比较，后者的结构比较简单紧凑，不占用过多的空间，但受限于锥形绳筒上的双螺旋槽的加工及专利保护等原因，目前国内医疗器械生产厂商大多采用的是第一种保护形式。以上的保护形式只是针对输出钢丝进行的，但就平衡器本身而言，它内部自带保险装置，如果悬挂物超重等导致卷簧断裂，可立即锁止，避免悬吊部件坠落，伤及患者。

弹簧平衡器在悬吊式X线机上的完美应用，使得这类医疗器械的机械结构更加紧凑，工作轻松可靠，有效的降低了产品成本，推广普及了悬吊式X线机进入更多的医院、诊所和体检机构，在保障人们的身体健康等方面发挥更大更多的作用。

［1］产品说明书，弹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