血液运输减振装置设计与试验研究

苏 琛，段德光，杨 猛，牛 福，崔向东，任旭东

血液运输减振装置设计与试验研究

苏 琛，段德光，杨 猛，牛 福，崔向东，任旭东

目的：研制一种适用于公路血液运输的减振装置。方法：利用不锈钢金属丝网块在负载作用下丝间滑移产生的干摩擦阻尼，大量吸收和耗散系统能量，实现减振的原理，采用在血架与血库底板之间加装4个全金属复合阻尼减振器，对血液存储架进行整体减振，并对安装该装置的车辆开展各种路况和车速条件下的行驶振动试验。结果：试验表明，血库底板传递到血架的振动衰减了27.8%～30.7%，振动信号传递函数幅值为0.3～0.8，达到了设计要求。结论：血液运输减振装置能明显降低血库底板的振动强度，有效保障了血液运输后的质量。

血液运输；金属丝网减振器；行驶振动试验

0 引言

通过公路运输血液，是战争、自然灾害、突发事件等医疗救援中血液运输保障的主要方式[1]。血液运输车辆在不同路面行驶时产生的振动会对运载的血液造成一定损伤[2-3]。国内公路路面条件差异较大，尤其在野战条件下路况更为复杂，因此公路运输后的血液质量备受关注。

目前，国内一些学者在血液运输后质量的影响方面已进行了一些研究。研究发现[4-8]：运输过程中影响袋装全血和悬浮红细胞的因素很多。其中，振动暴露时间和振动强度成为最主要的2个影响因素，直接影响血液的各项生理指标及保存时间。

因此，本文旨在设计一种适用于血液公路运输的减振装置，并通过各种路况和车速条件下的行驶振动试验进行检验。

1 血液减振装置的设计

1.1 减振原理

金属丝网减振器是采用不锈钢金属丝网块作为弹性元件的一种新型减振器，其主要工作原理是利用网块在负载作用下丝网间滑移所产生的干摩擦阻尼，大量吸收和耗散系统能量，以达到减振目的[9]。金属丝网减振器具有静位移大、阻尼比高、固有频率低等特点，特别是其耐高低温、防盐雾、防霉菌，环境适应能力强[10-11]，用于血库内血架减振时，可满足血库内部的低温、冲洗和消毒等环境条件要求。因此，本研究选用金属丝网减振器作为设计血液减振装置的最主要手段。

1.2 结构设计

本文设计的金属丝网减振器采用线性弹簧与金属丝网组合而成（如图1所示），通过在减振器上壳体的上、下部分填充金属丝网块，来起到减振和限位功能。当减振器受到外界激励而产生振动时，金属丝网发生形变，导致丝网块内的金属丝之间相互摩擦，从而起到阻尼的作用。

图1 全金属复合阻尼减振器结构图

血液在运输过程中所受到的振动，主要是由路面不平引起的运载车辆自身的振动，经血库底板、血架传递到所装载的血液。因此，本研究采取在运血车血架底板安装4个全金属复合阻尼减振器，以降低从血库底板传递到血架的振动，如图2所示。

图2 减振器安装图

2 行驶试验

2.1 试验设计

当血液运输处于振动环境中，在一定的振动时间内，振动强度直接影响血液运输后的质量。因此，选用能反映振动强度的加速度均方根值来计算减振效率。计算公式为：

式中：ψx为激励信号的加速度均方根值；ψy为响应信号的加速度均方根值。

试验时，分别在血库底板和血架上放置垂向加速度传感器。以血库底板传感器采集的振动信号作为激励信号，以血架传感器采集的振动信号作为响应信号。

对血液运输后质量影响较大的振动频率范围主要为低、中频段[12-13]，因此，试验分析频率范围为0～50 Hz。

为模拟血液运输时的状态，试验时，采用等质量的袋装生理盐水作为血液的模拟负载。试验道路包括沥青路、土路和起伏路。沥青路试验车速包括30 km/h和60 km/h，土路试验车速为30 km/h，起伏路试验车速为15 km/h。

2.2 试验结果分析

经试验，各试验路况下振动信号的加速度均方根值计算结果见表1。分析可知：随着路况变差，血库底板的振动强度增大；在同样路况下，随着试验车速的增加，血库底板的振动强度增大。通过在血架与血库底板间加装4个全金属复合阻尼减振器，可以起到较好的减振效果，使血库底板传递到血架的振动衰减27.8%～30.7%，如图3所示。

表1 各试验路况下振动加速度均方根值计算结果

图3 血库底板-血架的减振效率

在土路以车速30 km/h行驶时，血库底板和血架振动信号的功率谱密度如图4所示，血库底板在3、9和13 Hz的峰值得到明显抑制；血库底板到血架的振动信号传递函数幅值在0.3～0.8之间，如图5所示，减振效率达到了29.7%。

图4 土路30 km/h时血库底板和血架的功率谱密度

在起伏路以车速15 km/h行驶时，血库底板和血架振动信号的功率谱密度如图6所示，血库底板在2.5、8和11 Hz的峰值得到明显抑制；血库底板到血架的振动信号传递函数幅值在0.3～0.76之间，如图7所示，减振效率达到了28.4%。

3 结论

（1）对于改装后的运血车而言，通过在血架与血库底板间加装4个全金属复合阻尼减振器，起到了较好的减振效果，使血库底板传递到血架的振动衰减了27.8%～30.7%。

（2）从振动的功率谱密度可以看出，全金属复合阻尼减振器能明显降低血库底板的振动强度，有效抑制了中、低频段的振动峰值。

（3）从减振器的传递函数特性曲线可以看出，在0～50 Hz范围内，传递函数幅值总体小于1，有效降低了从血库底板传递到血架的振动幅值，避免了振动对血架所装载血液的影响。

图5 土路30 km/h时血库底板-血架的传递特性频谱

图7 起伏路15 km/h时血库底板-血架的传递特性频谱

图6 起伏路15 km/h时血库底板和血架的功率谱密度

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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

全军后勤科研计划项目（BWS11Z007，AWS13J004）

苏 琛（1982—），男，博士，助理研究员，主要从事机动卫生装备人-机-环境系统工程方面的研究工作，E-mail：wzssuchen@163.com。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（苏 琛，段德光，杨 猛，牛 福，崔向东，任旭东）

段德光，E-mail：duandeguang@sina.com