可平移式老年转移床结构设计

    马依炜 朱丽 章张江 刘谋德 李兵 魏玉兰

    

    

    

    摘 要：我国已经步入人口老龄化阶段，而且老龄化的趋势正在不断加剧，基于现代化机械设计理论，研发了一款可平移式老年转移床，优化设计普通床的结构，实现更换床位和转移就医的技术要求。本文主要内容包括转移床的尺寸长度制定，转移床的主床体框架设计和升降转移床的结构设计，并详细介绍了该床在实际生活中的具体操作。

    关键词：转移;升降;结构设计

    1 绪论

    老年人处于年龄结构的顶端，身体素质和社会角色随着年龄增加而发生改变，家庭养老问题将会日益突出。人口学家和官员对中国持续增长的老年人口有着众多的担心。据估计，到2020年60岁以上的人口占总人口比重将上升到11.8%[1]。人口老龄化这一问题，给家庭和社会带来了一系列挑战。针对卧床老年人更换床位和移驾就医过程繁琐，容易对老年人造成二次伤害的现实存在的问题，我们对老年人的起居环境、方式和过程进行深入研究。运用机械设计的方式，设计一种可平移式老年护理转移床，其有利于提升老年人的生活品质。在国外，普通床虽然具有先进的技术，老年人的生活品质得到良好的保障和提高，但是昂贵的价格，普通家庭并不能适用，具有一定的局限性[2]。而我们的这类产品，与国外产品相比具有造价低的特点，更具竞争性。在国内，目前还没有一个体系能将老年人从床上安全转移到其他位置的设备[3]，所以设计并研发一款便于老年人更换床位和移驾就医的普通床迫在眉睫。

    2 转移床原理及结构设计

    2.1 转移床原理和整体设计

    可平移式转移床的基本原理：利用滚珠丝杠的螺母，随丝杠的转动角度，按照对应规格的导程转化成直线运动[4]，从而将床板在需要使用时平移转出，将床板放回主床架上时转进。根据国家标准规定和实际设计要求，并且考虑到转移功能的实现[5]，最终决定可平移式转移床的整体外形尺寸是：长×宽×高=2000mm×1500mm×50mm。

    2.2 转移床的组成

    该产品由两大部分组成，一个是主床体框架，另一个是主床体框架下的升降转移床。主床体框架的主要组成部分是床架、一根滚珠丝杠、两根起导向作用的光杠、一个减速电机、一个控制器、四个限位开关、一个小手轮和升降转移床等。升降转移床在不使用时纵向置于主床体框架下。

    2.3 主床体框架设计

    床架是可平移式老年转移床的重要组成部分。四根支撑柱支撑起整个床。床头侧边焊接一个限制升降转移床高度和前后的90°合页，合页的设置不仅是为了控制升降转移床升降的高度，也是为了避免升降转移床出现前后晃动的现象，提高在转移过程中转移床的稳定性和保障老年人的安全性。滚珠丝杠和两根光杠均布在床板下，滚珠丝杠的一端用BK固定端固定，另一端用BF支持段支持，两根光杠的两端均用BF支持端固定，两根光杠的导向作用是为了避免床板在转移过程中发生偏移。两根光杠上的导向滑块与滚珠丝杠的螺母座用带有两个凸块的工作台连接，两个凸块分别置于距工作台两端处（如图2），与之相对应的床板下有能镶嵌凸块的凹块，两组凹、凸块配合工作，带动床板移动。

    在每根光杠的两端支撑座前各设置一个限位开关。当滑块接触到限位开关，床板即刻停止工作。减速电机通过两个伞齿轮啮合将动力传动到滚珠丝杠，滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动，其具有传动的可逆性[6]，既可以将床板运出去，又可以通过电机反转将床板运回来。考虑到视觉美观和人身安全问题，将电机和各个按钮置于床尾。手轮边上配有小转动手柄，用手握住小转动手柄任意方向360°旋转带动手轮、机械工作。

    2.4 升降转移床结构设计

    升降转移床也是可平移式老年转移床的重要组成部分。它纵向置于床底（如图3），需要用时直接将升降转移床从床底拉出，通过液压升降装置进行升降[7]，脚踩上升，手捏手柄下降，并配有刹车万向轮。护工或者家属休息时，将拉杆竖起并把万向轮上的刹车片扣下，防止升降转移床移动。用于老年人转移时，床板移至升降转移床后，为了防止床板在推送过程中滑移，使用强力搭扣将床板固定。转移过程中遇到下坡，使用手刹控制车速，以免车速过快造成意外事故。

    3 升降转移板处于最高位置时的总体力学模型（如图4）

    4 具体操作

    首先，将升降转移床从床底拉出，拉起折叠的手柄。升降转移板在液压升降装置的控制下，匀速上升，抬升至与床同高（如图5）。打开控制器开关并调整电机速度，确保转移时床板运行平稳，打开急停旋钮，按下正向移动按钮，滚珠丝杠的螺母座与做导向作用的滑块工作，工作台带动床板移动。当发生断电、电机发生故障等特殊情况时，可通过手摇的方式使床板移动。

    其次，此时的升降转移板已经在液压升降控制下，升降至与床同高，主床板也在平稳运行中，两根光杠的滑块触碰到行程限位开关，床板的运行停止，床板从主床体上平移到升降转移板上。扣下强力搭扣，将主床板固定在升降转移床板上。

    最后，再次慢慢平稳地抬升升降转移板，使床板的凹块与主床体工作台上的凸快分离，即可推走升降转移床，老年人成功转移。

    将老年人移回主床体时，升降转移板在液压升降装置的控制下，匀速下降，下降至与主床体同高。转移板上的凹块与主床体工作台上的凸块镶嵌。按下反向移动按钮，床板运回。同样，两根光杠的滑块触碰到形成限位开关，床板停止运行，回到主床体上，关闭急停开关和电源。遇到停电等这类特殊情况，也不必担心，打开床一侧的手轮的手柄，反向摇动就可以将床板运回。

    5 结论

    本文通过对现有普通床的优缺点进行分析，抓住市场空白，对普通床进行了改造和创新，主要基于现代化结构理论，提出可平移式老年转移床结构设计的设计方案，介绍了该床的整体结构、工作原理、工作的合理性以及实际的具体操作。该平移床在国内不仅具有远大的市场前景，还具有前沿性和新颖性。

    参考文献：

    [1]刘倩倩.多功能护理床的结构设计与力学分析[D].中国地质大学（北京），2011.

    [2]Xi Pei Ma，Bing Feng Qian，Huan Huan Zhang，Song Jie Zhang.Research on Mechanical Structure of the Multi-Function Nursing Bed Robot[J].Advanced Materials Research，2014，3593.

    [3]張建云，陶卫军，吴卫兵，白慧芳，贾永祥.多功能护理床结构设计研究[J].机电工程，2015，32（09）：1186-119.

    [4]杨武旭，范元勋，刘明辉，董辉立.高载荷下滚珠丝杠的动力学特性分析[J].机械传动，2020，44（03）：131-136.

    [5]郎建志，孙硕伟，李欣泽，赵祥民.多功能护理床的结构设计[J].机电信息，2019（18）：132-133.

    [6]张冬，周守胜.国内滚珠丝杠和直线导轨应用现状及技术动向[J].门窗，2014（11）：469.

    [7]孙磊博.剪叉式液压升降平台结构优化[D].齐鲁工业大学，2015.

    基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201910347033）

    *通讯作者：魏玉兰（1980—），女，河北邢台人，博士，讲师，主要研究方向为机器人运动及振动控制、图像处理与模式识别。