野战救护车手术台稳定液压系统及其自动控制

　　0　引言

　　普通救护车行驶时,车内救护手术台(设备)会随车运动,避免不了前后颠簸,左右摇摆(见图1a),既增加伤者的病痛,更无法在救护车内完成手术,争分夺秒地抢救患者生命。为了更满足救护需要,特别是战争中救护的需要,设计了GGM-1型野战救护车,车内手术台系统采用液压稳定器和单片机自动控制,用以控制手术台系统的纵向振动和横向振动,达到该系统双向稳定,始终保持水平的目的(见图1b),实现救护车行进时可以进行手术的特殊要求。

　　1　救护车手术台系统结构组成

　　野战救护车由大客车改造而成[1]。车体内设计了手术台系统,药品贮藏箱,手术器械柜,输氧装置,供电系统等结构。

　　手术台系统结构见图2。它主要由手术台1,双向稳定底座2,纵、横向稳定液压缸3、5,黏弹性阻尼器6,稳定器4等组成,其中手术台1与双向稳定底座2固联,双向稳定底座通过纵向稳定液压缸3、横向稳定液压缸5和黏弹性阻尼器6联结于车底板7上。纵向稳定液压缸3调节控制双向稳定底座(连带手术台)的纵向垂直运动或振动(图2上绕Z轴转动),横向稳定液压缸5调节控制双向稳定底座的横向垂直运动或振动(图2上绕X轴转动)。纵、横向稳定液压缸由稳定器4控制工作。

　　2　稳定器的工作原理

　　救护车行走时,由于颠簸,会使手术台系统发生纵、横向振动。为了保证手术台系统纵轴线方向角度不变(不绕Z轴转动),始终保持水平,可采用单自由度俯仰稳定器[2];为保证手术台系统横向方向角度不变(不绕X轴转动),也可采用原理相同的单自由度横向稳定器。由于两者结构与原理相同,下面仅介绍纵轴线单自由度俯仰稳定器。

　　手术台系统俯仰稳定系统控制方框图如图3所示[3]。当手术台轴线受车体影响,实际位置与给定位置之间产生偏差角Δθ时,装在手术台系统起落部分上的三自由度陀螺仪和角度传感器自动检测出偏差角并转换成相应电压U1,经电子放大器输出电流Δi,加到力矩马达控制绕组下,力矩马达输出一相应的力矩M。这一力矩用来控制液压放大器滑阀,在该力矩作用下液压放大器输出压力差Δp,Δp即液压缸两腔的压差。这样,在Δp作用下液压缸推动手术台系统转动直至与相等时为止。为改善系统的稳定性和提高系统稳态精度,本系统加入迅速校正信号,即由角速度传感器提供的角速度信号U2(见图3),在实际系统中是运用二自由度陀螺仪和旋转变压器来完成的[4,5]。

　　稳定器的液压系统原理如图4所示,本系统采用了双级针阀差动节流式恒流源液压放大器[6]。其第一级由2个排量完全相同的齿轮泵1和2供油,第二级也由排量完全相同的齿轮泵3和4供油,在前述力矩马达5的控制力矩M作用下带动控制杠杆6偏转(图中为顺时针偏转),位于杠杆两端的第一级针阀7和8分别向上和向下移动,节流口9减小,节流口10加大,结果p1增大,p2减小,直至由p1和p2所产生的反力矩(图为逆时针)与力矩马达的电磁力矩M平衡时为止。在p1和p2的作用下,柱塞11向下,柱塞12向上,其结果是推动第二级控制杠杆13向逆时针方向偏转。在其作用下,针阀14向下运动,针阀15向上运动,节流口16增大,节流口17减小,导致压力p4增加,p3减小。这样就形成液压放大器输出的压力差。在Δp作用下液压缸体向下运动,带动手术台系统调节端向下运动。反之,手术台系统调节端向上运动。