CN114986992A - 一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波焊接技术领域，尤其是一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，包括超声波换能器、模具刀头和超声波电箱，所述超声波换能器的输入端通过电缆与超声波电箱连接，超声波换能器的工作端通过螺丝与模具刀头连接，本发明既能切割输血管外壁，同时又能焊接输血管的废弃段。
Description
技术领域
本发明涉及超声波焊接技术领域，具体领域为一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头。
背景技术
医院ICU里病人大出血急救输血时，往往一袋血是不够的，而换一袋满血时，又不能像挂盐水打点滴时那样，从一袋里拔出来扎入到另一袋中。因为此时要求在有菌的环境中进行无菌操作，不得污染血液、环境、操作设备本身，还不能导致医疗废弃物的泄露。
于是，市场上出现了一种血袋接管机。血袋接管机里有两把带刃口的刀，刀内有加热陶瓷，先充分预热后，分别用来半切割临近空的和满的两根输血管，同时将切下来废弃的那一段输血管完全通过热量焊接住，防止医疗废弃物的泄露。为防止污染血液、环境和操作设备本身，带刃口的刀只切断输血管的外壁，而不会完全切断输血管，进而接触到输血管的内壁和血液，从而避免污染。靠的是行走机构的拉力来彻底拉断输血管。
由此带来三个问题：第一个是输血管被拉断后切口不齐，导致后续的焊接不牢，容易出现血液渗漏。第二个是废弃的输血管热焊接不牢，容易导致医疗废弃物的泄露，对环境不够友好。第三个是输血管在热刀的作用下发热，不可避免的带来微量胶皮管子分子颗粒进入血液污染血液，尽管微量符合标准，目前也未发现明显临床症状表现，但始终存在安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，包括超声波换能器、模具刀头和超声波电箱，所述超声波换能器的输入端通过电缆与超声波电箱连接，超声波换能器的工作端通过螺丝与模具刀头连接。
优选的，所述模具刀头的节点处设置有法兰，所述法兰上设置有安装孔，所述模具刀头通过安装孔固定在血袋接管机的行走机构上。
优选的，所述模具刀头上设置有开窗结构，模具刀头的前辐射面为刀面，刀面上靠近边沿部分设置有刀刃。
优选的，所述模具刀头有模具钢制成。
优选的，所述的模具钢为高速钢或者SKD11或者Cr12MoV。
优选的，所述模具刀头的刀面上除刀刃处其余部分密布有齿，所述齿设置为菱形、长方形、圆形或正方形中的一种或多种任意组合。
优选的，所述超声换能器的具体电性能参数为：谐振频率fr＝69-71kHz，谐振电容Ct＝1800-2200pf，谐振阻抗Zm≤10Ω，绝缘阻抗Z≥1000MΩ。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：超声切割和超声焊接输血管的效果较传统方式均获得显著提升、稳定可靠。既能切割输血管外壁，同时又能焊接输血管的废弃段。切口整齐，焊接牢靠，环境友好，不易渗漏污染。实现了在有菌的环境中进行无菌操作，不污染血液、环境、操作设备本身，还能避免医疗废弃物的泄露等功能。调研后预测市场前景较好，医疗设备器械检验取证周期较长，利润也较为丰厚。
附图说明
图1为血袋接管机的工作原理图。
图2为传统刀头的结构图。
图3为本发明超声波换能器及模具刀头的系统结构图。
图4为本发明超声波换能器的后盖板。
图5为本发明模具刀头前端局部放大图。
图6为本发明模具刀头前端局部放大图的仰视图。
图7为本发明刀面的第一种结构。
图8为本发明刀面的第二种结构。
图9为本发明刀面的第三种结构。
图10为本发明刀面的第四种结构。
图11为本发明模具刀头的有限元声学模拟仿真分析位移图。
图12为本发明超声波换能器及模具刀头的阻抗曲线分析图。
图中：1-刀头，2-空血袋，3-输血管，4-底板，5-刀刃，6-刀头，7-满血袋，8-输血管，9-底板，10-刀刃，11-安装孔，12-槽，13-加热陶瓷，14-超声波发生器电源，15-电缆，16-电极片，17-后盖板，18-压电元件，19-前盖板，20-连接螺丝，21-模具刀头，21a-模具刀头前端局部区域，22-法兰，23-安装孔，24-开窗，25-刀面，26-刀刃，27-一体式螺杆，28-套管，29-刀齿，29a-菱形齿，29b-长方形齿，29c-圆形齿，29d-正方形齿。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，包括超声波换能器、模具刀头和超声波电箱，所述超声波换能器的输入端通过电缆与超声波电箱连接，超声波换能器的工作端通过螺丝与模具刀头连接。
所述模具刀头的节点处设置有法兰，所述法兰上设置有安装孔，所述模具刀头通过安装孔固定在血袋接管机的行走机构上。
所述模具刀头上设置有开窗结构，模具刀头的前辐射面为刀面，刀面上靠近边沿部分设置有刀刃；所述模具刀头的刀面上除刀刃处其余部分密布有齿，所述齿设置为菱形、长方形、圆形或正方形中的一种或多种任意组合；所述模具刀头有模具钢制成；所述的模具钢为高速钢或者SKD11或者Cr12MoV，真空调质处理，洛氏硬度为HRC 45-50度，表面发黑处理，平磨无齿无刃口的那一个端面，平整度到1丝为佳。模具刀头的谐振频率设计为70kHz。
超声换能器包括螺杆一体式后盖板、电极片、压电元件、前盖板和连接螺杆。超声换能器的谐振频率也设计为70kHz。因为频率较高，体积较小，为避免螺杆滑牙，将螺杆和后盖板设计为一体式，材质为TC4钛合金或者40Cr。当40Cr时调质处理，洛氏硬度为HRC30-35度，表面发黑处理或者镀铬。为方便装配，后盖板无螺杆一端铣扁方和一字槽。电极片为铍青铜材质，压电元件为P8大功率发射型PZT材料。电极片和压电元件均为中间有孔的圆环结构。前盖板为TC4钛合金或者美铝材质，中间为盲孔，两端面研磨平整度到1丝为佳。电极片为两片，压电元件也为两片，两片压电元件的正极相对，负极对着前后金属盖板。后盖板依次穿过电极片、压电元件、电极片、压电元件拧入到前盖板中装配成超声换能器。超声换能器通过连接螺杆拧入到模具刀头。连接螺杆为40Cr材质，调质处理，洛氏硬度为HRC30-35度，表面发黑处理，所述超声换能器的具体电性能参数为：谐振频率fr＝69-71kHz，谐振电容Ct＝1800-2200pf，谐振阻抗Zm≤10Ω，绝缘阻抗Z≥1000MΩ。
通过本技术方案，具体工作时，超声电源发射超声波驱动超声换能器，经过模具刀头振幅放大后作用在输血管上。刀面上的刀刃半切割输血管的待接管段的外壁，刀面上的刀齿焊接输血管的废弃段，以防止医疗废弃物的泄露。因为超声刀的高频低振幅，使得切口比较整齐，后期拉断后不会再藕断丝连，最终结合为一段新管时不易出现血液渗漏。同时，超声焊接属于局部瞬间高温的冷焊接，不需要加热陶瓷，也不需要提前预热，接触输血管的瞬间发波即可焊接，可有效避免输血管受热污染血液进入人体内。
基于上述内容，本申请的实施内容如下：
图1所示为血袋接管机的工作原理图，刀头1将血袋2的输血管3挤压在底板4上，刀头1的刀刃5将输血管3的左面焊接住，输血管3的右面切割开外壁。刀头6将血袋7的输血管8挤压在底板9上，刀头6的刀刃10将输血管8的右面焊接住，输血管8的左面切割开外壁。行走机构将输血管3和输血管8拉断后，将输血管3的右段和输血管8的左段焊接起来，从而继续为病人输血。
图2为传统刀头1的结构图，包括刀刃5、安装孔11、槽12和加热陶瓷13。加热陶瓷13置入槽12内为刀头1加热。刀面除了刀刃5之外，其余为平面，完全靠热量焊接输血管3的废弃段。
图3为本发明的血袋接管机用超声波换能器及模具刀头的系统结构图。血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，包括超声波发生器14，超声波发生器14通过电缆15连接超声波换能器的电极片16。超声波换能器的后盖板17依次穿过电极片16、压电元件18拧入前盖板19，前盖板19通过连接螺丝20拧入模具刀头21。模具刀头21的节点处设置有法兰22，法兰22上设计有安装孔23。通过安装孔23固定在血袋接管机的行走机构上。模具刀头21上还设计为开窗结构24，该开窗结构24能有效避免横振提高纵振振幅，使模具刀头21的振动模态较为纯净。模具刀头21的前辐射面为刀面25，刀面25上靠近边沿部分设置有刀刃26。模具刀头21的前端局部待放大区域为21a。
模具刀头21的材料为模具钢，进一步的为高速钢或者SKD11或者Cr12MoV。真空调质处理，洛氏硬度为HRC 45-50度，表面发黑处理，平磨无齿无刃口的那一个端面，平整度到1丝为佳。模具刀头21的谐振频率设计为70kHz。
作为优选的技术方案，超声换能器的谐振频率也设计为70kHz。因为频率较高，体积较小，为避免螺杆滑牙，将螺杆和后盖板17设计为一体式，材质为TC4钛合金或者40Cr。当40Cr时调质处理，洛氏硬度为HRC30-35度，表面发黑处理或者镀铬。电极片16为铍青铜材质，压电元件18为P8大功率发射型PZT材料。电极片16和压电元件18均为中间有孔的圆环结构。前盖板19为TC4钛合金或者美铝材质，中间为盲孔，两端面研磨平整度到1丝为佳。电极片16为两片，压电元件18也为两片，两片压电元件18的正极相对，负极对着前后金属盖板19和17。超声换能器通过连接螺杆20拧入到模具刀头21。连接螺杆20为40Cr材质，调质处理，洛氏硬度为HRC30-35度，表面发黑处理。
本技术方案超声换能器的具体电性能参数为：谐振频率fr＝69-71kHz，谐振电容Ct＝1800-2200pf，谐振阻抗Zm≤10Ω，绝缘阻抗Z≥1000MΩ。
图4为本发明的超声波换能器的后盖板17，后盖板17上一体成型加工有螺杆27。一体式螺杆27上套有聚四氟乙烯套管28，起绝缘作用，可防止一体式螺杆27与压电元件18、电极片16打火短路。
图5为本发明的模具刀头前端局部21a放大图。此图能清楚看出模具刀头21设计有开窗结构24，模具刀头21的刀面25上靠近边沿部分设置有刀刃26，刀面25上其余部分密布齿29。
图6为本发明的模具刀头前端局部21a放大图的仰视图，此图能清楚看出开窗结构24，该开窗结构24能有效避免横振提高纵振振幅，使模具刀头21的振动模态较为纯净。
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图7为本发明的刀面25的第一种结构，模具刀头21的其余结构相同，在此不再赘述，模具刀头21的刀面25上靠近边沿部分设置有刀刃26，刀面25上其余部分密布菱形齿29a。
(实施方式2)
图8为本发明的刀面25的第二种结构，模具刀头21的刀面25上靠近边沿部分设置有刀刃26，刀面25上其余部分密布长方形齿29b。
(实施方式3)
图9为本发明的刀面25的第三种结构，模具刀头21的刀面25上靠近边沿部分设置有刀刃26，刀面25上其余部分密布圆形齿29c。
(实施方式4)
图10为本发明的刀面25的第四种结构，模具刀头21的刀面25上靠近边沿部分设置有刀刃26，刀面25上其余部分密布正方形齿29d。
图11为本发明模具刀头21的有限元声学模拟仿真分析位移图。由图中可知，仿真谐振频率为70.9kHz，模具刀头21的刀面25处振幅最大，法兰22接近节点处，振幅最小，是为了方便安装。由仿真图可知，法兰22变形较大，但如果将法兰22加厚的话，虽然能改善变形量，但会影响节点。尽管法兰22仿真变形较大，但实际是通过安装孔23固定在血袋接管机的行走机构上，能极大的减小实际工作时法兰22的变形量。经过拷机发现，可靠性、发热量等均满足医用设备要求。
图12为本发明血袋接管机用超声波换能器及模具刀头的阻抗曲线分析图。由图中可知，超声波换能器及模具刀头的实测谐振频率为70.7kHz，与仿真谐振频率为70.9kHz接近，阻抗较小，谐振电容Ct＝2000pf，满足设计要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：包括超声波换能器、模具刀头和超声波电箱，所述超声波换能器的输入端通过电缆与超声波电箱连接，超声波换能器的工作端通过螺丝与模具刀头连接。
2.根据权利要求1所述的一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：所述模具刀头的节点处设置有法兰，所述法兰上设置有安装孔，所述模具刀头通过安装孔固定在血袋接管机的行走机构上。
3.根据权利要求1所述的一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：所述模具刀头上设置有开窗结构，模具刀头的前辐射面为刀面，刀面上靠近边沿部分设置有刀刃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：所述模具刀头有模具钢制成。
5.根据权利要求4所述的一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：所述的模具钢为高速钢或者SKD11或者Cr12MoV。
6.根据权利要求3所述的一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：所述模具刀头的刀面上除刀刃处其余部分密布有齿，所述齿设置为菱形、长方形、圆形或正方形中的一种或多种任意组合。
7.根据权利要求1所述的一种血袋接管机用超声波换能器及模具刀头，其特征在于：所述超声换能器的具体电性能参数为：谐振频率fr＝69-71kHz，谐振电容Ct＝1800-2200pf，谐振阻抗Zm≤10Ω，绝缘阻抗Z≥1000MΩ。
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