CN1251292A - 救护车用防振架 - Google Patents

Abstract

一种救护车用防振架,具有摆动自如地安装在地板上的下部框架和通过联杆机构而上下动作自如地安装在该下部框架上的上部框架,通过相斥磁极相面对的磁性弹簧来抑制上下振动,同时通过输入向前方的加速度来将前部一侧向上举。本发明在防振架悬架机构采用磁性弹簧和磁性缓冲器,用以抑制急刹车、急剧减速引起的患者不适感,可提供改善乘车舒适感的救护车用防振架。

Description

救护车用防振架

本发明涉及设于运送伤病员的救护车内、改善伤病员睡担架的乘车感觉的救护车用防振架。

救护车用防振架的防振机构大多使用油压、空气悬架，迄今为止已提出各种改善乘车感觉的方案。而且，还有人提出利用主动控制来改善乘车感觉的防振机构。

救护车的行驶有沿着车流行驶的正常行驶和紧急行驶时的特别行驶，在不同的行驶过程中，乘车的感觉是不同的。

为此，为了确认防振架对于乘车感觉带来的效果，选了日本车和进口车中有代表性的2种救护车进行实际行驶试验，对躺在救护车地板和担架上的人的腰部的前后、左右、上下方向的加速度进行测量和分析，结果是，在高频区域(10～20Hz)高频振动被有效地隔绝了，但尤其是对前后、上下方向的低频振动(0.1～10Hz)未得到有效控制，会因生物共振、特别是内脏共振引起病情恶化，或因车头下栽而引起血压变动(血液集中到头部的感觉)，或伤病员晕车或车体与防振架的悬架调节不相适应等。

本发明鉴于上述传统技术存在的问题，目的在于提供一种通过在防振架的悬架机构中利用磁性弹簧和磁性缓冲器来抑制急刹车、急剧减速时给患者带来的不适感、改善乘车感觉的救护车用防振架。

为了实现上述目的，本发明的技术方案1是一种救护车用防振架，其特点是，具有摆动自如地安装在地板上的下部框架和通过联杆机构而上下动作自如地安装在该下部框架上的上部框架，通过相斥磁极相面对的磁性弹簧来抑制上下振动，同时通过向前方的加速度输入将前部一侧向上举。

技术方案2的特点是，通过上述下部框架在瞬间旋转中心周围的重力单摆运动来抑制沿前后方向输入的加速度。

以下是对附图的简单说明。

图1是本发明实施形态1的救护车用防振架的示意侧视图。

图2是表示图1的防振架上载放睡有伤病员的担架时各部动作的示意侧视图。

图3是在图2的防振架上施加急刹车引起的加速度时的示意侧视图。

图4是表示正常行驶时和急剧减速时加速度在防振架行进方向的分量与重力加速度在防振架行进方向的分量的关系的模式图。

图5是表示图2的防振架的初始倾斜角度的示意侧视图。

图6的曲线图表示设在图1的防振架上的各种弹簧的弹力和变位之间的关系。

图7是表示图1的防振架在越过凸起物时上部框架的动作的示意侧视图。

图8的曲线图表示实际行驶时地板上的加速度对于前后方向振动的PSD(功率谱密度)和担架上的人腰部的加速度传递率。

图9的曲线图表示实际行驶时地板上的加速度对于上下方向振动的PSD和担架上的人腰部的加速度传递率。

图10是本发明实施形态2的救护车用防振架的分解立体图。

图11是正常行驶时图10的防振架的示意图，(a)是下部框架的侧视图，(b)是设在下部框架前部的螺旋弹簧的俯视图。

图12是急剧减速时图10的防振架的示意图，(a)是下部框架的侧视图，(b)是设在下部框架前部的螺旋弹簧的俯视图。

以下结合附图说明本发明的实施形态。

图1表示本发明实施形态1的救护车用防振架A，具有前后方向摆动自如地安装在地板上的一体结构的下部框架2a、2b、上下动作自如地安装在下部框架2a、2b上的上部框架4以及前后方向滑动自如地安装在上部框架4上的顶板6。

在各下部框架2a、2b各自的下侧面分别固定着铝等导体8a、8b，导体8a、8b通过杆12a、12b而摆动自如地安装在竖设于地板上的支承板10a、10b上。在各导体8a、8b的两侧，永久磁铁14a、14b隔开规定距离固定在地板上。

另外，上部框架4通过X联杆16a、16b以及菱形杆18a、18b而与下部框架2连接。

各X联杆16a、16b由一端与上部及下部框架4、2枢接的2根长杆20、22和一端与长杆20、22另一端枢接的2根短杆24、26构成，长杆20、22的中间部相互枢接，而短杆24、26的另一端与竖设在上部及下部框架4、2上的支承构件28、30枢接。

另外，各菱形杆18a、18b由2根一组枢接成大致“く”字形后前后对称设置的4根杆32、34、36、38构成，杆32、36的上端与上部框架4枢接，杆34、38的下端与下部框架2a、2b枢接。而且，在大致枢接成く字形杆32、34及杆36、38的枢接部挂着螺旋弹簧40，产生上部框架4的上推力。

在下部框架2a、2b的宽度方向中央部固定有永久磁铁42、44，相斥(相同)磁极面对永久磁铁42、44的永久磁铁46、48固定在上部框架4上，通过相互面对的永久磁铁42和46或444和48的相斥力产生上部框架4的上推力。另外，位于头部一侧的下部框架2a的一端通过减震器52及螺旋弹簧54而与竖设在地板上的支承构件50连接。

另外，顶板6通过滑块56a、56b而前后方向滑动自如地安装在上部框架4上，在顶板6的头部一侧及足部一侧的下侧面各固定两个凸出部58a、58b，另一方面，固定在上部框架4的上侧面的凸出部60设置在前述两个凸出部58a、58b的中间，在上部框架4的凸出部60与顶板6的凸出部58a、58b之间分别夹装螺旋弹簧62a、62b和橡胶缓冲器(未图示)，以将顶板保持在上部框架4的规定位置上。

在上述结构中，在上部及下部框架4、2和安装在顶板6上的构件中，永久磁铁42、44、45、48、减震器52、螺旋弹簧54等设在防振架A的宽度方向中央部，其他构件设在防振架A的两侧，但在图1中只示出了一侧。

以下说明上述结构的本发明救护车用防振架A的作用。

首先，如图2所示，设伤病员、担架、救护车用防振架A的重量分别为m₀、m₁、m₂，设在凸出部60和凸出部58a、58b之间的螺旋弹簧62a、62b的弹簧常数和橡胶缓冲器的衰减系数分别为k₁、k₂、C₁、C₂.另外，设用互相面对的两个永久磁铁42、46或44、48构成的磁性弹簧的弹簧常数为k₄，安装在下部框架2a上的螺旋弹簧54的弹簧常数为k₅，永久磁铁14a、14b和用导体8a、8b构成的磁性缓冲器衰减系数为C_3mg，安装在下部框架2a上的减震器52的衰减系数为C₄。

在本发明的救护车用防振架A上，为了抑制急刹车或越过凸起物时人员的纵倾振动和头足方向(前后方向)的加速度，防振机构将头部动作仅限制在向上方向，即，利用环绕下部框架2a、2b和地板之间的瞬间中心摆动的表观重力单摆运动以及与车辆行进方向相同的重量m₀+m₁的平移运动。这是在主动控制方式中，不是利用重力加速度来减轻急刹车时发生的约0.5G的加速度，而是如图3所示，利用急刹车时的加速度反作用，将重量m₀+m₁的重心位置向后方移动，使后侧的金属弹簧(k₃)和磁性弹簧(k₄)起作用，增大防振架A的倾斜角度θ。这时，如图4所示，急刹车时加速度在防振架行进方向的分量等于重力加速度在防振架行进方向的分量。其剩余部分用金属弹簧(k₁、k₂)和橡胶缓冲器(C₁、C₂)及磁性缓冲器(C₃)来衰减。

另外，如图5所示，利用金属弹簧(k₅)和减震器(C₄)形成防振架A的初始倾斜角θ₀。

更具体地说，载有伤病员的担架载放在防振架A上后，如图5所示，上部框架4由于螺旋弹簧54和减震器52的作用保持在初始倾斜角θ₀。这时，一旦由于急刹车施加譬如约0.5G的加速度，防振架A就会克服螺旋弹簧62a的弹力而以图2所示的点O为瞬间旋转中心向头部一侧(前方)摆动。接着，加速度的反作用、即螺旋弹簧62a的弹力使m₀(伤病员)+m₁(担架)的重心位置向后方移动，给足部一侧的菱形杆18b和磁性弹簧44、48施加大负荷，且如图3所示，上部框架4的倾斜角度θ增大。一旦倾斜角度θ增大，则如图4所示，急刹车引起的加速度的前方分量被重力加速度的后方分量衰减，同时重力加速度的后方分量无法减少的残余分量被螺旋弹簧62a、62b的弹力、橡胶缓冲器的衰减力以及永久磁铁14a、14b与导体8a、8b间的电磁感应形成的衰减力衰减。

接着，利用磁性弹簧的振动性来抑制上下振动。图6用与上下方向振动对应的防振机构的弹簧特性和加速度振幅0.3G的正弦波来表示励振时各频率上的弹簧响应振幅。磁性弹力和变位的关系用式(3)、(4)求出，金属弹簧和变位的关系在考虑到联杆结构引起的力的变换后求出。其与实测值之间的误差在5％以内。

如图6和图7所示，预先设计在平衡点P上的菱形杆一旦由于凸起物等引起的地板冲击而受到压缩，负的弹簧特性就使菱形杆进一步被压缩，将弹簧上防振架沿重力方向下压。然后，在下死点速度接近0时(与到达凸起物顶点附近时对应)，由于静态磁性弹簧和金属弹簧的合成弹簧的正特性，开始向上方回推。

另一方面，在振动状态下，针对菱形杆的负弹簧特性，如图6的点Q所示，动态的磁性弹簧作为正特性而起作用。菱形相和动态弹性弹簧的合成特性模拟地成为k＝0的状态，几乎没有共振点，降低传递率。

具体地说，振摆的频率为，

[数式1] $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{g}{l}}----\left(1\right)$

金属弹簧(k₅)的固有频率设定为高于f的值。由减震器(C₄)和磁性缓冲器(C₃)进行衰减，而磁性缓冲器的衰减系数近似地用下式表示，

[数式2]

           C_3mg＝pB²hAα/ρ         ……(2)

式中，p为磁通的个数，B为磁通密度，h为导体的厚度，A为磁通的面积，α为实验的修正系数，ρ为导体的电阻率。

另外，磁性弹簧的弹力为，

[数式3] $F=\frac{k_{\left(m\right)}}{z}+F_0----\left(3\right)$

以k_m、f₀为常数，选择与负荷重量间的平衡点位置上的磁铁间距离z，就可设定任意的弹簧常数。举一例子，磁铁与其冲程范围中的平衡点及最下端附近的磁性弹簧的力分别设定为：[数式4] $F_{r1}=\frac{4.27}{z}+224,F_{r2}=-\frac{7.31}{z}-24----\left(4\right)$ 磁性弹簧的固有频率在设负荷重量为m时，为[数式5] $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{(\mathrm{mg}-F_0)}^2}{m\·k_{\left(m\right)}}}----\left(5\right)$

在图6中，也示出了所用的磁性弹簧的静态弹簧常数和动态弹簧常数的实测值。

让体重分别为56公斤、72公斤、82公斤的3名受试人员乘坐悬架调节生硬的日本产A车和调节柔软的进口B车作实际行驶试验，以测量在后轮车轴上的地板(防振架支承部)及躺在担架上的人的腰部的前后、左右、上下方向的加速度。

另外，在能再现与地板加速度大的A车几乎相同的加速度的模拟车辆C车上，安装了本发明的磁性弹簧式防振架A后在柏油路上实际行驶，并进行加速度测量和感觉上的评价。

图8和图9分别表示实际行驶时地板上的加速度的PSD(Power SpectralDensity功率谱密度)和担架上人员腰部的前后方向及上下方向的加速度传递率。磁性弹簧式防振架A对前后方向的振动在2Ha、对上下方向的振动在3Ha附近具有共振频率，避开了地板各自的共振频率0.4Hz及2Hz。

关于图8的前后方向振动，可看到在0.3～1Hz及3Hz附近的低频区域内的性能改善效果，且在0.6～4Hz附近具有共振点的头足部共振不易产生。

这里，在设V为车速、L为轮轴距长度、路面形状分量为n次时，上下振动轮轴距的n次固有频率为，

[数式6] $f_{\mathrm{WB}}=n\×\frac{V}{L}---\left(6\right)$

从图9看，在与最高时速为80公里的车速对应的频率分量4～8Hz处与A车、B车比较，C车的内脏共振有所缓和。

另外，利用格里芬提出的SEAT值(Seat Effective AmplitudeTransmissibility座位有效振幅传递率)来评价地板面和人体腰部的振动能量，则传统车显示出145～155的值。而本发明则为135，将振动能量降低了10％左右。

用模拟车辆进行的感觉评价结果如下。

·急刹车时的头部下沉得到相当程度的缓和。

·车体的振动没有传递到担架上。

·受到冲击时，足部没有上跳，如粘住一般。

·性能优于传统产品。

·横摇也有改善。

图10表示本发明实施形态2的救护车用防振架A1，具有沿前后方向滑动自如且摆动自如地安装在地板上的下部框架72、上下动作自如地安装在下部框架72上的上部框架74。

下部框架72，通过设在其前部及后部的多个滑块76、…、76而前后方向滑动自如地安装在地板上，同时通过多根杆78、80而摆动自如地安装在滑块76、…、76上。杆78的下端与下部框架72枢接，其上端与竖设在滑块76上部的支承板82枢接。另一方面，杆80的上端与下部框架72枢接，其下端与竖设在滑块76上部的支承板84枢接。

另外，上部框架通过呈“y”字形联杆及“く”字形联杆而上下动作自如地与下部框架72连接。

“y”字形联杆分别由长杆86和短杆88构成，长杆86的与上部框架74枢接，其下端则与另一杆90的下端枢接，杆90的上端与固定在下部框架72上侧面的托架92枢接。另一方面，短杆88的上与长杆86的中间部枢接，其下端与下部框架72枢接。另外，位于下部框架72两侧的2根长杆86的下端及2根短杆88的分别用杆94、96与之连接，利用固定在杆94、96上的多个螺旋弹簧(未图示)产生上部框架74的上推力。

另一方面，“く”字形联杆由相互枢接的2根杆98、100构成，杆98的与上部框架74枢接，同时杆100的下端与下部框架72枢接。另外，杆98、100的枢接部和构成“y”字形的长杆86及短杆88的枢接部用杆102连接，“y”字形联杆与“く”字形联杆相互连接而使上部框架74上下动作。

在下部框架72的前部(头部一侧)及后部(足部一侧)开设有矩形开口104、106，固定在地板上的凸出部108及永久磁铁110、112分别穿过矩形开口104、106伸出。在凸出部108的前方及后方夹装有多个螺旋弹簧114、116，而在永久磁铁110、112的前方及后方，相斥(相同)磁极相面对的永久磁铁118、120在以规定距离隔开的状态下固定在下部框架72上，以衰减下部框架72的前后动作。

另外，在下部框架72的中央部，开设有左右二个矩形开口122、124，固定在地板上的永久磁铁126、128分别穿过矩形开口122、124而伸出。在永久磁铁126、128之间夹装着固定在下部框架72上的铝等导体130，利用电磁感应来衰减下部框架72的前后动作。

还有，在导体130的前方及后方的下部框架72上，安装着1个永久磁铁132和2个永久磁铁134、136，这些永久磁铁132、134、136与相斥(相同)磁极相面对的永久磁铁138、140、142隔着规定距离安装在上部框架74上，通过相面对的2个永久磁铁构成磁性弹簧来衰减上部框架74的上下动作。另外，永久磁铁134、136、140、142如图10所示，分别倾斜地安装在下部框架72及上部框架74上。

另外，在下部框架72的中央部两侧设有上端与下部框架72枢接、下端与地板枢接的减震器144。

不过，在图10的实施形态2的救护车用防振架A1上，载放伤病员的担架摆在上部框架74上。

以下结合图11和图12说明上述结构的防振架A1的作用。

当载放伤病员的担架摆放在防振架A1上时，如图11(a)所示，下部框架72被螺旋弹簧114、116、永久磁铁110、112、118、120、减震器144等保持在规定的位置。这时，一旦因急刹车而输入加速度，下部框架72就克服螺旋弹簧116的弹力或永久磁铁110、118的相斥力而环绕瞬间旋转中心向头部一侧(前方)摆动。

这时，杆78的上端及下端分别与滑块76及下部框架72枢接，而杆80则相反，其上端及下端与下部框架72及滑块76枢接，故下部框架72的头部一侧被上举，而足部一侧下降。结果，急刹车导致的加速度的前方分量被重力加速度的后方分量所衰减，而重力加速度的后方分量未能减少的残余分量则由螺旋弹簧114、116的弹力、永久磁铁110、118的相斥力、永久磁铁126、128和导体130间的电磁感应所形成的衰减力衰减。

另外，在图10的防振架A1上，不一定要设置连接“y”字形联杆和“く”字形联杆的杆102，而不设杆102时，“y”字形联杆和“く”字形联杆独立动作。在这种场合，一旦急刹车引起加速度输入，上部框架74的倾斜角度及重力加速度的后方分量就更大，可以有效地衰减急刹车引起的加速度的前方分量。

本发明具有上述结构，故具有以下效果。

采用本发明的技术方案1时，是通过相斥磁极相面对的磁性弹簧来抑制上下振动，同时通过急剧减速等引起的向前方的加速度输入来将前部一侧向上举，故加速度在防振架前进方向的分量比重力加速度在防振架前进方向的分量小，可以改善防振架的舒适感。

采用技术方案2时，由于通过下部框架环绕瞬间旋转中心的重力单摆运动来抑制沿前后方向输入的加速度，故可通过简单的结构改善乘车舒适感。

Claims (2)

1.一种救护车用防振架，其特征在于，具有摆动自如地安装在地板上的下部框架和通过联杆机构而上下动作自如地安装在该下部框架上的上部框架，通过相斥磁极相面对的磁性弹簧来抑制上下振动，同时通过输入向前方的加速度来将前部一侧向上举。

2.根据权利要求2所述的救护车用防振架，其特征在于，通过所述下部框架环绕瞬间旋转中心的重力单摆运动来抑制沿前后方向的输入加速度。

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