一种基于SOLIDWORKS Simulation带注射泵的家用多功能医疗箱的设计与关键部位有限元分析

田享忻 郭天源 那雯雯 刘镇烨 高福生 程彦麒

摘要：现有的医疗箱结构简单、功能过于单一，因此，设计了一种带注射泵的家用多功能医疗箱。作为一种帮助特殊人员解决随身点滴问题与检测使用者健康状况的工具，带注射泵的家用多功能医疗箱能让患者以更加舒适与方便的条件享受更优质的生活。该医疗箱可以收纳药物，提醒用户按时吃药、健康检测、磨切药物，提供便携药盒及输液泵，符合当代人的要求，促进了医疗事业的发展。

关键词：家用医疗箱;舒适性;多功能;随身点滴;优质生活

随着信息技术的蓬勃发展、市场经济的激烈竞争以及医学知识的全面普及，全球医疗产业欣欣向荣，整体形势一片大好，已达到一个新的高度。随着人们生活水平的提高和医疗保健知识的普及，人们的自我保健意识增强，一个功能齐全的家用医疗箱是家庭必备物资。当患者独自一人时，由于滴注器设计的限制，无法单独完成点滴换药和如厕等动作，尤其是行動不便的老年人和需要照看的幼童，需要一种使用更便捷的滴注器[1]。

1 设计理念概述

带注射泵的多功能家用医疗箱可以帮助使用者随身输液，满足日常生活需求。本设计在传统医疗箱的基础上增加了使用方便的输液系统、小药包、离线呼救系统、专业血糖血压血氧测量监控系统、切磨药器、电子说明屏以及提醒吃药系统，为人们便利的生活提供保障。

2 系统结构示意图及工作流程设计

2.1 系统结构示意图

系统结构如图1～2所示。

2.2 工作过程分析

带注射泵的多功能家用医疗箱主要由两部分组成：（1）注射泵主体;（2）医疗箱主体。

注射泵主体拥有动力运输功能（输液泵中央电机由可充电电池供能，为转子提供动力，转子转动将输液管中的药品压动，延输液方向运输）、输液控制功能（输液泵中央的电机为转速可调电机，使用者可调节输液速度）[2]、输液保温功能（安装输液管的轨道内装有加热电阻丝，可以将输液管内药液加热到接近人体温度，减小药液对人体的刺激）以及输液检测功能（设置在输液泵输液入口端，该传感器利用光电非接触式探测药液的动态，触发电路工作，当输液管内没有液体时，会产生电信号，电动机停止工作并触发警报，提醒使用者输液已完毕）。取下注射泵上盖，调整转子夹持宽度，将输液管安装在注射输液泵内，盖上上盖，启动注射泵[3]。

医疗箱拥有收纳装置（本产品和其他医疗箱一样具有较强的医药收纳功能）、提醒装置（本产品为避免病人忘记吃药，具有电子提醒吃药功能）、便携装置（本产品还配备便携式小药盒，方便病人外出时使用）、健康自测和显示装置（本产品配备血压血糖测量仪，方便病人查看自己的基本身体情况）、安全装置（本产品配备联网报警呼救系统，防止发生紧急情况时，病人难以及时联系附近的医院）以及磨药装置（本产品配备切磨药器，方便病人对药品进行基本处理）[4-5]。

2.3 输液管槽结构有限元分析

采用SOLIDWORKS Simulation软件，对输液泵放置输液管的输液管槽进行有限元分析，分析内容主要包括等效应力分析、等效应变分析以及总形变分析。

（1）输液管槽的等效应力分布如图3所示。由图3可知，应力的最大值为6.23 MPa，集中在输液管槽与泵体接触的部位，接触固定处的等效应力都小于材料钢（SUS304）的屈服极限205.00 MPa。因此，该床板结构符合强度要求。

（2）输液管槽的等效应变分布如图4所示。由图4可知，应变的最大值为4.329e-03 mm/mm，集中在输液管槽与泵体接触的部位。接触固定处的等效应变数值很小，能满足输液管槽与泵体对应变的要求。

（3）输液管槽的总形变分布如图5所示。由图5可知，最大整体变形达到了0.32 mm，变形集中在床板中部，与床板实际的变形趋势相符，变形量较小，符合床板的强度和刚度要求。

3 结语

此产品结构空间设计合理，将功能组件合理安排放置，能节约空间;功能丰富，将使用者可能遇到的问题的解决方案集中到家用医疗箱中，方便用户使用，能改善用户的使用体验;有大空间收纳药品，便携式药盒方便外出携带药品，磨切药装置方便药品服用;输液泵设计巧妙，结构简单、可靠性高，帮助使用者随身输液，操作简单，方便使用;在容易损坏输液管槽处进行了有限元分析，经过应力、应变、总形变全方面分析后，可得出此输液管槽设计合理。

由功能和有限元分析两个方面可知，此产品能解决当代家用医疗面临的问题，为产品的设计、开发提供新方向和方式，具有广阔的市场前景和巨大的现实意义。

[参考文献]

[1]王猛.老年人应急性家用医疗产品的设计研究[D].无锡：江南大学，2011.

[2]张要花，李彬，朱明贤.微量注射泵低速运行时的流速精准度研究[J].中国医疗器械信息，2021（12）：180-182.

[3]罗帆，汪诤，陶一铭.基于单片机的自动进样机系统[J].自动化与仪表，2021（8）：29-33，42.

[4]刘激扬，白清清，牛聪，等.新型应急救援便携组合式医疗箱装备的研制[J].武警医学，2016（4）：382-385.

[5]佚名.节省空间、简化设计的多功能功率输入模块方形模块包含多达六种功能，减少了部件数量并易于电磁兼容[J].今日电子，1999（4）：26.