全封闭输送式配药装置的药液振荡动力学与气液输送仿真分析

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静脉输液作为治疗临床患者的主要手段,其药液配制一般由药剂师使用注射器或结合配药机器人完成。常见的注射器配药方式存在药品易污染、配制效率低、成本高等问题。因此,本文研发了一款面向静脉治疗药物配制的全封闭、无污染配药装置来代替注射器配药,并以全封闭输送式配药装置为研究对象,深入研究了配药装置的药液振荡方法和药液输送仿真。根据药液转移器配药的工作原理,规划了全封闭输送式配药装置的自动配药流程。将配药流程分解为可实现各个功能的执行动作,协调各执行动作顺序后拟定配药装置的运动循环图。结合执行动作的机构选型,确定了各功能模块结构方案,创新设计全封闭输送式配药装置。针对全封闭输送式配药装置中药液振荡动力学的问题,依据振荡密闭性与安全性原则提出了药液振荡运动方案,设计了药液振荡机构的结构。基于莫尔积分理论建立振荡机构中弹簧夹座的等效刚度模型,验证了刚度模型正确性并得到等效刚度。采用非线性动力学理论和碰振接触理论构建振荡机构动力学模型,并通过动力学仿真和数值仿真共同验证了动力学模型的正确性,确定了振荡机构的结构、运行参数的最优范围。为了解决全封闭输送式配药装置在药液输送过程中腔内压力与药液输送剂量不便测量的问题,建立了气液输送系统的压力和流量理论模型,并结合了流固耦合与气液两相流数值求解方法,提出了一种密闭气液两相流输送模型。基于CFD技术将复杂三维流体模型简化为2.5D模型,并通过仿真和实验验证了理论输送模型的正确性以及数值方法的可行性。优化了密闭气液两相流输送模型的管道参数、挤压方式等,优化后的模型提高了配药装置的工作效率。最后,研制了全封闭输送式多工位配药装置的实验样机,并进行了基本功能实验与多工位自动配药实验。实验结果验证了全封闭输送式配药装置的功能,所设计的实验样机具有良好的配药效果。
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