Preview

Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация

Расширенный поиск
№ 1 (2015)

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

1-11 192
Аннотация
Среди многочисленных микророботов, применяемых в медицине, можно выделить обширный класс роботов, использующий перистальтический принцип движения. Идея этого принципа позаимствована у самой природы и проверена тысячелетиями эволюции. Множество животных, в частности разнообразные черви, используют его для передвижения как в почве, так и по поверхности. Кроме того, некоторые трубчатые органы животных, в том числе человека, такие как гортань, пищевод, кишечник, мочеточники и др., также работают по перистальтическому принципу: чередуя сужение и расширение, они способствуют продвижению внутри себя биологического материала. Таким образом, применение столь естественного для живых организмов принципа обеспечивает высокую эффективность медицинских микророботов с перистальтическим принципом движения.Было изучено большое количество подобных роботов. Многие из них могут применяться (и применяются) вне медицины, например, для ремонта трубопроводов и диагностики их повреждений, для спасения людей после землетрясений, для рытья туннелей и скважин, и т. п. Рассматриваются именно те изделия, которые либо уже применяются на живых организмах в тестовом режиме, либо могут быть использованы в медицине после доработки. Изучаются различные конструктивные реализации перистальтического принципа с использованием электро- и серводвигателей, магнитов, металлов с памятью формы и т. д. Наибольшего успеха в данных областях достигли ученые Японии, Китая, Италии, США. Имеются и перспективные отечественные разработки.Рассматриваются наиболее оригинальные и интересные с конструкционной точки зрения микророботы, некоторые из которых могут применяться в клинических условиях. Их использование не ограничивается хирургией (точнее - малоинвазивной хирургией), а включает фармакологическое лечение и разнообразные методы диагностики.Приводятся общие требования к медицинским роботам и ограничения на их применение, перечисляются способы их возможного использования. Особое внимание обращается на обеспечение безопасности пациента во время хирургических операций и лечения с использованием микророботов. Помимо аллергии на некоторые химические вещества, пациентам может угрожать ожоги и поражение током в случае электрического управления, невозможность извлечения робота в случае сбоя и другие опасности. Рассматриваются способы избежания подобных инцидентов.

ТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

12-25 777
Аннотация
В работе исследуется насос перистальтического принципа действия, в котором сжатие упругого рабочего органа осуществляется при помощи толкателей в одном и том же месте в поперечном направлении. Рассмотрено два возможных режима работы насоса, которые отличаются алгоритмом срабатывания толкателей. При работе насоса в одном режиме упругий рабочий орган насос сжимается толкателями так, что канал насоса в любой момент времени полностью сжат одним из толкателей и подача зависит от геометрических параметров насоса и частоты срабатывания толкателей. Другой режим отличается тем, что есть промежутки времени, когда упругий рабочий орган не сжат ни одним толкателем. В этом случае подача насоса зависит также и от перепада давления. Для первого режима работы насоса получено аналитическое решение, в то время как для другого режима применялось двухмерное численное моделирование при помощи универсального программного пакета для решения задач гидродинамики Star-CCM+, в котором уравнения количества движения и уравнение неразрывности решаются методом контрольного объема. Для проверки точности полученных решений была использована экспериментальная установка, в которой упругий рабочий орган представляет собой пластиковая трубку, а в качестве толкателей используются три стальные пластины, приводимые в движение при помощи электромагнитов. Сравнение результатов расчетов с полученными экспериментальными данными показало, что для первого режима работы насоса предложенное аналитическое решение имеет очень хорошее совпадение с экспериментальными данными при условии, что площадь поперечного сечения сжатой трубки определено с достаточной точностью. Для точного определения площади поперечного сечения трубки был использован программный пакет SolidWorks Simulation. В сравнении с точным решением, значение площади поперечного сечения трубки, рассчитанное приближенно, вносит погрешность 10 %. Сравнение результатов экспериментов с результатами численного двухмерного моделирование для второго режима работы насоса показало, что двухмерная численная модель описывает течение в насосе с точностью, достаточной для предварительных расчетов насоса.

МЕХАНИКА

26-36 154
Аннотация
Для разработки рационального варианта конструкции в среде конечно-элементного комплекса ANSYS 10.0 была создана параметрическая модель и проведен численный анализ напряженно-деформированного состояния шторки электротехнического прибора. В качестве исполнительных элементов конструкции используются консольные балки, деформируемые в условиях больших перемещений и ползучести. Снижение уровня напряжений до приемлемого уровня достигается путем применения прогрессирующего контакта балок с опорной поверхностью. В силу сложности поставленной проблемы, заключающейся в необходимости решения геометрически и физически нелинейной задачи с учетом контактного взаимодействия для численного анализа и расчета напряженно-деформированного состояния конструкции применен метод конечных элементов. В результате решения для улучшения конструкции можно использовать материал с более высокими релаксационными свойствами, минимизировать поперечный размер балки в пределах технологических возможностей, профилировать размеры балки по длине с целью снижения и более равномерного распределения деформаций, увеличить расстояние от заделки балки до упора, ограничить величину максимальных деформаций путем введения опорной контактной поверхности. В результате использования этих рекомендаций предложен вариант рациональной конструкции.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2412-592X (Online)