Пути повышения надежности работы медицинской техники

Классификация элементов, деталей медицинских приборов и аппаратов по группам равнопрочности

Качество рабочих поверхностей деталей и их влияние на долговечность механических систем медицинской техники.

Большое влияние на эксплуатационный ресурс детали при выполнении различных механических передач оказывает поверхностный слой детали и его параметры.

Механизм разрушения деталей заключается в следующем: при взаимодействии микронеровностей сопряжений элементов (деталей) они испытывают знакопеременные нагрузки (напряжения сжатия-растяжения). В результате многократного взаимодействия в контактирующих микронеровностях накапливается внутренняя энергия (энергия разрушения). При дальнейшей работе сопряжения энергия разрушения увеличивается и может достигнуть предела прочности. При достижении предела прочности на поверхностях появляются микротрещины, а в дальнейшем сколы и отрывы микронеровностей. Такому механизму разрушения подвержены например резиновые уплотнители, детали подшипников качения, контактные группы.

Формирование детали по износу можно представить в виде следующей схемы:

С целью выбора оптимального технологического процесса восстановления детали медицинского прибора необходимо проанализировать поверхностный слой детали и дать оценку его с точки зрения влияния его на ресурс и выходные параметры прибора. Состояние поверхностного слоя детали определяет процессы, возникающие при взаимодействии с другими деталями и с окружающей средой. Основные параметры, которые характеризуют состояние поверхностного слоя детали, являются:

1. геометрия поверхностного слоя (включая микрогеометрию);

2. структура поверхностного слоя, как следствие пластических деформаций, температурного влияния окислительных процессов и т.д.

3. структура прилегающих к поверхности абсорбированных тонких слоев.

1 - абсорбированная пленка

2 - окисная пленка

3 - сильно деформированный слой

4 - деформированный слой

5 - структура основного материала детали

4. Напряженное состояние поверхностного слоя.

Возникающие напряжения в поверхностном слое при различных видах обработки детали (обработка резанием, шлифованием, пластическим деформированием, термическая и химическая обработка, нанесение различных гальванических покрытий и т.д.) образуют в поверхностном слое детали, а также в целом объеме напряжения растяжения и напряжения сжатия. Напряжения растяжения способствуют увеличению износа рабочей поверхности детали, а напряжения сжатия повышают износостойкость детали. При различных видах механической обработки деталей напряжения суммируются, и после всех видов обработки устанавливается общее значение напряжения с соответствующим знаком. Например, валик компрессора подвергается токарной обработке, шлифованию и термообработке (закалке) Растягивающие напряжения, возникающие при точении, суммируются с напряжениями, возникающими при шлифовании и термической обработке. Если после термической обработки напряжение больше предыдущего, то в итоге формируется напряжение сжатия. Формирование нужного напряжения в рабочих поверхностях восстановленных деталей является главной задачей технологии восстановления.

Условно каждый мед. аппарат можно разбить на отдельные части: механическая, электрическая, электронная.

В свою очередь устанавливается периодичность проведения тех. обслуживания, сервиса каждого аппарата. Время срока службы невосстанавливаемых элементов (резисторы, конденсаторы, лампы и др.) рассчитываются и сравниваются со статистическими данными других приборов, опубликованных в различных источниках. Период срока службы электрических систем частично берется по справочным данным, часть рассчитывается и разбивается по периодичности ТО. Ресурс элементов механических систем рассчитывается, определяется по справочным данным, а также разбивается по периодичности ТО.

Учитывая, что в мед. аппаратах может быть более 1000 деталей, можно однотипные детали объединять в группы. После представления мед. аппарата по группам равной долговечности выбираются лимитирующие элементы (детали) и разрабатываются технологии, повышающие их ресурс.

После анализа приборов по группам равнопрочности элементов выбираются детали имеющие наименьший ресурс, которые подвергаются всестороннему анализу и, используя известные технологии, назначается технологический процесс восстановления при условии, что стоимость восстановления детали или блока деталей до уровня новых по надежности должна быть меньше стоимости приобретения или изготовления этих деталей.

Периодичность срока службы невосстановимых элементов (R,С, лампы) определяется расчетными методами и сопоставляется со статистическими данными других аппаратов.

Период сред. службы электрической и механической систем частично по справочным данным и частично определяются и разбиваются по выбранной периодичности.

Система разработки технологии по повышению надежности, эксплуатационной надежности и качества базируется на:

1. анализ характера износа элементов электроники, электрических, механических частей, характер разрушения контактирующих поверхностей

2. для оптимизации технологии сервиса и ремонта каждый аппарат необходимо разложить на группы равнопрочности (равной долговечности) с выделением лимитирующих деталей.

3. разработка технологии методов повышения эксплуатационной долговечности начинается с лимитирующих деталей.

Ах – элементы электронной системы, элементы электрической системы, механической системы и др.

Условно каждый мед. аппарат можно разбить на отдельные части: механическая, электрическая, электронная.

В свою очередь устанавливается периодичность проведения тех. обслуживания, сервиса каждого аппарата. Время срока службы невосстанавливаемых элементов (резисторы, конденсаторы, лампы и др.) рассчитываются и сравниваются со статистическими данными других приборов, опубликованных в различных источниках. Период срока службы электрических систем частично берется по справочным данным, часть рассчитывается и разбивается по периодичности ТО. Ресурс элементов механических систем рассчитывается, определяется по справочным данным, а также разбивается по периодичности ТО.

Учитывая, что в мед. аппаратах может быть более 1000 деталей, можно однотипные детали объединять в группы. После представления мед. аппарата по группам равной долговечности выбираются лимитирующие элементы (детали) и разрабатываются технологии, повышающие их ресурс.

Прогнозирование ресурса деталей механической группы (детали подшипников качения, поверхности рентгеновских трубок, поверхности разных втулок и валов томографов, различных передач, в том числе цепных и ременных).

Детали механических систем медицинской техники выходят из строя из-за износа около 60-65%.

Для прогнозирования ресурса можно воспользоваться различными методиками расчета износа детали. В настоящее время существует несколько десятков методик прогнозирования ресурса детали различных отраслей. Для деталей медицинской техники наиболее приемлема методика расчета с точки зрения молекулярно-механической теорию.

Для аналитического расчета ресурса используются такие термины и понятия:

1. шероховатость поверхности R_а (R_z)

2. базовая длина l – длина профиля, по которой определяется шероховатость

3. волнистость поверхности совокупность неровности поверхностей, масштабы которых ограничиваются размерами средних высот Н=0-500мкм и шагом от 500 мкм до 50 мм

4. поверхность трения – рабочие поверхности деталей мед техники, которые подвергаются истиранию (на которых развиваются процессы трения) сопряженной поверхностью

5. поверхности контакта – поверхность границы раздела соприкасающихся твердых тел. Поверхность контакта ограниченная геометрическими поверхностями - А_а

А_r – площадь фактического контакта микронеровностей

А_с – контурная площадь – образовывается фактической площадью контакта и плюс площадь деформированной области контакта (включает контакт + деформированный объем)

6. фрикционный контакт – контакт твердых тел при наличии сил трения, вызываемых совместным действием касательных и нормальных к поверхности контакта внешних усилий.

7. фрикционная усталость – процесс накопления дефектов в поверхностных слоях контактируемых тел, происходящих в результате многократного образования и разрушения фрикционных связей при внешнем трении. Фрикционная усталость описывает механизм изнашивания.

8. фрикционная связь – кинематическая связь приложенная к телу на пятне фрикционного контакта, ограничивающая свободу его перемещения. Существует 5 видов фрикционных связей.

Мероприятия по увеличению работоспособности поверхностей трения медтехники:

· уменьшение шероховатости (увеличение площади контакта)

· увеличение прочности (подбор новых материалов)

· применение антифрикционных покрытий (медь + графит + свинец + молибден, золото + графит + свинец)

· нанесение фторопластовых лаков.