Модернизация блока управления аппарата искусственной вентиляции легких "Спирон–201"

Введение
Аппарат искусственной вентиляциилегких «Спирон-201» предназначен для проведения искусственной вентиляции легкиху взрослых при реанимации и интенсивной терапии и эксплуатируется в условиях умеренногоклимата при температуре от + 10 Со до + 35 Со, относительнойвлажности до 80% при температуре +25 Со и атмосферном давлении от 87до 107 кПа (от 600 до 800 мм. рт. ст.), а в условиях тропического климата –в помещениях с кондиционированным воздухом. Аппарат предназначен для работы по нереверсивномудыхательному контуру. При использовании с наркозным аппаратом он может работатькак по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным. При использовании снаркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и пореверсивному дыхательным контурам, но только с взрывобезопасными анестетиками.
Аппарат обеспечивает следующиережимы работы:
– Режим вспомогательнойИВЛ (ВИВЛ);
– Режим управляемой ИВЛ(УВИЛ);
– Режим синхронизированнойпериодической принудительной ИВЛ (СППВ);
– Режим самостоятельнойвентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);
– Режим самостоятельнойИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД). Совместно с аппаратом возможно использованиеувлажнителя дыхательной смеси УДС – 60 и волюметра А – Н45084.
С помощью аппарата ИВЛ«Спирон – 201» вентиляцию легких можно производить в режимах:
- управляемойискусственной вентиляции легких (УИВЛ) – оператор управляет дыханием пациента,задавая параметры дыхания;
- вспомогательнойИВЛ – пациент дышит самостоятельно, аппарат включает ИВЛ лишь по истеченииопределенного промежутка времени;
- синхронизированнойпериодической принципиальной вентиляции – это комбинация всех режимовсамостоятельного дыхания и ВИВЛ;
- самостоятельногодыхания под постоянным положительным давлением – пациент дышит самостоятельно;
самостоятельного дыхания(или вентиляция вручную мешком).
1. Теоретическая часть 1.1 Обзор патентной и научно-технической литературы понадежности и постановка задачи
 
Целью данного обзораявляется сравнение аппаратов искусственной вентиляции легких, выпускаемыхразными фирмами за рубежом и в России. Был проведен обзор патентов на АИВЛ с1986 по 1996 годы.
В результате обзора,выяснилось, что основным недостатком как аналогов, так и АИВЛ «Спирон – 201»является низкая надежность, что недопустимо в аппаратах искусственнойвентиляции легких ввиду опасности для жизни пациента.
Некоторые фирмы,выпускающие аппараты искусственной вентиляции легких, стремились к повышениюнадежности, разными способами. Так, например в патенте SU 1641343 надежностьобеспечивается путем обеспечения постоянства заданных временных параметровискусственной вентиляции легких. Достигается за счет введения в аппаратдополнительного электромагнитного клапана и сигнализатора апноэ, введения вблок управления формирователя, реле времени, трех схем совпадений, R-S – триггера и схемыукорочения импульсов. Аппарат позволяет автоматически возобновлять ИВЛ привыходе из строя одного из электромагнитных клапанов.
В патенте SU 1192822 с цельюувеличения надежности вентиляции легких и повышения стабильности работыустройства, оно снабжено двумя пневмодросселями питания, дополнительнойподпружинной мембранной управления, образующей над- и подмембранную камеры, иперепускным клапаном, образующим две дополнительные проточные камеры, установленнымив переключающем механизме, при этом надмембранные камеры переключающегомеханизма связаны трубопроводами между собой и источником сжатого газа.
В патенте SU 1286202 с цельюповышения надежности конструкции, переключающий узел включен между штуцером питанияи элементом присоединения к пациенту и состоит из последовательно соединенныхвходного струйного и выходного струйного клапанов, а эжектор выдоха размещен навыходном струйном клапане и сообщен посредством соединительной трубки свыхолным струйным клапаном переключающего узла.
В патенте RU 2020919 повышениенадежности достигается за счет того, что в аппарат искусственной вентиляциилегких, содержащий генератор вдоха, соединенный с ним пневматически дыхательныйконтур и электромагнитные клапаны, объединенные в исполнительное устройство, иэлектронный блок управления введены по числу электромагнитных клапановформирователи управляющих импульсов, регулируемые стабилизаторы напряжения суправляемыми делителями и мостовые транзисторные схемы.
В SU 1209214 с цельюупрощения конструкции и повышения надежности, он снабжен реле, установленныммежду регулятором параметров дыхания и микропроцессорами вдоха и выдоха, собмоткой, включенной на выход регулятора, и с нормально замкнутыми и нормальноразомкнутыми контактами, связанными соответственно с микропроцессорами вдоха ивыдоха, при этом регулятор параметров дыхания включает электронный генераторпрямоугольных импульсов.
В патенте SU1075945 упрощениеконструкции аппарата и повышение его надежности достигается тем, чтоисполнительный механизм выполнен в виде соосно расположенных, противоположнонаправленных закругленными суженными концами конических сопел с узкой щельюмежду ними и заключенных в камеру, соединенную с редуктором, а на выходерасширенного конца одного из сопел установлен клапан, сообщенный пневматическойобратной связью с расширением другого сопла.
В патенте SU 1075945 повышениенадежности достигается тем, что в устройстве для искусственного дыхания,содержащем вводимую в рот сменную жесткую дыхательную трубку. Элемент фиксациидыхательной трубки во рту пациента в виде эллиптической шайбы с центральнымгерметичным вводом дыхательной трубки и узел герметизации носовых ходов, шайбаэлемента фиксации выполнена эластичной и снабжена краевым утолщением в видепневматической шины.
Итак, было предложенонесколько методов повышения надежности, но нигде в русских патентах непредлагалось повысить надежность электрических схем, а точнее микроконтроллера,в элементах которого заложена программа управления аппаратом.
Были случаи, когда выходыиз строя микроконтроллеров приводили пациент к смерти.
Предлагается повыситьнадежность микроконтроллера, а с ним и всего блока управления, заменивотечественные микросхемы на их зарубежные аналоги, а также путем экранированияблока печатных плат от внешних помех (электромагнитных излучений).
Известны аппаратыискусственного дыхания, содержащие механизм вдоха и выдоха, электродвигатель,редуктор, схему управления скоростью электродвигателя, механизм преобразованиявращательного движения электродвигателя в возвратно – поступательное движениемеха и устройства плавного регулирования частоты и дыхательного объема.
Однако в указанныхаппаратах значительную трудность представляет регулирование частоты дыхания исоотношения вдоха и выдоха с помощью управления режимом приводного двигателя.
В патенте 371939 цельюизобретения является повышение стабильности и точности работы аппарата принезависимом от соотношения вдоха и выдоха регулирования частоты минутнойвентиляции, а также управлением режимом вспомогательного дыхания.
Поставленная цельдостигается тем, что схема управления скоростью двигателя снабжена жесткойследящей системой и отрицательной обратной связью в виде многоступенчатогоделителя напряжения.
Предлагается в качествеследящей системы на выходной вал двигателя поставить тахогенератор,вырабатывающий напряжение, пропорциональное скорости вращения его ротора. 1.2 Описание конструкции и принципа действия аппаратаискусственной вентиляции легких
 
Технические данные.
1. Минутнаявентиляция, л/ мин:
– нижний предел 3
– верхний предел не менее50.
Ступенчатая установка следующихзначений минутной вентиляции:
- в интервалеот 3 до 10 л/мин включительно – через 0,5 л/мин;
- в интервалеот 10 до 30 л/мин включительно – через 1 л/мин;
- в интервалеот 30 до 50 л/мин включительно – через 2 л/мин;
- в интервалесвыше 50 л/мин – через 5 л/мин;
2. Отклонениепо м абсолютной величине установленного на аппарате значения инутной вентиляцииот ее действительной величины:
- в диапазонеустановленных значений до 10 л/мин включительно – 1,5 л/мин;
- в диапазонеустановленных значений свыше 10 л/мин – 10% от действительной величины.
3. Переключениефаз дыхательного цикла в режиме управляемой ИВЛ по времени.
4. Частотавентиляции, 1/ мин:
– нижний предел не более10
– верхний предел не менее80.
Ступенчатая установка следующихзначений частоты вентиляции;
– в интервале от 10 до20 включительно через 1 мин;
– в интервале от 20 до40 включительно через 2 мин;
– винтервале от 40 до 80 включительно через 5 мин.
5. Относительноеотклонение по абсолютной величине установленного значения частоты вентиляции отее действительной величины не должно быть более 2% в диапазоне установленных значенийдо 20 мин включительно и 4% в диапазоне свыше 20 мин.
6. Аппаратобеспечивает переключение фаз дыхательного цикла вручную с помощью пульта дистанционногоуправления.
7. Кратковременная звуковаяиндикация обеспечивается в следующих случаях:
– придостижении величиной рабочего давления установленного значения;
– при попытке установитьзначения параметров вентиляции вне диапазона регулирования;
– при нажатии на кнопки,расположенные под пустыми полями цифрового табло;
– при попытке установитьнедопустимые сочетания режимов.
8.Средняя наработка на отказ не менее 2000 ч.
Критерийотказов – это такое состояние аппарата, при котором имеет место хотя бы одно изследующих нарушений:
– невозможноустановить минутную вентиляцию в диапазоне от 7 до 30 л/мин;
– невозможноустановить частоту вентиляции в диапазоне от 10 до 30 мин-1;
– невозможноустановить отношение продолжительности вдоха и цикла (33±3)%.
9. Средний срок службы досписания, не менее 4 лет.
10. Поэлектробезопасности аппарат соответствует требованиям ГОСТ 12.2.025 для изделийкласса Iтипа В.
11. Средняя интенсивностьэксплуатации – 8 ч. в сутки.
Время непрерывной работыаппарата ограниченно лишь необходимостью периодического проведенияобеззараживания дыхательного контура.
12. Питание от сетипеременного тока с частотой 50 Гц., с номинальным напряжением 220В приотклонении напряжения сети на ±10% от номинального значения. Мощность не более500 В·А.
Устройство и принципдействия аппарата.
Аппарат содержит основныеблоки: тележка, блок пациента, генератор вдоха, блок управления, увлажнитель,сигнализатор, блок приборный, блок подачи кислорода, блок активного выдоха,отсасыватель. Аппарат содержит следующие съемные узлы: клапанпредохранительный, мешок для проведения ИВЛ вручную, отстойники, пультдистанционного управления, распылитель лекарственных средств.
Блок управления выполненв виде плоского параллелепипеда, на передней грани которого расположена панельуправления (рис. 1.2.1). На панели управления расположены световое(цифровое) табло 6 и световое (аналоговое) табло 9 и органы управления. Натабло 6 высвечиваются буквенные обозначения и значения параметров вентиляции,соответствующих установленному режиму вентиляции. Максимальное количествоодновременно высвечиваемых параметров – четыре. Кроме того, на этом табло могутвысвечиваться словесные обозначения ситуации, а именно: «вдох» во времяискусственного вдоха, «АПНОЭ» при проявлении признаков отсутствия вентиляции и«ПУЛЬТ Д.У.» при работе с ПДУ. На аналоговом табло 9, над которым расположенашкала, высвечиваются горизонтальные столбики в верхнем уровне. В нижнем уровнеправый столбик является установкой наибольшего давления конца вдоха, левый –отслеживает текущее значение давления в дыхательном контуре. Под верхним горизонтальнымстолбиком высвечивается точка, определяющая значение ПДВК. В нижнем уровнетакже два горизонтальных столбика: левый, определяющий уровень давления вмомент ожидания попытки, и правый, определяющий установку чувствительности кпопытке вдоха пациента. Шкала, расположенная над аналоговым табло 9, представляетсобой линейку индикации, масштаб которой для столбиков нижнего уровня в десятьраз меньше, чем для столбиков верхнего уровня и светящейся точки.
На панели расположеныследующие органы управления:
1. Кнопки 12,13,16,15,14включения режимов вентиляции:
- УправляемойИВЛ (УИВЛ);
- ВспомогательнойИВЛ (ВИВЛ);
- Синхронизированнойпериодической принудительной ИВЛ (СППВ);
- Самостоятельнойвентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);
- СамостоятельнойИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД);
На каждой кнопке имеетсясветодиод, фиксирующий включение режима; в поле, очерченном вокруг кнопки,расположены записи, определяющие наименование, буквенное обозначение идиапазоны регулирования параметров вентиляции, регулируемых в данном режиме.
– Кнопки 1,19,21,24,25,при нажатии которых аппарат обеспечивает некоторые дополнительные функции, аименно:
– Кнопка1 на время ее держания в нажатом состоянии обеспечивает высвечивание нацифровом табло значения дыхательного объема вместо минутной вентиляции;
- Кнопка21 включает активный вдох при УИВЛ;
Кнопка24 включает питание распылителя лекарственных средств и обеспечивает насыщениедыхательной смеси лекарственной аэрозолью;
- Кнопка25 включает режим искусственного вздоха при УИВЛ.
2. Кнопки 4 и 5, 3 и 2,23 и 22, 20 и 18 служат для увеличения и уменьшения значения регулируемыхпараметров, высвечиваемых на цифровом табло 6, и имеют соответствующуюмаркировку «▲» и «▼».
3. Кнопки 10 и 11, 7 и 8служат для регулирования значения установок наибольшего давления конца вдоха иконца выдоха (ПДКВ) на аналоговом табло 9 и имеют маркировку «».
Регулятор 17 уровня постоянного положительного давления приСДПД или в фазе самостоятельного дыхания в режиме СППВ.
Блок подачи кислорода содержит ротаметр, обеспечивающий измерениерасхода кислорода до 20г/мин, предохранительный клапан, мешок. Регулирование подачикислорода производится с помощью игольчатого дросселя с ручкой. Предохранительныйклапан вдоха имеет поворотную головку на три положения, маркированную на «10»,«300» и «закрыто». Положения «10» и «300» соответствуют ограничению давления вмешке на уровне соответственно 0,1 кПа (10 мм. вод. ст.) и 3кПа (300 мм.вод.ст.). В патрубке расположен всасывающий клапан, изготовленный из силиконовойрезины, который позволяет подсасывать воздух из атмосферы. На патрубок надетпротивопылевой фильтр. Блок подачи кислорода имеет резьбовой штуцер дляприсоединения посредством шланга к источнику сжатого кислорода. Блок подачикислорода устанавливается на кронштейне с помощью патрубка.
Блок активного выдоха содержит съемный блок разрежениярасположенный под крышкой и закрепленный в корпусе с помощью гайки. Кроме того,в корпусе неподвижно закреплен распределитель, обеспечивающий во время выдохаподачу питающего газа в эжектор блока разрежения. Крышка крепится на корпусвручную винтом. На верхнем торце блока активного выдоха расположена рукоятка смаркировкой «» для регулирования разрежения активного выдоха. На переднейпанели блока расположен штуцер с маркировкой «блок пациента» для присоединенияк штуцеру выхода блока пациента и штуцер выхода выдыхаемого газа с маркировкой«ВЫХОД».
Клапан предохранительныйсостоит из корпуса с седлом, шайбы, барабана с тремя штоками и винтами, которыеосуществляют сжатие трех пружин и крышки. Поворотом барабана клапанустанавливается в три фиксированных положения, при которых в окошке корпусаустанавливается маркировка «3», «6» и «10», что соответствует срабатыванию придавлении соответственно 3 кПА, 6 кПа и 10 кПа.
Блок приборный содержитуказатель давления УДМ – 60, закрепленный скобой и винтами. В боковое отверстиеблока приборного вставлен тройник для присоединения указателя давления кдыхательному контуру и установки вольтметра. В тройнике зажимом закрепленбактериальный фильтр, предохраняющий от инфицирования указатель давления. Кранслужит для подключения указателя давления к дыхательному контуру. Штуцер долженбыть закрыт заглушкой.
Пульт дистанционногоуправления служит для переключения фаз дыхательного цикла вручную. ПДУ имееткорпус с клавишей и кнопкой. Удерживая пальцем клавишу, оператор выключаетавтоматический переключатель фаз в аппарате. Нажимая на кнопку пальцем, онвключает фазу вдоха, отпуская кнопку – фазу выдоха. Как только операторвыпускает ПДУ из рук (отпуская тем самым клавишу), аппарат включается вавтоматический режим.
Распылитель имеетпрозрачный корпус с нанесенной на нем шкалой объема залитого вещества,герметично закрытый крышкой с накидной гайкой. В корпусе герметично установленосопло, заканчивающееся снаружи резьбовым штуцером.
Штуцер шлангомсоединяется с соответствующим штуцером блока пациента. Сопло надет колпачок свырезами по открытому торцу, опущенному в раствор.
Колпачок имеет назакрытом торце отверстие, соосное отверстию сопла. При подаче в сопло газа поддавлением 0,14 Мпа (1,4 кгс/см) в полости колпачка создается разрежение,раствор засасывается по колпачку вверх и вместе с питающим газом в видеаэрозоля через отверстие в закрытом торце колпачка выбрасывается в корпусраспылителя и через его патрубок в шланг вдоха. Сепаратор обеспечиваетвыделение аэрозоля требуемой дисперсности.
В комплект поставкиаппарата входит мешок для проведения ИВЛ вручную. Мешок эластичен и послесжатия расправляется самостоятельно со скоростью, обеспечивающей требуемыечастоты вентиляции.
Рассмотрим упрощеннуюфункциональную схему аппарата. Схема аппарата содержит следующие блоки: блокподачи кислорода 1, генератор вдоха 2, блок пациента 3, увлажнитель дыхательнойсмеси 5, блок управления 7, блок приборный 12, отсасыватель 14, сборник секрета15, блок активного выдоха 16.
Кроме того, в дыхательномконтуре установлены предохранительный клапан 4, распылитель 6 лекарственныхсредств, отстойники 8 и 13, мешок для проведения ИВЛ вручную 17, сигнализатор18.
Блок подачи кислорода 1служит для создания дыхательной смеси, обогащенной кислородом. Подачудыхательной смеси во время вдоха обеспечивает генератор вдоха 2.
Блок подачи кислорода 1служит для создания дыхательной смеси, обогащенной кислородом. Подачудыхательной смеси во время вдоха обеспечивает генератор вдоха 2. Особенностьюего является независимость объема минутной вентиляции от давления в дыхательномконтуре. Блок пациента 3 предназначен для обеспечения различных режимов работыаппарата ИВЛ переключением распределителей и клапанов по сигналам от блокауправления 7. Для обеспечения активного выдоха предназначен блок активноговыдоха 16, создающий разрежение в дыхательном контуре.
Отсасыватель 14 создаетразрежение, необходимое для отсоса секрета (слизистой жидкости) из дыхательныхпутей пациента. Сборник секрета 15 служит для его накопления.
Блок приборный 12предназначен для отслеживания давления в дыхательном контуре и объема минутнойвентиляции, в дыхательный контур включен предохранительный клапан 4,ограничивающий давление на уровне 3 кПа; 6 кПа; 10 кПа.
Для увлажнениядыхательной смеси служит увлажнитель 5. Последовательно с ним устанавливаетсяраспылитель дыхательной смеси 6.
Отстойники 8 и 13,установленные в линиях вдоха и выдоха соответственно, служат для сбора влаги,осаждающейся на внутренней поверхности воздуховодов.
Тройник пациента 10подсоединен к линиям при помощи гофрированных шлангов 9 и 11, обеспечивающихподвижность пациента в ограниченных пределах.
Сигнализатор 18подключается к тройнику пациента и вырабатывает аварийный сигнал при отсутствииизбыточного давления на выходе тройника пациента. Подробнее эта схемаизображена на рис. 1.2.2.
Блок подачи кислорода 1содержит ротаметр 1.2 и вентиль 1.1 для дозировки подачи кислорода,самодействующий клапан 1.4 для забора воздуха из атмосферы через фильтр 1.6.Кроме того, блок подачи кислорода 1 снабжен резиновым мешком 1.5 ипредохранительным клапаном 1.3, предотвращающим чрезмерное раздувание мешка.
Генератор вдоха 2обеспечивает подачу пациенту дыхательной смеси во время вдоха. Он состоит извоздуходувки 2.2. приводимой в действие от электродвигателя 2.3 и стабилизатора2.1.
Стабилизатор 271поддерживает постоянный перепад давления на дросселе 3.3, регулирующем минутнуювентиляцию, благодаря чему обеспечивается независимость минутной вентиляции отдавления в дыхательном контуре, кроме того, во время выдоха стабилизатор 2.1соединяет между собой линии нагнетания и всасывания, снижая нагрузку навоздуходувку 2.2. Дроссель 2.4 служит для снижения уровня пульсаций в линииобратной связи. Клапан 2.5 служит для снижения уровня пульсаций в линиивсасывания.
Блок пациента 3 содержитдроссель-регулятор вентиляции 3.3, управляемый шаговым двигателем (ШД) 3.2,электромагнитные клапаны (ЭМК) 3.4, 3.7, 3.10, самодействующие клапаны 3.6,3.9, 3.17, электромагнитные распределители (ЭР) 3.11, 3.13, 3.14, 3.22, фильтры3.1, 3.5, 3.16, предохранительный клапан 3.8, регулятор 3.21, обратные клапаны3.18, 3.19, 3.20, 3.23. ЭМК 3.4 в открытом положении сообщает при выдохе легкиепациента с атмосферой. Самодействующий клапан 3.6 предотвращает выдыхание газа,а из легких в линию вдоха, а клапан 3.9 – вдыхание газа из линии выдоха. Присамостоятельной вентиляции клапан 3.17 обеспечивает при ИВЛ вручную мешком 17заполнение мешка при его расправлении свежей смесью из блока подачи кислорода 1и предотвращает обратный заброс смеси в блок подачи кислорода 1 при сжатиимешка. Клапан УВД 3.12 мембранный, управляется пневматически от мешка 17 иобеспечивает при ИВЛ вручную мешком 17 перекрытие линии выдоха при сжатиимешка, то есть во время вдоха, и сообщение легких пациента с атмосферой прирасправлении мешка во время выдоха. ЭР 3.13 в режиме ИВЛ вручную сообщаетнадмембранное пространство клапана УДВ 3.12 с мешком 17 через бактериальныйфильтр 3.16, что предотвращает инфицирование ЭР 3.13. В других режимах ЭР 3.13включен и сообщает надмембранное пространство клапана УДВ 3.12 с ЭР 3.14 и ЭР3.11. ЭР 3.14 служит для соединения камеры управления клапана УДВ 3.12 через ЭР3.13 в одном положении с линией нагнетенная генератора вдоха 2, в другом –через клапан 16.3 с атмосферой либо с линией разрежения блока активного выдоха.Фильтр 3.1 предотвращает инфицирование ЭР 3.14, ЭР 3.11 служит для подключенияк камере управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 устройств регулированиядавления в указанное камере. Постоянный дроссель 3.15 на входе ЭР 3.14обеспечивает поступление в линию управления клапана УДВ 3.12 заданного расходагаза из линии нагнетения генератора вдоха 2. Клапан предохранительный 3.8служит для ограничения максимально положительного допустимого давления в режимеСДПД. Клапан содержит две мембранные камеры: глухую, соединенную с дыхательнымконтуром, и проточную, подключенную к линии управления клапана УДВ 3.12. Глухаякамера образована двумя мембранами: большой и малой, жестко связанных междусобой. Мембраны нагружены регулируемой пружиной. В проточной камере расположеносопло, перекрываемое малой мембраной. Штуцер с клапанами 3.19 служит дляподвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/1см2) к блокуподачи кислорода 1 и сигнализатору 18. Штуцер с клапаном 3.20 – для подводапитающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см2) к отсасывателю 14.Штуцер с клапаном 3.16 – для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4кгс/см2) к аппарату, а также на вход регулятора 3.21, с выходакоторого питавший газ под давлением 140 кПа (1,4 кгс/см2) через ЭР3.22 поступает на вход распылителя 6. Штуцер с клапаном 3.23 служит для подводапитающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см2) через ЭР 16.4 наэжектор 16.2 блока активного выдоха 16. Дроссель 3.24 служит для сниженияуровня пульсаций в преобразователе давления 7.3.
Блок управления 7 служитдля управления всеми ЭМК и ЭВ. Он содержит регулятор положительного давления врежиме СДПД 7.1, обеспечивающий изменения давления в линии управления клапанаУДВ 3.12 блока пациента 3; электропреобразователь 7.2, служащий дляпериодического соединения преобразователя 7.3 с атмосферой, что позволяетсущественно снизить ошибку преобразователя 7.3 вследствие дрейфа нуля,поскольку отсчет измеряемых значений в дальнейшем ведется от уровня,измеренного в момент сообщения с атмосферой и принимаемого за нулевой.
Блок приборный 12содержит указатель давления 12.1 с краном 12.2 включения, вольтметр 12.3 ифильтр 12.4, предотвращающий инфицирование блока приборного. Отсасыватель 14создает разрежение, необходимое для отсоса секрета из дыхательных путейпациента, он содержит эжектор 14.2 и вентиль 14.1, регулирующий величинуразрежения. Сборник секрета 15 служит для накопления секрета, поступающегочерез аспирационный наконечник 15.2 и шланг отсоса 15.1.
Блок активного выдоха 16содержит регулятор разрежения 16.1, эжектор 16.2 и клапан самодействующий 16.3,электромагнитный распределитель (ЭР) 16.4.
Эжектор 16.2 служит длясоздания разрежения в дыхательном контуре при активном выдохе. ЭР 16.4 служитдля подачи сжатого газа в эжектор 16.2 во время выдоха. Регулятор разрежения16.1 представляет собой мембранный клапан, нагруженный регулируемой пружиной.Глухая мембранная камера соединена обратной связью с линией разрежения эжектора16.2, что предотвращает полное перекрытие седла клапана 16.1 мембраной поддействием разрежения. Клапан самодействующий 16.3 служит для быстрого сбросадавления в дыхательном контуре в начале выдоха.
1 Работа аппарата врежиме УИВЛ
1.1 Работа аппарата врежиме УИВЛ с нулевым давлением конца выдоха.
ЭМК 3.7 открыт постоянно.ЭМК 3.4 в открытом положении сообщает при вдохе легкие пациента с генераторомвдоха 2. ЭМК 3.10 в открытом положении сообщает при выдохе легкие пациента сатмосферой. ЭМК 3.7 и самодействующий клапан 3.6 обеспечивает возможностьдополнительного вдоха пациента непосредственно из блока подачи кислорода 1,минуя генератор вдоха 2. Во время вдоха газовая дыхательная смесь из мешка 1.5блока подачи кислорода 1 засасывается воздуходувкой 2.2 генератора вдоха 2,нагнетается в линию вдоха блока пациента и через дроссель-регулятор 3.3,открытый ЭМК 3.4, увлажнитель 5, отстойник 8. шланг вдоха 9 и тройник пациента10 вдувается в легкие пациента. Избыток газовой смеси из линии нагнетения воздуходувки2.2 сбрасывается через стабилизатор 2.1 в линию всасывания. Переключениеаппарата с вдоха на выдох происходит по времени (по частоте). При этом ЭМК 3.4закрывается, ЭМК 3.10 открывается, происходит выдох. Пациент через тройник 10,шланг выдоха 11, отстойник 13, самодействующий клапан 3.9, ЭМК 3.10, клапан УДВ3.12 и клапан 16.3 выдыхает в атмосферу.
2. Работа аппарата врежиме УИВЛ с ПДКВ.
В момент выдоха, когдадавление в дыхательном контуре равно установленному ПДКВ; ЭР 3.14 соединяетмембранную камеру управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 и фильтр 3.1 слинией нагнетания генератора вдоха 2. Постоянный дроссель 3.15 на входе ЭР 3.14обеспечивает поступление в линию управления клапана УДВ 3.12 заданного расходагаза из линии нагнетания генератора вдоха 2 и клапан УДВ 3.12 закрывается.Выдох прекращается,
3. Работа аппарата врежиме УИВЛ с паузой вдоха.
В момент вдоха, когдаоставшееся до конца вдоха время равно установленной паузе, ЭМК 3.4 закрывается,и вдувание прекращается. ЭНК 3.4 остается также закрытым до истечения временивдоха, определяемого установленной частотой вентиляции и долей вдоха от временицикла. По истечении времени вдоха ЭМК 3.10 открывается и происходит выдох.
4. Работа аппарата в режимеУИВЛ с АВ.
В фазе выдоха ЭМК 3.7закрыт, сжатый газ от внешнего источника питания под давлением 400 кПа (4кгс/см2) через обратный клапан 3.18, ЭР 16.4 и эжектор 16.2 истекаетв атмосферу. При этом создается разрежение в линии выдоха, под действием которогогаз отсасывается из дыхательных путей пациента, одновременно разрежение черезЭР 3.14 и 3.13 поступает в камеру управления клапана УДВ 3.12 и поддерживаетего в открытом состоянии. Изменение значения разрежения осуществляетсяповоротом рукоятки регулятора 16.1. Обратный клапан 16.3 осуществляет быстрыйсброс давления вдыхательном контуре в начале фазы выдоха.
5. Работа аппарата врежиме УИВЛ с ограничением максимального давления конца вдоха.
В момент вдоха, когдадавление в дыхательном контуре становится равным заданному значению Рмакс. ЭМК3.4 закрывается. ЭМК 3.10 продолжает быть закрытым, и вдувание прекращается доистечения заданного времени вдоха, определяемого установленной частотойвентиляции и долей длительности вдоха в дыхательном цикле.
6. Работа аппарата врежиме УИВЛ с помощью пульта дистанционного управления (ПДУ).
При проведении ИВЛ спомощью ПДУ нажатие и удержание клавиши ПДУ переводит аппарат в состояниевыдоха. ЭМК 3.4 закрыт, ЭМК 3.10 открыт. Дополнительное нажатие кнопки ПДУвызывает на время ее нажатия переключение аппарата в фазу вдоха; ЭМК 3.4открыт, ЭМК 3.10 закрыт. Как только оператор выпускает ПДУ из рук (отпуская темсамым клавишу), аппарат включается в автоматический режим.
7. Работа аппарата врежиме УИВЛ с распылением аэрозоле лекарственных средств. В фазе выдоха сжатыйгаз под давлением 40 кПа (4 кгс/см2) поступает на вход регулятора3.21, с выхода которого сжатый газ под давлением 140 кПа (1,4 кгс/см2)через ЭР 3.22 поступает на вход распылителя 6. Аэрозоль распыляется со шлангавдоха 9. В фазе вдоха аэрозоль из шланга вдоха 9 выносится потоком дыхательногогаза в легкие пациента через тройник 10.Работа аппарата в режимеВИВЛ
ЭМК 3.7 закрыт постоянно.В момент конца выдоха ЭМК 3.4 закрыт, ЭМК 3.10 открыт. При попытке вдохапациент создает разрежение в линии, ограниченной с одной стороны клапаном 3.9,а с другой – закрытыми ЭМК 3.4 и 3.7. Созданное разрежение через фильтр 3.5поступает в электропневмопреобразователь 7.2 блока управления 7 и далее напреобразователь деления 7.3. В блоке управления 7 происходит сравнениесоздаваемого пациентом разрежения с заданным. Когда разрежение в линиистановится равным заданному, происходит переключение аппарата в положениевдоха. При этом ЭМК 3.4 открывается, ЭМК 3.10 закрывается. Переключение с вдохана выдох происходит по давлению. Когда давление в легких достигает заданногозначения (сравнение производится в блоке управления 7), ЭМК 3.4 закрывается,ЭМК 3.10 открывается, происходит выдох и аппарат остается в положении выдоха допоступления попытки вдоха или до окончания установленного времени ожиданияпопытки. Если в течение 3 сек давление конца вдоха не станет равнымзаданному, переключение на выдох произойдет автоматически по времени. Такоеявление может произойти при неправильном назначении скорости вдувания Q(недостаточном) или при разгерметизации линии пациента. При ВИВЛ также возможноосуществить режим дыхания с ПДКВ. При этом коммутация линии выдохаосуществляется так же, как и при УИВЛ. А разрежение попытки вдоха отсчитываетсяот уровня давления конца выдоха. При ВИВЛ также возможно распыление аэрозолялекарственных средств. Оно осуществляется в шланг вдоха 9 во время фазы вдоха.Работа аппарата в режимеСППВ
При СППВ периодическиперемежаются два режима вентиляции: самостоятельное дыхание и один цикл ВИВЛ.Генератор вдоха 2 работает. В фазе самостоятельного дыхания ЭМК 3.4, 3.7 и 3.10открыты. Если самостоятельное дыхание проводится без повышения уровня давлениявыше атмосферного, то УР 3.13 и 3.14 соединяют камеру управления клапана УДВ3.12 через клапан 16.3 с атмосферой. Дроссель-регулятор вентиляции 3.3 перекрытИД 3.12. Поток из линии нагнетания генератора вдоха 2 через стабилизатор 2.1сбрасывается в линию всасывания генератора вдоха 2. Пациент через клапан 3.6,ЭМК 3.7 и клапан 3.17 делает вдох из мешка 1.5 блока додачи кислорода 1 ивыдыхает через клапан 3.9, ЭМК 3.10, клапан УДВ 5.12 и клапан 16.3 в атмосферу.Если самостоятельное дыхание ведется под постоянным положительным давлением, тонажатием кнопки «Установка величины потока G» воздействуют на ШД 3.2,и он открывает дроссель-регулятор вентиляции 3.3. В дыхательный контурпоступает постоянный поток газа с генератора вдоха 2, камера управляющегоклапана УДВ 3.12 через 3.13, 3.14. Фильтр 3.1 соединяется с линией нагнетаниягенератора вдоха 2, а через ЭР 3.11 с предохранительным клапаном 3.6 ирегулятором давления 7.1, поворотом рукоятки регулятора 7.1 на его мембранеформируется усилие, обеспечивающее большую или меньшую степень стравливаниягаза из камеры управления клапана УДВ 3.12 и соответственно уровень давления вней. Это давление определяет уровень ПДКВ, который составляет при СДПДамплитуду колебаний давления. Средний уровень давления зависит от значенияскорости потока 9. Предохранительный клапан 3.8 срабатывает в случае, еслиуровень давления в дыхательной контуре превышает 4 кПа (400 мм вод. ст).Таким образом, даже при установке (ошибочно) чрезмерных значений G, при которых уровеньдавления может стать опасным, обеспечивается безопасность пациента. Поистечении заданного времени L, в течение которого пациент дышит самостоятельно, аппаратпереключается, в положение ожидания попытки вдоха. При этом ЭМК 3.4 и 3.7закрываются, ЭМК 3.10 остаются открытыми. ШД 3.2 переводит дроссель-регулятор3.3 в положение, соответствующее установленной скорости вдувания Q. Переключение на выдохпроисходит либо по достижении заданного давления, либо по истечении 3 сек.При этом ЭНК 3.4 закрывается, ЭНК 3.10 открывается. Если в интервале L было установлено G=0, то ЭР 3.13 остается вположении УИВЛ. ЭР 3.11 закрывается, а ЭР 3.14 в конце вдоха соединяет камерууправления клапана УДВ 3.12 с линией нагнетания генератора вдоха 2, так что вцикле ВИВЛ сохраняется ПДКВ, заданное при самостоятельном дыхании. Если же в L интервале имело место G=0, то ЭР 3.11 остаетсязакрытым, ЭР 3.14 перекрывает линию из генератора вдоха 3 и соединяет камерууправления клапана УДВ 3.12 через клапан 16.3 с атмосферой. Переключение насамостоятельное дыхание после цикла ВИВЛ происходит через 2 с после окончания вдоха.При этом ЭМК открываются, а ЭР переходит вположение, соответствующеевыбранному уровню давления, как описано выше. В режиме СППВ возможно распылениеаэрозоля лекарственных средств. При этом ЭР 3.22 соединяет распылитель с источникомпитания на все время самостоятельного дыхания и в фазе вдоха цикла ВИВЛ.
Работа аппарата в режимеСДПД
В режиме СДПД схемаработает так же, как в фазе СДПД в режиме СППВ. Возможно одновременноепроведение распыления лекарственных средств, которое производится в этом режименепрерывно.
Работа аппарата в режимеСАМД
При самостоятельномдыхании САДМ генератор вдоха 2 не работает, ЭМК 3.4, 3,7, 3.10 открыты. Па/>циент вдыхает свежую смесь из мешка 1.5 блока подачи кислорода 1через самодействующие клапаны 3.17, 3.6 и ЭМК 3.7. Коммутация пациента с линиямивдоха и выдоха в соответствующих фазах дыхательного цикла происходит с помощьюсамодействующих клапанов 3.6 и 3.9.
При ИВЛ вручную (ВР)(мешком 17) клапан 3.17 обеспечивает заполнение мешка свежей смесью из блокаподачи кислорода 1 при его расправлении и предотврашает обратный сброс смеси вблок подачи кислорода 1 при сжатии мешка. Клапан УДВ 3.12 управляетсяпневматически от мешка 17 и обеспечивает перекрытие линии выдоха при сжатиимешка 17, то есть во время вдоха, и сообщение легких пациента с атмосферой прирасправлении мешка 17 во время выдоха. ЭР 3.13 сообщает камеру управлениеклапана УДВ 3.12 с мешком 17 через бактериальный фильтр 3.16, что предотвращаетинфицирование ЭР 3.13.
Описание структурнойсхемы (рис. 1.2.3) системы управления
Все функции управленияаппаратом осуществляет ОМК. Сопроцессор ОМК обеспечивает постоянноесканирование клавиатуры и через основной процессор производит настройку нарежимы, задаваемые оператором. Типы режимов, задаваемые параметры и информацияо давлении в дыхательном контуре отображаются на двух газоразрядных индикаторахтакже через сопроцессор ОМК. На один из индикаторов выводятся цифровыезначения, задаваемые или вычисленные, на другой – в виде столбиков переменнойдлины выводится текущее давление в дыхательном контуре и его различныеустановки. Для быстрой визуализации изменяющегося давления основной процессорОМК через БИС параллельного ввода / вывода с частотой порядка 100 Гцзапускает АЦП, считывает и обрабатывает результаты замера и передает информациюсопроцессору. Через эту же БИС осуществляется управление ЭМК и ЩД 6 в блокепациента. Системное время ОМК (порядка 10 м с) задается таймером черезодин из входов контролера прерываний. Другой вход внешнего прерыванияиспользуется для дистанционного управления ЭМК вдоха и выдоха вручную.Микроконтроллер (рис. 4) (ОМК) представляет собой плату, на которойразмещены два микропроцессора: основной типа КР5800ВМ30Л и сопроцессор типаКР1816ВЕ35 и ряд других БИС. Основной процессор обеспечивает основные функциивычисления и управления, а сопроцессор – обслуживание дисплея и клавиатуры.Память основного процессора составляет 16 кбайт, а сопроцессора – 2 кбайта,основной процессор дополнен двумя БИС параллельного ввода / вывода(частично одно из них используется для связи двух процессоров), БИС последовательногоинтерфейса контроллера прерываний, двумя программируемыми таймерами, а такжеоперативной памятью 2 кбайта и схемами интерфейсов системной шины И 4.1.Сопроцессор дополнен экспандером параллельного интерфейса. 1.3Медико-биологические аспекты 1.3.1 Влияние ИВЛ на некоторые функции организма
Искусственнойвентиляцией легких называют обеспечение газообмена между окружающим воздухом(или специально подобранной смесью газов) и альвеолярным пространством легкихискусственным способом.
Основным и, пожалуй,единственным методом ИВЛ в настоящее время является метод вдувания газа вдыхательные пути. При этом либо в последние вводится определенный объем газовойсмеси, либо она вдувается в легкие в течение определенного времени с заданнойскоростью, либо подается до тех пор, пока давление в системе больной –респиратор не повысится до определенного уровня. В любом случае ИВЛ заменяет(протезирует) естественный акт внешнего дыхания путем создания положительногодавления в начале дыхательных путей.
В комплексе интенсивнойтерапии основными задачами ИВЛ являются обеспечение адекватного газообмена влегких и освобождение больного от работы дыхания. Ликвидируя гипоксемию, аиногда и гиперкапнию, искусственное дыхание предотвращает развитие в органахнеобратимых изменений. Вторая задача не менее важна, чем первая, хотя не всегдаучитывается в клинической практике. При ряде патологических процессов, особеннопри нарушении проходимости дыхательных путей, резко возрастает «энергетическаяцена» дыхания. Здоровый организм расходует на работу дыхательных мышц 1 –3%потребляемого кислорода. Включение ряда компенсаторных механизмов можетувеличивать этот расход до 35 –50% от Vо2 [Долина О.А.,1975; Bjork V. О. et al» 1964; Marini J.J. et al., 1985]. ИВЛ, снимая нагрузку с дыхательной мускулатуры,освобождает больного от непосильной для него в данный момент работы испособствует перераспределению кислорода в организме, улучшает оксигенациюжизненно важных органов [Неговский В.А., 1971].
Однако наряду снесомненным благоприятным влиянием на жизнедеятельность организма ИВЛ можетоказать побочное отрицательное действие. Начиная с конца 40-х годов изучениюэтих вредных эффектов посвящаются многочисленные исследования. Все же многиевопросы остаются спорными и не до конца решенными. 1.3.2 Влияние ИВЛ на гемодинамику
Лучше всего изученыгемодинамические эффекты ИВЛ. Известно, что внутригрудная гемодинамика вомногом зависит от дыхательного цикла. При спонтанном дыхании во время вдохадавление в плевральных полостях снижается до –10 см вод. ст. При этомпроисходит «присасывание» крови к правому предсердию из полых вен, а такжеснижается давление в легочных капиллярах, что облегчает приток крови в системумалого круга кровообращения (рис. 1.3.1, а). В норме кровоток в легком вовремя выдоха составляет 6%, а во время вдоха – 9% от объема циркулирующей крови[Watrous W.G. et al., 1950]. В результате вовремя вдоха увеличивается систолический выброс (ударный объем) сердца (УОС).
При ИВЛ во время вдуваниягазовой смеси в трахею внутрилегочное давление повышается до 15 –20 смвод. ст. (иногда выше), а внутриплевральное до 5 –10 см вод. ст. Этоприводит к уменьшению притока крови к правому предсердию (рис. 1.3.1, б).Раздуваемые изнутри альвеолы передавливают легочные капилляры, повышаетсядавление в артериях малого круга кровообращения и ухудшается приток крови клегким из правого желудочка. Вследствие этого во время искусственного вдохаснижается УОС [Дворецкий Д.П. и др., 1984, и др.].
/>
Рис. 1.3.1 Давлениев дыхательных путях, альвеолах и плевральных полостях во время спонтанного (а)и искусственного (б) вдоха.
Компенсация снижениявенозного притока к сердцу осуществляется за счет повышения периферическоговенозного давления, что приводит к уменьшению физиологического градиентадавлений между артериолами и венулами [AstrupP., NeykirchA., 1959]. В результате впаренхиматозных органах может наступить уравновешивание этих давлений, ведущеек капиллягжому стазу и снижению продукции альбуминов в печени. Это в своюочередь вызывает падение онкотического давления плазмы, выход жидкости изкапилляров в ткани, сгущение и увеличение вязкости крови, отечность тканей иазотемию.
Многими авторамипоказано, что отрицательное влияние ИВЛ на внутригрудную гемодинамику зависитот объема циркулирующей крови. При гиповолемии оно проявляется намного сильнее.Большое значение имеет также максимальное и среднее давление в трахее,создающееся при искусственном дыхании. С. A. Hubay (1955), J.С, Рагker и соавт. (1984) вэксперименте показали, что при максимальном давлении 50 см вод. ст. исреднем давлении 6,5 мм вод. ст. блокируется легочное кровообращение ирезко повышается проницаемость капиллярной стенки.
Средним давлениемназывают отношение интегралов кривой давления вдоха и кривой давления выдоха впределах дыхательного цикла. Среднее давление может быть определено и безграфической регистрации – по показаниям сильно демпфированного манометра.
Общепринятым являетсямнение, что уменьшение вредного влияния ИВЛ на гемодинамику может бытьдостигнуто путем снижения среднего давления, для чего предложен ряд методов. Впервую очередь это укорочение, фазы вдоха [Максимов Б.П., 1978; Berneus В., Carlston A., 1955, и др.].Рекомендуется проводить ИВЛ при соотношении вдох: выдох не более 1: 1,5. Другимметодом является активный выдох [Maloney J.V., Handford S.W., 1954, и др,]. Считается, что включениесубатмосферного давления увеличивает венозный возврат к сердцу на 33% (а присниженном объеме циркулирующей крови – на 100%), уменьшает отек мозга при еготравмах и заболеваниях. По мнению ряда авторов, активный выдох особеннонеобходим у больных с гиповолемией и сердечной недостаточностью, у детей и прихронических заболеваниях легких, сопровождающихся снижением бронхиальной проходимости.В противовес этим представлениям многие исследователи показали, чтоотрицательное давление во время выдоха не улучшает гемодинамику и отрицательносказывается на газообмене в легких и их механических свойствах.
С целью снижения среднегодавления С.Т. Gray (I960) предложил проводить ИВЛ малыми дыхательными объемами, но с большейчастотой (40–60 циклов в минуту). Этот метод нашел сторонников [Малышев В.Д.,1967, и др.], но в настоящее, время применяется крайне редко. В.С. Гигаури(1966) и Т.М. Дарбиняном (1966) предложен метод асинхронного дыхания, т.е.попеременного вдувания воздуха в левое и правое легкое для снижения среднегодавления. Указанный метод не нашел распространения, хотя отечественнойпромышленностью некоторое время выпускался специально предназначенный для этойцели респиратор.
Остановимся напринципиальном отношении к вопросу о влиянии ИВЛ на гемодинамику. Хотя, каксказано выше, практически все авторы находили ту или иную, степень вредноговоздействия искусственного дыхания на внутри грудное кровообращение, заметим,что подавляющее большинство исследовании сделано в эксперименте или во времяобщей анестезии у больных с нормальными легкими. С другой стороны, многолетний клиническийопыт показывает, что на практике вредное влияние ИВЛ можно обнаружить и крайнередко. Более того, применение ИВЛ в режиме ПДКВ, при котором внутрилегочноедавление повышается до значительного уровня, у большинства больных с остройдыхательной недостаточностью приводит не к снижению, а к увеличению сердечноговыброса.
По нашим наблюдениям,даже очень высокое давление в трахее (60–70 см вод. ст.) во времяискусственного вдоха у больных со сниженной бронхиальной проходимостью неоказывало сколько-нибудь заметного влияния на, гемодинамику [Кассиль В.Л.,1974, и др.]. Как было показано ранее [Кассиль В.Л., Рябова Н.М.,1977], при высоком сопротивлении дыхательных путей градиент давлений междутрахеей и альвеолами (рис. 5) значительно увеличивается. Причина этогоявления – увеличение постоянной времени (τ), которая равна произведениюрастяжимости легких на сопротивление дыхательных путей (С • R). Примерно 95% отдавления, создаваемого в трахее, передается в альвеолы за время, равное Зτ[Nor-lander О. R., 1964, и др.]. Приувеличении постоянной времени за счет возрастания R выравнивание давления междутрахеей и альвеолами происходит гораздо медленней, чем у здорового человека.
/>
Пример. Если С = 0,25 л/смвод. ст., а R = 5 см вод. ст./ (л • с-1), то τ = 0,25 • 5= 1,25 с. При частоте дыхания 18 в минуту и соотношении вдох: выдох 1:2продолжительностью вдоха (Твд) равна 1,1 с. Тогда в конце фазывдоха давление в альвеолах:
Ра= (95%·Твд(с)) /Зτ (с) = (95·1,1) /3,75 = 27,9% от давления, созданного в концевдоха в трахее.
Если же R возрастаетвдвое, то постоянная времени соответственно увеличивается до 2,5 с. Тогдапри тех же условиях:
Р А1 = (95·1,1)/7,5=13,9%от давления, созданного в трахее.
Вэтих условиях даже существенное повышение трахеального давления несопровождается выраженным нарастанием давления в альвеолах. Этим можнообъяснить крайне редкое проявление вредного влияния ИВЛ на кровообращение приострой дыхательной недостаточности, которая почти всегда сопровождаетсянарушением бронхиальной проходимости.
Всвязи с изложенным широко распространенное в литературе мнение относительносущественного вредного воздействия повышенного трахеального давления при ИВЛ нагемодинамику представляется нам обоснованным главным образом дляанестезиологической практики, где у большинства больных нет выраженных острыхизменений в легких. При интенсивной терапии тяжелобольных со значительнымиизменениями механических свойств легких эти опасения, на наш взгляд, во многомпреувеличены. По нашему мнению, стремление к обязательному снижению среднегодавления в течение дыхательного цикла, которое считается более физиологичным,далеко не всегда целесообразно. Исключение составляют больные с выраженнойгиповолемией. 1.3.3 Влияние ИВЛ на функции легких
Многими авторамипоказано, что при ИВЛ появляется несоответствие между распределением воздуха икровотока в легких [Зильбер А.П., 1971, 1978; Дворецкий Д.П., 1984; Rehder К. et al., 1972, и др.]. Врезультате этого увеличивается физиологическое мертвое пространство ишунтирование крови справа налево, повышается альвеолоартериальный градиент покислороду. Нарушения вентиляционно-перфузионных отношений усиливаются сувеличением скорости газового потока (более 0,4 л/с) и частоты дыхания.Монотонный дыхательный объем способствует поступлению воздуха в одни и те женаиболее растяжимые участки легких. Возрастает опасность баротравмы альвеол. Вменее растяжимых, участках отмечается склонность к ателектазированию.
По-видимому, ИВЛзначительно изменяет нормальное движение воздуха в легких. Согласноматематической модели Шика–Сидоренко (рис. 1.3.3, а), при спокойном вдохеконвекционное движение воздуха по дыхательным путям замедляется по мереразветвления бронхиального дерева и на уровне кондуктивной зоны прекращается. Вбронхиолах и альвеолах перемешивание воздуха осуществляется только за счетдиффузии газов – броуновского движения молекул. В связи с большей скоростьюгазового потока при ИВЛ должны происходить смещение зоны конвекционногодвижения в сторону альвеол и уменьшение зоны диффузионного газообмена (рис. 1.3.3,б). Кроме того, при самостоятельном дыхании в большей степени вентилируютсяпериферические участки легких, которые прилегают к движущейся диафрагме игрудной стенке. При ИВЛ, наоборот, наибольшая вентиляция происходит вперибронхиальных и медиастинальных участках, где в первую очередь создаетсяположительное давление во время искусственного вдоха.
/>
Рис. 1.3.3
С конца 40-х годов влитературе дискутируется вопрос: влияет ли на газообмен и гемодинамику формакривых давления и газового потока? В 1947 г. A. Cournand и соавт. предложили свою«идеальную кривую давления», a J. Stoffregen (1956) – «улучшенную идеальную кривую
Для обеих характернобыстрое снижение давления в дыхательных путях после конца вдоха. А.С. Сметневи В.М. Юревич (1984) также считают, что выдох должен начинаться немедленнопосле конца вдоха и положительное давление в легкие необходимо поддерживатьтолько во время введения в легкие требуемого дыхательного объема. Считается,что это уменьшает вредное влияние ИВЛ на гемодинамику.
С. G. Engstrom и О.Р. Norlander (1962) теоретически обосновалидругую форму кривой, на которой имеется плато – статическая фаза послеокончания вдоха и перед началом выдоха. По их мнению, такая инспираторная паузаспособствует наилучшему распределению воздуха внутри легких.
Ряд авторов считают, чтовентиляционно-перфузионные отношения в легких улучшаются, если скоростьгазового потока нарастает к концу вдоха [Гейронимус Т.В., 1975; Максимов Б.П.,1978; Engstrom С. G., 1963; Johansson N., 1975, и др.]. С другойстороны имеются данные, говорящие в пользу постоянной [Гальперин Ю.С.,1972; Burchardi H., 1974] или даже снижающейся [Baker A.A. et al., 1977; Brychta О. et al., 1980; Danzmann E. et al., 1980; Al-Saady N., BennettE., 1985; Felton C.R. et al., 1984] скорости потокаво время вдоха. Наконец, имеются серьезные сомнения в том, что форма кривыхдавления и скорости в дыхательных путях оказывает существенное влияние нагазообмен в легких [Кассиль В.Л., 1981; Fuleihan S.F. et al., 1976, и др.].
Существуют такжеразногласия по вопросу о воздействии различных соотношений времени вдоха ивыдоха на распределение воздуха в легких и отношение мертвого пространства кдыхательному объему.
Большинствоисследователей считают, что ИВЛ значительно ухудшает механические свойствалегких: их эластическое и аэродинамическое сопротивление вдоху возрастает. Увеличениюпоследнего способствует турбулентность газового потока при ИВЛ. Что касаетсяснижения растяжимости легких, то механизм его не совсем ясен, так как показано,что оно наступает буквально через несколько минут после начала ИВЛ [Mundeleer P., 1978].
Все же нам кажется, чтовлияние ИВЛ на газообмен и механику дыхания зависит прежде всего от исходногосостояния легких и всего аппарата внешнего дыхания. Есливентиляционно-перфузионные отношения в легких до ИВЛ не были нарушены, тоискусственное дыхание может существенно изменять их в отрицательную сторону. Ноесли ИВЛ начинают при острой дыхательной недостаточности, при которойобязательно нарушается отношение Уа/Qт, то результат скореевсего оказывается обратным. Увеличивая число вентилируемых альвеол, ИВЛспособствует уменьшению шунтирования крови в легких, снижая тем самым D (А-а) о2.В том, что это происходит, сомнений нет, так как нередко ИВЛ начинают при D (А-а)о2 более 450 мм рт. ст. в условиях самостоятельного дыхания 100%кислородом (FIО2=1,0). При этом PaО2 после начала ИВЛ, как правило, увеличивается, т.е.альвеолярно-артериальный градиент по кислороду значительно снижается. При этомсдвиг вентиляционно-перфузионных отношений в сторону увеличения Vа происходит не за счетдополнительных энергозатрат больного; наоборот, работа дыхания у негопрактически сводится к нулю.
То же можно сказать обувеличении отношения VD/Vт. В условиях самостоятельного дыхания увеличениефизиологического мертвого пространства снижает эффективность вентиляции легкихи требует от больного дополнительных затрат энергии на работу дыхания. При ИВЛэту работу выполняет респиратор, а увеличивая дыхательный объем, легко можноуменьшить VD/VT до нормальной величины, т.е. обеспечить необходимый уровеньальвеолярной вентиляции.
Более существенноезначение, на наш взгляд, имеет неравномерность вентиляции в плане опасностибаротравмы и ателектазирования отдельных участков легких. Этот неблагоприятныйэффект ИВЛ должен быть по мере возможности устранен.
В последние годы большоевнимание уделяется влиянию ИВЛ на недыхательные функции легких. Установлено,что искусственное дыхание неблагоприятно сказывается на дренажной функциитрахеобронхиального дерева. В связи с выключением нормального кашлевогомеханизма после интубации трахеи или трахеостомии кашель либо отсутствует, либостановится неэффективным даже при хорошей функции экспираторных мышц идостаточном резервном объеме вдоха. Поступление в дыхательные, путинедостаточно согретого и увлажненного воздуха, повышенное содержание кислорода вгазовой смеси нарушают работу ресничек бронхиального эпителия и местныйиммунитет дыхательной системы [Можаев Г.А., Носов В.В., 1985; Bilnenstock J., 1980, и др.]. Задержка,бронхиального секрета, изменение его реологических свойств вызывают резкоепадение коллатеральной вентиляции – закрываются поры Кона. Вследствиелимфостаза происходит сужение мелких бронхов и бронхиол. Указанные измененияприводят к нарушению механических свойств легких, в первую очередь – кповышению сопротивления дыхательных путей. Обеспечение полноценногодренирования трахеобронхиального дерева – одна из первоочередных задач припроведении длительной ИВЛ.
Большое значение имеетвлияние ИВЛ на распределение воды в легких. Необходимо напомнить некоторые сведенияиз физиологии.
Согласно современнымпредставлениям, перемещение воды из внутрисосудистого в интерстициальноепространство и обратно зависит от перепада между гидродинамическим давлениемвнутри капилляра и гидростатическим вне его, а также от градиентаколлоидно-осмотических давлений между плазмой и интерстициальной жидкостью. Позакону Старлинга поток жидкости (Q) выражается следующим уравнением:
Q = Кф[(Рвс– Рпв) –σ (Пвс-Ппв)],
где Кф –коэффициент фильтрации; σ – коэффициент отражения для белков; Рвс– внутрисосудистое гидродинамическое давление; Рпв – периваскулярноегидростатическое давление; Пвс – коллоидно-осмотическое давлениеплазмы (внутрисосудистое); Ппв – коллоидно-осмотическое давлениеинтерстициальной жидкости (периваскулярное).
В легких Рпвсоответствует альвеолярному давлению (РА) и, так же как Рвс,меняется в течение дыхательного цикла.
В артериальной частикапилляра, где гидродинамическое давление преобладает над периваскулярнымгидростатическим и коллоидно-осмотическим, жидкость фильтруется в интерстиций(рис. 1.3.4). В венозной части, где периваскулярное коллоидно-осмотическоедавление выше гидродинамического, происходит резорбция жидкости. Та частьжидкости, которая не подверглась резорбции, удаляется с лимфой.
/>
Рис. 1.3.4
Однако взаимоотношениямежду РА, давлением в артериальном (Ра) и венозном (Pv) участках капилляразависят от положения различных участков легкого по, отношению к сердцу.Согласно J. В. West (1974) и G.Y. Gibson (1984), при вертикальномположении тела в легких можно различать четыре зоны, определяемыегравитационным фактором (рис. 1.3.5).
/>
В верхней зоне (верхушкилегких) среднее альвеолярное давление во время дыхательного цикла преобладаетнад артериальным, которое в свою очередь выше венозного:
РА > Ра> Pv.
Здесь в норме легочныйкровоток осуществляется только во время вдоха, когда РА становитсяниже атмосферного.
В средней зонеартериальное давление становится выше альвеолярного, но последнее преобладаетнад венозным или равно ему:
Pa > РА > Pv.
Здесь легочный кровотокосуществляется не за счет разницы (Ра – Pv), а благодаряградиенту (Ра – Рд).
В третьей зоне среднееальвеолярное давление в течение дыхательного цикла ниже артериального ивенозного:
Ра > Pv> РА.
Именноздесь легочное кровообращение осуществляется с наибольшей интенсивностью.
Наконец, в четвертой зоне(базальные отделы легких) существуют те же отношения:
Ра > Pv>РА,
но перфузия сноваснижается из-за местного увеличения интерстициального давления напрекапиллярные сосуды.
Следовательно, в нижнихзонах легких Рвс всегда выше Рпв (поскольку Рпв= РА) и фильтрация жидкости происходит наиболее интенсивно. Нижниеотделы легких, составляющие всего 25 –30%их общей массы, продуцируютоколо 50% лимфы, оттекающей по правому лимфатическому протоку [Dembling R.N., 1975].
ИВЛ, существенно изменяярегионарные взаимоотношения между альвеолярным, артериальным и венознымдавлением [Зильбер А.П., 1978] (рис. 1.3.6), в значительной степенинарушает процесс обмена воды в легких. А.В. Бобриков и соавт. (1981) показалив эксперименте, что постоянное повышение внутрилегочного давления уже через 3 чвызывает накопление жидкости в легких. При ИВЛ лимфоток из легких снижается [Caldini P., Leitz DJ., 1975; Schad H. et al., 1978, и др.].

/>
Рис. 1.3.6
Повышенное внутригрудноедавление сдавливает правый лимфатический проток, затрудняя отток лимфы излегких. Кроме того, при высоком альвеолярном давлении во время искусственноговыдоха может наступить сдавление легочных капилляров. Это значительно усиливаетпроцесс фильтрации воды из артериальной части капилляра в интерстиций, особенноиз экстраальвеолярных сосудов, где давление выше, чем в легочных капиллярах.Указанные процессы могут привести к образованию периваскулярных скопленийжидкости в виде муфт, окружающих капилляры. Задержка воды в легких особенновыражена при увеличении РАсо. Гипокапния несколько уменьшаетопасность развития интерстициального отека [Schad H. et al., 1978, и др.]. Наконец,в условиях длительной ИВЛ может возникать гипопротеинемия из-за недостаточногоснабжения организма энергией и пластическим материалом (азот). Это приводит кснижению коллоидно-осмотического давления плазмы, в результате чего могутразвиваться отеки как в ткани легких, так и на периферии.
Приведенные выше данныепоказывают значение своевременного устранения метаболических нарушений утяжелобольного в процессе ИВЛ. Сегодня чаще всего бывает трудно диагностироватьи устранить задержку воды в легких, но несомненно, что работа в этомнаправлении должна быть продолжена.
Неблагоприятное влияниедлительной ИВЛ на легочное кровообращение и метаболизм может привести кснижению активности и продукции сурфактанта, чему способствуют еще два фактора:высокое FiО2, и увеличение продукции антиальвеол при их растяжении большимидыхательными объемами. При повышении поверхностного натяжения в альвеолахвозрастает эластическое сопротивление дыханию [Зильбер А.П., 1978, и др.].
Однако нельзя согласитьсяс тем, что длительная ИВЛ всегда вызывает снижение растяжимости легких. Какбыло показано ранее [Кассиль В.Л., 1974], этот процесс зависит не столькоот самой ИВЛ, сколько от состояния легких в процессе искусственного дыхания.При развитии бронхолегочных осложнений (трахеобронхит; пневмония, ателектазы идр.) растяжимость легких прогрессивно снижается. По мере улучшения состояниябольного растяжимость, как правило, постепенно увеличивается, становясь выше,чем до начала ИВЛ [Кассиль В.Л., Рябова Н.М., 1977]. 1.3.4 Влияние на некоторые другие функции организма
В литературе описаны идругие неблагоприятные эффекты ИВЛ, в частности увеличение продукции антидиуретическогогормона гипофизом, что приводит к повышению реабсорбции воды в канальцах почеки олигурии. Однако на практике мы никогда не наблюдали существенногоотрицательного влияния ИВЛ на функцию почек. Наоборот, у больных с начинающейсяпочечной недостаточностью в результате длительной гипоксии, например примассивной кровопотере, экламптической коме, на фоне ИВЛ часто развиваласьполиурия как фаза выхода из состояния почечной недостаточности. Факторами,способствующими восстановлению функции почек, являются устранение гипоксии,повышенного содержания катехол-аминов в крови и спазма артериол. Если утяжелобольного возникла олигурия, то, как правило, это было вызвано какой-тодругой причиной (интоксикация при перитоните, длительная гипотензия при травматическомшоке и т.д.).
Считается,что гипервентиляционный режим ИВЛ нарушает микроциркуляцию, вызывает сдвигкривой диссоциации оксигемоглобина влево, что приводит к гипоксии тканей. Ноэто предположение также противоречит клинической практике. Применение ИВЛ убольных с острой дыхательной недостаточностью в значительной степени улучшаетфункцию паренхиматозных органов.
Проведение длительной ИВЛможет сопровождаться развитием ряда осложнений. Однако эти осложнения гораздочаще возникают у больных, которым искусственное дыхание начинают слишкомпоздно, когда длительная гипоксия вызвала тяжелые, подчас неустранимыеизменения в органах и тканях, а также при неправильном выборе параметров ИВЛ иплохом уходе за больным. Кроме того, ИВЛ является очень важным, но далеко неединственным методом лечения в системе интенсивной терапии. Нередко осложнениямогут развиться из-за недостаточного питания больного, неправильного подбораантибактериальной терапии, несвоевременного устранения волемических иметаболических нарушений.
В табл. 1.3.1представлены сводные данные о влиянии ИВЛ на некоторые функции организма взависимости от условий, в которых она применяется.Функция организма
При кратковремен –
ной ИВЛ и здоровых легких в условиях наркоза При длительной ИВЛ в условиях острой дыхательной недостаточности Сердечный выброс
Может уменьшать-
ся, особенно при гиповолемии Не изменяется или увеличивается Равномерность вентиляции легких Ухудшается Улучшается Внутри легочный шнур справа на лево Увеличивается Уменьшается
D (А-а)О2 Увеличивается Уменьшается
VD / VТ Увеличивается, но это не имеет большого значения Механические свойства легких Ухудшаются Могут улучшаться по мере ликвидации патологических процессов в легких Дренажная функция дыхательных путей Существенно не нарушается Нарушается Распределение воды в легких Не нарушается (не успевает) Нарушается Периферическая микро циркуляция Может ухудшаться Улучшается
ИВЛ не являетсяполноценной заменой нормального самостоятельного дыхания. С точки зренияфизиологии последнее всегда лучше. Однако возникает вопрос: нормальное илинарушенное самостоятельное дыхание? Если оно нормальное и не требует отбольного чрезмерных энергозатрат, тогда это положение вполне справедливо.Другое дело, когда собственное дыхание больного нарушено, когда оно не способнообеспечить организм необходимым ему в данный момент количеством кислорода,поддержать Расо2, на оптимальном в данный момент уровне,осуществляется с большим расходом энергии. При таких обстоятельствах ИВЛстановится абсолютно необходимой и польза от нее значительно превышает вредныеэффекты.
Общепринято мнение, чтоследует выбирать наиболее «физиологичные» параметры искусственного дыхания, т.е.наиболее приближающиеся к параметрам спонтанного дыхания у здорового человека.Последняя рекомендация, может быть и справедливая для условий анестезии, когдаИВЛ чаще всего проводят человеку без дыхательных нарушений, на наш взгляд, неподходит к условиям интенсивной терапии. Мы уже упоминали, что большая частьданных о вредных эффектах ИВЛ получена в эксперименте или в наблюдениях залюдьми со здоровыми легкими. Однако то, что плохо для здорового организма,может оказаться весьма полезным для больного. Как показано ниже, некоторыенеблагоприятные эффекты ИВЛ, например повышенное внутри легочное давление, суспехом используются в лечебных целях. Некоторые «антифизиологичные» режимы ИВЛоказывают благоприятное воздействие на гемодинамику и вентиляционно-перфузорныеотношения в легких, если в результате тяжелого заболевания или травмы эти процессыоказались грубо нарушенными. На наш взгляд, следует стремиться не к«физиологичности» ИВЛ, ориентируясь при этом на нормальные константы здоровогочеловека, а к соответствию параметров искусственного дыхания потребностямбольного в каждый момент.
Однаков намерения автора вовсе не входит убеждать читателя, что неблагоприятнымиэффектами ИВЛ можно пренебрегать. Наоборот, как показано выше, надо не толькопомнить о них, но и применять ряд профилактических мероприятий, способствующихустранению их опасных последствий. Четкое представление о патофизиологии ИВЛнаряду со строгим учетом клинических данных позволяет значительно повыситьэффективность искусственного дыхания и избежать тяжелых осложнений. 1.3.5 Общие показания к ИВЛ
Несмотря намногочисленные работы, посвященные показаниям к ИВЛ при интенсивной терапии имноголетнее изучение вопроса, его нельзя признать окончательно решенным. Этотвопрос первостепенной важности, так как от своевременности начала во многомзависит эффективность искусственного дыхания. Одна из самых частых ошибок прилечении больных с острой дыхательной недостаточностью – позднее начало ИВЛ.
Ретроспективный анализпоказывает, что среди наиболее тяжелого контингента больных с остройдыхательной недостаточностью (массивная кровопотеря, разлитой перитонит,послеродовая эклампсическая кома, критическая черепно-мозговая травма, тяжелаямножественная травма, множественный перелом ребер, механическая асфиксия),которым потребовалось длительное проведение ИВЛ, летальность составляла всреднем 55,2%. Но если ИВЛ начинали в пределах первых 3 ч от моментапоявления дыхательной недостаточности, то летальность равнялась 37,1%, впромежутке от 3 до б ч – 52,5%, позже 6 ч – 80,6% [Кассиль В.Л.,1981]. Однако общеизвестно, что далеко не каждый больной с признакамидыхательной недостаточности нуждается в ИВЛ. Установление точных критериев,позволяющих начать искусственное дыхание своевременно, когда оно становитсядействительно необходимым, имеет большое практическое значение. Это позволитизбежать фатальной потери времени, когда все лечебные мероприятия делаютсямалоэффективными или бесполезными из-за развития необратимых процессов ворганах и тканях вследствие длительной гипоксии.
Показания к ИВЛ следуетустанавливать с учетом характера основного патологического процесса, вызвавшегодыхательную недостаточность, патогенеза последней и индивидуальных особенностейбольного. Больные различного возраста, с разными заболеваниями и травмаминеодинаково переносят гипоксию (и гиперкапнию), по-разному реагируют на нее иимеют неодинаковые компенсаторные возможности. Так, сопротивление дыхательныхпутей может быть значительно увеличено у больных с хроническими обструктивнымизаболеваниями легких, но им далеко не всегда показана ИВЛ. У ряда больных спреобладанием рестриктивных процессов и хронически сниженной растяжимостьюлегких, уменьшенной альвеолярном вентиляцией, постоянно сохраняетсягиперкапния. Это само по себе тоже не свидетельствует о необходимости применятьИВЛ во всех случаях. Следовательно, существуют частные показания кискусственному дыханию.
Здесь мы остановимся наобщих показаниях к ИВЛ, которые можно условно разделить на две группы: чистоклинические и выявляемые инструментальными методами исследования. 1.3.6 Клинические показания к ИВЛ
В экстренных ситуациях,когда тяжесть состояния больного или отсутствие необходимого оснащения делаютневозможным его детальное обследование, показаниями к ИВЛ являются:
1) отсутствиесамостоятельного дыхания (апноэ);
2) остро развившиесянарушения ритма дыхания, патологические ритмы, дыхание агонального типа;
3) учащение дыхания более 40в минуту, если это не связано с гипертермией (температура тела выше 38,5 °С)или выраженной не устраненной гиповолемией;
4) клинические проявлениянарастающей гипоксемии и (или) гиперкапнии, если они не исчезают послепроведения консервативных мероприятий: обезболивания, восстановленияпроходимости дыхательных путей, кислородной терапии, ликвидации опасного дляжизни уровня гиповолемии и грубых нарушений метаболизма.
Первые два пунктапредставляют собой абсолютные показания к ИВЛ (естественно, речь не идет обольных с инкурабельными злокачественными процессами). Остро возникшиенарушения ритма дыхания – свидетельство глубоких нарушений центральнойрегуляции дыхания. Исключение составляют больные с диффузныматеросклеротическим поражением головного мозга и сердечной недостаточностью. Уних нередко возникает дыхание типа Чейна – Стокса, которые удаетсяликвидировать фармакологическими препаратами.
Учащение дыхания –показание относительное. Цифра 40 является условной, но все же ее можно считатьрубежом, после которого может легко наступить декомпенсация самостоятельногодыхания. Тахипноэ приводит к нарушению распределения воздуха в легких и значительномувозрастанию отношения VD/VТ, требует большого расхода энергии,истощает силы больного. Если после снижения температуры тела, восстановленияобъема Циркулирующей крови, устранения грубых нарушений метаболизма тахипноэсохраняется, а тем более имеет место тенденция к его нарастанию, то необходимаИВЛ, тем более что произвести коррекцию метаболических нарушений в условияхсохраняющейся или углубляющейся гипоксии чаще всего не удается.
Наконец, клиническиепризнаки нарастающей дыхательной недостаточности мы считаем одним из наиболееважных критериев. Динамическое наблюдение позволяет выявить и оценить степеньвыраженности основных симптомов. Особое значение мы придаем нарушениям психикии сознания, которые свидетельствуют о гипоксической энцефалопатии.
В некоторых наблюденияхэти симптомы могут регрессировать после проведения полноценного обезболивания,восстановления проходимости дыхательных путей, ингаляций кислорода. Но есликлиника гипоксии быстро нарастает, то ждать эффекта от консервативных мероприятийне следует, показана ИВЛ. 1.3.7 Показания к ИВЛ на основании данных инструментальногоисследования
Некоторые авторы считаютосновным для установления показаний к ИВЛ изучение КОС и газов крови. При этомприводятся величины параметров в весьма широком диапазоне. Так, считаетсянеобходимым начинать ИВЛ, если РаО2, снижается до 70–60 мм рт.ст., а РаО2 повышается до 55 –80 мм рт. ст. [Гологорский В.А.,1972; Гейро-нимус Т.В., 1975; Зильбер А.П., 1978; Глумчер Ф. С» 1985;Norlander О., 1968, и др.].Расхождение в цифрах объясняется разным контингентом больных, находившихся поднаблюдением различных исследователей, и неодинаковыми условиями обследования (впервую очередь – при каком FiО2, определяли РаО2). Отметим также, чтогиперкапния при острой дыхательной недостаточности развивается достаточноредко, в основном при выраженной обструкции дыхательных путей, сдавлениилегкого, нарушениях функций дыхательных мышц. Кроме того, присоединение кгипоксии гиперкапнии свидетельствует о далеко зашедшей дыхательной недостаточности.
По нашему мнению,однократное исследование газов крови вообще мало информативно, если результатыего не сопоставляются с клиническими данными. Кроме того, выраженное снижениеРао, особенно в условиях оксигенотерапии, – поздний признак, свидетельствующийо наступившей декомпенсации. Мы полностью согласны с Н.М. Рябовой (1974),что начинать ИВЛ надо в стадии максимального напряжения компенсаторныхмеханизмов, когда Рао, остается на достаточно высоком уровне и отмечаетсянарастающая гипокапния или нормокапния на фоне резкого увеличения МОД. Мы неможем согласиться с мнением А.С. Сметнева и В.М. Юревича (1984), чтоглавным (если не единственным) показанием к ИВЛ является «абсолютная»гиповентиляция с повышением РаСО2.
Ряд исследователейсправедливо полагает, что показания к ИВЛ должны быть основаны в первую очередьна изучении функционального состояния аппарата внешнего дыхания и его резервныхвозможностей. Большое значение имеет также энергетическая цена дыхания, т.е.то, какую работу затрачивает организм больного для обеспечения адекватнойальвеолярной вентиляции. Считается, что работа дыхания более 1,8 кгм/мин [Peters R. М. et al., 1972] или 3 кгм/мин[Зильбер А.П., 1984] быстро приводит к декомпенсации вентиляторногоаппарата. Как видит читатель, здесь также имеется значительное расхождение вцифрах. Кроме того, определение величины работы дыхания является сложной и невсегда доступной задачей. Более просто определить максимальное разрежение,которое способен создать больной при попытке вдоха из замкнутой маски. Еслиразрежение меньше –25 см вод. ст., то показана ИВЛ. [Гёйронимус Т.В.,1975].
При исследовании функциии механики дыхания информативными тестами являются ЖЕЛ (менее 10 – 15 см3/кг) и объем форсированного выдоха (менее 10 см3/кг). ИВЛсчитается также показанной при снижении растяжимости легких ниже 0,06 л/смвод. ст., сопротивлении дыхательных путей выше 13 –14 см вод. ст./ / (л* с-1)и отношении VD/VТ более 0,6.
Исключительно большоезначение придают альвеолярно-артериальному градиенту по кислороду в условияхдыхания 100% кислородом. Увеличение D (А – а)О2, более чем до 350 –450 ммрт. ст. (снова расхождение в цифрах!) является показанием к ИВЛ.
Необходимоеще раз подчеркнуть, что, на наш взгляд, первостепенное значение имеютклинические данные. Если состояние больного позволяет выжидать, а не требуетэкстренных мероприятий, то ориентироваться следует не столько на абсолютныевеличины результатов инструментального обследования больного, сколько на ихдинамику, сопоставляя ее с развитием клиники. Ниже мы приводим общие показанияк ИВЛ на основании различных источников и результатов собственных наблюдений.Характер дыхания Апноэ, нарушения ритма дыхания Частота дыхания Более 40 в минуту Другие клинические признаки Спутанность сознания, повышенная влажность кожных покровов, цианоз, стойкая тахикардия МОД Прогрессирующее увеличение ЖЕЛ
Прогрессирующее снижение до 12см3/кг Объем форсированного выдоха
Ниже 10 см3 /кг Разрешение при вдохе из замкнутой маски Менее – 25 см вод. ст. Растяжимость легких Менее 0,06 л/см вод. ст. Сопротивление дыхательных путей
Более 13 см вод. ст./(л*с-1)
VD/VТ Более 0,6
РаО2 Прогрессирующее снижение ниже 70 мм рт. ст., если это сочетается с клиническим проявлением гипоксии
РаСО2 Прогрессирующее снижение ниже 25 мм рт. ст.
D (A – а) О2 Более 400 мм рт. ст.
Показания к ИВЛ могутвозникнуть как при постепенном нарастании, так и при быстром развитиидыхательной недостаточности. В первом случае вопрос о применении респиратора решаетсяна основании совокупности данных, в том числе ряде объективных тестов.Последние играют очень важную роль и позволяют судить, продолжать ликонсервативную терапию, или начинать ИВЛ. Однако переоценивать их значение неследует.
Мы не можем согласиться скатегорическим утверждением Т.С. Гейронимуса (1975), что, не зная газовкрови, ни начинать, ни проводить ИВЛ невозможно. Ситуации, в которых приходитсялечить больного с острой дыхательной недостаточностью, весьма различны. Оченьмногое зависит от опыта и знаний врача, его умения правильно оцениватьсостояние больного, вовремя распознать и интерпретировать клинические симптомы.Но даже если врач и считает, что ИВЛ показана, он должен реально оценитьвозможность обеспечить наблюдение и уход за больным. После интубации трахеи илитрахеостомии судьба больного во многом зависит от квалификации идобросовестности всего персонала. Если он не имеет достаточного опыта, апоказания к ИВЛ относительны, то лучше усилить консервативную терапию. Если жеИВЛ безусловно необходима, следует подумать, не целесообразнее ли перевестибольного в другое лечебное учреждение.
Необходимо сделать однозамечание. Нам не раз приходилось присутствовать при весьма эмоциональныхспорах (и принимать участие в них) о том, надо ли начинать ИВЛ? Обычно этидискуссии возникают между реанима-тологами и врачами других специальностей(хирурги, терапевты, инфекционисты и др.), но нередко и среди специалистов вобласти интенсивной терапии. Считаем, что последнее слово всегда должнооставаться за реаниматологом, если он обладает достаточной квалификацией испособен взять на себя ответственность за принятие решения. Какими бы высокимизваниями ни обладали представители других специальностей и администрациилечебных учреждений, они не должны считать себя компетентными в таком сложномвопросе, как проведение ИВЛ. 1.4 Вывод уравнения движения следящей системы
В данном разделепроводится вывод уравнения движения электропривода асинхронногоэлектродвигателя, находящегося в генераторе вдоха. Для более точной работыдвигателя, на его выходном валу был установлен тахогенератор, в результате чегополучилась следящая система.
Дифференциальноеуравнение системы может быть найдено из уравнений ее элементов путем ихсовместного решения.
Прежде всего запишемуравнения отдельных элементов системы. Для элемента сравнения справедливосоотношение
 
q=aвх– aвых, (1.4.1)
где q – рассогласование,снимаемое с элемента сравнения;
aвх и aвых – соответственно углыповорота входного и выходного валов системы.
Для преобразователязапишем уравнение
 
Uq=knq, (1.4.2)
где Uq – измеритель рассогласования (потенциометры);
kn– коэффициентпропорциональности, характеризующий крутизну характеристики Uq=f(q) преобразователя.
Коэффициентпропорциональности можно выразить как kn=Uq/q и измерять в вольтах на градус. Таким образом, этот коэффициентпоказывает, какое напряжение сигнала ошибки приходится на единицу угларассогласования.
Для тахогенератора
 
Um=km/>; (1.4.3)
Для усилителя
 
Ua=kyUвх, (1.4.4)

где Uа– выходное напряжениеусилителя, поступающее в цепь якоря исполнительного двигателя;
ky – коэффициент усиленияусилителя по напряжению;
 
Uвх= Uq– Um; (1.4.5)
Для того чтобы вывестидифференциальное уравнение двигателя, рассмотрим протекающие в нем процессы,принимая следующие допущения:
- внутреннеесопротивление выходного каскада усилителя равно нулю;
- коэффициентсамоиндукции цепи равен нулю;
- Реакцияякоря отсутствует.
Уравнение равновесияэ.д.с. для цепи якоря двигателя имеет следующий вид:
 
Ua=IaRa+Ea, (1.4.6)
где Ua – приложенное к цепиякоря напряжение;
Ia– ток якоря;
Ra – сопротивление якоря;
Ea– противо-э.д.с.,возникающая в обмотке якоря при вращении.
На основании законаФарадея получим
 
Ea=keФW, (1.4.7)
где ke – коэффициентпропорциональности, характеризующий конструкцию электродвигателя;
Ф – поток возбуждения;
W– скорость вращенияротора.

Подставив (2.4.7) в(2.4.6), получим
Ua=IaRa+ keФW, (1.4.8)
Запишем уравнениеравновесия моментов электродвигателя
 
Мвр=Мст+Мдин, (1.49)
Электромагнитныйвращающий момент двигателя Мвр может быть выражен как
 
Мвр=kмФIa, (1.4.10)
где kм – коэффициентпропорциональности, характеризующий магнитную проводимость магнитопроводаэлектродвигателя.
Статический момент Мст,действующий на валу двигателя, можно представить как
 
Мст=Мхх+Мн, (1.4.11)
где Мхх– момент холостого хода;
Мн – момент создаваемыйнагрузкой.
Динамический момент навалу двигателя Мдин имеет место при изменении скоростивращения и может быть выражен как
 
Мдин=J/>, (1.4.12)
где J– момент инерциивращающихся частей;
/> – ускорение вращения.
Решим уравнение (2.4.8)относительно тока якоря Ia:
 
Ia=/>, (1.4.13)
Подставив (2.4.13) в(2.4.10) получим:
 
Мвр=/>, (1.4.14)
Полученное уравнение(2.4.14) называется уравнением механической характеристики электродвигателя,которая представляет собой зависимость W=f(М) между моментом на валудвигателя и скоростью его вращения.
Для построениямеханической характеристики найдем точки ее пересечения с осями координат. Еслипо оси абсцисс откладывать момент Мвр, а по оси ординат –скорость вращения W, то, учитывая, что уравнение (2.4.14)относительно интересующих нас значений Мвр и W является уравнениемпервой степени, можно представить механическую характеристику двигателя в видепрямой, пересекающей оси координат в двух точках.
Для нахождения точкипересечения характеристики с осью абсцисс положим
W=0. С учетом этого условияиз уравнения (2.4.14) получим
 
Мвр=Мn=/>, (1.4.15)
где Мn– пусковой моментдвигателя, т.е. момент вращения, развиваемый двигателем при пуске, когда W=0.
Для определения точкипересечения характеристики с осью ординат положим Мвр=0 иподставив это условие в уравнение (2.4.14), получим
 
0=/>— /> (1.4.16)
где Wхх – скорость холостогохода двигателя (при отсутствии нагрузки на его валу).
Решим уравнение (2.4.16)относительно скорости. Получим
/>. (1.4.17)
Построим по полученнымточкам механическую характеристику двигателя.
Из приведенного графика,а также уравнений (2.4.14) и (2.4.15) вытекает следующее соотношение:
 
Мвр=Мn-FW, (1.4.18)
где F=/> называется коэффициентом вязкого трениядвигателя и характеризует жесткость его механической характеристики.
Из выражения (2.4.15)можно получить следующее соотношение
 
/>, (1.4.19)

где /> – коэффициентпропорциональности между пусковым моментом двигателя и приложенным к его якорюнапряжением.
Из уравнений (2.4.4),(2.4.3) и (2.4.5) выразим входное напряжение усилителя следующим образом:
 
Uвх=knq-km/>,(1.4.20)
тогда выходное напряжениеусилителя
 
Ua=knkyq-kmky/>, (1.4.21)
при этом пусковой моментдвигателя
 
Мn=knkykdUq– kmkykdU/>, (1.4.22)
где К0= knkykdU – передаточныйкоэффициент системы;
F1= kmkykdU – коэффициентуспокоения, вносимого тахогенератором.
Получим
 
Мn=Kq– F1/>.(1.4.23)
Подставив (2.4.24) в(2.4.18), получим
 
Мвр=К0q– F1/> — F/>

или
 
Мвр=К0q– (F+F1)/>. (1.4.24)
Уравнение равновесиямоментов двигателя запишется в следующем виде:
К0q – (F+F1)/>= />+Мст (1.4.25)
Производя замену aвых=aвх – q, получим
/>
Это выражениепредставляет собой дифференциальное уравнение движения следящей системы спринимающим тахогенератором.
Важнейшим показателем,характеризующими поведение система, является ошибка слежения q. Получим выражения длястатической и динамической установившихся ошибок.
Так как статическаяошибка qст оценивается по окончании движения, т.е. при неподвижных входном ивыходном валах, примем />. Изэтого следует, что />. А так как всостоянии покоя системы ее ошибка должна быть постоянна, то/> и />.
Отсюда получим

К0qст=Мст(1.4.26)
откуда
 
qст=/>. (1.4.27)
Полагая, что входной ивыходной валы движутся с одинаковой постоянной скоростью W=Wуст=const, примем />. А так как в установившемсярежиме ошибка слежения постоянна, то /> и />. Отсюда получим
 
К0q=(F+F1)Wуст+Мст, (1.4.28)
ноq=qст+ qdy. (1.4.29)
Следовательно,
 
К0(qст+qdy)=(F+F1)Wуст+Мст,(1.4.30)
отсюда
 
qст+qdy=/> (1.4.31)
или, учитывая формулу(2.4.27),
qdy=/> (1.4.32)

2. Расчетно-конструкторскаячасть2.1 Расчет и выбор элементов электрической схемы
Аппаратыискусственной вентиляции легких по классификации медицинских аппаратов ГОСТР50444 – 92 относятся к изделиям класса А, вероятность безотказной работыкоторых задается равной 0,99 в течение заданной наработки.
Целью данногорасчета является анализ данных по надежности микроконтроллера, входящего всостав блока управления аппаратом искусственной вентиляции легких «Спирон –201», а так же подбор надежных элементов для управления аппаратом.
Значенияинтенсивностей отказов, режимы работы и поправочные коэффициенты посправочникам [2,3,4] элементов схемы КФБН.941200.731 Э3 приведены в таблице2.1.1.
Таккак было применено дублирование соединителей и дорожек монтажных их вероятностьбезотказной работы рассчитывается по формулам:
 
Pс(t) = 1 – (1 – e-λс t)2 (2.1.1)
/>PД(t) =1 – (1 – e-λД t)2(2.1.2)
Вероятность безотказнойработы остальных элементов микроконтроллера определяется уточненным средне –групповым методом по формуле:
/>, (2.1.3)

где li — интенсивность отказовэлемента.
Вероятность безотказнойработы всего микроконтроллера будет рассчитываться по формуле (2.1.4).
Pобщ(t) = Pc(t)· Pд(t)·P(t) (2.1.4)
1. Рассчитаемвероятность безотказной работы в течение заданной наработки.
Коэф-т нагрузки Кн
Температура рабочая Т, о С
Микросхемы:
КР580ВВ55А
КР580ВИ53
К555ЛА3
К580ГО324
К555ИД7
К580ВМ80А
КР580ВВ51А
КР580ВИ53
КР580ВМ52
К580ВК28
К170АР2
К170УР2
К555АР3
К555ИД7
К555ЛЕ1
КР537РУ8А
К555ИР22
КР580В555А
КР580ВА87
К1816ВЕ35
К580ВР43
D1
D2
D3
D4
D6
D7
D8
D9
D10
D11
D12, D13
D14
D15
D16
D17
D18
D26
D21
D24
D25
D28
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 0,1
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5 40 1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Кварц:
18 мГц
6 кГц
B1
B2
1
1
0,07
0,07
0,5
0,5 40 1,5
0,105
0,105
0,105
0,105
Резисторы:
Млт – 0,25
R1-R17 17 0,04 0,5 40 2,5 0,1 1,7
Диоды:
КД 522 Б
V1 – V2 2 0,2 0,8 40 1,19 0,238 0,476
Конденсаторы:
К50–35
К10–7В
С2, С3, С8, С28
С21
С1, С4, С5, С9-С27, С29, С30
5
24
0,135
0,035
0,56
0,56 40 2
0,27
0,07
0,35
6,48 Соединители:
Х1-Х10 10 0,05 0,4 10 0,5 5
Выводы:
Пайка 507 0,004 1 1 0,045 2,028
Провода:
Дорожки монтажные 439 0,015 1 1 0,015 6,585
Pc(2000) = 1 – (1-е-0,000005·2000)2= 0,9999
Рд(2000) =0,9998
Р(2000) = е-Λ·2000= 0,977, где Λ = ∑λi = 16,4· 10-6
Робщ(2000) =0,9999·0,9998·0,967 = 0,967
2. Рассчитаемвероятность безотказной работы за время средней интенсивности эксплуатации.
Pc(8) = 1 – (1-е-0,000005·8)2= 0,99999999
Рд(8) =0,99999999
Р(8) = е-Λ·8= 0,999, где Λ = ∑λi = 16,4· 10-6
Робщ(8) =0,99999999·0,99999999·0,999 = 0,9989
Доза отказа ИЭТсущественно зависит от интенсивности излучения ИИ, а ресурс изделий в радиационныхполях в 2 –5 раз ниже показателей приводимых в ТУ на ИЭТ. [2]. При этоминтенсивность отказов увеличивается в 2 – 5 раз, т.е.
Λ= 0,000049;
λс =0,000015;
λд =0,00002.
Получим
Рси(8)= 0,9999999;
Рди(8)= 0,9999999;
Ри(8) = 0,999;
Робщ(8) =0,99899.
Рси(2000)= 0,999;
Рди(2000)= 0,998;
Ри(2000) =0,906;
Робщ(2000) =0,904.
Следовательно, в условияхдействия ИИ от дефибриллятора и рентгеновского аппарата, вероятностьбезотказной работы по ГОСТу Р50444–92 не достаточна.
Для повышения надежности микроконтроллеранеобходимо:
1. Дляэффективного уменьшения воздействий электромагнитных излучений рекомендуетсяэкранирование микроконтроллера.
2. Заменитьнекоторые элементы на зарубежные аналоги:
КР580ВИ53 – времязадающееустройство на I8253;
К580ВК28 –комбинированное устройство на I8228;
К580ВМ80А –микропроцессор на I8080;
КР580ВВ51А – устройство управлениявводом – выводом на I8251;
К1816ВЕ35 – микро – ЭВМ наI8025;
К555АП3 – формировательразрядных токов на I4240;
КР580ВВ55А – I8255A;
К555ИД7 – SN74LS138N;
КР580ВН59 – I8259;
К555ЛЕ1 – SN74LS02N;
КР537РУ8А – HM6516;
КР580ВА87 – I8257;
К555ИР22 – SN74LS373N;
К580ВР43 – I8243.
Расчет интенсивностиотказов зарубежных микропроцессоров производится по справочнику [6].
λ = (С1·πт + С2· πЕ)·πQ·πL·10-6 1/час,
где С1 –коэффициент, учитывающий количество элементов в кристалле микросхемы,
С2 –коэффициент, учитывающий количество ножек микросхемы, коэффициент, учитывающий
πт –коэффициент, учитывающий рабочую температуру микросхемы,
πЕ –коэффициент, учитывающий условия эксплуатации элемента (в данном случае наземле),
πQ – коэффициент,учитывающий качество изготовления,
πL – коэффициент,учитывающий время выращивания кристалла.
λ = (0,08·0,03+0,015·0,4)·0,9·1·10-6= 0,0076·10-6
Заменив, отечественные микросхемына их зарубежные аналоги, рассчитаем вероятность безотказной работы микроконтроллера.
Рз (8) = е-Λ·8= 0,9998,
Рзобщ(8) =0,99999999·0,99999999·0,9998 = 0,9998
Рз(2000) = е-Λ·2000= 0,989, где Λз = 14,36
Робщ(2000) =0,9999·0,9998·0,989 = 0,989
Такая вероятностьбезотказной работы соответствует ГОСТу Р50444–92 для изделий класса А. 2.2 Расчет экрана блока управления
Для повышения надежности необходимоэкранировать блок печатных плат, находящихся в блоке управления, от внешнихисточников помех.
Экран представляет собойметаллический параллелепипед, разделяющий две области пространства, ипредназначен для регулирования распространения электромагнитных полей от однойиз этих областей к другой.
Степень экранированияоценивается величиной коэффициента экранирования
КЭ=/>,
где Нн –напряженность наружного поля;
Нв –напряженность того же поля внутри экрана.
Предельно допустимый уровеньвоздействия магнитного поля для человека при длительном воздействии равен Нв=0,8А/м. (Инструкция главного Государственного санитарного врача от 16.8.1977 №1742).Уровень магнитного поля от медицинской установки УМ-8 составляет 40А/м
КЭ=/>
Коэффициент экранированияматериала рассчитывается по формуле [7,9]
КЭ=/>., (2.2.1)
где m – магнитнаяпроницаемость материала;
Rв – среднее арифметическоевнутренних размеров экрана по трем его главным осям;
Rн – среднее арифметическоенаружных размеров экрана.
Толщина экрана
D=Rн-Rв (2.2.2)

Выведем формулу длярасчета Rн
/>, (2.2.3)
Rв=/>мм
Для экранированияэлектромагнитных полей используют материалы с высокой магнитной проницаемостью.В качестве такого материала подходит пермаллой [8].
Для пермаллоя марки 79 НМm=20×103
Rн=/>=228 мм
D=228–227,7=0,3 мм
Вывод: блок плат,находящихся в блоке управления необходимо экранировать пермоллоем марки 79НМтолщиной 0,3 мм. На чертеже КФБН941400.731 СБ представлен экран сразмерами и полученной толщиной. Экран понижает интенсивность отказов элементовпечатных плат в 2 – 3 раза, в результате чего повышается надежность блокауправления, а так же и всего аппарата. 2.3 Расчет основных параметров следящей системы
Рассчитаем момент инерциивсей системы. Он равен суммарному моменту ее составляющих.
J=Jпр +Jдв. +Jтг, (2.3.1)

где Jпр – момент инерциисистемы,
Jдв – момент инерциидвигателя,
Jтг – момент инерциитахогенератора.
Jдв=1,2×10-4кг×м2,
Jтг=0,5×10-4кг×м2 [11].
На валу расположеныцилиндрические кулачки с радиусом 0,02 м и длиной 0,01 м. Моментинерции одного кулачка равен
/>, (2.3.2)
где m – масса кулачка,
R – радиус кулачка.
/>, (2.3.3)
где Р=7,7×103 кг/м3,
V=p×R2×L=3,14×0,004×0,01=1,256×10-5 м3.
/>кг.
/>кг×м2
Так как на валу стоит трикулачка, то Jпр=5,7×10-6кг×м2.
Момент инерции всейсистемы
J= 1,2×10-4+0,5×10-4+0,057×10-4=1,757×10-4 кг×м2
Рассчитаем коэффициентвязкого трения двигателя
 
F=/>, (2.3.4)

где kм= 7,19 – коэффициентхарактеризующий магнитную проводимость магнитопровода электродвигателя,
kе=1,2 – коэффициентпрпорциональности характеризующий конструкцию электродвигателя,
Ф=6×10-4 Вб,
Rа=180 Ом – сопротивлениеротора.
/>.
Рассчитаем коэффициентуспокоения, вносимого тахогенератором
/>, (2.3.5)
где km – передаточный коэффициенттахогенератора,
kу =20 – коэффициентусиления усилителя по напряжению,
kdU – коэффициентпропорциональности между пусковым моментом двигателя и приложенным к его якорюнапряжением.
/>, (2.3.6)
/>, (2.3.7)
где W= 141,4 – скоростьвращения тахогенератора,
Uвых =11В – выходноенапряжение тахогенератора,
Мп – пусковоймомент двигателя.
/>, (2.3.8)
/>
где Мном –номинальный момент двигателя.

/>, (2.3.9)
где Р=50В=510 кг×см/сек
/>кг×см,
/> кг×см.
/>,
/>
Получим
/>.
Рассчитаем передаточныйкоэффициент ситемы
/> (2.3.10)
где kп=0,08 В/рад – коэффициентпоказывающий, какое напряжение сигнала ошибки приходится на единицу угла рассогласования.
/>2.4 Моделирование работы электропривода
В данном разделепроводится моделирование следящей системы, дифференциальное уравнение движениекоторой было получено в пункте (1.4) и имеет вид
/>
Рассмотрим, как ведетсебя следящая система в переходном процессе. Для этого следует задатьсяопределенным законом движения входного вала системы.
Пусть до момента t=0 система находится впокое и ее выходной вал неподвижен. В
момент t=0 входной вал начинаетвращаться с постоянной скоростью.
Для этих условийуравнение движения следящей системы примет вид:
/> (2.4.1)
для следящих систем впереходных процессах можно пренебречь влиянием статического момента нагрузки Мстпо сравнению с динамическим моментом Мдин. Это значительно облегчаетанализ системы, так как упрщается ее дифференциальное уравнение.
Итак, пренебрегаястатическим моментом нагрузки, получим
/> (2.4.2)
Передаточная функциябудет иметь вид
/> (2.4.3)
/>
График переходногопроцесса представлен на рисунке (2.4.1.)
Время переходногопроцесса tп.п.= 0,12 сек
Перерегулирование s=/>42,87%.
Для сравнения приведемграфик переходного процесса для системы без тахогенератора.
Передаточная функция вэтом случае будет иметь вид

/> (2.4.4)
/>
График переходногопроцесса представлен на рисунке (2.4.2)
/>
Рисунок 2.4.1 Графикпереходного процесса следящей системы
/>
Рисунок 2.4.2 Графикпереходного процесса системы без тахогенератора

Переходный процесс длядвигателя получился колебательный, поэтому на выходе воздуходувки воздухвыходит не равномерно. Для того, чтобы сгладить неравномерность в АИВЛ «Спирон-210»перед и после воздуходувки были установлены ресиверы. После того как установилитахогенератор, колебания уменьшились и на много раньше установилсяустановившийся режим.2.5 Расчет основных параметров электродвигателя
Тип двигателя АВЕ-052–4
Технические данные: [11]
Полезная мощность на валуP2=50 Вт
Скорость вращения ротора n =1350 об/мин.
Частота сети f=50 Гц
Напряжение питательнойсети U1=220 В
Напряжение на зажимахуправляющей обмотки U3=220 В
Число фаз статора m1=2
Момент инерции ротора 1,2кг×см2
Кратность пусковогомомента mp=0,5
Электоромеханическаяпостоянная времени ТМ=0,2 сек
Cos φ = 0,95
КПД = 50%.
Весь расчет ведется посправочникам [10, 11].
Основные размеры двигателя
1. Расчетная мощность:
/> Вт. (2.5.1.)
гдеξ=0,8÷0,94
2. Машинная постоянная:
/> (2.5.2.)
где: Kω=0,86÷0,96 –обмоточный коэффициент
α=0,64
Bδ=0,25÷0,6 Тл –амплитуда индукции в воздушном зазоре
AS=60÷240 А/см –линейная нагрузка статора.
3. Диаметррасточки и расчетная длина пакета статора
 
/> мм (2.5.3.)
 
l=ξ·Da=36,5 мм. (2.5.4.)
По ГОСТ 6636–60 Da=42 мм; l=36 мм.
Материал – листоваяэлектротехническая сталь марки Э12, толщиной 0,5 мм. (ГОСТ 802–58).
4. Полюснойшаг
/> мм (2.5.5.)
где 2p=4
Обмотки статора
5. Тип обмотки. Принимаемдвухслойную обмотку с целым числом пазов, приходящихся на один полюс и фазу исокращенным шагом.
6. Число пазов статора

/> (2.5.6.)
где q1=2 – число пазов,приходящихся на полюс и фазу
7. Шаг обмотки статора попазам
/> – полюсной шаг по пазам (2.5.7.)
/> (2.5.8.)
гдеλ=0,8÷0,85
8. Обмоточный коэффициентобмотки статора
/> (2.5.9.)
где:
/> – коэффициент распределения обмотки
/> – коэффициент сокращенияшага обмотки
1. Выборотношения потребляемой мощности управляющей обмоткой из сети Рз [Вт]к потребляемой мощности главной обмотки Р1:
/> (2.5.10.)
примем />
2. Выбориндукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки статора для управляющейобмотки.

/> (2.5.11)
где: /> – амплитуда индукции ввоздушном зазоре, создаваемая магнитодвижущей силой управляющей обмоткистатора, Тл.
/> — действительная линейнаянагрузка статора для управляющей обмотки, а/см.
3. Амплитуды полезных магнитных потоков ввоздушном зазоре, создаваемые магнитодвижущей силой главной и управляющейобмоток статора
/> Вб(2.5.12)
/> Вб(2.5.13)
4. Число витков главной и управляющейобмоток статора.
/> (2.5.14)
где:/>В (2.5.15)
/> (2.5.16)
/>В (2.5.17)
13. Число проводников впазах статора

/>/>;/> (2.5.18)
14. Предварительные значения потребляемых токов главной иуправляющей обмоток статора при номинальной нагрузке двигателя.
/> А (2.5.19)
/> А (2.5.20)
15. Сечение и диаметрпроводов обмоток статора
/> мм2 (2.5.21)
/> — плотность тока = 3¸5 а/мм2
/> мм2
По ГОСТ 2773–51 />= 0,066 мм2
/> марка провода ПЭЛ
/> мм2; /> марка провода ПЭЛ
16. Площадь сечения пазастатора.
/> мм2 (2.5.22)

где />=0,32¸0,44 – коэффициентзаполнения паза статора изолированным проводом.
17. Размеры пазов изубцов статора.
Примем полузакрытые пазытрапециидальной формы с одинаковой толщиной зубца по высоте.
Минимальная допустимаятолщина зубца статора:
/> мм. (2.5.23)
где /> – максимальная индукция взубцах статора, может допускаться до 1,2 Тл.
t1 – зубцовой шаг поокружности расточки статора
/> мм. (2.5.24)
Прорезь паза статора
/>*/> мм. (2.5.25)
/> мм; /> мм; />
18. Площадь, занимаемаяпазовой изоляцией.
/> мм2 (2.5.26)
где /> – 0,3¸0,5 мм – толщинапазовой изоляции из лакоткани МИС – 0,1 мм (ГОСТ 2214–46) и электрокартонаЭВ – 0,25 мм (ГОСТ 2824–56).
П – периметр паза, П=44 мм.
Площадь, занимаемаяклином
/> мм2
Проверка технологическогокоэффициента заполнения части паза статора, занимаемой изолированным проводом.
/>, что вполне допустимо. (2.5.27)
19. Средняя длинапроводника обмотки статора
/> мм (2.5.28)
для обмотки с сокращеннымстатором k=1,5.
20. Активныесопротивления главной и вспомогательной обмоток статора при 20оС
/> ом (2.5.29)
/> ом. (2.5.30)
21. Активноесопротивление этих обмоток в нагретом состоянии при JoC
/> ом; (2.5.31)
/> ом. (2.5.32)
где /> – температура нагреваобмотки статора, оС (2.5.33)
/> температура окружающейсреды, оС
/> – превышение температурыобмотки статора над температурой окружающей среды, оС.
/> ом. (2.5.34)
22. Удельная магнитнаяпроводимость для потоков рассеяния обмотки статора:
а) для пазового потокарассеяния
/> Гн/см.
где />0 мм (2.5.35)
/> мм; />0 мм (2.5.36)
/> (2.5.37)
б) для потоков рассеяниявокруг лобовых частей обмотки статора
/> Гн/см. (2.5.38)
где /> мм. (2.5.39)

в) удельная магнитнаяпроводимость для потоков рассеяния между вершинами зубцов статора
/> Гн/см (2.5.40)
Полная удельная магнитнаяпроводимость для потоков рассеяния обмотки статора
/> Гн/см (2.5.41)
23. Индуктивноесопротивление цепи намагничивания, приведенное к числу витков главной обмоткистатора
/> ом (2.5.42)
где /> — коэффициент воздушногозазора
/> – коэффициент насыщениямагнитной цепи двигателя
/> – длина одностороннеговоздушного зазора между расточкой статора и ротором.
Обмотки ротора
24. Диаметр ротора
/> мм (2.5.43)
Материал – листоваяэлектротехническая сталь марки Э44 толщиной 0,35 мм (ГОСТ 802–58).
25. Число пазов ротора сбеличьей клеткой.
При выборе числа пазовротора необходимо соблюдать следующие условия:
а) для уменьшения влияниятормозящих асинхронных моментов от зубцовых гармоник при вращении ротора.
/>
б) для снижения влияниясинхронных моментов от высших гармоник при пуске двигателя
/>, где g=1, 2, 3…
/>
в) во избежаниетормозящих синхронных моментов от высших гармоник при вращении ротора
/>
/>
г) для уменьшенияодностороннего притяжения ротора к расточке статора и радиальных вибрационныхсил
/>
/>
В итоге принимаем Z2=14.
26. Токи стержня икороткозамыкающих колец ротора
/> А (2.5.44.)
где k=0,3¸0,6; m1=1.
/> А. (2.5.45.)

27. Сопротивлениебеличьей клетки ротора.
Активное сопротивлениеротора, приведенное к главной обмотке статора, при рабочей температуредвигателе должно быть />; примем /> ом (при /> ом).
Материал для стержней –никелин, электропроводность /> м/ом×мм2 при 20оС.
Короткозамыкающие кольцавыпускаются из красной меди с /> м/ом×мм2 при 20оС.
Коэффициенты увеличениясопротивлений никелина и меди при повышении температуры нагрева ротора до />оС соответственнобудут: />.
Приведенное активноесопротивление ротора
/> (2.5.46)
следовательно: /> ом (2.5.47)
Размеры беличьей клеткиротора.
Поперечное сечениекороткозамкнутого кольца
/> мм2, где /> А/мм2 –плотность тока (2.5.48)
Ширина кольца принята /> мм, тогда толщина кольца

/> мм (2.5.49)
Активное сопротивлениесегмента короткозамкнутого кольца между двумя стержнями:
/> (2.5.50)
где /> мм. (2.5.51)
Активное сопротивлениестержня.
/> ом. (2.5.52)
Поперечное сечениестержня.
/> мм2. (2.4.53)
Диаметр стержня ротора
/> мм. (2.5.54)
Плотность тока в стержне
/> А/мм2, что вполне допустимо, т. к./> А/мм2
(2.5.55)

28. Размеры пазов изубцов ротора.
/> мм (2.5.56)
Проверка максимальнойиндукции в узком сечении зубца ротора.
/> Тл (2.5.57)
29. Удельная магнитнаяпроводимость для потоков рассеяния беличьей клетки ротора.
а) для пазового потокарассеяния
/> Гн/см (2.5.58)
б) для потоков рассеяниямежду вершинами зубцов ротора
/> Гн/см (2.5.59)
в) для потоков рассеяниявокруг короткозамкнутых колец
/> Гн/см (2.5.60)
Тогда полная удельнаямагнитная проводимость для потоков рассеяния беличьей клетки ротора.

/> Гн/см. (2.5.61)
30. Индуктивноесопротивление беличьей клетки ротора, приведенное к числу витков главнойобмотки статора.
/> ом. (2.5.62)
Магнитная система электродвигателя
31.Величина наружной поверхности корпуса двигателя, включая два подшипниковыхщита.
/> мм2 (2.5.63)
где /> Вт/см2 –удельная тепловая нагрузка при превышении температуры поверхности корпуса надтемпературой окружающей среды.
32. Наружный диаметркорпуса двигателя.
/> мм, (2.5.64)
где />0 мм – длина корпуса. (2.5.65)
По ГОСТ 6636–60 />0 мм; /> мм.
33. Наружный диаметрпакета стали статора.
/> мм, (2.5.66)

где /> — толщина корпусадвигателя.
34. Высота сердечникапакета статора.
/> мм. (2.5.67)
Проверка индукции всердечнике статора
/> Тл, что вполне допустимо т. к. /> Тл.
35. Магнитодвижущая силадля воздушного зазора:
коэффициент воздушногозазора
/>, (2.5.68)
тогда магнитодвижущаясила для воздушного зазора
/> (2.5.69)
36. Магнитодвижущая силадля зубцов статора.
/> Тл, тогда (2.5.70)
магнитодвижущая сила длязубцов статора
/>, (2.5.71)

где /> для стали марки Э12.
37. Магнитодвижущая силадля сердечника статора:
индукция в сердечникестатора.
/> Тл; (2.5.72)
Средняя длина путимагнитного потока в сердечнике
/> мм, тогда (2.5.73)
магнитодвижущая сила длясердечника статора
/>, (2.5.74)
где /> для стали марки Э12.
38. Магнитодвижущая силадля зубцов ротора:
индукция по минимальномусечению зуба
/> Тл, тогда (2.5.75)
магнитодвижущая сила длязубцов ротора
/>, (2.5.76)
где />для стали марки Э12.
39. Магнитодвижущая силадля сердечника ротора:
индукция в сердечникеротора

/> Тл, (2.5.77)
где /> мм – высота сердечникаротора (2.5.78.)
/> мм – диаметр вала. (2.5.79)
Средняя длина путимагнитного потока в роторе:
/> мм, тогда (2.5.80)
магнитодвижущая сила длясердечника ротора:
/>, (2.5.81)
где /> для стали марки Э12.
40. Общая магнитодвижущаясила холостого хода главной обмотки статора.
/> (2.5.82)
Коэффициент насыщениямагнитной системы двигателя
/> (2.5.83)
Ток холостого ходаэлектродвигателя
41.Реактивная составляющая тока холостого хода двигателя.

/> А. (2.5.84)
42. Масса стали статораасинхронного двигателя.
а) масса зубцов статора
/> кг; (2.5.85)
б) масса сердечникастатора
/> кг, (2.5.86)
где /> мм – диаметр окружностиоснования пазов статора.
43. Магнитные потери вактивной стали.
Магнитные потери в зубцахстатора
/> Вт (2.5.87)
Магнитные потери всердечнике статора
/> Вт, (2.5.88)
где /> Вт/кг – удельные потери встали марки Э12 – 0,5 мм при индуктивности 1 Тл и частоте 50 Гц по ГОСТ802–58.
Общие магнитные потери встали статора

/>Вт. (2.5.89)
44. Потери в меди обмоткистатора при холостом ходе приближенно равны:
/> Вт. (2.5.90)
45. Электрические,магнитные и механические потери холостого хода двигателя
/> Вт. (2.5.91)
46. Активная составляющаятока холостого хода
/> А. (2.5.92)
47. Ток холостого ходадвигателя
/> А. (2.5.93)
48. Активноесопротивление намагничивающего контура, эквивалентное магнитным потерям в сталистатора
/> (2.5.94)
Потери и К.П.Д. двигателя
49.Потери в меди обмоток статора и ротора.

/> Вт; (2.5.95)
/>, (2.5.96)
где /> Вт.
50. Магнитные потери встали статора.
/> Вт из пункта 42.
51. Механические потери вдвигателе:
потери на трение вподшипниках
/> Вт, (2.5.97)
где />; /> — скорость вращения роторапри нагрузке.
Масса ротора с беличьейклеткой
/> кг (2.5.98)
Потери на трение ротора ввоздухе
/> Вт. (2.5.99)
Полные механическиепотери в двигателе
/> Вт. (2.5.100)
52.Общие потери в двигателе при нагрузке.
/> Вт, (2.5.101)

где /> — коэффициент, учитывающийдобавочные потери в двигателе.
53. Потребляемаяасинхронным двигателем активная мощность из сети.
/> Вт. (2.5.102)
По условию /> Вт.
Тепловой расчет двигателя.
1. Превышениетемпературы статора двигателя.
Удельные потери:
В меди обмотки статора: /> (2.5.103)
В стали статора: /> (2.5.104)
Трения: /> (2.5.105)
2. Междувитковаяизоляция проводников в пазу:
/>/> мм (2.5.106)
где />
3. Общаятолщина изоляции от меди до стенки паза:

/> мм, (2.5.107)
где dи=0,3 мм.-толщинапазовой изоляции и изоляции одной стороны проводника.
4. Результирующийкоэффициент теплоотдачи наружной поверхности статора:
/>, (2.5.108)
где a – коэффициенттеплопроводности междувитковой изоляции проводов в пазу и пазовой изоляции.
/>
5. Среднеепревышение температуры обмотки статора над окружающей средой.
/> (2.5.109)
2.6 Расчет надежности
Свойствоизделия, обеспечивающее его возможность выполнять заданные функции, сохраняясвои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемогопромежутка времени или требуемой наработки, называют надежностью системы. Длямедицинской промышленности проблема надежности имеет большое значение. Во-первыхвыход из строя медицинской техники приводит к ее простою, а это ухудшаетпоказатели системы массового обслуживания, в которой эта техника работает; во-вторых,возникает проблема квалифицированного ремонта, которую, учитывая спецификуработы учреждений здравоохранения, решить не просто; в-третьих, неисправностьмедицинской техники может вызвать крайне нежелательные проблемы для пациента:врач может поставить неверный диагноз или нарушить требуемую дозировкутерапевтического воздействия. Наконец, в ряде случаев, если устройство входит всистему жизнеобеспечения (например, наркозная или реанимационная техника), отказв устройстве создает непосредственную угрозу жизни больного. Такой же результатнаблюдается и в случае отказа, нарушающего электробезопасность устройства.
Правильныйвыбор и назначение показателей надежности зависят в основном от тойфункциональной задачи, которую выполняет изделие в лечебно – диагностическомпроцессе.
В данномразделе проводится расчет надежности блока управления аппарата искусственнойвентиляции легких «Спирон-201».
Блокуправления содержит следующие элементы: плата питания ИМ, плата питания ИС,плата ввода – вывода, плата управления индикацией, микроконтроллер, платапитания ВИП.
Коэффициентынагрузки, интенсивности отказов и поправочные коэффициенты взяты изсправочников [2,3,4] и сведены в таблицах 2.6.1, 2.6.2, 2.6.3.2.6.4, 2.6.5.Рабочая температура дается в соответствии с паспортными данными прибора по [1].
Для повышения вероятностибезотказной работы соединителей и дорожек монтажных применено их дублирование.Следовательно, вероятность безотказной работы соединителей и дорожек монтажных рассчитываетсяпо формулам:
Pп(t) = 1 – (1 – e-λсt)2(2.6.1)
/>PД(t) =1 – (1 – e-λДt)2(2.6.2)

Вероятность безотказнойработы остальных элементов блока управления определяется уточненным средне –групповым методом по формуле:
/>, (2.6.3)
где li — интенсивность отказаэлемента;
Pобщi(t) = Pc(t)· Pд(t)·P(t) (2.6.4)
Вероятностьбезотказной работы всего блока управления рассчитывается по формуле:
 
Pу=å Pобщ i(t) (2.6.5)
Вероятностьбезотказной работы рассчитывается в течение заданной наработки на отказ и втечении средней интенсивности эксплуатации.
Рассчитаемвероятность безотказной работы платы питания ВИП (таблица 2.6.1)
L=ålI=1,0345*10-6
Pобщ. 1(2000)= e-L2000= e-0,0021=0,997
Pобщ. 1(8)= e-L8= e-0,00=0,99997
Рассчитаем вероятностьбезотказной работы платы ввода – вывода (таблица 2.6.2)
L=ålI=26,51*10-6
P(2000)= e-L2000= e-0,053=0,988
P(8)= e-L8= e-0,00021=0,9997
Pп(2000)= 1 – (1-e-lп2000)=1 – (1 – e-0,002)=0,99999
Pп(8)= 1 – (1-e-lп8)=1 – (1 – e-0,000008)=0,999999999
Pп(2000)= 1 – (1-e-lд2000)=1 – (1 – e-0,003)=0,99999
Pд(8)= 1 – (1-e-lд8)=1 – (1 – e-0,000012)=0,99999998
Робщ. 2(2000)= Р(2000)×Рд(2000)×Рп(2000)=0,988×0,99999×0,99999=0,988
Робщ. 2(8)=Р(8)×Рд(9)×Рп(8)=0,9997×0,999999999×0,99999998=0,9996
2.6.3 Рассчитаемвероятность безотказной работы платы питания ИМ (таблица 2.6.3)
L=ålI=2,773*10-6
P(2000)= e-L2000= e-0,00555=0,9988
P(8)= e-L8= e-0,000022=0,99999
Pп(2000)= 1 – (1-e-lп2000)=1 – (1 – e-0,0005)=0,999999
Pп(8)= 1 – (1-e-lп8)=1 – (1 – e-0,000002)=1
Pд(2000)= 1 – (1-e-lд2000)=1 – (1 – e-0,00093)=0,999999
Pд(8)= 1 – (1-e-lд8)=1 – (1 – e-0,0000037)=1
Робщ.3(2000)= Р(2000)×Рд(2000)×Рп(2000)=0,9988×0,999999×0,999999=0,998
Робщ.3(8)=Р(8)×Рд(8)×Рп(8)=0,99999×1×1=0,99999
Рассчитаем вероятностьбезотказной работы платы питания МС (таблица 2.6.4)
L=ålI=15,7857*10-6
P(2000)= e-L2000= e-0,0318=0,989
P(8)= e-L8= e-0,000127=0,9998
Pп(2000)= 1 – (1-e-lп2000)=1 – (1 – e-0,00074)=0,999999
Pп(8)= 1 – (1-e-lп8)=1 – (1 – e-0,0000029)=1
Pп(2000)= 1 – (1-e-lд2000)=1 – (1 – e-0,00138)=0,99999
Pд(8)= 1 – (1-e-lд8)=1 – (1 – e-0,0000055)=1
Робщ.4(2000)= Р(2000)×Рд(2000)×Рп(2000)=0,989×0,999999×0,99999=0,98899
Робщ.4(8)=Р(8)×Рд(9)×Рп(8)=0,9998×1×1=0,9998
Рассчитаем вероятностьбезотказной работы платы управления индикацией (таблица 2.6.5)
L=ålI =28,1*10-6
P(2000)= e-L2000=e-0,0562=0,98
P(8)= e-L8=e-0,00022=0,9997
Pп(2000)= 1 – (1-e-lп2000)=1 – (1 – e-0,0014)=0,999999
Pп(8)= 1 – (1-e-lп8)=1 – (1 – e-0,0000058)=1
Pп(2000)= 1 – (1-e-lд2000)=1 – (1 – e-0,0039)=0,99998
Pд(8)= 1 – (1-e-lд8)=1 – (1 – e-0,00002)=1
Робщ.5(2000)= Р(2000)×Рд(2000)×Рп(2000)=0,98×0,999999×0,99998=0,98
Робщ.5(8)=Р(8)×Рд(9)×Рп(8)=0,9997×1×1=0,9997
Вероятность безотказнойработы всего блока управления
Ру.(2000)=Робщ.1(2000)×Робщ.2(2000) ×Робщ.3(2000) ×Робщ.4(2000)
×Робщ.5(2000) × Робщ.6(2000),
Ру.(8)=Робщ.1(8)×Робщ.2(8) ×Робщ.3(8) ×Робщ.4(8)
×Робщ.5(8) × Робщ.6(8),
где Робщ.6(2000)=0,989и
Робщ.6(8)=0,9998– вероятность безотказной работы микроконтороллера.
Ру(8)= 0,9996×0,99997×0,99999×0,9998×0,9997×0,9998=0,9988
Ру(2000)=0,997×0,988×0,998×0,98899×0,98×0,989=0,968
Полученнаявероятность безотказной работы соответствует ГОСТу Р50444–92 для изделий классаА.
Определимсреднюю наработку до отказа:
Т=1/Lобщ,
Lобщ.=88,56 – суммарный поток отказов.
Т=1/88,56×103=11290часов.
Наименование и тип элемента Обозначение по чертежу
Количество
Ni
Интенсивность отказа при номинальном режиме
l0i*10-6 1/ч Режим работы
Поправочный
Коэффициент
Аi
Интенсивность отказов i-го элемента
Аi* loi*10-6, 1/ч
Интенсивность отказа изделия
Из-за элементов i-го типа
Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
Коэф-т нагрузки Кн
Температура рабочая Т, о С
Микросхемы:
К142ЕН9Е
D1 1 0,1 0,5 40 1 0,1 0,1
Резисторы:
С2-33Н – 0,5–75 ОМ±5%
С2-33Н – 0,5–3 кОМ±5%
Конденсаторы:
К50–24–63В-2200 мкФ
К73–11–250В – 0,33 мкФ
К50–24–63В-100мкФ
Прибор выпрямительный КЦ402А
Индикатор единичный АЛ307КМ
Вилка РШ 2НМ-1–5
Пайка
Провода
R1…R3
 
R4
С1
С2
 
 
С3
 
V1
V2
X1
 
 
 
3
1
1
1
1
1
1
1
24
18
0,04
0,04
0,135
0,035
0,135
0,02
0,2
0,01
0,004
0,015
0,5
0,5
0,9
0,9
0,9
0,5
0,8
1
1
1
40
40
40
40
40
40
40
40
2,5
2,5
0,9
0,9
0,9
0,6
1,19
1
1
1
0,1
0,1
0,1215
0,0315
0,1215
0,012
0,238
0,01
0,004
0,015
0.3
0,1
0,1215
0,0315
0,1215
0,012
0,238
0,01
0,096
0,27
Таблица 2.6.2. Плата ввода – выводаНаименование и тип элемента Обозначение по чертежу
Количество
Ni
Интенсивность отказа при номинальном режиме
l0i*10-6 1/ч Режим работы
Поправочный
Коэффициент
Аi
Интенсивность отказов i-го элемента
Аi* loi*10-6, 1/ч
Интенсивность отказа изделия
Из-за элементов i-го типа
Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
Коэф-т нагрузки Кн
Температура рабочая Т, о С
Микросхемы:
КР1006ВИ1
КР544УД1В
К555ЛН1
К155ЛП9
КР590КН6
К1113ПВ1А
К555ЛН2
К155ЛП10
К155ЛП11
К555ЛАЗ
D2
D3, D4, D8
 
D1, D9, D10
 
D5, D11
D12
D13
D14, D17
D15
D16
D19… D22
1
3
3
2
1
1
2
1
1
4
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5 40
 
1 0,1
0,1
0,3
0,3
0,2
0,1
0,1
0,2
0,1
0,1
0,4
Резисторы:
С2–33Н – 0,125–3 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–820Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–3,9кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–10кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–75кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–4,7кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125-
3,3 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–330Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–160 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–8,2
кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,5–510 Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–560Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,5–2
Ом±5%-А-Д
СП5–22В-1Вт – 1,5 кОм±10%
СП5–22В-1Вт-10 кОм±10%
СП5–22В-1Вт – 1,0 кОм±10%
Конденсаторы:
КМ-5б-Н90–0,033 мкФ
КМ-5б-Н90–0,1 мкФ
К53–14–32В-15 мкФ±30%
К53–14–25В-22 мкФ±30%
К50–16–50В-100 мкФ-В
Диод полупроводниковый КД521В
Транзистор КT1817В
Транзистор КТ315В
Транзистор
КТ819В
Индикатор единичный АЛ307Км
Вилка СНП58–64/94х9В-23–2–0
Пайка
Провода
R1, R2, R9, R10
 
R3, R19, R29R31, R33, R34, R36, R42, R46, R53…R55
R4, R5
R6, R8
R11, R12
 
 
R13..R15, R17, R18, R28, R77…R82
R20
 
R21…R26,
R47…R52
 
R37
 
 
R38
 
R39
R65…R70
R89…R94
 
R71…R76,
R95…R100
 
 
R82…R88
 
R7
 
 
R5, R16, R35, R40, R41
 
R27
 
 
 
С1
С2, С3, С5,
С9…С20
 
С4
С21, С22
С23
V1, V2
 
 
 
V3
 
V10
 
 
V25…V30
 
 
V4…V9
V13…V18
 
 
X1, X2
4
13
2
2
2
12
1
12
1
1
1
12
12
7
1
5
1
1
15
1
2
1
2
1
1
6
12
2
260
104
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,053
0,053
0,053
0,6
0,6
0,6
0,6
0,135
0,2
0,5
0,5
0,5
0,2
0,01
0,004
0,015
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,9
0,9
0,5
0,5
0,9
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
1
1
1
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
0,3
0,3
0,3
0,7
0,7
2
2
0,9
1,19
0,9
0,9
0,9
1,19
1
1
1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,0159
0,0159
0,0159
0,42
0,42
1,2
1,2
0,1215
0,238
0,45
0,45
0,45
0,238
0,01
0,004
0,015
0,4
0,13
0,2
0,2
0,2
0,12
0,1
0,12
0,1
0,1
0,1
0,12
0,12
0,7
0,0159
0,0795
0,0159
0,42
6,3
1,2
2,4
0,1215
0,476
1
1
6
2,856
0,02
1,04
1,56
L=ålI=26,51*10-6
Таблица 2.6.3.Плата питания ИМНаименование и тип элемента Обозначение по чертежу
Количество
Ni
Интенсивность отказа при номинальном режиме
l0i*10-6 1/ч Режим работы
Поправочный
Коэффициент
Аi
Интенсивность отказов i-го элемента
Аi* loi*10-6, 1/ч
Интенсивность отказа изделия
Из-за элементов i-го типа
Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
Коэф-т нагрузки Кн
Температура рабочая Т, о С
Микросхемы:
КР142ЕН9Е
КР142ЕН9Д
D1
D2
1
1
0,1
0,1
0,5
0,5
40
40
1
1
0,1
0,1
0,1
0,1
Резисторы:
С5–16МВ-5Вт – 5,1 Ом±1%
С5–16МВ-2Вт – 0,1 Ом±1%
С5–33Н – 0,5–3,0
кОм±5%-А-Д
R1, R2,
 
R3, R4
R5, R6
2
2
2
0,04
0,04
0,04
0,5
0,5
0,5
40
40
40
0,1
0,1
0,1
0,004
0,004
0,004
0,008
0,008
0,008
Конденсаторы:
К50–24–63В-2200 мкФ±80
К73–11–250В – 0,33 мкФ±10%
К50–24–63В-100 мкФ
С1, С2
 
 
С3, С4
 
 
С5, С6
2
2
2
0,135
0,035
0,135
0,9
0,9
0,9
40
40
40
0,9
0,9
0,9
0,1215
0,0315
0,1215
0,243
0,063
0,243
Диод полупроводниковый КД227А
Транзистор КТ818В
Светодиод АЛ307КМ
Вилка СНП58–64/94х-9В-23–2–0
Пайка
Провода
V1…V8
 
 
V9…V12
 
 
V13,V14
 
 
X1, X2
8
4
2
2
64
31
0,2
0,5
0,2
0.01
0,004
0,015
0,8
0,8
0,8
1
1
1
40
40
40
40
1,19
0,9
1,19
1
1
1
0.238
0,45
0,238
0,01
0,004
0,015
1,904
1,8
0,476
0,02
0,256
0,465
L=ålI=2,773*10-6
 
Таблица 2.6.4. ПЛАТАПИТАНИЯ МСНаименование и тип элемента Обозначение по чертежу
Количество
Ni
Интенсивность отказа при номинальном режиме
l0i*10-6 1/ч Режим работы
Поправочный
Коэффициент
Аi
Интенсивность отказов i-го элемента
Аi* loi*10-6, 1/ч
Интенсивность отказа изделия
Из-за элементов i-го типа
Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
Коэф-т нагрузки Кн
Температура рабочая Т, о С
Микросхемы:
КР142ЕН8Е
КР142ЕН8Д
КР142ЕН5А
D1, D3
D2, D5
D4
2
1
1
0,1
0,1
0,1
0,5
0,5
0,5 40 1 0,01
0,02
0,01
0,01
Резисторы:
С2–33Н – 0,125–3 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–820Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–3,9кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–10кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–75кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–4,7кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–3,3 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,125–330Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–160 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–8,2 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,5–510 Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–560Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,5–2 Ом±5%-А-Д
СП5–22В-1Вт – 1,5 кОм±10%
СП5–22В-1Вт-10 кОм±10%
СП5–22В-1Вт – 1,0 кОм±10%
Диоды:
Полупроводниковый КД227А
Полупроводниковый КД209А
Транзистор КТ818Б
Светодиод АЛ307КМ
Пайка
Провода
R1, R2, R9, R10
 
R3, R19, R29…R31, R33, R34, R36, R42, R46, R53…R55
R4, R5
R6, R8
R11, R12
 
 
R13..R15, R17, R18, R28, R77…R82
R20
 
R21…R26,
R47…R52
 
R37
 
 
R38
 
 
R39
R65…R70
 
 
R71…R76
 
 
R82…R88
 
 
R7
 
 
R5, R16, R35, R40, R41
 
R27
 
 
 
V1…V4
 
V5…V16
 
 
V17, V18
 
 
V19…V23
4
13
2
2
2
12
1
12
1
1
1
5
5
7
1
5
1
4
12
2
5
93
46
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,053
0,053
0,053
0,2
0,2
0,5
0,2
0,004
0,015
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,8
0,8
0,8
0,8
1
1
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
0,3
0,3
0,3
1,19
1,19
0,9
1,19
1
1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,0159
0,0159
0,0159
0,238
0,238
0,45
0,238
0,004
0,015
0,4
1,3
0,2
0,2
0,2
1,2
0,1
1,2
0,1
0,1
0,1
0,5
0,5
0,7
0,0159
0,0795
0,0159
0,952
2,856
0,9
1,19
0,372
0,69
L=ålI=15,7857*10-6
Таблица2.6.5. Плата управления индикациейНаименование и тип элемента Обозначение по чертежу
Количество
Ni
Интенсивность отказа при номинальном режиме
l0i*10-6 1/ч Режим работы
Поправочный
Коэффициент
Аi
Интенсивность отказов i-го элемента
Аi* loi*10-6, 1/ч
Интенсивность отказа изделия
Из-за элементов i-го типа
Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
Коэф-т нагрузки Кн
Температура рабочая Т, о С
Микросхемы:
К555ЛН1
К555ЛН2
К155ИД10
D1, D3, D5… D7
D2
D4
5
1
1
0,1
0,1
0,1
0,5
0,5
0,5 40 1 0,1
0,5
0,1
0,1
Резисторы:
С2–33Н – 0,25–1,6 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–2,2 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–1,3 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–560 кОм±5%-А-Д
С2–33Н-2–300 Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–5,1 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–270 Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–470 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–220 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–1,2 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–300Ом±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–4,7 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–3,0 кОм±5%-А-Д
С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д
R1
 
R2
R3
R4, R59
R5, R60
 
 
 
R6…R13
 
 
R14
 
 
R15…R17
 
R18…R24,
R39…R42, R47…R50
R43…R46
 
R25…R31
R51…R54
R32…R38
R55…R58
R74…R84
 
R61…R71
 
 
R72, R73
1
1
1
2
2
8
1
3
15
4
11
22
11
2
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,8
0,1
0,3
1,5
0,4
1,1
2,2
1,1
0,2
Конденсаторы:
К53–14–32В – 15,0 мкФ±30%
К73–11а-250В – 10,33 мкФ±10%
К73–11а-630В – 0,022 мкФ±10%
К73–11а-250В – 1,0 мкФ±10%
КМ-5б-Н90–0.1 мкФ±10%
С1
С2, С3
 
 
С4, С5
 
С6
 
 
С7…С13
1
2
2
1
7
0,6
0,035
0,035
0,035
0,6
0,56
0,9
0,9
0,9
0,9
40
40
40
40
2
0,9
0,9
0,9
0,7
1,2
0,0315
0,0315
0,0315
0,42
1,2
0,063
0,063
0,0315
2,94
Трансформатор
Транзистор КТ819В
Транзистор КТ605ЕМ
Диод полупроводниковый КД424А
Вилка СНП58–64/94х9В-23–2-Вилка Онп-ВС-39–16/40,5х62-В53
Пайка
Провода
T1
V1, V2
 
 
 
V12…V37
 
 
 
V4…V8
 
 
 
 
X1, X2
 
X3, X4
1
2
26
5
2
2
184
130
0,025
0,56
0,5
0,2
0,01
0,01
0,004
0,015
1
0,8
0,8
0,8
1
1
1
1
40
40
40
40
40
40
5,2
0,9
0,9
1,19
1
1
1
1
0,13
0,504
0.504
0,238
0,01
0,01
0,004
0,015
0,13
1,008
13,1
1,19
0,02
0,02
0,736
1,95
L=ålI=28,1*10-6
 
 
3. Технологическая часть
 3.1 Разработка методики испытания микроконтроллера 3.1.1 Назначение и состав устройства для испытания
Устройство предназначенодля статической и динамической проверки электрических плат построенных иразработанных для микропроцессорных систем.
Устройство состоит изкорпуса, дна и крышки. На крышке расположена панель управления. На панелиуправления расположены светодиоды и органы управления.
В состав устройствавходят три блока: блок ручного управления, блок индикации и блок формированиясигналов.
/>
Рисунок 3.1 Блок-схемаустройства для испытания
Блок ручного управлениясостоит из набора переключателей и кнопок, служащих для задачи дискретныхсигналов на шине адреса и шине данных для подачи некоторых дискретных сигналов.
Блок индикации и блокформирования сигналов представляют собой печатные платы, которые закреплены накрышке при помощи стоек. На печатных платах установлены электронные компоненты,кнопки, переключатели и соединитель типа СНП 58–84/95x9Р-20–2-В,предназначенный для подключения тестируемых устройств.
Блок индикации представляетсобой набор дискретных светодиодов. Он служит для отображения информации нашине адреса, шине данных и для отображения слово состояния микропроцессора.
Блок формированиясигналов служит для формирования сигнала записи и чтения и готовности общейшины.
Техническиехарактеристики:
Среднее потреблениенаходится в пределах 2,5 Вт
Питание блокаосуществляется стабилизированным напряжением +5В
Габаритные размеры 182х296х763.2 Описание электрической схемы
В состав блока индикациивходят регистр защелка и буферное устройство.
Регистр защелкареализован на триггерах D11, D12 и светодиодах VD1-VD8. Он служит для отображения слово состояния основногомикропроцессора испытуемой платы.
Буферное устройствореализовано на микропроцессорах D13, D16 и светодиодах VD9-VD32. Оно служит для отображения состояния сигнала,наличия уровня логической «1» или логического «0» на шине адреса и шине данных.
Блок формированиясигналов реализован на триггерах D10, D19, D20, цифровых компараторах D3 – D6 и шинных формирователяхD1, D2, D7, D8, D17, D18. Триггеры служат дляформирования сигнала записи и чтения и готовности общей шины. Цифровыекомпараторы служат для сравнения цифровой комбинации заданной ручнымуправлением и сигналов на шине адреса. Шинные формирователи служат дляпереключения направления выдачи сигналов от переключателей на шине адреса ишине данных.
Блок ручного управлениясостоит из набора кнопок и переключателей.
Переключатели S16 – S31 служат для задания адресана общей шине. Переключатели S8 – S15 служат для задачи данных (логических уровней сигналовданных) на шине данных.
Кнопка S4 служит для формированиясигнала «Cинхронизация».
Тумблеры S5 и S6 предназначены дляпереключения режимов записи и чтения.
Кнопка S7 служит для формированияимпульса для пошагового управления.
Тумблер S3 служит для формированиясигнала готовности
/>
Распайка соединителейпульта

3.3Методика испытания устройства для испытания
Данное устройство можетработать в двух режимах: статическом и динамическом. 3.3.1 Работа в динамическом режиме:
Для проверкифункционирования дискретных выходов на сопроцессоре I8025 соединяем элементыиспытания по схеме 3.3.1.
/>
Схема соединения 3.3.1
В разъем Х10 вставляемПЗУ1 с тестовой программой. Кнопка «Реж.» на устройстве испытания находится вотжатом состоянии. Это означает, что переключатели шины адреса «ПКША» и шиныданных «ПКШД» отключены от шины адреса и шины данных соответственно.
После соединенияустройства испытания с микроконтроллером по данной схеме включаем устройство всеть. Затем переключаем тумблер в положение «Вкл.» В результате чего загораютсятри светодиода «+5В», «+12В», «-12В». Это означает что, стоящий в устройствеиспытания блок питания преобразовал питание сети в +5В, +12В и –12В. При подаченапряжения сопроцессор I8025А микроконтроллера начинает работать по тестовойпрограмме записанной в ПЗУ1. На индикаторах «ША» и «ШД», расположенных наустройстве испытания мы видим прохождение теста «Бегущая единица», т.е.последовательное загорание светодиодов от 0 до 15 на «ША», а затем светодиодовот 0 до 7 на «ШД». Следующий тест, который автоматически следует за первым, называется«Бегущий ноль», т.е. все светодиоды «ША» и светодиоды «ШД» горят, а затемпоочередно начинают гаснуть. Прохождение тестов «Бегущая единица» и «Бегущийноль» означает исправную работу сопроцессора I8025А
Для проверки функционированиядискретных выходов на микропроцессоре I8255А и правильности функционирования элементовмикроконтроллера: I8080A, I8251A, I8253A соединяем элементы испытания по схеме3.3.2.
/>
Схема соединения 3.3.2
В разъем Х.5 вставляемпостоянное запоминающее устройство ПЗУ1 с тестовой программой. Кнопка «Реж.» наустройстве испытания находится в отжатом состоянии. Далее, после подачинапряжения мы наблюдаем прохождение тестов «Бегущая единица» и «Бегущий ноль»,как и в первом случае
Случай, когда эти тесты непрошли, будет рассмотрен в пункте 3.3.2.
Далее идет проверка I8259;I8253A(1); I8251A; I8253A(2).
В случае правильностипрохождения теста загораются все светодиоды на «ША», а светодиоды на «ШД»мигают с интервалом 1 с. В случае ошибки, на светодиодах «ША» выставляетсяадрес элемента (см. табл. 3.3.1), в котором произошла ошибка, а на «ШД»выставляется код ошибки: 1Н – ошибка записи, 2Н – ошибка чтения.
Таблица 3.3.1Наименование элемента Адрес элемента I8255A 1Н I8251A 2Н I8253A(1) 4Н I8259 8Н I8253A(2) 10Н I8255A 11Н
После того, как произошлаошибка, и было определено где, мы собираем схему 3.3.3.
/>
3.3.3 Схема соединения
Кнопка «Реж.» нажата. Этоозначает, что переключатели «ПКША» и «ПКШД» подключены к шинам. Тумблер «ЗП.» опущенвниз, т.е. установлен режим записи. С помощью переключателей «ПКШД» выставляемслово, которое записывается во внешнее устройство. Далее нажимаем кнопку «Л»,которая отключает только переключатели «ПКШД» от шины данных, а тумблер «Чт.»опускаем вниз, т.е. устанавливаем режим чтения. В результате чего насветодиодах «ШД» высвечивается результат чтения. 3.3.2 Статический режим
В том случае если непрошли тесты «Бегущая единица» и «Бегущий ноль» собираем схему 3.3.4.
/>
Схема соединения 3.3.4
В этом случае устройствоиспытания подключается к микропроцессору I8080А микроконтроллера спомощью кабеля с клипсой. При этом нужно отсоединить сигнал RDY (ножка 23) от цепи иприсоединить сигнал готовность от устройства испытания через кабель.Переключатели «ПКШД» и «ПКША» нажаты. Тумблеры «Зп.» и «Чт.» подняты, т.е.режимы записи и чтения не используются.
После установки тестовогоПЗУ2 и включении питания мы можем контролировать в пошаговом режиме выполнениетестовой программы микропроцессора I8080А. Кнопки «Гт.» и «Синх.» в нажатомположении.
При каждом нажатии кнопки«Ш» (шаг) выполняется один цикл команды. На светодиодах «ША» высвечиваетсяадрес выполняемой команды, а на светодиодах «ШД» высвечивается код выполняемойкоманды. При этом на светодиодах «СС» (слова состояние) высвечивается код,который соответствует состоянию микропроцессора в данном цикле выполнения команд.

4.Экономическая часть
 4.1 Экономическое обоснование модернизацииблока управления аппарата искусственной вентиляции легких «Спирон – 201)
Целью данного расчетаявляется выявление актуальности и целесообразности изготовления нового видапродукции, расчет выгоды от внедрения его в производство, а также определенияпреимуществ и возможных недостатков по сравнению с базовым образцом. В задачурасчета входит:
– определение всегообъема затрат на изготовление и проектирование нового вида продукции,вычисление ориентировочной цены изделия и сравнение ее с базовой;
– расчет затрат,связанных с эксплуатацией нового оборудования;
– определениеусловно-годовой экономии.4.2 Расчет капитальных затрат.
Затраты на разработку иизготовление нового образца изделия и внедрение его в производство определяютпо формуле:
Квн=Зпк+Зтех+Зин+Зко+Зис+Зкд,                                                 (4.2.1)
где,
Зпк – затратына проектирование и конструирование нового изделия;
Зин – затратына изготовление нового изделия;
Зтех – расходына разработку технологических процессов;
Зко – расходына конструирование и изготовление техоснастки;
Зис – расходына испытания;
Зкд – расходына корректировку технологической документации;
Затраты определим методомпрямого счета. Этот метод предполагает подробный расчет всех составляющихзатрат на разработку и изготовление нового изделия.
Затраты на конструкторскуюразработку. Затраты на проектирование Зпк могут быть определены всоответствии с нормами времени и расценками на все видыпроектно-конструкторских работ по формуле:
Зпк=Тк Чс                                                             (4.2.2)
где,   
Тк –трудоемкость ПКР, чел./ч;
Чс – стоимостьодного чел./руб.
Трудоемкость ПКР можноопределить по формуле:
Тк=åtk×A×Kki×Kri, [чел./ч],                                     (4.2.3)
где,
tk-трудоемкостьПКР на определенный формат чертежа чел./ч
А– число чертежей (листов) соответствующего формата;
Кki, Кri-коэффициентыновизны и сложности.
Таблица1. Коэффициенты для расчета трудоемкости конструкторских работФормат и характеристика чертежа
Число
Чертежей А
Трудоемкость tki
Коэффициент конструктивной сложности Кki
Коэффициент графической сложности Кri
А1-микроконтроллер
А1 – генератор вдоха
1
1
26,4
33,6
1
1,3
1,0
1,0 /> /> /> /> /> /> />
Тк=26,4×1×1+33,6×1,3×1=70,08 чел./ч
Величина: Чс=125/(24*8)=0,65руб.
Находим величину затратна ПКР:
Зпк=70,08×0,65=45,552 руб./>4.2.1  Затраты на материалы и комплектующие изделия
Общая сумма затрат наосновные материалы и покупные комплектующие изделия рассчитываются по формуле:
Зм=qзакЦм+Ппи,[руб.]                              (4.2.4)
где,
qзак — нормарасхода соответствующего материала;
Цм – цена 1кг. данного вида материала, руб.;
Ппи –стоимость покупных изделий, руб.
Расход и стоимость покупныхизделий – в таблице 2.
Таблица 2. Расходы на покупныеизделия№ Наименование изделия Количество
Цена, руб.
Общая стоимость, руб.
Стоимость транспортировки, руб.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Микропроцессоры:
I8255A
I8253A
I8251A
I8259
I8080A
SN74LS240N
SN74LS138N
HM6516
I8257
I8243
SN74LS373N
I8224
Тахогенератор
Скоба
Итого
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
37
40
120
42
36
25
25
16
36
32
25
34
200
11
74
80
120
42
36
25
25
16
36
32
25
34
200
11
756
2,22
2,4
3,6
1,26
1,08
0,75
0,75
0,48
1,08
0,96
0,75
1,02
6
0,33
22,68
Находим величину затрат на материалы и комплектующиеизделия:
Зм=774,68 руб.
Заработнаяплата основных производственных рабочих
Основная заработная платарабочих, изготовляющих изделия и узлы, ведущих монтаж и сборку, настройкупроектируемого и базового изделий определяется по укрупненным нормативам,исходя из фактических трудовых затрат. Общий размер основной заработной платыопределяется по формуле:
 
Зз=tштЧсКт,                                               (5)
где,
tшт — нормавремени на операцию;
Чс – часоваяставка первого разряда, руб.;
Кт – тарифныйкоэффициент соответствующего разряда.
Расчет трудоемкости по деталям приведен в таблице 3.
Таблица 3. Перечень изготавливаемых деталей соперациями обработки№ Изделие и наименование операции Разряд работ
Тарифный
коэффициент Норма времени Заработная плата, руб.
1 Общая сборка 3 1,29 10 17,63 Итого: 17,63 Цеховые накладные расходы (75%) 13,22 Общезаводские накладные расходы (150%) 26,445
         
Себестоимость изделия включает в себя стоимость основногоматериала и комплектующих изделий, основную заработную плату производственныхрабочих и косвенные расходы, приходящиеся на единицу продукции. На основепроизведенных выше расчетов составляем калькуляцию себестоимости изделия (Таб.4)
 
Таблица 4. Калькуляциязатрат на изделиеНаименование затрат
Сумма, руб.
. ПКР 45,552 Осн-ые материалы и покупн. идел-ия 774,68 Основная заработная плата 17,63 Цеховые расходы 13,22 Общезаводские расходы 26,445 Итого: 877,527
Внепроизводственные расходы составляют 5% от заводской себестоимости изделия:
877,527х 0,05=43,87635 руб.;
Полная себестоимость:
877,527+43,87635=921,4 руб.
Плановая прибыльсоставляет 15% от полной себестоимости проектируемого изделия:
921,4 х 0,15= 138,21 руб.;
Ориентировочная цена проектируемого изделия составляет:
921,4+138,21+108320=109379,61
Полученная ценапроектируемой установки К2= 109379,61 руб. выше стоимости базовой,которая составляет: К1= 108320 руб. на 1059,61 руб.
Данная модернизация блокауправления проводится с целью повышения надежности. В данном случае надежностьповысится в 1,5 раза, в результате чего средняя наработка на отказ повышается с2000 ч. до 3000 ч.
Расчет затрат, связанныхс эксплуатацией АИВЛ «Спирон – 201»
Эксплуатационные расходывключают в себя затраты на основные и вспомогательные материалы, заработнуюплату обслуживающего персонала, затраты на энергию, ремонт изделия,амортизационные отчисления, прочие расходы.
1) Заработнаяплата дежурного оператора определяется по формуле:

Зп=Зо+Зд+Нч,                                    (6)
где,
Зо – основнаязарплата;
Зд –дополнительная зарплата (30% от Зо)
Нч –начисления соцстраху (39% от суммы Зо и Зд).
а) основная зарплатадежурного оператора определяется по формуле:
Зо=Кт*Чтс*Фдр*Ко*m                         (7)
где,
Чтс – часоваятарифная ставка первого разряда;
Кт – тарифныйкоэффициент соответствующего разряда;
Фдр – действительныйгодовой фонд времени одного рабочего;
Ко – коэффициентучета нормы обслуживания;
m – количество смен;
Фдр=(Дг-Дн)*tс=(260–27)*8=1864 часов
Проектируемое изделие:
Чс=1,367; Фдр=1864;
Ко=0,4; m=3; Кт=1,33;
Зо=1,367*1,33*1864*0,4*3*1=4066,74руб.
б) находим величину дополнительной зарплаты:
Зд=4066,74*30%=1220,02руб.
в) находим величинуначислений соцстраху:
Нч=(4066,74+1220,02)*39%=2060,83руб.
Находим величинузаработной платы дежурного оператора:
Зп=4066,74+1220,02+2061,83=7348,59руб.
2) Затраты на энергиюопределяются по формуле:
Зэ=(NqКwСэ/60К)Фдо,                                          (8)

где,
Nq –установленная мощность, кВт;
К – коэффициентиспользования по времени;
Сэ – стоимость1 кВт/ч;
Фдо –действительный фонд времени работы техники;
Кw – коэффициентиспользования мощности;
Фдо=Дг* m * tс * r =260 * 3*8*0,95=5928 час
где
r=0,95 – коэффициентучитывающий время пребывания оборудования в ремонте;
Зэ=(5×0,9×0,3/60×1) 5928=133,38 руб.
3) Затратына ремонт составляют 5% от цены изделия:
Проектируемой – 109379,61×5%=5469руб.,
базовой                –108320×5%=5416 руб.
4) Величинаамортизационных отчислений составляет 15% от стоимости изделия:
Проектируемая – За=109379,61×15%=16407 руб.
Базовая – Заб=108320×15%=16248 руб.
5) Прочие расходыопределяются по формуле:
Зпр=Зозп*(d/100),                                (9)
где,
Зозп — размеросновной зарплаты;
d-процент прочихрасходов.
Зпр=4066,82*(10/100)=406,68руб.
Результаты, приведенныхвыше расчетов эксплутационных расходов по базовой и новой установкам, занесеныв таблицу 7.

Таблица 7. Калькуляциязатрат, связанных с эксплуатациейНаименование затрат
Сумма, руб.
Базовое Проектируемое З/п дежурного оператора 7348,59 7348,59 Затраты на энергию 133,38 133,38 Затраты на ремонт 5416 5469 Величина амортизационных отчислений 16248 16407 Прочие расходы 406,68 406,68 ИТОГО 29552,65 29764,65 4.3.2 Расчет экономической эффективности АИВЛ «Спирон –201»
Т.к. в данноймодернизации имеются дополнительный капитальные затраты, определяется срококупаемости их по следующей формуле.
Ток=(К2-К1)/(С1-С2),
Где К1 и К2– соответственно капитальные вложения до и после внедрения новой техники
С1 иС2 — годовая себестоимость работы, до и после внедрения новой техники.
Ток=1,2 года
Расчет прибыли отпроизводства модернизированной продукции
/>
5. Безопасность разрабатываемого устройства 5.1 Анализ опасных вредных факторов АИВЛ (Спирон – 201)
Современная передоваятехника неразрывно связана с электричеством. В последние годы созданы новыеэлектроаппараты для медицины, целые диагностические и терапевтическиекомплексы, различные терапевтические материалы. Нарушение правил техникибезопасности, недостаточная культура обслуживания могут вызвать поражение людейэлектрическим током.
Важным факторомбезопасности в аппарате ИВЛ «Спирон-201», на который необходимо обратитьвнимание, является электробезопасность. Напряжения, применяемые в аппаратесоставляют от 10 до 220 В, поэтому есть реальная угроза полученияэлектротравмы. Электротравмы возникают при прохождении электрического токачерез тело человека или попадении последнего в сферу электрической дуги.
Практически условиямивозникновения электротравм являются: прикосновение к токоведущим частям,находящимся под напряжением (например, случайное или намеренное прикосновение коголенным проводам, зажимам, токоведущим частям электромашин, ламповыхпатронов); прикосновение к конструктивным частям электросети и оборудования,оказавшимся под напряжением при повреждении изоляции (например, прикосновение ккорпусу электродвигателя, имеющего замыкание на корпус); нахождение вблизиместа замыкания на землю; прикосновение к металлическим частям аппарата,случайно оказавшимся под напряжением; короткое замыкание.
Степень опасности ивозможность поражения электрическим током при соприкосновении с токоведущимичастями, находящимися под напряжением, зависят от того, каким образом произошловключение человека под напряжение. Необходимо заметить, что даже напряжения в36 В и менее могут вызвать смертельный исход в особых ситуациях. Причинойпоражения в данном случае – возникновение электрической цепи черезакупунктурные зоны. Известно, что акупунктурные точки являются своеобразнойсистемой автоматического регулирования человека. Каждая отвечает заопределенный физиологический процесс.
Акупунктурная зона наладонях воздействует на функции дыхания, поэтому при поражении этой зоны умедсестры даже при небольшом напряжении возможна остановка дыхания. 5.2 Последствиявоздействия вредных факторов на человека и окружающую среду
Действие электрическоготока на человека сложно и многообразно: оно может быть термическим (ожог),механическим (разрыв тканей и костей), химическим (электролиз). Но самоеглавное – ток действует биологически, нарушая те процессы, с которыми связанажизнеспособность живой материи. В мышечной ткани, особенно при сокращениисердечной мышцы, в тканях центральной и периферической нервной системы и вдругих тканях возникают биотоки. При электропоражениях, когда электрическиетоки из приборов проникают в организм, нарушается биологическое равновесие ивозникают патологические явления, приводящие к различным исходам.
Прохождениеэлектрического тока через биологические ткани вызывает ионизацию их атомов,изменяет мембранный потенциал клеток и самих тканей. Это приводит к изменениямв силе и напряжении биотоков; нарушается нормальное функционирование тканей,возникает либо возбуждение, либо торможение центральной нервной системы.
Таким образом, развитиеэлектротравмы возможно не только по причине ионизации атомов и молекул тканейот прохождения электрических токов, но и от изменения потенциалов клеток тканейорганов. Биологическим следствием этого являются нарушения в обмене веществ,могущие привести к летальному исходу.
Помимо этого, врезультате теплового, химического и физического действия тока в организмепроисходят одновременно физико-химические процессы, например, образование«костных буч», разрыва тканей, костей, электролиз и т.д. При контактныхэлектротравмах поражается весь организм.
В зависимости отпатологических процессов, возникающих при поражениях электрическим током,согласно предположению академика Г.А. Френкеля, принята следующаяклассификация электротравм по степени их тяжести: элетротравмы I степени – наличиесудорожного сокращения мышц без потери сознания; электротравмы II степени – судорожноесокращение мышц и потеря сознания; электротравмы III степени – потерясознания и нарушение функций сердечной деятельности или дыхания (возможно и тои другое); электротравмы IV степени – клиническая смерть.
Контактные ожогиразвиваются в результате комплексного электрического и термического воздействиятока и вызывают глубокие патологические изменения в сосудах, нервах,ионизированных тканях.
Различают четыре степениэлектрических ожогов: I степень – покраснение кожи; II степень – образованиепузырей; III степень – обугливание кожи; IV степень – обугливаниеподкожной клетчатки, мышц, сосудов, нервов.
Безболезненностьконтактных ожогов обусловлена поражением самих нервов. Контактные ожоги принапряжении выше 1000 В обычно бывают III и IV степени. При напряжении 127 В ожоги отмечаются у45% пострадавших; при 65 В ожогов не наблюдается.
Также проявляются такназываемые «местные травмы», к которым обычно относят знаки тока, металлизациюи некоторые другие травмы неэлектрического происхождения. Под знаком токапонимают такие ожоги, которые локализуются в поверхностных слоях кожи(эпидермиса). Однако, эти ожоги нельзя отождествлять с термическими ожогами I и II степени, так как приэлектрических ожогах образование тепла происходит в самих тканях, а притермических – тепло действует извне.
Электрические знакивозникают при хорошем контакте. По внешнему виду они являются поражениемкруглой или эллиптической формы серого или бело-желтоватого цвета с резкоочерченными краями. Размеры их не более 5 мм. В некоторых случаяхэлектрические знаки, имеющие значительные размеры, представляют собой форму илиотпечаток той части установки, с которой произошло соприкосновение. Иногда этизнаки появляются спустя некоторое время. Как характерную особенность следуетотметить их безболезненность и отсутствие вокруг них воспалительных процессов инагноения.
Специфическим видомэлектротравм является металлизация кожи, – так называемое пропитывание кожимельчайшими частицами металла, разрушающегося и проникающего в кожу на местеконтакта под влиянием механического или химического воздействия тока. Привозникновении дуги металл токоведущей части, где возникла дуга, испаряясь,механически заносится в глубь кожи и осаждается в ней, придавая кожесвоеобразную окраску. Металлизация возможна также и при плотном соприкосновениикожи к токоведущей части без образования электрической дуги вследствиеэлектролитического действия тока, когда последний, разлагая жидкостьорганических тканей, создает в ней основные и кислотные ионы. В большинствеслучаев металлизированная кожа сходит, и не остается никаких следов.
Поражающее действиеэлектрического тока зависит от следующих факторов: значения и длительностипротекания тока через тело человека, рода и частоты тока, индивидуальныхсвойств человека.
Сопротивление телачеловека принимается равным 1000 Ом. Человек начинает ощущать ток величиной 0,6–1,5мА. Сопротивление тела человека резко падает в зависимости от временивоздействия. Наиболее опасным является переменный ток с частотой 20–100 Гц.
5.3 Разработка мероприятий, направленных на уменьшениевоздействия опасных факторов
Основные мероприятия,обеспечивающие электробезопасность, могут быть следующими.
Электрические сети,установки, оборудование должны быть выполнены так, чтобы токоведущие части их,находящиеся под напряжением, были недоступны для случайного прикосновения.
Недоступность токоведущихчастей достигается или надлежащей их изоляцией, применением различных защитныхкожухов; или расположение токоведущей части на недоступной высоте в тех случаях,когда нельзя использовать изоляцию.
Выбор средств дляпредупреждения случайного прикосновения к токоведущим частям производится сучетом местных условий.
Для защиты от опасностипоражения электрическим током в случае перехода напряжения на металлическиеконструктивные части электрических частей, установок и оборудования используютспециальные устройства – защитное заземление и защитное отключение. При помощиэтих устройств возникающие на конструктивных частях напряжения снижаются добезопасной для человека величины или автоматически отключается оборудование.
Звуковая и световаясигнализация, применяемая во многих случаях одновременно, служит эффективнымсредством предотвращения электротравматизма.
Степень опасности ивероятность поражения электрическим током в значительной мере зависят также отрежима нейтрали сети. Двухфазное включение человека в 3-х фазную сетьпредставляет опасность с летальным исходом независимо от режима нейтрали. А приоднофазном включении человека в сеть нейтраль играет решающее значение.
Исключительно важноезначение для безопасной, безаварийной и экономичной работы электрооборудованияимеет исправное состояние изоляции. Только исправная изоляция выполняет своюзащитную функцию от чрезмерных токов утечки, от возможности поражения током, откоротких замыканий и связанных с ним пожаров.
Заключение
В данном дипломномпроекте была проведена модернизация блока управления аппарата искусственнойвентиляции легких «Спирон-201» с целью повышения надежности. Для этогоотечественные микросхемы, входящие в состав микроконтроллера были заменены наих зарубежные аналоги. В результате этого повысилась вероятность безотказнойработы блока управления, а так же повысилась средняя наработка на отказ в 5раз. Так же для повышения надежности был экранирован блок печатных плат,входящий в блок управления. А в расчетно–конструкторской части была рассчитанатолщина экрана D=0,3 мм.
В блоке генератора вдохана выходном валу асинхронного двигателя был установлен тахогенератор и врасчетно-конструкторской части было проведено моделирование полученной следящейсистемы. В результате моделирования было установлено, что тахогенератораустраняет колебания и улучшает параметры переходного процесса.
Так же в расчетно-конструкторскойчасти дипломного проекта был проведен расчет основных параметров следящейсистемы и расчет основных параметров электродвигателя.

Списокиспользуемой литературы
1. Паспорт на аппаратискусственной вентиляции легких «Спирон – 201» №-706 Т А2.832.040 ПС.КХ 1992 г.
2. Половко А.М., Маликов И.М. «Сборникзадач по теории надежности»; М:1974
3. Голинкевич Т.А.«Прикладная теория надежности», М: 1980
4. Никулин С.М.«Надежность элементов РЭА», М: 1979
5. http:www.elstandart. spb.ru(rus/dest/dest_3_1_4_1.html).
6. MIL – HDBK – 217 F
7. «Несущие конструкции РЭА»/Под ред. Овсищер П.И.,Голованов Ю.В., Ковешников В.П. и др. – М.: Радио и свяхь, 1988
8. «Конструирование приборов» /Под ред. В. Краузе.Пер. с нем. В.Н. Пальянова; – Кн.1 – М.: Машиностроение, 1987
9. Буловский П.И., Зайндберг М.Г.«Надежность приборов систем управления». Справочное пособие. Л.,«Машиностроение», 1975
10. Н.П. Ермолин «Электрические машинымалой мощности», издательство «Высшая школа», М, 1967
11. Справочник по электрическим машинам. Вдвух томах./ Под общей редакцией И.П. Копылова, Б.К. Клокова – М.,Энергоатомиздат, 1989
12. К.Я. Стародуб, Н.Н. Михайлов«Синхронные передачи и следящие системы», М., «Машиностроение», 1971
13. Н.Н. Щелкунов, А.П. Дианов«Микропроцессорные средства и системы», М.: Радио и связь, 1989
14. ГОСТ Р 50444–92 «Приборы, аппараты иоборудования медицинские».
15. ГОСТ Р 50267.04–99. «Изделия медицинскиеэлектрические ч. 1. Общие требования безопасности. Требования кпрограммируемым медиинским электронным системам.
16. Коршунов Ф.П., Богатырев Ю.А.,Вавилов В.Л. Воздействия радиации на интегральные микросхемы. – М.,наука и техника, 1986
17. Гальперин Ю.С. О применениимеждународных стандартов в практике разработки АИВЛ. // Мед. Техника. –.М. Медицина–1000 – №3. — с. 8–10.
18. Всеволод Бурцев Возможности использованиязарубежной элементной базы. // Живая электроника России 2002. – М., 2002 –№4 – с. 33 – 36.