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合肥通用职业技术学院毕业论文题目系别班级姓名学号指导教师二0年月日1指导老师评语综合评分2摘要人们发明了各种不同的手术工具，以便减少手术的危险。连续水流切割提供了一个相对出血量少的解剖过程，并且为手术者提供了一个清晰的视角。高压水流在解剖动脉外膜和邻近于脉管的软组织器官时性能优势，选择性的结扎能够完全的保护脉管和尿路。减少手术时间。因此，深入的研究这项技术是很有必要的。喷嘴是高压水射流手术切割应用中获得高能量利用率的关键因素之一，其结构好坏直接影响射流质量，水刀的工作情况。本文从喷嘴的设计到加工，分别进行了论述。关键词：高压水射流医用水刀喷嘴3目录引言...................................................................4第1章概述.........................................................71.1高压水射流技术的概述............................................71.2高压水射流切割技术的临床研究进展...............错误!未定义书签。1.3高压水射流手术切割装置喷嘴研究概述..............错误!未定义书签。第2章切割喷嘴的设计...................................................92.1射流理论分析....................................................92.2切割喷嘴设计理论.................................错误!未定义书签。2.3切割喷嘴的结构设计..............................错误!未定义书签。第3章喷嘴加工工艺安排和清洗喷嘴的计算选型.............错误!未定义书签。3.1喷嘴的加工工艺..................................错误!未定义书签。3.2制定工艺过程卡片（见附录）.......................错误!未定义书签。3.3清洗喷嘴的计算选型..............................错误!未定义书签。3.4绘制喷嘴总图(见附页)............................错误!未定义书签。第4章控制系统的设计...................................错误!未定义书签。4.1压力控制设计.....................................错误!未定义书签。4.2液流开关控制设计.................................错误!未定义书签。第5章结论.........................................................13参考文献............................................................15致谢.................................................................174引言一年一度的毕业高潮即将来临，在这个激烈竞争的年代，一个人的能力不仅仅是简单的考核知识，而更加重要的是考核一个人的实际能力。因此毕业设计是用人单位考核一个学生综合能力的很重要的一个标准。它是实现培养目标的重要教学环节。毕业设计在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现，是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要实践环节。我的毕业设计课题是高压水射流手术切割装置的研制。在整套系统中我主要负责喷嘴的设计制作。喷嘴是高压水射流设备形成水射流工作的直接元件，喷嘴的好坏直接影响到切割效果，进而影响到系统的其他各个部分。在整个水射流手术切割装置中，由高压软管送过来的水经过喷嘴从高压低速转化为低压高速冲击物料表面，通过水射流的冲击作用、动压力作用、脉冲负荷引起的疲劳破坏作用以及水楔作用破坏物料，达到切割效果。因此对水射流喷嘴的设计研究极其重要。本文就喷嘴结构形式、喷嘴冲击压力等对切割效果的影响以及结构设计、加工工艺作逐一分析，另外还对本装置控制系统的选用作简单介绍。下面对我的设计内容作一个简要的介绍。本设计研究目的和意义目的：研制一种用生理盐水作为介质的医用高压水射流软组织分离的新型手术器械，可用于肝、肾、肿瘤等器官、组织的分离与切割。通过应用该器械对动物的软组织及器官的分离与切割手术的实验研究和分析，提供该种新型手术器械的设计理论基础，研制的基本依据，并对该器械的应用推广进行性能评价。意义：为临床手术提供一种具有组织选择性好；组织分离定位准确；不损伤周围组织；对切除器官、组织残端损伤少；手术时间短；不发生化学或物理变化等优点的新颖手术器械。本设计的主要内容利用流体力学、液压传动、机械设计和机械制造的有关知识和方法技能，研5制开发一种用生理盐水作为介质的医用高压水射流软组织分离的手术器械，可用于肝、肾、肿瘤的组织器官的分离与切割，为医学临床手术提供一种新型方法和手段。本设计的主要技术指标压力范围：P=0.1~15MPa喷嘴直径：120um流量：Q=0~6L/h压力控制：无极调控分离介质：无菌生理盐水电源：220伏/50赫兹、16安培本设计基本要求（1）根据给定主要技术指标进行系统的设计计算。（2）按要求进行系统元件的设计、选型和系统结构布置设计。（3）系统主要元器件的具体结构设计，绘制结构草图并进行相关的校验计算。（4）绘制该装置总成图（1#图纸），元件装配图和加工零件工作图（3#或4#图纸）。（5）自制元件的加工制作、安装和调试。（6）系统的安装布置调试、进行动物软组织的切割实验和效果评价。（7）编写设计计算说明书和操作使用说明书。预期经济和社会效益高压水切割分离装置是一种新型的手术医疗器械，在某些手术过程中具有优于其他手术器械的手术效果。通过理论研究和动物实验分析，将显示医用水刀临床手术所具有的许多优点，预示着在临床方面有着良好的应用前景。因此高压水切割分离装置具有广阔的市场前景，以及良好的经济效益和社会效益。在整个系统设计中我主要负责的是喷嘴的设计、加工和选型，详细内容在以下章节分别介绍。本论文从以下几个方面分别进行了论述：（1）高压水射流技术的概述（2）切割喷嘴设计理论（3）切割喷嘴的设计方案（4）切割喷嘴的加工工艺和清洗喷嘴的选型（5）控制系统的设计在此，很想感谢我的指导老师和在设计中帮助我的其他老师和同学，因为有6她们的帮助才使我能够顺利完成毕业设计。不过由于能力和实践经验所限，设计中难免出现不足和错误，恳请各位老师批评指正，让我能够了解自身的不足，使我有进一部的提高。7第1章概述1.1高压水射流技术的概述高压水射流技术是近二十年来才发展起来的一门新技术，其在国民经济生产各部门的应用日趋广泛。从原理上讲，是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴喷射出来形成射流，将这股水射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。其中的“一定压力”是指压力在30Mpa以上甚至达到上百兆帕；“直径较小的喷嘴”是指喷嘴直径在2mm以下甚至更小一些。因此，在高压水射流喷射的很小区域内集中了极大的能量，能对物料进行切割、破碎和清洗。图1.1高压水射流系统原理示意图由介质水和产生高压水射流的装置组成的系统叫做高压水射流系统。其一般都由压力源、喷嘴、控制装置以及它们之间连接的高压管路和其它附属装置所组成。其原理如图1.1所示。1.1.1高压水射流技术的由来自古以来，人们总是把水比做柔软的东西，而把岩石比做坚硬的东西。然而，我国古代就有“滴水穿石”之说，这却正说明了柔软的水能够穿透坚硬的岩石。另外，在大雨中飞行的飞机被雨滴侵蚀的所谓“雨蚀”现象也是一个相当好的柔能克刚的实例。以上这些都说明了利用高速水流能够对坚硬的物体进行切割、破碎和清洗，从而为人类作功。这样，高压水射流技术也就应运而生了。1.1.2高压水射流技术国内外发展概况在工业上，高压水射流技术是近20年来发展起来的一门新技术。第一次使用高压水射流技术是19世纪中叶在北美开采非固体矿床。本世纪50年代初，前苏联和中国只是应用在水力采煤。进入60年代制造出了高压柱塞泵和增压器，日本研制出了1700MPa的增压器，前苏联和美国研制出了5600MPa的脉冲射流发生器，由于高压柱塞泵和增压器的出现大大地推动了高压水射流的研究工作。到870年代末期，水射流介质已由普通的工业用水发展为磨粒和水的两相介质、钻井液及减阻液等非牛顿液体，出现了高冲击射流、共振射流和磨料，这些射流的作用效果远远高于同样压力的普通连续射流。进入80年代随着各国学者对各种射流理论及其应用技术的深入研究，使磨料射流、空化射流、气水射流得到了进一步发展。高压水射流技术的应用也由单纯的采矿工业扩大到冶金、石化、航空、建筑、国防、交通等领域。高压水射流技术作为一种切割、破碎及清洗除垢的新技术及新产品已先后投入市场。我国高压水射流技术的研究是本世纪70年代开始的，经过20年来的研究和实践，研究出一批可喜成果，有些研究还处于国际领先水平．同时还开发出了一批新技术和新产品。冶金部对这—技术很重视，并于1988年列入了冶金行业重大长远科研项目。高压水射流作为一种切割工具，在工业上现在已经成为最为锋利的切割工具，它有很多优点使人们也想把它应用到临床上，这样使医生在临床手术的时候多一种选择，使手术更好地进行。9第2章切割喷嘴的设计喷嘴的结构设计和参数的优化选择很大程度上影响着整个系统的工作情况。现阶段，喷嘴的设计多是基于射流的动力学特性和结构的基础上，参数的优化则是通过实验进行调整。在这一章里，将通过对射流理论的介绍以及喷嘴设计理论的分析，结合本系统的实际要求进行喷嘴的结构设计、选材和确定连接方式。2.1射流理论分析2.1.1射流理论概述研究射流的动力学特性及其结构，尤其是对高压水射流的研究，是流体力学最复杂的内容之一。由于产生射流的压力及喷嘴性能千变万化，加之射流在周围介质中传播的复杂性及实验条件的限制，使得对射流结构及特性的研究并不十分充分。不过，对各种射流的现行实验研究已能对射流的形成及射流在空气中的传播过程(即非淹没自由射流)有一较全面的了解。2.1.2射流的基本结构射流是一种孔口或狭缝出流流动现象[1]。工程所用水射流绝大多数是湍流流动，其实际结构和运动机理极其复杂，在流体力学理论分析上，其流动的基本图形是边界层层流。以非淹没自由射流为例，其结构大致可分为起始段、基本段和消散段。如图2.1所示。射流离开喷嘴后，在其与环境介质形成的边界层上存在着极大的速度差，由此而产生一个垂直于射流轴心方向的力，在这些力及射流内部湍流波动的作用下，产生射流流体与环境介质的质量与动量交换，使射流表面出现波状分离。其构成及波长依赖于射流排出工况。射流流体与环境介质的质量及动量交换过程也即是射流的传播与扩散过程。射流的扩散首先开始于射流表面并逐渐向轴心发展。因而，在距喷嘴一定距离内就形成一个锥形的等速流核区。流核区内射流轴向动压力、流速及密度基本保持不变。喷嘴出口端面至等速流核区消失的截面间的射流即为射流起始段。射流起始段内等速流核区外的区域均为射流混合区。10图2.1射流基本结构射流起始段后较长一段射流为射流基本段。该段内射流轴向流速及动压力逐渐减少，其变化呈双曲线关系，如图2.2所示[2]。而在垂直于轴心的截面上，轴向动压力与流速自最大值迅速减至边界上的最小值，其变化呈高斯曲线关系，如图2.3所示。同时，该段内射流仍保持完整，并且有紧密的内部结构[3]。图2.2射流轴心动压沿程变化规律（Pm—轴心动压Pd—起始段轴心动压）射流基本段后即为射流消散段。此时，射流与环境介质己完全混合，射流轴向速度与动压力相对较低。如在大气中，