CN103006333A - 骨盆冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种骨盆冲击试验装置，包括：框架、冲击系统、直线导轨、骨盆预载系统和控制系统，框架水平安装，直线导轨与框架连接，冲击系统分别与框架和直线导轨连接，骨盆预载系统与框架连接，控制系统与冲击系统连接。本发明能够冲击含软组织的骨盆，以反映真实情况下的冲击响应，适用于研究骨盆冲击所带来的合并伤，且通用性高、冲击速度和质量控制容易、制造成本低的优点。

Description

骨盆冲击试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体地，涉及一种骨盆冲击试验装置。

背景技术

骨盆冲击伤害多发生在交通事故、工伤和跌倒等情况下，经常损伤诸如软组织、动脉、神经、泌尿系统和消化系统等组织，形成合并伤。人体有限元模型正在成为研究骨盆相关损伤的一个有效工具，但必须验证这些模型的局部和全局以便可以认为模型准确。依托骨盆冲击试验平台，便可定量化骨盆冲击时的各组织的力和变形信息。

通过对现有技术的检索发现，现有骨盆冲击试验平台只适用于骨质结构的骨盆，虽然能完成对骨盆冲击，但不适用于含软组织的骨盆，不能用于研究骨盆冲击所带来的合并伤。并且，冲击缺少软组织的骨盆也不能反映真实情况下的冲击响应。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种骨盆冲击试验装置，本发明适用于冲击含软组织的骨盆，反映真实情况下的冲击响应，能够用于研究骨盆冲击所带来的合并伤。

根据本发明的一个方面，提供一种骨盆冲击试验装置，包括：框架、冲击系统、直线导轨、骨盆预载系统和控制系统，直线导轨与框架连接，冲击系统分别与框架和直线导轨连接，骨盆预载系统与框架连接，控制系统与冲击系统连接。

优选地，该框架水平安装，其一端设置有骨盆座椅平板和型材架，型材架与框架连接，骨盆座椅平板与型材架连接。

优选地，该骨盆预载系统用以模拟人体上半身的重量加载到骨盆节段样本上，其包括：转轮、固定板、压缩弹簧、球铰链、压力传感器、加载圆头、导杆、螺杆、夹箍和第一孔座、第二孔座和第三孔座，第一孔座通过夹箍与固定板连接，转轮穿设于第一孔座与螺杆上端连接，螺杆下端与固定板连接，导杆分别与固定板和第一孔座连接，第二孔座分别与导杆和螺杆套接连接，第三孔座与导杆套接连接，压缩弹簧设置在第二孔座和第三孔座之间与导杆套接连接，加载圆头与第三孔座连接，球铰链和压力传感器分别与加载圆头连接。

优选地，该骨盆冲击试验装置还包括预载调节导杆，预载调节导杆包括：横向调节导杆、纵向调节导杆和安装底板，安装底板与框架连接，纵向调节导杆与安装底板连接，横向调节导杆与纵向调节导杆连接，预载系统的夹箍与横向调节杆连接并通过螺钉锁紧。

优选地，该冲击系统包括：丝杠传动链和弹簧加速链，丝杠传动链包括丝杠、减速电机、联轴器和拖板，丝杠和减速电机分别与框架连接，联轴器分别与丝杠和减速电机连接，拖板分别与丝杠和直线导轨连接；弹簧加速链包括光杆、粗弹簧和冲击滑台，光杆与框架连接，粗弹簧与光杆套接连接，冲击滑台分别与直线导轨和光杆连接。

优选地，该拖板包括：底板、位置块、电磁铁、电磁铁吸合盖、电磁铁搭钩和滑块，底板与丝杠连接，位置块连接至底板的一端，电磁铁设置在底板中部，电磁铁吸合盖与电磁铁连接，电磁铁搭钩与电磁铁吸合盖连接，滑块分别与底板和直线导轨连接。

优选地，该冲击滑台包括：基板、冲击头、测力传感器、加强板、若干平衡块、导轨滑块、光杆导块和挂钩孔，加强板与基板连接，冲击头与加强板连接，测力传感器与冲击头连接，平衡块设置在基板上，导轨滑块连接至基板两端，光杆导块设置在导轨滑块内侧与基板连接，挂钩孔与基板连接。

优选地，该骨盆冲击试验装置还包括若干光电传感器、光电传感器设置在框架上与控制系统连接。

优选地，该骨盆冲击试验装置还包括位移编码器，位移编码器分别与控制系统和拖板连接。

优选地，该骨盆冲击试验装置还包括电磁铁开关，电磁铁开关设置在底板上，分别与控制系统和电磁铁连接。

本发明的冲击头采用聚氨酯或铝制成，分别用以模拟加垫冲击和刚性冲击。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明设计了骨盆预载调节系统，对试验样本的适应性好，能够模拟人体上半身的重量加载到骨盆节段样本上，从而实现模拟含软组织的骨盆，实现对含软组织的骨盆的冲击，能够反映真实情况下的冲击响应，适用于研究骨盆冲击所带来的合并伤。并且，通过预载调节导杆可以调节骨盆预载系统的横纵位置，以适应冲击不同尺寸的骨盆样本，通用性高。本发明与现有采用气缸、弹射式钟摆等控制冲击速度的骨盆冲击试验台相比，因采用压缩弹簧距离来控制冲击滑台的速度，故冲击速度容易控制，克服了骨盆冲击试验台速度控制困难的缺陷。同时，通过调整平衡块的个数和质量，能够实现冲击滑台的质量增减，很好的控制冲击质量且控制简单。另外，本试验台选用通用的电机和自动化部件来完成，制造成本低。因此，与现有技术相比，本发明能够冲击含软组织的骨盆，反映真实情况下的冲击响应，适用于研究骨盆冲击所带来的合并伤，且通用性高、冲击速度和质量控制容易、制造成本低的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明骨盆冲击试验装置的前视图；

图2为本发明骨盆冲击试验装置的俯视图；

图3为本发明实施例的框架的结构示意图；

图4为本发明实施例的骨盆预载系统的结构示意图；

图5为本发明实施例的预载系统位置调节段的结构示意图；

图6为本发明实施例的拖板的结构示意图

图7为本发明实施例的冲击滑台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请参阅图1至图2，一种骨盆冲击试验装置，包括：框架1、冲击系统、直线导轨2、骨盆预载系统3和控制系统，框架1通过8个地脚螺钉水平安装在地面上，直线导轨2与框架1连接，冲击系统分别与框架1和直线导轨2连接，其包括丝杠传动链4和弹簧加速链5。骨盆预载系统3与框架1连接，控制系统与丝杠传动链4连接。丝杠传动链4包括丝杠41、减速电机42、联轴器43和拖板44，丝杠41和减速电机42分别与框架1连接，联轴器43分别与丝杠41和减速电机42连接，拖板44分别与丝杠41和直线导轨2连接。弹簧加速链5包括光杆51、粗弹簧52和冲击滑台53，光杆51与框架1连接，粗弹簧52与光杆52套接连接，冲击滑台53分别与直线导轨2和光杆51连接。

如图3所示，框架1水平安装，其一端设置有用以放置骨盆试验样本的骨盆座椅平板11和型材架12，型材架12与框架1连接，为骨盆座椅平板11提供安装平面，骨盆座椅平板11与型材架12连接。

本发明通过旋转骨盆样本在骨盆座椅平板11上的摆放位置可实现侧冲击和前冲击，侧冲击时骨盆试验样本的侧面朝向冲击滑台53，前后冲击则是骨盆试验样本的前后面朝向冲击滑台53。

如图1、图3所示，骨盆预载系统3设置在为骨盆座椅平板11上方与型材架12连接，其用以模拟人体上半身的重量加载到骨盆节段样本上，具体包括：转轮31、固定板32、压缩弹簧33、球铰链34、压力传感器35、加载圆头36、导杆37、螺杆38、夹箍39和第一孔座30A、第二孔座30B和第三孔座30C，第一孔座30A通过夹箍39与固定板32连接，转轮31穿设于第一孔座30A与螺杆38的上端连接，螺杆38下端与固定板32连接，导杆37分别与固定板32和第一孔座30A连接，第二孔座30B分别与导杆37和螺杆38套接连接，第三孔座30C与导杆37套接连接，压缩弹簧33设置在第二孔座30B和第三孔座30C之间与导杆37套接连接，加载圆头36与第三孔座30C连接，球铰链34和压力传感器35分别与加载圆头36连接。

骨盆预载系统的工作过程如下：工作时，通过旋转转轮31带动螺杆38转动，第一孔座30A和导杆37与固定板32固定连接，因此，螺杆32带动第二孔座30B压缩压缩弹簧33，进而推动第三孔座30C带动加载圆头36向下运动，将预载力施加到骨盆试验样本上。螺杆32的长度和行程根据加载力和骨盆样本高度差异范围进行选择设定。预载通过圆柱头30加压到骨盆试验样本上，力的大小由传感器29测得，球铰链28能减少冲击对预载系统的损害。

如图5所示，考虑到骨盆样本的大小差异性，本发明还包括预载调节导杆8，预载调节导杆8包括：横向调节导杆81、纵向调节导杆82和安装底板83，安装底板83与框架1的型材架12连接，纵向调节导杆82与安装底板83连接，横向调节导杆81与纵向调节导杆82连接，预载系统3的夹箍39与横向调节杆81连接并通过螺钉锁紧。

安装时，预载系统3通过夹箍39夹持到横向调节杆81上，并通过螺钉将夹箍39锁紧在横向调节杆81上。当夹箍39未被螺钉锁紧时，调节横纵位置，使加载位置居于骨盆试验样本的中部，从而适应冲击不同尺寸的骨盆样本，提高了通用性，位置调节好后使用螺钉将夹箍39锁紧在横向调节杆81上，之后，将安装底板37装到框架1的型材架12上，预载系统3便完成安装。

如图6所示，拖板44包括：底板441、位置块442、电磁铁443、电磁铁吸合盖444、电磁铁搭钩445、滑块446和螺母447，底板441与丝杠41连接，位置块442连接至底板441的一端，电磁铁443设置在底板441中部，电磁铁吸合盖444与电磁铁443连接，电磁铁搭钩445与电磁铁吸合盖444连接，滑块446分别与底板441和直线导轨2连接，用以提供拖板的低摩擦滑动和导向，底板441通过螺母447与丝杠41连接，由螺母447将丝杠41的运动传导到拖板441上。

如图7所示，冲击滑台53包括：基板531、冲击头532、测力传感器533、加强板534、若干平衡块535、导轨滑块536、光杆导块537和挂钩孔538，加强板534与基板531连接，冲击头532与加强板534连接，测力传感器533用以测量冲击力的大小，其与冲击头532连接，基板531上设置有若干安装螺孔，平衡块535通过安装螺孔设置在基板531上，导轨滑块536连接至基板531两端，光杆导块537设置在导轨滑块536内侧与基板531连接，挂钩孔538与基板531连接。

进一步地，本发明还包括两个光电传感器6、电磁铁开关7和摩擦转轮式位移编码器9。如图1和图3所示，两个光电传感器6设置在框架1上与控制系统连接，其中靠近减速电机42一侧的光电传感器6用来测定粗弹簧52压缩的极限距离，超出此距离则粗弹簧52失效。靠近冲击滑台53一侧的光电传感器6用来设定拖板441的复位位置。如图1所示，位移编码器9分别与控制系统和拖板44连接，用以检测拖板441带动冲击滑台53压缩弹簧52的距离，其安装在拖板底板441的底部，转轮压靠在框架1的型材底面。如图6所示，电磁铁开关7设置在底板441上，分别与控制系统和电磁铁443连接。

具体地，控制系统预先设定粗弹簧52的压缩距离，设定粗弹簧52的压缩距离值不同，冲击滑台53冲击时的速度就不一样，从而控制冲击速度。并且，本发明通过增减平衡块535的个数来调节冲击滑台的总质量，改变配置平衡块535的个数和质量就可实现冲击滑台53的质量增减，操作简单。

更为具体地，冲击头532采用聚氨酯或铝制成，分别用以模拟加垫冲击和刚性冲击。并且，为使冲击头能近似冲击骨盆样本的大转子附近，将座椅平面35设计在低于冲击圆头最下端30mm处。

本发明的冲击过程及原理如下：工作时，控制系统启动减速电机42，减速电机42的转动通过联轴器43传动到丝杠41上，丝杠41拖动拖板44沿直线导轨2运动，位置块442随拖板441一起滑动，当滑动到靠冲击滑台53一侧的光电传感器6上方时即到达设定的复位位置，减速电机42就停转。然后，将冲击滑台53手动拖回到复位位置，转动电磁铁吸合盖444，电磁铁搭钩445勾住后面的冲击滑台53上的挂钩孔538。然后，通过控制系统启动电磁铁开关7，电磁铁443通电，电磁铁吸合盖444被吸住，电磁铁搭钩445牢牢钩住后面的冲击滑台53上的挂钩孔538，设定好压缩距离，启动减速电机42，冲击滑台53就和拖板44一起在直线导轨2上运动，并通过光杆导块537压缩光杆51上的粗弹簧52，位移编码器9随拖板44一起滑动，当控制系统检通过位移编码器9检测到拖板44的具体位置和设定距离一致时，减速电机42停转。当确认好可以冲击后，通过控制系统或按电磁铁开关7，电磁铁开关7就断开，电磁铁443断电，电磁铁吸合盖444释放，冲击滑台53由于被粗弹簧52压缩则立即转动电磁体搭钩445而和拖板44分离，冲击骨盆试验样本。

冲击过程中，靠近减速电机42一侧的光电传感器6用来测定粗弹簧52压缩的极限距离，超出此距离则粗弹簧52失效。

综上，本发明的工作过程及原理如下：首先，将骨盆试验样本放置在骨盆座椅平板11上，之后通过骨盆预载系统3施加设定的人体上半身的重量加载到骨盆节段样本上，然后，启动减速电机42以驱动拖板44回复到靠近冲击滑台53一侧的光电传感器6的复位位置，减速电机停止，再手动将拖板44和冲击滑台53勾住。然后启动电磁铁开关7，再启动减速电机4，由拖板44带动冲击滑台53运动压缩粗弹簧52，并由位移编码器9检测拖板44的运动位置，最后，当拖板44达到预设位置后，关闭减速电机42，拖板44和冲击滑台53停止滑动。断开电磁铁开关7，冲击滑台53与拖板44分离后对骨盆试验样本进行冲击。

本发明设计了骨盆预载调节系统，对试验样本的适应性好，能够模拟人体上半身的重量加载到骨盆节段样本上，从而实现模拟含软组织的骨盆，实现对含软组织的骨盆的冲击，能够反映真实情况下的冲击响应，适用于研究骨盆冲击所带来的合并伤。另外，本发明与现有采用气缸、弹射式钟摆等控制冲击速度的骨盆冲击试验台相比，因采用压缩弹簧距离来控制冲击滑台的速度，故冲击速度容易控制，克服了骨盆冲击试验台速度控制困难的缺陷。同时，本试验台选用通用的电机和自动化部件来完成，制造成本低。因此，与现有技术相比，本发明能够冲击含软组织的骨盆，反映真实情况下的冲击响应，适用于研究骨盆冲击所带来的合并伤，且冲击速度控制容易、制造成本低的优点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种骨盆冲击试验装置，其特征在于，包括：框架、冲击系统、直线导轨、骨盆预载系统和控制系统，所述直线导轨与所述框架连接，所述冲击系统分别与所述框架和直线导轨连接，所述骨盆预载系统与所述框架连接，所述控制系统与所述冲击系统连接。

2.根据权利要求1所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，所述框架水平安装，其一端设置有骨盆座椅平板和型材架，所述型材架与所述框架连接，所述骨盆座椅平板与所述型材架连接。

3.根据权利要求1所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，所述骨盆预载系统用以模拟人体上半身的重量加载到骨盆节段样本上，其包括：转轮、固定板、压缩弹簧、球铰链、压力传感器、加载圆头、导杆、螺杆、夹箍和第一孔座、第二孔座和第三孔座，所述第一孔座通过所述夹箍与所述固定板连接，所述转轮穿设于所述第一孔座与所述螺杆上端连接，所述螺杆下端与所述固定板连接，所述导杆分别与所述固定板和第一孔座连接，所述第二孔座分别与所述导杆和螺杆套接连接，所述第三孔座与所述导杆套接连接，所述压缩弹簧设置在所述第二孔座和第三孔座之间与所述导杆套接连接，所述加载圆头与所述第三孔座连接，所述球铰链和压力传感器分别与所述加载圆头连接。

4.根据权利要求3所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，还包括预载调节导杆，所述预载调节导杆包括：横向调节导杆、纵向调节导杆和安装底板，所述安装底板与所述框架连接，所述纵向调节导杆与所述安装底板连接，所述横向调节导杆与所述纵向调节导杆连接，所述预载系统的夹箍与所述横向调节杆连接并通过螺钉锁紧。

5.根据权利要求1所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，所述冲击系统包括：丝杠传动链和弹簧加速链，所述丝杠传动链包括丝杠、减速电机、联轴器和拖板，所述丝杠和减速电机分别与所述框架连接，所述联轴器分别与所述丝杠和减速电机连接，所述拖板分别与所述丝杠和直线导轨连接；所述弹簧加速链包括光杆、粗弹簧和冲击滑台，所述光杆与所述框架连接，所述粗弹簧与所述光杆套接连接，所述冲击滑台分别与所述直线导轨和光杆连接。

6.根据权利要求5所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，所述拖板包括：底板、位置块、电磁铁、电磁铁吸合盖、电磁铁搭钩和滑块，所述底板与所述丝杠连接，位置块连接至所述底板的一端，所述电磁铁设置在所述底板中部，所述电磁铁吸合盖与所述电磁铁连接，所述电磁铁搭钩与所述电磁铁吸合盖连接，所述滑块分别与所述底板和直线导轨连接。

7.根据权利要求5所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，所述冲击滑台包括：基板、冲击头、测力传感器、加强板、若干平衡块、导轨滑块、光杆导块和挂钩孔，所述加强板与所述基板连接，所述冲击头与所述加强板连接，所述测力传感器与所述冲击头连接，所述平衡块设置在所述基板上，所述导轨滑块连接至所述基板两端，所述光杆导块设置在所述导轨滑块内侧与所述基板连接，所述挂钩孔与所述基板连接。

8.根据权利要求1所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，还包括若干光电传感器、所述光电传感器设置在所述框架上与所述控制系统连接。

9.根据权利要求5所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，还包括位移编码器，所述位移编码器分别与所述控制系统和拖板连接。

10.根据权利要求6所述的骨盆冲击试验装置，其特征在于，还包括电磁铁开关，所述电磁铁开关设置在底板上，分别与所述控制系统和电磁铁连接。

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