CN103743637B - 一种撞击头及应用其的撞击器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种撞击头及应用其的撞击器，所述撞击头包括撞击杆和撞击座，所述撞击杆的纵截面为“T”型，即在其杆体一端固定有与之垂直的撞击端部；所述撞击座为中空的圆柱型，套在撞击杆的杆体上且能沿杆体滑动，撞击座的前端通过弹性部件与撞击杆的撞击端部连接；所述撞击座上安装有测量标尺，测量标尺与撞击杆杆体平行，且测量标尺在外力的作用下可沿撞击座滑动。本发明的撞击头及撞击器操作简便、结构紧凑、成本低廉，具有较高的稳定性和可靠性，可记录撞击过程撞击力最大值，为分析撞击过程的撞击力特征提供准确数据，适合于各种生物撞击实验。

Description

一种撞击头及应用其的撞击器

技术领域

本发明涉及一种撞击头及应用其的撞击器。

背景技术

生物撞击装置是用来模拟外部撞击引起的创伤的致伤装置，主要用于临床实验研究。目前，市面上有多种撞击器产品，包括美国生产的PinPoint^TM，第三军医大学研制的BIM-1型(自由落体式)生物撞击机、BIM-Ⅱ型(气动式)生物撞击机和小型生物撞击机，第四军医大学研究的多功能生物撞击机和基于射钉枪的小型撞击器。这些装置除了第三军医大学研究的BIM-1型是自由落体式传统的结构外，其余都是采用高压气动模式，驱使撞击头撞击实验对象。

这些装置的撞击力量是间接获得的，撞击头是在气压或重力的作用下撞击被测试的生物对象。气压越大或撞击头的高度越高，撞击头撞击的速度越大，撞击的力量也越大。

根据碰撞理论，撞击过程需要符合动量守恒定理：

F×it＝Σm×iv

F：表示外部作用在物体上的力，是一个空间矢量；

it：表示外部作用力作用在物体上的时间；

m：表示物体的质量；

iv：表示物体速度的变化量，是一个空间矢量。

当被测对象位置固定的时候，该动量守恒公式就变为：

F×it＝m×iv

m是撞击过程中，撞击被实验对象的所有物体的质量总和，iv是质量m的速度变化量。由于撞击实验完成后，撞击被实验对象的物体的速度为零，因此，iv的大小等于发射速度。

F：是撞击过程中的撞击力。根据上述公式，该力的大小等于撞击物体质量m和其速度的乘积除以作用时间的商。由于每个实验的撞击作用时间受实验对象软组织的状态等多方面因素影响，因此，现有的实验装置采用气压的大小（或撞击头高低）作为描述实验撞击结果的参数，其描述撞击效果的方法不够精准，无法精确描述撞击头撞击被测试生物对象的过程和力量特征，对于创伤形成的机理研究还缺乏更有说服力的数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种可记录撞击过程撞击力最大值的撞击头及应用该撞击头的撞击器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种撞击头，包括撞击杆和撞击座，所述撞击杆的纵截面为“T”型，即在其杆体一端固定有与之垂直的撞击端部；所述撞击座为中空的圆柱型，套在撞击杆的杆体上且能沿杆体滑动，撞击座的前端通过弹性部件与撞击杆的撞击端部连接；所述撞击座上安装有测量标尺，测量标尺与撞击杆杆体平行，且测量标尺在外力的作用下可沿撞击座滑动。

进一步地，所述撞击座上开有与撞击杆杆体平行的凹槽，所述测量标尺卡嵌安装在凹槽内。

进一步地，所述弹性部件为弹簧。

一种撞击器，包括提供撞击力的动力单元，还包括上述的撞击头。

进一步地，所述动力单元包括发射装置，所述发射装置包括两个横向并排的发射轮，所述撞击头位于两个发射轮之间，且撞击座侧壁紧贴两个发射轮的旋转轴，两个发射轮通过对向旋转带动撞击头向前发射。

进一步地，所述发射装置还包括电机，所述电机连接并驱动一个发射轮绕轴向旋转。

进一步地，所述两个横向并排的发射轮安装在一块板上，所述板上还安装有一个带发射孔的支架，所述撞击座插入发射孔并且撞击座的后端夹在两个发射轮之间。

进一步地，所述电机连接有速度调节电位计。

进一步地，所述电机和速度调节电位计采用直流电源供电。

进一步地，所述发射装置还包括控制盒体，所述电机和速度调节电位计位于控制盒体内部，所述发射轮安装在控制盒体端部，所述控制盒体外部设置有控制速度调节电位计的旋钮及控制发射轮旋转的开关。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

（1）本发明采用弹簧等弹性部件的变形与作用力的对应关系，结合记录弹性部件变形量的测量标尺，可以记录撞击过程中的撞击力最大值，为分析撞击过程的撞击力与撞击创伤的内在关系提供准确的量化数据。

（2）本发明结构紧凑、成本低廉、操作简便，并且具有较高的稳定性和可靠性，适合于各种生物撞击实验。

（3）本发明采用直流电机作为撞击头发射的动力系统，采用电池作为直流电源，简化了结构，降低了成本，同时便于携带。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的撞击器结构示意图。

图2是本发明的生物撞击头结构示意图。

图3是本发明的生物撞击头工作原理图。

图4是发射装置结构示意图。

图5是发射装置电机安装示意图。

图6是发射装置控制原理图。

具体实施方式

如图1中所示，本发明的一种撞击器，包括撞击头2和发射装置3两个部分。撞击头2用来撞击实验对象1，并记录撞击力最大值；发射装置3作为动力单元，用于驱动撞击头2以实验要求的撞击速度发射出去。

如图2中所示，本发明的一种撞击头，包括撞击杆21、撞击座22、弹簧23和测量标尺24，所述撞击杆21的纵截面为“T”型，即在其杆体一端固定有与之垂直的撞击端部；所述撞击座22为中空的圆柱型，套在撞击杆21的杆体上且能沿杆体自由滑动，撞击座22的底部环面通过弹簧23与撞击杆21的撞击端部连接；撞击座22上开有与撞击杆21杆体平行的凹槽，所述凹槽内卡嵌有测量标尺24，测量标尺24与撞击杆21杆体平行，且测量标尺24在外力的作用下可沿撞击座22滑动，所述撞击座22与提供撞击速度的发射装置连接。

如图3中所示，虚线所示是撞击头的常规状态，撞击杆21的撞击端部和测量标尺24接触，处于待测量状态。当撞击头被发射出来后，撞击杆21首先接触到被实验对象，撞击杆21和测量标尺24会停止前进。而后面的撞击座22会由于惯性，继续向前，给实验对象一个撞击力。在达到最大撞击力后，撞击座22停止，并在弹簧23作用下，恢复常规状态。同时，由于测量标尺24和撞击座22之间的摩擦力，会带动测量标尺24和撞击座22一起运动。由于撞击杆21相对撞击座22的质量较小，故可以初略认为该力是实验的撞击力。这样，测量标尺24和撞击座22之间的相对移动距离X，乘以弹簧的刚度K，就表示了撞击座22撞击实验对象的力F的大小。

如图4、图5所示，发射装置包括：电机301、电机安装板302、发射轮303、安装螺钉304、安装螺钉305、控制手柄306、安装螺钉307、安装螺钉308、被动发射轮固定螺钉309、被动发射轮310、电源311、发射开关312、速度调节电位计313、电机安装螺钉314、电机安装螺钉315。

电机301通过电机安装螺钉314、315固定在电机安装板302上，发射轮303以过盈配合，固定在电机301的输出轴上，被动发射轮310采用间隙配合模式安装在电机安装板302的转轴上；被动发射轮固定螺钉309采用螺纹连接方式安装在电机安装板302的转轴的端面，限制被动发射轮310在轴向的运动。电源311固定在控制手柄306的电源安装座上，发射开关312采用螺纹连接方式安装在控制手柄306的发射开关安装孔上，速度调节电位计313采用螺纹连接方式安装在控制手柄的速度电位计安装孔上。安装螺钉304、305、307、308将电机安装板302固定在控制手柄306上，形成发射装置。其中，发射轮303与被动发射轮310横向并排的安装在电机安装板302上，电机安装板302上安装有一个带发射孔的支架（也可以为电机安装板302的一部分），撞击头2的撞击座穿过电机安装板302上的发射孔，采用纯滚动模式与发射轮303和被动发射轮310连接，被动发射轮310将撞击头2的撞击座压紧在发射轮303上，为发射轮303和撞击头2之间的摩擦发射力提供压紧力。电机301带动发射轮303高速旋转，驱动撞击头2以实验要求的速度发射。

如图6所示，电源311正极接电机301（直流电机）的正极，电机301的负极连接发射开关312的输入端，发射开关312的输出端连接速度调节电位计313的移动端，速度调节电位计313的固定端连接电源311的负极。当按下发射开关312时候，电机驱动电路闭合，电机301带动发射轮高速旋转，发射撞击头。调节速度调节电位计313移动端的位置，可以调节电机线圈两段的电压，从而调节电机301的转速，控制撞击头的发射速度。

本发明的撞击器可以实现以下功能：1、可以调节撞击头的发射速度，进而调节撞击力量大小；2、可以记录撞击力最大值。

本发明可以作为生物撞击实验的实验装置，用于医学实验上，优点在于：（1）调节电机两段的电压，可以控制撞击实验的速度和撞击力大小。（2）利用弹簧，可以实时记录撞击实验过程中，撞击头撞击实验对象的撞击力最大值，为生物撞击实验分析提供精确、量化的实验数据，使实验结果更具备科学性、准确性和可重复性。

为进一步说明本发明的技术方案，现将利用本发明进行生物撞击实验的过程简单描述如下（配合图1-6所示）：

1）根据图6所示，连接本发明的电路部分；

2）将实验对象1摆放在实验台上，确保实验的撞击头2对准实验对象1的实验部位；

3）调节速度调节电位计313的位置，确定电机301速度；

4）接通发射开关312，驱动撞击头2撞击实验对象1；

5）读取测量标尺24的数据X，乘以弹簧系数K即可获得撞击力最大值。

由于采用了以上技术方案，本发明的撞击器借助材料变形技术、机构学理论、机电控制技术，实现准确测量生物撞击实验过程中撞击力最大值的功能。

本发明涉及机构学、机电控制等多门学科，在传统的生物撞击实验装置基础上，引入弹簧变形技术，准确记录撞击过程中撞击力最大值，为准确描述和分析创伤的形成过程提供科学依据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种撞击头，其特征在于，包括撞击杆和撞击座，所述撞击杆的纵截面为“T”型，即在其杆体一端固定有与之垂直的撞击端部；所述撞击座为中空的圆柱型，套在撞击杆的杆体上且能沿杆体滑动，撞击座的前端通过弹性部件与撞击杆的撞击端部连接；所述撞击座上安装有测量标尺，测量标尺与撞击杆杆体平行，且测量标尺在外力的作用下可沿撞击座滑动；

测量开始前，所述测量标尺的前端与所述撞击杆的撞击端部接触，测量开始后，所述撞击座通过与测量标尺之间的摩擦力带动所述测量标尺运动并使其前端离开所述撞击杆的撞击端部。

2.根据权利要求1所述的撞击头，其特征在于，所述撞击座上开有与撞击杆杆体平行的凹槽，所述测量标尺卡嵌安装在凹槽内。

3.根据权利要求1所述的撞击头，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。

4.一种撞击器，其特征在于，包括提供撞击力的动力单元，还包括权利要求1-3任一项所述的撞击头。

5.根据权利要求4所述的撞击器，其特征在于，所述动力单元包括发射装置，所述发射装置包括两个横向并排的发射轮，所述撞击头位于两个发射轮之间，且撞击座侧壁紧贴两个发射轮的旋转轴，两个发射轮通过对向旋转带动撞击头向前发射。

6.根据权利要求5所述的撞击器，其特征在于，所述发射装置还包括电机，所述电机连接并驱动一个发射轮绕轴向旋转。

7.根据权利要求5所述的撞击器，其特征在于，所述两个横向并排的发射轮安装在一块板上，所述板上还安装有一个带发射孔的支架，所述撞击座插入发射孔并且撞击座的后端夹在两个发射轮之间。

8.根据权利要求6所述的撞击器，其特征在于，所述电机连接有速度调节电位计。

9.根据权利要求8所述的撞击器，其特征在于，所述电机和速度调节电位计采用直流电源供电。

10.根据权利要求9所述的撞击器，其特征在于，所述发射装置还包括控制盒体，所述电机和速度调节电位计位于控制盒体内部，所述发射轮安装在控制盒体端部，所述控制盒体外部设置有控制速度调节电位计的旋钮及控制发射轮旋转的开关。