CN106885675A - 腰椎骨骼爆裂骨折模拟机 - Google Patents

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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/08—Shock-testing

Abstract

本发明公开了一种腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，包括机架(1)，机架(1)底部设有骨骼固定装置(2)，骨骼固定装置(2)上端设有撞击反弹机构(3)，撞击反弹机构(3)上方设有固定于机架(1)中部的端板(4)，端板(4)上设有圆柱屏挡(5)，圆柱屏挡(5)中设有落锤限制机构(6)，圆柱屏挡(5)上部设有导引管(7)，导引管(7)底部设有静音气泵(8)，导引管(7)上方设有落锤释放装置(9)，落锤释放装置(9)上方设有固定于机架(1)上部的落锤高度调节装置(10)。本发明具有改善试验的精确度、提高试验效率以及降低试验结果受破坏概率的特点。

Description

腰椎骨骼爆裂骨折模拟机
技术领域
本发明涉及一种骨折模拟机，特别是一种腰椎骨骼爆裂骨折模拟机。
背景技术
人体在受到剧烈的撞击后(例如不小心从楼上失足落下)，腰椎骨骼会受到不同程度的损伤，为了能够更好的研究腰椎骨骼在不同的受力冲击时所受到的损伤，需要通过对腰椎试验的吸收能量、变形、相对位移以及相应的曲线分析研究，对影响试验动态分析数据的关键问题进行研究。目前，常用的做法是人工将重锤从不同高度落到试样上，求取落下高度与试样破坏率的关系，用破坏率为50％时的落下高度来表示试样的抗冲击能力；又或者是固定重锤高度而改变锤质量来进行试验，用求得相应重锤质量来表示结果；也可以是两者都改变而用下落重锤的能量来表示结果；但是这种方式由于是通过人工来进行操作，需要经过多次的试验，才能得出正确的结果，每次的试验过程都需要人工进行操作，影响试验的效率，影响成功率；由于落锤的体积较小，而标本试样的体积较大，导致落锤作用面积较小，无法对整体标本进行作用力，从而影响试验效果；而且每次试验均无法精确的保证落锤的高度、位置保持一致，落锤在下落时也会受到环境的影响，因此试验的结果精确度不高，容易影响判断。同时，落锤在第一次撞击试样后，可能会由于受到较大的撞击力进行反弹，从而对试样进行二次、三次的撞击，破坏试验的结果。因此，现有的技术存在着试验的精确度不高、效率低以及试验结果容易受到破坏的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种腰椎骨骼爆裂骨折模拟机。它具有改善试验的精确度、提高试验效率以及降低试验结果受破坏概率的特点。
本发明的技术方案：腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，包括机架，机架底部设有骨骼固定装置，骨骼固定装置上端设有撞击反弹机构，撞击反弹机构上方设有固定于机架中部的端板，端板上设有圆柱屏挡，圆柱屏挡中设有落锤限制机构，圆柱屏挡上部设有导引管，导引管底部设有静音气泵，导引管上方设有落锤释放装置，落锤释放装置上方设有固定于机架上部的落锤高度调节装置。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述骨骼固定装置包括固定于机架底部的固定夹具，固定夹具上方设有分离式夹具，固定夹具和分离式夹具之间设有腰椎骨骼标本。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述撞击反弹机构包括与骨骼固定装置相固定的连接板，连接板上设有弹射装置，弹射装置上方设有承压板，承压板上设有压力传感器，压力传感器连接有控制器，控制器与弹射装置相连；所述的弹射装置还连接有位移传感器，位移传感器与控制器相连。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述弹射装置包括位于连接板和承压板之间的空心圆柱，且空心圆柱和承压板之间设有伸缩杆，所述的空心圆柱内设有执行机构。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述执行机构包括在空心圆柱内从下往上依次设有的弹射电机、分隔板、弹射压簧以及弹射板，且弹射板和弹射电机之间设有钢丝绳。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述执行机构包括设置在空心圆柱底部的蜗轮，蜗轮中间位置设有螺纹孔，螺纹孔内设有丝杆；所述蜗轮啮合有蜗杆，蜗杆连接有旋转电机。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述连接板和弹射装置之间设有角度调节装置；所述角度调节装置包括固定在连接板上的半圆形滑轨和转动电机，转动电机输出轴上设有与弹射装置相固定的转动杆，转动杆上设有与半圆形滑轨相嵌合的导轮；所述的连接板两端设有高度传感器，高度传感器和转动电机均与控制器相连。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述落锤限制机构包括固定于圆柱屏挡侧面的限制杆架，限制杆架上设有贯穿圆柱屏挡的限制杆；所述限制杆架上设有电磁铁，电磁铁与控制器相连，所述限制杆端部设有磁性挡盘，限制杆上套设有压缩弹簧，且压缩弹簧位于磁性挡盘和限制杆架之间；所述的控制器还连接有位于圆柱屏挡内壁的红外传感器。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述落锤释放装置包括圆环固定盘，圆环固定盘内壁设有卡扣，卡扣连接有控制杆，控制杆上设有磁铁片，圆环固定盘上设有与磁铁片位置相对应的电磁铁块；所述的控制杆和圆环固定盘之间设有弹簧；所述导引管和圆环固定盘之间设有伸缩导杆，圆环固定盘底部设有第二红外传感器，第二红外传感器与控制器相连，控制器与电磁铁块相连。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机中，所述落锤高度调节装置包括固定在机架顶端的提升电机，提升电机上设有牵引绳，牵引绳端部设有挂钩，挂钩与落锤相连；所述挂钩上设有第二高度传感器，第二高度传感器与控制器相连。
与现有技术相比，本发明通过在骨骼固定装置上设置撞击反弹机构，用于承受落锤的撞击力，将撞击力均匀的传递给标本试样，使得整个标本试样都能够受到力，改善试验的效果；通过撞击反弹机构和落锤限制机构的相互配合，对落锤进行弹射使其进入导引管，并进行限位，防止落锤二次下落，撞击标本试样，从而可以降低对试验结果的破坏；通过设置导引管，使得落锤下落过程中始终在导引管中，不受环境中风力等因素的影响，保证试验的精度；同时通过在导引管上下端分别设置静音气泵和落锤释放装置，与撞击反弹机构相配合，使得落锤在完成撞击作业后能够自动的复位，重新固定在落锤释放装置上，并通过落锤高度调节装置对落锤的降落高度进行自动调节，取代了人工调节，操作简单，精确程度高，大大的提高了试验的效率。另外，通过在弹射装置和连接板之间设置角度调节装置，可以对弹射装置的弹射角度进行调节，防止由于标本试样受力破坏发生形变后弹射装置无法将落锤准确弹入导引管的现象的发生。综上所述，本发明具有改善试验的精确度、提高试验效率以及降低试验结果受破坏概率的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是落锤释放装置的结构示意图；
图4是实施例1的执行机构的结构示意图；
图5是实施例2的执行机构的结构示意图；
图6是角度调节装置的结构示意图；
图7是本发明的控制结构图。
附图中的标记说明：1-机架，2-骨骼固定装置，3-撞击反弹机构，4-端板，5-圆柱屏挡，6-落锤限制机构，7-导引管，8-静音气泵，9-落锤释放装置，10-落锤高度调节装置，11-弹射电机，12-分隔板，13-弹射压簧，14-弹射板，15-钢丝绳，16-蜗轮，17-螺纹孔，18-丝杆，19-蜗杆，20-旋转电机，21-固定夹具，22-分离式夹具，23-腰椎骨骼标本，31-连接板，32-弹射装置，33-承压板，34-压力传感器，35-控制器，36-位移传感器，37-空心圆柱，38-伸缩杆，39-执行机构，41-角度调节装置，42-半圆形滑轨，43-转动电机，44-转动杆，45-导轮,46-高度传感器，61-限制杆架，62-限制杆，63-电磁铁，64-磁性挡盘，65-压缩弹簧，66-红外传感器，91-圆环固定盘，92-卡扣，93-控制杆，94-磁铁片，95-电磁铁块，96-弹簧，97-伸缩导杆，98-第二红外传感器，101-提升电机，102-牵引绳，103-挂钩，104-第二高度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。
实施例1。腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，构成如图1、图2、图3、图4、图6和图7所示，包括机架1，机架1底部设有骨骼固定装置2，骨骼固定装置2上端设有撞击反弹机构3，撞击反弹机构3上方设有固定于机架1中部的端板4，端板4上设有圆柱屏挡5，圆柱屏挡5中设有落锤限制机构6，圆柱屏挡5上部设有导引管7，导引管7底部设有静音气泵8，导引管7上方设有落锤释放装置9，落锤释放装置9上方设有固定于机架1上部的落锤高度调节装置10。
所述骨骼固定装置2包括固定于机架1底部的固定夹具21，固定夹具21上方设有分离式夹具22，固定夹具21和分离式夹具22之间设有腰椎骨骼标本23。
所述撞击反弹机构3包括与骨骼固定装置2相固定的连接板31，连接板31上设有弹射装置32，弹射装置32上方设有承压板33，承压板33上设有压力传感器34，压力传感器34连接有控制器35，控制器35与弹射装置32相连；所述的弹射装置32还连接有位移传感器36，位移传感器36与控制器35相连。
所述弹射装置32包括位于连接板31和承压板33之间的空心圆柱37，且空心圆柱37和承压板33之间设有伸缩杆38，所述的空心圆柱37内设有执行机构39。
所述执行机构39包括在空心圆柱37内从下往上依次设有的弹射电机11、分隔板12、弹射压簧13以及弹射板14，且弹射板14和弹射电机11之间设有钢丝绳15。
所述连接板31和弹射装置32之间设有角度调节装置41；所述角度调节装置41包括固定在连接板31上的半圆形滑轨42和转动电机43，转动电机43输出轴上设有与弹射装置32相固定的转动杆44，转动杆44上设有与半圆形滑轨42相嵌合的导轮45；所述的连接板31两端设有高度传感器46，高度传感器46和转动电机43均与控制器35相连。
所述落锤限制机构6包括固定于圆柱屏挡5侧面的限制杆架61，限制杆架61上设有贯穿圆柱屏挡5的限制杆62；所述限制杆架61上设有电磁铁63，电磁铁63与控制器35相连，所述限制杆62端部设有磁性挡盘64，限制杆62上套设有压缩弹簧65，且压缩弹簧65位于磁性挡盘64和限制杆架61之间；所述的控制器35还连接有位于圆柱屏挡5内壁的红外传感器66。
所述落锤释放装置9包括圆环固定盘91，圆环固定盘91内壁设有卡扣92，卡扣92连接有控制杆93，控制杆93上设有磁铁片94，圆环固定盘91上设有与磁铁片94位置相对应的电磁铁块95；所述的控制杆93和圆环固定盘91之间设有弹簧96；所述导引管7和圆环固定盘91之间设有伸缩导杆97，圆环固定盘91底部设有第二红外传感器98，第二红外传感器98与控制器35相连，控制器35与电磁铁块95相连。
所述落锤高度调节装置10包括固定在机架1顶端的提升电机101，提升电机101上设有牵引绳102，牵引绳102端部设有挂钩103，挂钩103与落锤相连；所述挂钩103上设有第二高度传感器104，第二高度传感器104与控制器35相连。
执行机构的工作过程：控制器控制弹射电机工作，弹射电机带动钢丝绳收缩，弹射板将作用力作用于弹射压簧上，弹射压簧积聚压簧力，当压力传感器检测到信号后，控制器控制弹射电机停止工作，弹射压簧就将压簧力作用于弹射板上，弹射板就进行弹射，并将弹射力作用于承压板上，承压板就对落锤进行反弹作用，从而实现落锤的反弹。同时通过位移传感器来监控弹射电机的位移作用，进而控制电机对钢丝绳的收缩量，继而实现弹射电机对弹射压簧的弹簧力的控制。
实施例2：腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，构成如图1、图2、图3、图5、图6和图7所示，包括机架1，机架1底部设有骨骼固定装置2，骨骼固定装置2上端设有撞击反弹机构3，撞击反弹机构3上方设有固定于机架1中部的端板4，端板4上设有圆柱屏挡5，圆柱屏挡5中设有落锤限制机构6，圆柱屏挡5上部设有导引管7，导引管7底部设有静音气泵8，导引管7上方设有落锤释放装置9，落锤释放装置9上方设有固定于机架1上部的落锤高度调节装置10。
所述骨骼固定装置2包括固定于机架1底部的固定夹具21，固定夹具21上方设有分离式夹具22，固定夹具21和分离式夹具22之间设有腰椎骨骼标本23。
所述撞击反弹机构3包括与骨骼固定装置2相固定的连接板31，连接板31上设有弹射装置32，弹射装置32上方设有承压板33，承压板33上设有压力传感器34，压力传感器34连接有控制器35，控制器35与弹射装置32相连；所述的弹射装置32还连接有位移传感器36，位移传感器36与控制器35相连。
所述弹射装置32包括位于连接板31和承压板33之间的空心圆柱37，且空心圆柱37和承压板33之间设有伸缩杆38，所述的空心圆柱37内设有执行机构39。
所述执行机构39包括设置在空心圆柱37底部的蜗轮16，蜗轮16中间位置设有螺纹孔17，螺纹孔17内设有丝杆18；所述蜗轮16啮合有蜗杆19，蜗杆19连接有旋转电机20。
所述连接板31和弹射装置32之间设有角度调节装置41；所述角度调节装置41包括固定在连接板31上的半圆形滑轨42和转动电机43，转动电机43输出轴上设有与弹射装置32相固定的转动杆44，转动杆44上设有与半圆形滑轨42相嵌合的导轮45；所述的连接板31两端设有高度传感器46，高度传感器46和转动电机43均与控制器35相连。
所述落锤限制机构6包括固定于圆柱屏挡5侧面的限制杆架61，限制杆架61上设有贯穿圆柱屏挡5的限制杆62；所述限制杆架61上设有电磁铁63，电磁铁63与控制器35相连，所述限制杆62端部设有磁性挡盘64，限制杆62上套设有压缩弹簧65，且压缩弹簧65位于磁性挡盘64和限制杆架61之间；所述的控制器35还连接有位于圆柱屏挡5内壁的红外传感器66。
所述落锤释放装置9包括圆环固定盘91，圆环固定盘91内壁设有卡扣92，卡扣92连接有控制杆93，控制杆93上设有磁铁片94，圆环固定盘91上设有与磁铁片94位置相对应的电磁铁块95；所述的控制杆93和圆环固定盘91之间设有弹簧96；所述导引管7和圆环固定盘91之间设有伸缩导杆97，圆环固定盘91底部设有第二红外传感器98，第二红外传感器98与控制器35相连，控制器35与电磁铁块95相连。
所述落锤高度调节装置10包括固定在机架1顶端的提升电机101，提升电机101上设有牵引绳102，牵引绳102端部设有挂钩103，挂钩103与落锤相连；所述挂钩103上设有第二高度传感器104，第二高度传感器104与控制器35相连。
执行机构的工作过程：控制器根据压力传感器检测到的承受板的受力信号和位移传感器检测到的旋转电机的上下位移信号，进而控制旋转电机输出相应的功率，旋转电机带动蜗杆旋转，蜗杆带动蜗轮旋转，蜗轮的螺纹孔带动丝杆上升，撞击承压板，使得承压板将落锤反弹，落锤进入引导管。
所述的导引管底部设有喷嘴，喷嘴的喷气方向朝向导引管内，喷嘴经气管与静音气泵相连。
所述的控制器为PLC控制器。
所述机架上设有触摸显示屏，触摸显示屏与控制器相连，通过在触摸显示屏上输入需要模拟的腰椎骨骼受力情况，控制器就会将计算分析的结果显示在触摸显示屏上，如所需的落锤重量和落锤的降落高度等信息。
所述转动电机输出轴上设有小齿轮，小齿轮啮合有位于转动杆下端的大齿轮，转动杆上端与弹射装置相固定；
弹射电机与控制器相连；旋转电机与控制器相连。
角度调节装置的工作过程：当落锤砸到撞击反弹机构上后，腰椎骨骼标本可能会发生倾斜，这时通过连接板两端的高度传感器对连接板两端的高度进行监测，当发生倾斜后，控制器根据两端的高度传感器信号分析出倾斜的角度，然后控制转动电机带动转动杆进行工作，对弹射装置的角度进行回调纠正，保证落锤能够准确的被弹射进导引管中。
本发明的工作原理：根据需要模拟的腰椎骨骼受力情况，选择相对应的落锤，将落锤放置在落锤释放装置的圆环固定盘上，通过卡扣固定，然后控制器控制提升电机工作，提升电机卷绕牵引绳，带动落锤以及落锤释放装置上升，通过第二高度传感器来控制高度；落锤到达指定的位置后，控制器控制电磁铁片断电，弹簧将力作用于控制杆，控制杆使得卡扣松开，从而使落锤掉落，落锤进入导引管下落，最后与承压板相撞，承压板将力传递给腰椎骨骼，完成撞击；承压板上的压力传感器将信号传递给控制器，控制器控制弹射装置进行弹射，然后承压板受到弹射装置的作用力后，承压板将落锤按原方向弹射，落锤弹回到导引管后，控制器根据红外传感器的信号控制落锤限制机构和消音气泵工作，控制器控制电磁铁通电，使得电磁铁具有磁性，磁性挡盘克服压缩弹簧，使得限制杆穿过圆柱屏挡，防止落锤落下，导引管底部的消音气泵对位于导引管内的落锤进行充气作业，使得落锤上升，当落锤上升到圆环固定盘下方时，控制器根据第二红外传感器的信号控制电磁铁片断电，从而使得卡扣松开，消音气泵继续充气，直至落锤底部上升到圆环固定盘内，控制器根据第二红外传感器的信号控制电磁铁片通电以及控制消音气泵停止工作，完成落锤的固定。

Claims (10)

1.腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：包括机架(1)，机架(1)底部设有骨骼固定装置(2)，骨骼固定装置(2)上端设有撞击反弹机构(3)，撞击反弹机构(3)上方设有固定于机架(1)中部的端板(4)，端板(4)上设有圆柱屏挡(5)，圆柱屏挡(5)中设有落锤限制机构(6)，圆柱屏挡(5)上部设有导引管(7)，导引管(7)底部设有静音气泵(8)，导引管(7)上方设有落锤释放装置(9)，落锤释放装置(9)上方设有固定于机架(1)上部的落锤高度调节装置(10)。
2.根据权利要求1所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述骨骼固定装置(2)包括固定于机架(1)底部的固定夹具(21)，固定夹具(21)上方设有分离式夹具(22)，固定夹具(21)和分离式夹具(22)之间设有腰椎骨骼标本(23)。
3.根据权利要求1所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述撞击反弹机构(3)包括与骨骼固定装置(2)相固定的连接板(31)，连接板(31)上设有弹射装置(32)，弹射装置(32)上方设有承压板(33)，承压板(33)上设有压力传感器(34)，压力传感器(34)连接有控制器(35)，控制器(35)与弹射装置(32)相连；所述的弹射装置(32)还连接有位移传感器(36)，位移传感器(36)与控制器(35)相连。
4.根据权利要求3所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述弹射装置(32)包括位于连接板(31)和承压板(33)之间的空心圆柱(37)，且空心圆柱(37)和承压板(33)之间设有伸缩杆(38)，所述的空心圆柱(37)内设有执行机构(39)。
5.根据权利要求4所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述执行机构(39)包括在空心圆柱(37)内从下往上依次设有的弹射电机(11)、分隔板(12)、弹射压簧(13)以及弹射板(14)，且弹射板(14)和弹射电机(11)之间设有钢丝绳(15)。
6.根据权利要求4所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述执行机构(39)包括设置在空心圆柱(37)底部的蜗轮(16)，蜗轮(16)中间位置设有螺纹孔(17)，螺纹孔(17)内设有丝杆(18)；所述蜗轮(16)啮合有蜗杆(19)，蜗杆(19)连接有旋转电机(20)。
7.根据权利要求3所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述连接板(31)和弹射装置(32)之间设有角度调节装置(41)；所述角度调节装置(41)包括固定在连接板(31)上的半圆形滑轨(42)和转动电机(43)，转动电机(43)输出轴上设有与弹射装置(32)相固定的转动杆(44)，转动杆(44)上设有与半圆形滑轨(42)相嵌合的导轮(45)；所述的连接板(31)两端设有高度传感器(46)，高度传感器(46)和转动电机(43)均与控制器(35)相连。
8.根据权利要求3所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述落锤限制机构(6)包括固定于圆柱屏挡(5)侧面的限制杆架(61)，限制杆架(61)上设有贯穿圆柱屏挡(5)的限制杆(62)；所述限制杆架(61)上设有电磁铁(63)，电磁铁(63)与控制器(35)相连，所述限制杆(62)端部设有磁性挡盘(64)，限制杆(62)上套设有压缩弹簧(65)，且压缩弹簧(65)位于磁性挡盘(64)和限制杆架(61)之间；所述的控制器(35)还连接有位于圆柱屏挡(5)内壁的红外传感器(66)。
9.根据权利要求3所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述落锤释放装置(9)包括圆环固定盘(91)，圆环固定盘(91)内壁设有卡扣(92)，卡扣(92)连接有控制杆(93)，控制杆(93)上设有磁铁片(94)，圆环固定盘(91)上设有与磁铁片(94)位置相对应的电磁铁块(95)；所述的控制杆(93)和圆环固定盘(91)之间设有弹簧(96)；所述导引管(7)和圆环固定盘(91)之间设有伸缩导杆(97)，圆环固定盘(91)底部设有第二红外传感器(98)，第二红外传感器(98)与控制器(35)相连，控制器(35)与电磁铁块(95)相连。
10.根据权利要求3所述的腰椎骨骼爆裂骨折模拟机，其特征在于：所述落锤高度调节装置(10)包括固定在机架(1)顶端的提升电机(101)，提升电机(101)上设有牵引绳(102)，牵引绳(102)端部设有挂钩(103)，挂钩(103)与落锤相连；所述挂钩(103)上设有第二高度传感器(104)，第二高度传感器(104)与控制器(35)相连。
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