CN109717981A - 一种导轨式减速致伤试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导轨式减速致伤试验装置，包括：机架、导轨、惯性装置、试验箱、加速装置和离合装置；导轨在机架上平行间隔的布置有两组，每组导轨包括：竖向安装在机架底座上的竖轨段、横向安装在机架支撑住顶端的横轨段及两端分别与竖轨段和横轨段相切连接的弧形轨，导轨的中部设置有导向槽，导向槽的位于弧形内侧的槽壁上设置有齿条；惯性装置包括：与齿条啮合的行走齿轮、连接两行走齿轮的中轴和连接在中轴端部的飞轮，试验箱可转动的吊装在中轴上；中轴的一端通过离合装置与加速装置驱动连接或者脱离。上述的导轨式减速致伤试验装置，能够准确的控制实验速度，获取完整的实验数据，提高实验结果的可靠性，且结构紧凑，节约空间。

Description

一种导轨式减速致伤试验装置

技术领域

本发明涉及减速性损伤试验技术领域，具体涉及一种导轨式减速致伤试验装置。

背景技术

减速性损伤(injury of deceleration)是指伤员头部在运动中突然撞击物体而停止所造成的脑损伤。在交通事故中造成车载人员脑部损伤的多数原因都是由减速伤造成的，为能够对减速伤患者进行及时、准确的诊治，建立良好的减速伤动物模型对研究减速伤机制和治疗方法具有十分重要的意义。

现有技术中通常使用减速伤致伤装置，为装载有实验动物的试验箱提供致伤环境，达到模拟减速性损伤的实验效果，其主要原理为：先通过外力对试验箱进行加速，然后使试验箱突然撞击受阻减速，在撞击的瞬间，试验箱中的实验动物颅脑受到减速伤。但现有的这些减速伤致伤装置存在一些通用的问题，如：为获得足够的冲撞速度，往往需要足够的加速区间，导致设备占用空间较大；速度不易控制，无法准确的在各个需要的实验速度上进行实验，导致难以获得系统、完整的实验数据，实验结果的可靠性差。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种导轨式减速致伤试验装置，能够准确的控制实验速度，获取完整的实验数据，提高实验结果的可靠性，且结构紧凑，节约空间。

一种导轨式减速致伤试验装置，包括：机架、导轨、惯性装置、试验箱、加速装置和离合装置；所述机架包括：底座及设置在底座上的支撑柱和固定台，所述固定台位于一所述支撑柱的顶部外侧；所述导轨在机架上平行间隔的布置有两组，每组导轨包括：竖向安装在底座上的竖轨段、横向安装在支撑住顶端的横轨段及两端分别与竖轨段和横轨段相切连接的圆弧轨段；所述导轨的中部设置有沿其母线延伸的导向槽，所述导向槽的位于弧形内侧的槽壁上设置有齿条；所述惯性装置包括：行走齿轮、中轴和飞轮，所述行走齿轮设置在导轨的导向槽内并与齿条啮合，所述中轴水平设置，中轴的两端分别与一侧导轨内的行走齿轮连接并延伸到导轨之外，所述飞轮设置在中轴的靠近固定台的一端；所述试验箱可转动的吊装在两导轨之间的中轴上；所述加速装置包括：固定在所述固定台上的加速电机及连接在加速电机主轴上的多边形轴，所述中轴靠近导轨水平横轨段的末端时，所述加速电机的主轴能与所述中轴同轴；所述离合装置包括：滑轴机构和拨叉机构，所述滑轴机构包括：同轴连接在中轴靠近加速装置的一端的内轴及可转动的套设在内轴外的轴管，所述飞轮同轴设置在所述轴管上，所述轴管的远离导轨的一端设置堵板，所述堵板的外端凹设有与所述多边形轴适配的驱动轴孔，堵板的内端设置凸出的第一键齿，所述第一键齿沿轴管径向布置，所述内轴的面向堵板的一端两侧均凸设有第二键齿，两所述第二键齿的间距大于所述第一键齿的径向厚度；所述轴管远离导轨滑动使驱动轴孔套入多边形轴时，所述第一键齿和第二键齿的端面相离，所述轴管靠近导轨滑动使驱动轴孔脱离多边形轴时，所述第一键齿插入两第二键齿间的间隙；所述拨叉机构包括：拨杆、连接在拨杆一端的叉口及可转动连接在拨杆中部的固定杆，所述叉口的开口小于轴管的直径、且大于多边形轴的外接圆直径，所述固定杆立装在所述固定台上，使所述叉口半包围的套置到加速装置的多边形轴外。

进一步地，所述导轨式减速致伤试验装置还包括：扶正装置，所述扶正装置包括：壳体及设置在壳体内的轮轴、带轮和齿轮带，所述壳体贴附设置于竖轨段的远离齿条的一侧，且壳体的靠近竖轨段的一面设有与导向槽连通的槽口；所述轮轴在壳体的上下端各设置一个，两所述带轮分别可转动的套设在一轮轴上，所述齿轮带齿面向外的绕设在两带轮上，使所述惯性装置的行走齿轮与竖轨段的齿条啮合时同时与内侧的齿轮带啮合。

进一步地，所述扶正装置在两导轨的外侧各设置一组。

进一步地，位于上端或者下端的两个带轮通过一同步轴连接，所述同步轴与带轮的中轴线平行。

进一步地，所述扶正装置还包括：设置在任一所述轮轴上的调速机构，所述调速机构包括：气囊和摩擦条；一所述轮轴设有同心的轴孔，所述轮轴外圆周面上均匀环设有多个与所述轴孔连通的径向孔，所述带轮套设置在径向孔外侧的轮轴上；所述气囊置于所述轴孔内，所述摩擦条可滑动的插装与所述径向孔内，使摩擦条的两端能分别与带轮的内圈和气囊的外表面接触。

进一步地，所述飞轮还在中轴的远离固定台的一端固定设置有一个。

进一步地，所述试验箱的底部可拆卸的设置有加重体，所述加重体的重量可调。

进一步地，所述内轴的直径大于中轴，并在所述轴管的靠近导轨的一端设置向内延伸的限位沿。

进一步地，所述圆弧轨段呈四分之一圆弧状，使所述竖轨段竖直布置，所述横轨段水平布置。

本发明的有益效果有：

1、上述的导轨式减速致伤试验装置，先通过离合装置使轴管与内轴脱离而与加速装置驱动连接，启动加速装置的加速电机即能带动轴管及其上的飞轮现对中轴空转，之后通过离合装置使轴管与内轴的键齿啮合同时脱离加速装置，通过飞轮转动的惯性，即能带动中轴及其上的行走齿轮转动，从而通过齿轮齿条的配合带动惯性装置及其上的试验箱沿导轨移动，惯性装置经过导轨的横轨段后，经圆弧轨段切向变向进入竖轨段，在竖轨段经重力加速度再度加速，直到试验箱撞击底座受阻减速，达到使试验箱中的实验动物颅脑受到减速伤的实验效果；利用牛顿第一力学定律和第三力学定律，通过控制离合装置的轴管与多边形轴脱离时加速电机的转速，就能控制试验箱最后撞击时的速度，从而简单有效的做到准确控制实验速度，依次采用连续的多个加速电机转速进行实验，即能获取完整的实验数据，有效的提高了实验结果的可靠性；

2、导轨采用竖轨段和横轨段相切连接的结构，在保证惯性装置及其上的试验箱可以顺畅运行的情况下，有效减小了整个试验装置的占用空间，结构紧凑，节约空间。

附图说明

图1为本发明实施例的前侧视立体结构示意图；

图2为本发明实施例的后侧视立体结构示意图；

图3为本发明实施例的俯视结构示意图；

图4为图3中A断面的剖视结构示意图；

图5为图4中B部的结构放大示意图；

图6为本发明实施例离合装置的剖视示意图；

附图标记：

1-机架，11-底座，12-支撑柱，13-固定台，

2-导轨，2a-竖轨段，2b-横轨段，2c-圆弧轨段，21-导向槽，22-齿条，

3-惯性装置，31-行走齿轮，32-中轴，33-飞轮，

4-试验箱，

5-加速装置，51-加速电机，52-多边形轴，

6-离合装置，

61-滑轴机构，611-内轴，612-轴管，613-堵板，614-驱动轴孔，615-第一键齿，616-第二键齿，617-限位沿，

62-拨叉机构，621-拨杆，622-叉口，623-固定杆，

7-扶正装置，71-壳体，711-槽口，72-轮轴，721-轴孔，722-径向孔，73-带轮，74-齿轮带，75-同步轴，

76-调速机构，761-气囊，762-摩擦条。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。在本发明申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图5所示，本实施例提供的导轨式减速致伤试验装置，包括：机架1、导轨2、惯性装置3、试验箱4、加速装置5和离合装置6。

机架1包括：底座11及设置在底座11上的支撑柱12和固定台13，支撑柱12在底座上间隔的设置两根，固定台13通过一根立柱设置在其中一根支撑柱12的顶部外侧。

导轨2在机架1上平行间隔的布置有两组，每组导轨2对应与一根支撑柱12连接。每组导轨2包括：竖向安装在底座11上的竖轨段2a、横向安装在支撑住顶端的横轨段2b及两端分别与竖轨段2a和横轨段2b相切连接的圆弧轨段2c，通过多段导轨相切来连接的结构，保证其他部件在导轨2上运行的顺畅性，并能通过空间立体布置的形式，有效减小了整个试验装置的占用空间，结构紧凑，节约空间。本实施例中，圆弧轨段2c呈四分之一圆弧状，从而使竖轨段2a竖直布置，横轨段2b水平布置，最大程度的节约导轨2布置所需的空间。

参见图4，导轨2的中部设置有沿其母线延伸的导向槽21，导向槽21的位于圆弧轨段2c的弧形内侧的槽壁上设置有齿条22。惯性装置3包括：行走齿轮31、中轴32和飞轮33，行走齿轮31有两个，对应设置在两根导轨2的导向槽21内并与齿条22啮合，中轴32水平设置，中轴32的两端分别与一侧导轨2内的行走齿轮31连接并延伸到导轨2之外，飞轮33设置在中轴32的靠近固定台13的一端，且中轴32的此端与离合装置6连接，并能通过离合装置6与固定台13上的加速装置5连接。本实施例中，飞轮33还在中轴32的远离固定台13的一端固定设置有一个，两端同时飞转，提高转动惯量，且通过惯性的驱动更加平稳。

参见图3和图6，加速装置5包括：固定在固定台13上的加速电机51及连接在加速电机51主轴上的多边形轴52，加速电机51主轴与中轴32平行，且高度和位置需保证在中轴32靠近导轨2水平横轨段2b的末端时，加速电机51的主轴能与中轴32同轴，以确保二者通过离合装置6对接传送动力。

离合装置6包括：滑轴机构61和拨叉机构62，滑轴机构61包括：同轴连接在中轴32靠近加速装置5的一端的内轴611及可转动的套设在内轴611外的轴管612，从而内轴611与轴管612可以相对转动和轴向滑动。本实施例中，内轴611的直径大于中轴32，并在轴管612的靠近导轨2的一端设置向内延伸的限位沿617，以对内轴611和轴管612之间的轴向滑动进行限位，防止轴管612完全脱出内轴611。轴管612的远离导轨2的一端设置堵板613，堵板613的外端凹设有与多边形轴52适配的驱动轴孔614，堵板613的内端设置凸出的第一键齿615，第一键齿615沿轴管612径向布置，内轴611的面向堵板613的一端两侧均凸设有第二键齿616，两第二键齿616的间距大于第一键齿615的径向厚度。中轴32和多边形轴52的安装距离需满足以下两个条件：

1)轴管612远离导轨2滑动使驱动轴孔614套入多边形轴52时，第一键齿615和第二键齿616的端面相离；从而加速电机工作，能通过连接的多边形轴52饿坏驱动轴孔614带动轴管612相对内轴611空转，而飞轮33同轴设置在轴管612上，其随轴管612转动而活动相应速度下的转动惯量，为惯性装置3的运动提供动力；

2)轴管612靠近导轨2滑动使驱动轴孔614脱离多边形轴52时，第一键齿615插入两第二键齿616间的间隙；从而使飞轮33及轴管612的转动能够带动内轴611及与之连接的中轴32转动，并进一步带动中轴32上的行走齿轮31转动，通过行走齿轮31与导轨2导向槽21内的齿条22形成的齿轮齿条机构，驱使整个惯性装置3沿导轨2移动。

第一键齿615插入两第二键齿616间隙的操作由拨叉机构62来完成。参见图1和图6，拨叉机构62包括：拨杆621、连接在拨杆621一端的叉口622及可转动连接在拨杆621中部的固定杆623，叉口622的开口小于轴管612的直径、且大于多边形轴52的外接圆直径，固定杆623立装在固定台13上，使叉口622半包围的套置到加速装置5的多边形轴52外。叉口622不影响轴管612与多边形轴52之间连接传动，而在加速电机51及飞轮33达到需要的转速后，向加速电机51一侧扳动拨杆621的末端，即能驱使叉口622向轴管612一侧移动，最终拨动轴管612向导轨2一侧移动，直至脱离多边形轴52，且第一键齿615插入两第二键齿616的间隙。

试验箱4可转动的吊装在两导轨2之间的中轴32上，具体可在试验箱4的两个相对侧边设置从开口侧向上延伸的耳板，耳板上的耳孔设置轴承，并将轴承固定到中轴32上，从而保证中轴32转动时，试验箱4保持靠口始终向上的状态，保证试验的顺利进行。同时本实施例中，在试验箱4的底部可拆卸的设置有加重体，以加大试验箱4下端重量，增强试验箱4始终保持开口向上的能力；且加重体的重量最好是可调的，以适应不同重量的试验动物，使试验箱4及其内的动物的总重保持稳定，降低不同实验动物试验对试验结果的影响，提高试验结果的准确性。

利用上述的导轨式减速致伤试验装置进行减速致伤实验时，先通过离合装置6使轴管612与内轴611脱离而与加速装置5的多边形轴52驱动连接，启动加速装置5的加速电机51即能带动轴管612及其上的飞轮33现对中轴32空转，达到需要的转速之后，通过离合装置6的拨叉机构62，使轴管612与内轴611的键齿啮合同时脱离加速装置5，通过飞轮33转动的惯性，即能带动中轴32及其上的行走齿轮31转动，从而通过行走齿轮31与齿条22的配合带动惯性装置3及其上的试验箱4沿导轨2移动，惯性装置3经过导轨2的横轨段2b后，经圆弧轨段2c切向变向进入竖轨段2a，在竖轨段2a经重力加速度再度加速，直到试验箱4撞击底座11受阻减速，达到使试验箱4中的实验动物颅脑受到减速伤的实验效果；利用牛顿第一力学定律和第三力学定律，在初速度和加速度可控的情况下，物体运动的整个过程都是可控的，从而通过控制离合装置6的轴管612与多边形轴52脱离时加速电机51的转速，也就控制了试验箱4的初速度，而后期试验箱4所有的重力加速度及其他阻力都是一定的，也就控制了试验箱4最后撞击时的速度，从而简单有效的做到准确控制实验速度；在此情况下，依次采用连续的多个加速电机51转速进行实验，即能获取完整、系统的的实验数据，有效的提高了实验结果的可靠性。

考虑到行走齿轮31在竖轨段2a下行运动时，行走齿轮31与齿条22的单边配合，可能导致行走齿轮31向远离齿条22一侧跳动，导致竖轨段2a的运动不稳，从而对最终的速度和实验结果造成不利影响，本实施例为竖轨段2a设置了扶正装置7。

参见图4，扶正装置7包括：壳体71及设置在壳体71内的轮轴72、带轮73和齿轮带74，壳体71贴附设置于竖轨段2a的远离齿条22的一侧，且壳体71的靠近竖轨段2a的一面设有与导向槽21连通的槽口711；轮轴72在壳体71的上下端各设置一个，两带轮73分别可转动的套设在一轮轴72上，齿轮带74齿面向外的绕设在两带轮73上，使惯性装置3的行走齿轮31与竖轨段2a的齿条22啮合时同时与内侧的齿轮带74啮合，从而对行走齿轮31的两侧进行有效支撑，确保了行走齿轮31运动的稳定性。因齿条22的是固定的，行走齿轮31在齿条22上向下运动时，图4中的齿轮带74会带动带轮73做顺时针运动，不会对行走齿轮31的正常运行造成阻碍，且即使有阻碍，其阻力也是一定的，该阻力与重力的合理对试验箱4的合理仍然一定，加速度也就一定，同样不会顶最后的实验结果造成不利影响。

扶正装置7在两导轨2的外侧最好各设置一组，以保证整个惯性装置3两侧运行的平稳。本实施例中，在进一步地，两组扶正装置7的位于上端或者下端的两个带轮73上设置了同步轴75，同步轴75与带轮73的中轴32线平行，两端分别连接以带轮73，从而保证了两组扶正装置7上带轮73运行的同步性，进一步保证惯性装置3运行的平稳。

考虑到加速电机51的速度控制可能需要引入其他控制设备，会极大的加大设备的成本，本实施例可以配置廉价的电机，且不需要对其进行调速。在加速电机51转速恒定时，根据牛顿第三力学定律可以通过降低竖轨段2a的加速度来调节最后的撞击速度。根据牛顿第三力学定律，在重力一定的情况下，为惯性装置3提供一个可调的反向阻力，从而改变惯性装置3所受的合理，即能控制加速度，根据这个原理，本实施例通过改变齿轮带74转动所需的摩擦阻力，来调节反向阻力的大小。具体的，在任一轮轴72上设置调速机构76。

参见图5，调速机构76包括：气囊761和摩擦条762；设置调速机构76的一个轮轴72设有同心的轴孔721，轮轴72外圆周面上均匀环设有多个与轴孔721连通的径向孔722，带轮73套设置在径向孔722外侧的轮轴72上；气囊761置于轴孔721内，摩擦条762可滑动的插装与径向孔722内，使摩擦条762的两端能分别与带轮73的内圈和气囊761的外表面接触。从而，通过对气囊761充入不同压力的气体，就能调节摩擦条762与带轮73内圈之间的压力，也就控制了带轮73相对轮轴72转动时的摩擦力，这个摩擦力即是需要的反向阻力，且其使可调可控的，保证了在加速电机51转速恒定的情况下，也能有效控制最后的撞击速度。

需要说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，包括：机架、导轨、惯性装置、试验箱、加速装置和离合装置；

所述机架包括：底座及设置在底座上的支撑柱和固定台，所述固定台位于一所述支撑柱的顶部外侧；

所述导轨在机架上平行间隔的布置有两组，每组导轨包括：竖向安装在底座上的竖轨段、横向安装在支撑住顶端的横轨段及两端分别与竖轨段和横轨段相切连接的圆弧轨段；所述导轨的中部设置有沿其母线延伸的导向槽，所述导向槽的位于弧形内侧的槽壁上设置有齿条；

所述惯性装置包括：行走齿轮、中轴和飞轮，所述行走齿轮设置在导轨的导向槽内并与齿条啮合，所述中轴水平设置，中轴的两端分别与一侧导轨内的行走齿轮连接并延伸到导轨之外，所述飞轮设置在中轴的靠近固定台的一端；所述试验箱可转动的吊装在两导轨之间的中轴上；

所述加速装置包括：固定在所述固定台上的加速电机及连接在加速电机主轴上的多边形轴，所述中轴靠近导轨水平横轨段的末端时，所述加速电机的主轴能与所述中轴同轴；

所述离合装置包括：滑轴机构和拨叉机构，所述滑轴机构包括：同轴连接在中轴靠近加速装置的一端的内轴及可转动的套设在内轴外的轴管，所述飞轮同轴设置在所述轴管上，所述轴管的远离导轨的一端设置堵板，所述堵板的外端凹设有与所述多边形轴适配的驱动轴孔，堵板的内端设置凸出的第一键齿，所述第一键齿沿轴管径向布置，所述内轴的面向堵板的一端两侧均凸设有第二键齿，两所述第二键齿的间距大于所述第一键齿的径向厚度；所述轴管远离导轨滑动使驱动轴孔套入多边形轴时，所述第一键齿和第二键齿的端面相离，所述轴管靠近导轨滑动使驱动轴孔脱离多边形轴时，所述第一键齿插入两第二键齿间的间隙；所述拨叉机构包括：拨杆、连接在拨杆一端的叉口及可转动连接在拨杆中部的固定杆，所述叉口的开口小于轴管的直径、且大于多边形轴的外接圆直径，所述固定杆立装在所述固定台上，使所述叉口半包围的套置到加速装置的多边形轴外。

2.根据权利要求1所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，还包括：扶正装置，所述扶正装置包括：壳体及设置在壳体内的轮轴、带轮和齿轮带，所述壳体贴附设置于竖轨段的远离齿条的一侧，且壳体的靠近竖轨段的一面设有与导向槽连通的槽口；所述轮轴在壳体的上下端各设置一个，两所述带轮分别可转动的套设在一轮轴上，所述齿轮带齿面向外的绕设在两带轮上，使所述惯性装置的行走齿轮与竖轨段的齿条啮合时同时与内侧的齿轮带啮合。

3.根据权利要求2所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，所述扶正装置在两导轨的外侧各设置一组。

4.根据权利要求3所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，位于上端或者下端的两个带轮通过一同步轴连接，所述同步轴与带轮的中轴线平行。

5.根据权利要求4所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，所述扶正装置还包括：设置在任一所述轮轴上的调速机构，所述调速机构包括：气囊和摩擦条；一所述轮轴设有同心的轴孔，所述轮轴外圆周面上均匀环设有多个与所述轴孔连通的径向孔，所述带轮套设置在径向孔外侧的轮轴上；所述气囊置于所述轴孔内，所述摩擦条可滑动的插装与所述径向孔内，使摩擦条的两端能分别与带轮的内圈和气囊的外表面接触。

6.根据权利要求1所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，所述飞轮还在中轴的远离固定台的一端固定设置有一个。

7.根据权利要求1所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，所述试验箱的底部可拆卸的设置有加重体，所述加重体的重量可调。

8.根据权利要求1所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，所述内轴的直径大于中轴，并在所述轴管的靠近导轨的一端设置向内延伸的限位沿。

9.根据权利要求1所述的导轨式减速致伤试验装置，其特征在于，所述圆弧轨段呈四分之一圆弧状，使所述竖轨段竖直布置，所述横轨段水平布置。