CN211325827U - 一种水下冲击伤实验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水下冲击伤实验模拟装置,包括水下实验支架、动物固定支具和水下呼吸系统。水下实验支架包括内固定圈、外固定圈、辐条和方梁;内固定圈和外固定圈用于稳定水下实验支架的结构;辐条共16根,沿外固定圈直径方向均匀分布,用于固定动物固定支具;方梁用于吊装水下实验支架。动物固定支具由钢管和固定件焊接而成;钢管内部中空,用于输送压缩空气至面罩,固定件用于固定实验动物。水下呼吸系统由压缩空气罐、通气管、钢管和水下呼吸面罩依次连接而成。本实用新型的这种水下冲击伤实验模拟装置,不仅结构简单、设计合理,而且模型可控、安全性高,适用于水下冲击伤等潜水医学科研试验中。
Description
技术领域
本实用新型属于潜水医学,具体涉及一种水下冲击伤实验模拟装置。
背景技术
现代海战中,武器装备和作战方式都发生了重大变化,水下战位人员越来越多,鱼雷、水雷、深水炸弹等水中兵器大规模装备和应用。因此,水下爆炸冲击波致水下战位人员损伤越来越多,已成为世界军事医学关注的热点和难点。水的密度为空气的800倍,且具有相对的不可压缩性,与空气冲击波相比,水下冲击波具有传播速度快、传播距离远及无典型的压缩区和稀疏区等特点,所以其致伤机制和损伤特点不同于空气冲击波。
由于水下爆炸实施难度较高且水下动物呼吸困难,目前国际上尚无成熟、稳定的水下冲击伤实验动物模型。前期研究虽对水下爆炸冲击波致胸腹、四肢等脏器损伤有零星报道,但在其实验过程中,由于未解决动物水下呼吸问题,所以动物头部多在水面以上,无法研究水下冲击波致颅脑损伤的特点及机制。目前国内外对动物专用水下爆炸装置研究较少。中国专利文献CN 101843529 B公开了一种动物水下呼吸系统,用于保证动物在水下正常呼吸,但是也存在相应不足:1、装置稳定性、抗爆性均较低,可承受最大压力仅有5MPa;2、动物分组较少,可布放位点少,每次实验动物较少。中国专利文献CN 201620984808.2公开了一种水下动物试验装置,可以保证动物在水下正常呼吸,但是该专利设计需要吊车等设备,适用于海上等大型作业平台且操作难度较大,无法满足实验室多次重复实验的要求。因此,为了研究水下爆炸冲击波致颅脑、胸腹、四肢等脏器的损伤特点及机制,保证水下动物实验的安全性、科学性及稳定性,亟须研究一种相对简单、稳定性高、抗爆性和可重复性均较好的水下冲击伤实验模拟装置。
发明内容
本实用新型针对上述不足,提供一种水下冲击伤实验模拟装置,不仅可以保证动物在水下正常呼吸,而且可以根据实验需求进行拆卸组装,同时钢体结构大大增加了装置的稳定性及抗爆性。本装置结构简单、设计合理,稳定成熟、可重复性好,可供多只动物同时实验。
本实用新型是通过以下的技术方案实现的,本实用新型包括水下实验支架、动物固定支具和水下呼吸系统。水下实验支架包括内固定圈、外固定圈、辐条和方梁;动物固定支具由钢管和下方的固定件焊接而成;水下呼吸系统由压缩空气罐、通气管、钢管和水下呼吸面罩依次连接而成。
进一步地,所述内固定圈和外固定圈呈同心圆排列,直径分别为900mm和2900mm,均由直径10mm的钢筋围成,用于稳定水下实验支架的结构;辐条由钢板制成,长1100mm,宽28mm,厚8mm,共16根,沿外固定圈直径方向均匀分布,相邻两根辐条之间成22.5度角,每根辐条两端分别与内固定圈和外固定圈焊接相连;在每根辐条上设置三个圆孔,分别位于辐条中心、两端内侧50mm处,直径均为22mm,用于固定动物固定支具;方梁为正方形结构,边长2140mm,由矩形钢围成,与辐条焊接相连,用于实验过程中吊装和定位水下实验支架;矩形钢宽60mm,厚20mm。
进一步地,所述动物固定支具共48套,根据实验要求选择所需数量并组装;钢管内部中空,用于输送压缩空气至水下呼吸面罩,长290mm,外径20mm,内径12mm,通体外螺纹,在辐条的三个圆孔处,使用螺母、垫片与辐条固定连接,螺纹规格为M20*2.5;固定件为工字形,包括上横杆、下横杆和竖杆,上、下横杆均长200mm,竖杆高180mm,均由直径为5mm的钢筋制成,在钢管内部与钢管垂直焊接相连,用于固定实验动物四肢,如大鼠;固定件位于钢管下端,上横杆与钢管下端间距30mm。
进一步地,所述压缩空气罐置于地面,容积12.3L,公称工作压力20MPa,水压试验压力30MPa,高0.7m,外径0.3m,壁厚12.2mm,采用铝合金材料,重量15.3kg,通过减压阀、通气管、钢管与水下呼吸面罩相连接;通气管长2m,内径8mm,外径16mm,采用橡胶制成,内有编织钢丝支撑,一端通过螺纹与压缩空气罐上减压阀相连接,另一端置入钢管内10cm处,二者之间的空隙使用热熔胶枪密封;根据实验对动物数量的要求,通气管由四通快速接头、三通快速接头连接组成供气管路,1个压缩空气罐可供应16只大鼠在水下1m处呼吸20分钟。
进一步地,所述水下呼吸面罩为漏斗形,高70mm,壁厚3mm,采用超高分子量聚乙烯制成,材料拉伸强度3-3.5Gpa;面罩上端设内螺纹,与钢管外螺纹相匹配,螺纹规格M20*2.5,长度20mm,下端为圆形,直径为50mm,稍伸出外沿10mm,采用橡胶圈包裹,与动物嘴部皮毛紧密接触,保证面罩密闭,同时降低动物不适感。动物水下试验装置采用正压通气,在保证呼吸的同时,可以保持水下呼吸面罩内有一定压力,可将意外漏进面罩内的水排出。面罩侧面安装有单向通气阀,水进入面罩时,可因气压作用通过单向通气阀及时排出;使用时,水下呼吸面罩通过内螺纹旋转至钢管下端、上横杆上方5cm处,保证动物固定后头部在面罩内,压缩空气罐输出的空气经通气管至钢管,再通过钢管下端输出至水下呼吸面罩,排出面罩内部的水,供给动物呼吸。
本实用新型的有益效果如下:(1)本实用新型的这种水下冲击伤实验模拟装置,将水下呼吸系统和动物固定支具结合,采用热熔胶枪密封,气密性好,能够保证动物在水下的正常呼吸;(2)装置采用钢体作为主体结构,通气管内有编织钢丝支撑,稳定性高,抗爆性强,通过1-10gTNT水下爆炸实验证实,该装置可至少承受水下10MPa的冲击压力;(3)本装置中压缩空气罐储气量大,可供气时间长,大大延长了实验时间;(4)本装置在辐条不同位置设置圆孔,即可以将动物布放在距爆源不同距离处,从而研究不同距离条件下的水下冲击伤;(5)该装置设16根辐条,每根可布放3只动物;最多可同时装吊48只动物进行实验,远多于前期实用新型;(6)通过多批次重复试验证明,本实用新型成熟稳定、可重复性好,适用于小当量爆炸实验。本实用新型的这种水下冲击伤实验模拟装置,不仅结构简单、设计合理、可操作性强,而且爆源当量较小,模型可控、安全性高,适用于水下冲击伤等潜水医学科研试验中。
附图说明
图1为本实用新型的水下冲击伤实验模拟装置平面结构示意图;
图2为本实用新型的水下冲击伤实验模拟装置呼吸系统结构示意图。
附图中的标号分别为:1、水下实验支架,2、动物固定支具,3、水下呼吸系统,4、内固定圈,5、外固定圈,6、辐条,7、方梁,8、钢管,9、固定件,10、压缩空气罐,11、通气管,12、水下呼吸面罩,13、圆孔,14、外螺纹,15、螺母,16、垫片,17、上横杆,18、下横杆,19、竖杆,20、减压阀,21、四通快速接头,22、内螺纹,23、单向通气阀。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明,本实施例以本实用新型技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本实用新型的实施例如图1至图2所示,本实用新型包括水下实验支架1、动物固定支具2和水下呼吸系统3。水下实验支架1包括内固定圈4、外固定圈5、辐条6和方梁7;动物固定支具2由钢管8和下方的固定件9焊接而成;水下呼吸系统3由压缩空气罐10、通气管11、钢管8和水下呼吸面罩12依次连接而成。
本实施例中,所述内固定圈4和外固定圈5呈同心圆排列,直径分别为900mm和2900mm,均由直径10mm的钢筋围成,用于稳定水下实验支架1的结构;辐条6由钢板制成,长1100mm,宽28mm,厚8mm,共16根,沿外固定圈5直径方向均匀分布,相邻两根辐条6之间成22.5度角,每根辐条6两端分别与内固定圈4和外固定圈5焊接相连;在每根辐条6上设置三个圆孔13,分别位于辐条6中心、两端内侧50mm处,直径均为22mm,用于固定动物固定支具2;方梁7为正方形结构,边长2140mm,由矩形钢围成,与辐条6焊接相连,用于实验过程中吊装和定位水下实验支架1;矩形钢宽60mm,厚20mm。
本实施例中,所述动物固定支具2共48套,根据实验要求选择所需数量并组装;钢管8内部中空,用于输送压缩空气至水下呼吸面罩12,长290mm,外径20mm,内径12mm,通体外螺纹14,在辐条6的三个圆孔13处,使用螺母15、垫片16与辐条6固定连接,螺纹规格为M20*2.5;固定件9为工字形,包括上横杆17、下横杆18和竖杆19,上、下横杆均长200mm,竖杆19高180mm,均由直径为5mm的钢筋制成,在钢管8内部与钢管8垂直焊接相连,用于固定实验动物四肢,如大鼠;固定件9位于钢管8下端,上横杆17与钢管8下端间距30mm。
本实施例中,所述压缩空气罐10置于地面,容积12.3L,公称工作压力20MPa,水压试验压力30MPa,高0.7m,外径0.3m,壁厚12.2mm,采用铝合金材料,重量15.3kg,通过减压阀20、通气管11、钢管8与水下呼吸面罩12相连接;通气管11长2m,内径8mm,外径16mm,采用橡胶制成,内有编织钢丝支撑,一端通过螺纹与压缩空气罐10上减压阀20相连接,另一端置入钢管8内10cm处,二者之间的空隙使用热熔胶枪密封;根据实验对动物数量的要求,通气管11由四通快速接头21、三通快速接头连接组成供气管路,1个压缩空气罐10可供应16只大鼠在水下1m处呼吸20分钟。
本实施例中,所述水下呼吸面罩12为漏斗形,高70mm,壁厚3mm,采用超高分子量聚乙烯制成,材料拉伸强度3-3.5Gpa;面罩12上端设内螺纹22,与钢管8外螺纹14相匹配,螺纹规格M20*2.5,长度20mm,下端为圆形,直径为50mm,稍伸出外沿10mm,采用橡胶圈包裹,与动物嘴部皮毛紧密接触,保证面罩12密闭,同时降低动物不适感。动物水下试验装置采用正压通气,在保证呼吸的同时,可以保持水下呼吸面罩12内有一定压力,可将意外漏进面罩12内的水排出。面罩12侧面安装有单向通气阀23,水进入面罩12时,可因气压作用通过单向通气阀23及时排出;使用时,水下呼吸面罩12通过内螺纹22旋转至钢管8下端、上横杆17上方5cm处,保证动物固定后头部在面罩12内,压缩空气罐10输出的空气经通气管11至钢管8,再通过钢管8下端输出至水下呼吸面罩12,排出面罩12内部的水,供给动物呼吸。
本实用新型的这种水下冲击伤实验模拟装置,将水下呼吸系统和动物固定支具结合,采用热熔胶枪密封,气密性好,能够保证动物在水下的正常呼吸;装置采用钢体为主体结构,通气管内有编织钢丝支撑,稳定性高,抗爆性强,通过1-10gTNT水下爆炸实验证实,该装置可至少承受水下10MPa的冲击压力。本装置在辐条不同位置设置圆孔,即可以将动物布放在距爆源不同距离处,从而研究不同距离条件下的水下冲击伤;通过多批次重复试验证明,本实用新型成熟稳定、可重复性好,适用于小当量爆炸实验。本实用新型的这种水下冲击伤实验模拟装置,不仅结构简单、设计合理、可操作性强,而且爆源当量较小,模型可控、安全性高,适用于水下冲击伤等潜水医学科研试验中。
以上所述是本实用新型的优选实施方式,不能以此来限定本实用新型之权利范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,除上述实例外,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本实用新型保护的范围。
Claims (5)
1.一种水下冲击伤实验模拟装置,包括水下实验支架(1)、动物固定支具(2)和水下呼吸系统(3);水下实验支架(1)包括内固定圈(4)、外固定圈(5)、辐条(6)和方梁(7);动物固定支具(2)由钢管(8)和下方的固定件(9)焊接而成;水下呼吸系统(3)由压缩空气罐(10)、通气管(11)、钢管(8)和水下呼吸面罩(12)依次连接而成。
2.根据权利要求1所述的水下冲击伤实验模拟装置,其特征在于,所述内固定圈(4)和外固定圈(5)呈同心圆排列,直径分别为900mm和2900mm,均由直径10mm的钢筋围成,用于稳定水下实验支架(1)的结构;辐条(6)由钢板制成,长1100mm,宽28mm,厚8mm,共16根,沿外固定圈(5)直径方向均匀分布,相邻两根辐条(6)之间成22.5度角,每根辐条(6)两端分别与内固定圈(4)和外固定圈(5)焊接相连;在每根辐条(6)上设置三个圆孔(13),分别位于辐条(6)中心、两端内侧50mm处,直径均为22mm,用于固定动物固定支具(2);方梁(7)为正方形结构,边长2140mm,由矩形钢围成,与辐条(6)焊接相连,用于实验过程中吊装和定位水下实验支架(1);矩形钢宽60mm,厚20mm。
3.根据权利要求1所述的水下冲击伤实验模拟装置,其特征在于,所述动物固定支具(2)共48套,根据实验要求选择所需数量并组装;钢管(8)内部中空,用于输送压缩空气至水下呼吸面罩(12),长290mm,外径20mm,内径12mm,通体外螺纹(14),在辐条(6)的三个圆孔(13)处,使用螺母(15)、垫片(16)与辐条(6)固定连接,螺纹规格为M20*2.5;固定件(9)为工字形,包括上横杆(17)、下横杆(18)和竖杆(19),上、下横杆均长200mm,竖杆(19)高180mm,均由直径为5mm的钢筋制成,在钢管(8)内部与钢管(8)垂直焊接相连,用于固定实验动物四肢,如大鼠;固定件(9)位于钢管(8)下端,上横杆(17)与钢管(8)下端间距30mm。
4.根据权利要求1所述的水下冲击伤实验模拟装置,其特征在于,所述压缩空气罐(10)置于地面,容积12.3L,公称工作压力20MPa,水压试验压力30MPa,高0.7m,外径0.3m,壁厚12.2mm,采用铝合金材料,重量15.3kg,通过减压阀(20)、通气管(11)、钢管(8)与水下呼吸面罩(12)相连接;通气管(11)长2m,内径8mm,外径16mm,采用橡胶制成,内有编织钢丝支撑,一端通过螺纹与压缩空气罐(10)上减压阀(20)相连接,另一端置入钢管(8)内10cm处,二者之间的空隙使用热熔胶枪密封;根据实验对动物数量的要求,通气管(11)由四通快速接头(21)、三通快速接头连接组成供气管路,1个压缩空气罐(10)可供应16只大鼠在水下1m处呼吸20分钟。
5.根据权利要求1所述的水下冲击伤实验模拟装置,其特征在于,所述水下呼吸面罩(12)为漏斗形,高70mm,壁厚3mm,采用超高分子量聚乙烯制成,材料拉伸强度3-3.5Gpa;面罩(12)上端设内螺纹(22),与钢管(8)外螺纹(14)相匹配,螺纹规格M20*2.5,长度20mm,下端为圆形,直径为50mm,稍伸出外沿10mm,采用橡胶圈包裹,与动物嘴部皮毛紧密接触,保证面罩(12)密闭,同时降低动物不适感;本装置采用正压通气,在保证呼吸的同时,可以保持水下呼吸面罩(12)内有一定压力,可将意外漏进面罩(12)内的水排出;面罩(12)侧面安装有单向通气阀(23),水进入面罩(12)时,可因气压作用通过单向通气阀(23)及时排出;使用时,水下呼吸面罩(12)通过内螺纹(22)旋转至钢管(8)下端、上横杆(17)上方5cm处,保证动物固定后头部在面罩(12)内,压缩空气罐(10)输出的空气经通气管(11)至钢管(8),再通过钢管(8)下端输出至水下呼吸面罩(12),排出面罩(12)内部的水,供给动物呼吸。
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CN113514349A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-10-19 | 郑州大学 | 一种用于破坏块度与冲击波特性分析的水下爆炸试验装置 |
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