人體頭部衝擊試驗裝置的製作方法

2023-06-15 14:19:41

專利名稱：人體頭部衝擊試驗裝置的製作方法
人體頭部衝擊試驗裝置技術領域
本發明主要涉及一種人體損傷生物力學試驗設備，尤其涉及一種人體頭部衝擊試驗裝置。
背景技術：
由於倫理、儲運等方面的限制，人體樣本比較難獲得，開展這方面的生物力學試驗也比較困難。如何利用有限的樣本獲得全面、有效的試驗數據顯得非常重要。
目前，國外已經開展了一些人體頭部衝擊試驗，主要是將頭部取下，或者是將軀幹固定。Yoganandan et al.(1995)將頭部取下並固定在實驗設備上使用衝擊頭進行實驗，實驗過程中頭部固定不動；Verschueren et al.(2007)和Delye et al.(2007)同樣是將頭部取下並安裝在一個可自由轉動的擺臂上，利用衝擊頭撞擊頭部，實驗中頭部可與擺臂一起繞轉動中心旋轉；Hodgson et al.(1970)將頭部取下並用彈性繩索懸掛固定,利用衝擊頭撞擊頭部，實驗中頭部可在撞擊時克服彈性繩索而運動；日本專利(JP2010-91382A)採用擺臂式落錘衝擊固定的人體頭部。
上述這些文獻和專利所涉及的頭部實驗裝置，可以獲得頭部受到的撞擊力，為頭部的損傷機理和耐受限度研究提供數據支持。但是，上述這些裝置在進行實驗時，人體頭部的載荷狀況與真實交通事故中人體頭部所處的自由狀態並不一致，頸部對頭部響應的影響也被忽略了。因此，本發明提供了一種能夠最大限度滿足真實交通事故中人體頭部所處載荷狀態的試驗設備。發明內容
本發明目的是提供一種人體頭部衝擊試驗裝置，能夠得到碰撞時的衝擊速度與衝擊力等參數。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
一種人體頭部衝擊試驗裝置，包括固定於地面的支架、安裝在支架頂部的定滑輪機構和提升機構、安裝在支架一根立柱上的速度控制機構，提升機構通過繩索、定滑輪機構和電磁鐵提升衝擊機構，其特徵是:
衝擊機構撞擊試驗對象的速度可以通過速度控制機構和電磁鐵自動控制並測量碰撞時的速度；
速度控制機構以速度控制板為基體，在速度控制板外側上、下各開一個豎直腰孔，通過上下調節鎖緊螺釘連接在支架的一根立柱上，可以上下調節速度控制機構的位置；在速度控制機構內側設有一個長腰孔，利用螺栓在長腰孔上部安裝行程開關以上下調節行程開關，利用螺栓在長腰孔底部安裝非接觸式光電測速儀以上下調節非接觸式光電測速儀；在長腰孔內側刻有高度刻線。
進一步地，在支架前端設置兩根平行的導軌，衝擊機構通過直線軸承沿兩根平行的導軌上下移動。
進一步地，在衝擊板左右兩側開設圓孔並分別安裝直線軸承，所述直線軸承在支架前端的兩根平行導軌上滑動；在衝擊板的正中開設圓孔，安裝衝擊錘和衝擊力傳感器；在衝擊板正中上方通過螺釘安裝配重塊，所述配重塊正中開圓孔避開衝擊錘；在衝擊板前部靠近速度控制機構的一側通過螺釘安裝速度控制杆。
進一步地，頭部吊兜由吊兜和橡皮繩組成，通過橡皮繩懸掛在支架前端，吊兜為柔軟織物且張開後的形狀與人體頭部接近。
進一步地，樣本吊籃懸掛於所述支架內部；底板上開設四個左右方向的腰孔，在左右兩側垂直安裝側板，通過側板調節螺栓固定；所述側板上豎直開有腰孔，樣本固定杆從中穿過，通過四個寬度調節螺母固定；壓板固定於所述樣本固定杆上，所述壓板由上部的鋼板和下部的柔軟大摩擦材料組成；兩塊側板上角均與吊籃彈簧相連，吊籃鋼絲繩下端與所述吊籃彈簧串聯，上端與前後調節滑塊相連；所述前後調節滑塊嵌套在所述支架上梁燕尾槽內，可通過滑塊鎖緊螺釘鎖緊。
進一步地，支架底板上安裝有衝擊機構的減速機構。
由以上可知，本發明作為一種人體頭部衝擊試驗裝置，有如下優點:
1、本發明藉助彈簧繩與橡皮繩將人體樣本懸空放置，可以模擬衝擊時人體的自由狀態，更接近真實碰撞事故中人體所處的狀態，使試驗結果更有價值；
2、本發明中安裝於底板上的減速機構能在受到衝擊機構的衝擊後自動伸長，可以避免試驗中頭部與衝擊機構的二次碰撞，使獲得的衝擊力能夠準確反映樣本頭部的耐受限度；
3、衝擊軌道固定，能保證實驗衝擊位置的重複性和可控性；
4、本發明樣本吊籃與支架用滑塊連接，可以對試驗樣本的放置位置、高度、水平度進行微調，保證與指定的樣本位置碰撞；
5、試驗操作簡單，可重複性好。


圖1是本發明的結構立體圖2是樣本吊籃示意圖；；
圖3是支架上梁滑塊裝配局部剖視圖4是衝擊機 構軸側圖5是速度控制機構軸測圖6是頭部吊兜示意圖。
其中:
1、支架2、導軌
3、減速機構4、頭部吊兜
5、速度控制機構 6、衝擊機構
7、定滑輪機構 8、提升機構
9、樣本吊籃401、吊兜
402、橡皮繩501、非接觸式光電測速儀
502、速度控制板 503、高度刻線
504、行程開關505、上下調節鎖緊螺釘
601、速度控制杆602、衝擊板
603、直線軸承604、吊架
605、電磁鐵606、衝擊錘
607、壓緊彈簧608、大墊片
609、配重塊610、衝擊力傳感器
901、側板調節螺釘902、底板
903、側板904、吊籃彈簧
905、吊籃鋼絲繩906、前後調節滑塊
907、滑塊鎖緊螺釘908.壓板
909、樣本固定杆910、寬度調節螺母具體實施方式
以下將結合附圖1-6對本發明的具體技術方案進行詳細描述。
如圖1所示，人體頭部衝擊試驗裝置包括固定於地面的支架1、安裝在支架I頂部的定滑輪機構7和提升機構8、安裝在支架一根立柱上的速度控制機構5 ;懸掛於所述支架I內部的樣本吊籃9。
其中，提升機構8通過繩索、定滑輪機構7和電磁鐵605提升衝擊機構6 ;衝擊機構6撞擊試驗對象的速度可以通過速度控制機構5和電磁鐵605自動控制並測量碰撞時的速度。
在所述支架I前端設置兩根平行的導軌2，使衝擊機構6在提升機構8作用下通過直線軸承603沿兩根平行導軌2上·下垂直移動，保證衝擊錘606衝擊位置的重複性和可控性。
如圖2-3所示，所述樣本吊籃9懸掛於所述支架I內部；底板902上開設四個左右方向的腰孔，在左右兩側垂直安裝側板903，通過側板調節螺栓901固定；所述側板903上豎直開有腰孔，樣本固定杆909從中穿過，通過四個寬度調節螺母910固定；壓板908固定於所述樣本固定杆909上，所述壓板908由上部的鋼板和下部的柔軟大摩擦材料組成；該樣本吊籃9可根據樣本身材的大小，調整相關結構以較穩定地固定樣本的軀幹。
兩塊側板903上角均與吊籃彈簧904相連，吊籃鋼絲繩905下端與所述吊籃彈簧904串聯，上端與前後調節滑塊906相連，以模擬碰撞過程中人體的自由狀態。
所述前後調節滑塊906嵌套在所述支架I上梁燕尾槽內，可前後調節樣本吊籃9至合適的位置，保證衝擊錘606能夠與樣本頭部指定位置碰撞；調節至合適位置後，可通過滑塊鎖緊螺釘907鎖緊；
所述支架I底板上安裝有衝擊機構6的減速機構3，該減速機構3能夠在與衝擊機構6碰撞後伸長一段長度,防止衝擊機構6與樣本頭部發生二次碰撞。
如圖4所示，在所述衝擊板602左右兩側對稱開設圓孔並分別安裝直線軸承603 ；所述直線軸承603在支架I前端的兩根平行導軌2上垂直滑動；在衝擊板602的正中開設圓孔，安裝衝擊錘606和衝擊力傳感器610，可根據需要更換不同衝擊形狀的衝擊錘606 ;在衝擊板602圓孔周圍均勻布置螺孔，以根據衝擊質量的需要更換不同質量的配重塊609 ;所述配重塊609正中開圓孔避開衝擊錘606。
在衝擊板602前部靠近速度控制機構5的一側通過螺釘安裝速度控制杆602，根據該速度控制杆602的寬度及其通過非接觸式光電測速儀501的時間，能夠計算出速度控制杆602通過非接觸式光電測速儀501時的速度。
如圖5-6所示，所述速度控制機構5以速度控制板502為基體，在速度控制板502外側上、下各開一個豎直腰孔，通過上、下調節鎖緊螺釘505連接在支架I的一根立柱上，可以上下調節速度控制機構5的位置；在速度控制機構5內側設有一個長腰孔，利用螺栓在長腰孔上部安裝行程開關504以上下調節行程開關504，實現在所需高度上電磁鐵605與吊架604分離；利用螺栓在長腰孔底部安裝非接觸式光電測速儀501，以上下調節非接觸式光電測速儀501，以確保測量出碰撞時刻衝擊機構6的速度；在長腰孔內側刻有高度刻線503，以方便調節衝擊機構6的高度。
所述頭部吊兜4由吊兜401和橡皮繩402組成，通過橡皮繩402懸掛在支架I前端，吊兜401為柔軟織物且張開後的形狀與人體頭部接近；橡皮繩402的拉力比頭部重力稍大，而碰撞力將遠大於頭部重力，即遠大於橡皮繩402的拉力，因此橡皮繩402在保持頭部方位的同時，又不會對碰撞力的造成較大影響。
本發明的實驗過程如下:
實驗前，通過調節樣本吊籃9內的側板調節螺栓901與樣本固定杆909，將試驗體固定於樣本吊籃9內，移動前後調節滑塊906，使樣本頭部處於衝擊錘606要求的位置，並通過滑塊鎖緊螺釘907固定。
實驗前應調節減速機構4的高度略低於試驗體頭部最高點3-8cm，以此避免幹擾試驗，同時又防止出現二次衝擊。
根據試驗需要，不裝或選裝指定質量的配重塊609。衝擊機構6內衝擊錘606可向下拉出一段距離，以便裝卸配重塊609。
調節非接觸式光電測速儀501位置，使其下端與樣本頭部最高點相平，當速度控制杆601划過非接觸式光電測速儀501時，即可採集衝擊時刻的速度信息。
該發明在支架I頂部安裝由電動馬達和卷揚輪組成的提升機構6，提升機構8通過繩索、定滑輪機構7和電磁鐵605提升衝擊機構6，衝擊機構6撞擊試驗對象的速度可以通過速度控制機構5和電磁鐵605自動控制並測量碰撞時的速度，當速度控制杆601撞上行程開關504後，電磁鐵605斷電，衝擊機構6下落，即可完成一次衝擊試驗。
儘管參考附圖詳細地公開了本發明，但應理解的是，這些描述僅僅是示例性的，並非用來限制本發明的應用。本發明的保護範圍由附加權利要求限定，並可包括在不脫離本發明保護範圍和精神的情況下針對發明所作的各種變型、改型及等效方案。
權利要求
1.一種人體頭部衝擊試驗裝置，包括固定於地面的支架(I)、安裝在支架(I)頂部的定滑輪機構(7 )和提升機構(8 )、安裝在支架一根立柱上的速度控制機構(5 )，提升機構(8 )通過繩索、定滑輪機構(7)和電磁鐵(605)提升衝擊機構(6)，其特徵是: 衝擊機構(6)撞擊試驗對象的速度可以通過速度控制機構(5)和電磁鐵(605)自動控制並測量碰撞時的速度； 速度控制機構(5)以速度控制板(502)為基體，在速度控制板(502)外側上、下各開一個豎直腰孔，通過上下調節鎖緊螺釘(505)連接在支架(I)的一根立柱上，可以上下調節速度控制機構(5)的位置；在速度控制機構(5)內側設有一個長腰孔，利用螺栓在長腰孔上部安裝行程開關(504)以上下調節行程開關(504)，利用螺栓在長腰孔底部安裝非接觸式光電測速儀(501)以上下調節非接觸式光電測速儀(501);在長腰孔內側刻有高度刻線(503)。
2.根據權利要求1所述的人體頭部衝擊試驗裝置，其特徵是:在支架(I)前端設置兩根平行的導軌(2)，衝擊機構(6)通過直線軸承(603)沿兩根平行的導軌(2)上下移動。
3.根據權利要求1所述的人體頭部衝擊試驗裝置，其特徵是:在衝擊板(602)左右兩側開設圓孔並分別安裝直線軸承(603)，所述直線軸承(603)在支架(I)前端的兩根平行導軌(2)上滑動；在衝擊板(602)的正中開設圓孔，安裝衝擊錘(606)和衝擊力傳感器(610);在衝擊板(602)正中上方通過螺釘安裝配重塊(609)，所述配重塊(609)正中開圓孔避開衝擊錘(606);在衝擊板(602)前部靠近速度控制機構(5)的一側通過螺釘安裝速度控制杆(602)。
4.根據權利要求1所述的人體頭部衝擊試驗裝置，其特徵是:頭部吊兜(4)由吊兜(401)和橡皮繩(402)組成，通過橡皮繩(402)懸掛在支架(I)前端，吊兜(401)為柔軟織物且張開後的形狀與人體頭部接近。
5.根據權利要求1所述的人體頭部衝擊試驗裝置，其特徵是:樣本吊籃(9)懸掛於所述支架(I)內部；底板(902 )上開設四個左右方向的腰孔，在左右兩側垂直安裝側板(903 )，通過側板調節螺栓(901)固定；所述側板(903)上豎直開有腰孔，樣本固定杆(909)從中穿過，通過四個寬度調節螺母(910)固定；壓板(908)固定於所述樣本固定杆(909)上，所述壓板(908)由上部的鋼板和下部的柔軟大摩擦材料組成；兩塊側板(903)上角均與吊籃彈簧(904)相連，吊籃鋼絲繩(905)下端與所述吊籃彈簧(904)串聯，上端與前後調節滑塊(906)相連；所述前後調節滑塊(906)嵌套在所述支架(I)上梁燕尾槽內，可通過滑塊鎖緊螺釘(907)鎖緊。
6.根據權利要求1所述的人體頭部衝擊試驗裝置，其特徵是:支架(I)底板上安裝有衝擊機構(6 )的減速機構(3 )。
全文摘要
一種人體頭部衝擊試驗裝置，包括支架、衝擊機構、提升機構、樣本吊籃和頭部吊兜等。在支架頂部設有提升機構，提升機構通過起吊鋼絲繩連接電磁鐵；支架上梁上嵌套滑塊，連接懸於支架內的樣本吊籃；支架一側前梁安裝行程開關及測速儀；支架底座安裝緩衝吸能裝置；支架上梁懸掛頭部吊兜；衝擊機構則以支架上兩根豎直安裝的導柱為導向機構，實現豎直衝擊。本發明結構簡單合理，操作方便；在衝擊物衝擊頭部後與緩衝吸能裝置相碰，能促使緩衝吸能裝置自動升高，從而避免二次碰撞產生，使得採集數據更加可靠；通過彈簧吊架與吊兜模擬人體在衝擊時的真實載荷特點，使試驗結果更有價值。
文檔編號G01M7/08GK103196647SQ20131008126
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者張冠軍, 曹立波, 白中浩 申請人:湖南大學