腰椎骨骼爆裂骨折模擬機的製作方法
2024-04-02 09:30:05
本發明涉及一種骨折模擬機，特別是一種腰椎骨骼爆裂骨折模擬機。
背景技術：
人體在受到劇烈的撞擊後(例如不小心從樓上失足落下)，腰椎骨骼會受到不同程度的損傷，為了能夠更好的研究腰椎骨骼在不同的受力衝擊時所受到的損傷，需要通過對腰椎試驗的吸收能量、變形、相對位移以及相應的曲線分析研究，對影響試驗動態分析數據的關鍵問題進行研究。目前，常用的做法是人工將重錘從不同高度落到試樣上，求取落下高度與試樣破壞率的關係，用破壞率為50％時的落下高度來表示試樣的抗衝擊能力；又或者是固定重錘高度而改變錘質量來進行試驗，用求得相應重錘質量來表示結果；也可以是兩者都改變而用下落重錘的能量來表示結果；但是這種方式由於是通過人工來進行操作，需要經過多次的試驗，才能得出正確的結果，每次的試驗過程都需要人工進行操作，影響試驗的效率，影響成功率；由於落錘的體積較小，而標本試樣的體積較大，導致落錘作用面積較小，無法對整體標本進行作用力，從而影響試驗效果；而且每次試驗均無法精確的保證落錘的高度、位置保持一致，落錘在下落時也會受到環境的影響，因此試驗的結果精確度不高，容易影響判斷。同時，落錘在第一次撞擊試樣後，可能會由於受到較大的撞擊力進行反彈，從而對試樣進行二次、三次的撞擊，破壞試驗的結果。因此，現有的技術存在著試驗的精確度不高、效率低以及試驗結果容易受到破壞的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於，提供一種腰椎骨骼爆裂骨折模擬機。它具有改善試驗的精確度、提高試驗效率以及降低試驗結果受破壞概率的特點。
本發明的技術方案：腰椎骨骼爆裂骨折模擬機，包括機架，機架底部設有骨骼固定裝置，骨骼固定裝置上端設有撞擊反彈機構，撞擊反彈機構上方設有固定於機架中部的端板，端板上設有圓柱屏擋，圓柱屏擋中設有落錘限制機構，圓柱屏擋上部設有導引管，導引管底部設有靜音氣泵，導引管上方設有落錘釋放裝置，落錘釋放裝置上方設有固定於機架上部的落錘高度調節裝置。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述骨骼固定裝置包括固定於機架底部的固定夾具，固定夾具上方設有分離式夾具，固定夾具和分離式夾具之間設有腰椎骨骼標本。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述撞擊反彈機構包括與骨骼固定裝置相固定的連接板，連接板上設有彈射裝置，彈射裝置上方設有承壓板，承壓板上設有壓力傳感器，壓力傳感器連接有控制器，控制器與彈射裝置相連；所述的彈射裝置還連接有位移傳感器，位移傳感器與控制器相連。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述彈射裝置包括位於連接板和承壓板之間的空心圓柱，且空心圓柱和承壓板之間設有伸縮杆，所述的空心圓柱內設有執行機構。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述執行機構包括在空心圓柱內從下往上依次設有的彈射電機、分隔板、彈射壓簧以及彈射板，且彈射板和彈射電機之間設有鋼絲繩。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述執行機構包括設置在空心圓柱底部的蝸輪，蝸輪中間位置設有螺紋孔，螺紋孔內設有絲杆；所述蝸輪嚙合有蝸杆，蝸杆連接有旋轉電機。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述連接板和彈射裝置之間設有角度調節裝置；所述角度調節裝置包括固定在連接板上的半圓形滑軌和轉動電機，轉動電機輸出軸上設有與彈射裝置相固定的轉動杆，轉動杆上設有與半圓形滑軌相嵌合的導輪；所述的連接板兩端設有高度傳感器，高度傳感器和轉動電機均與控制器相連。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述落錘限制機構包括固定於圓柱屏擋側面的限制杆架，限制杆架上設有貫穿圓柱屏擋的限制杆；所述限制杆架上設有電磁鐵，電磁鐵與控制器相連，所述限制杆端部設有磁性擋盤，限制杆上套設有壓縮彈簧，且壓縮彈簧位於磁性擋盤和限制杆架之間；所述的控制器還連接有位於圓柱屏擋內壁的紅外傳感器。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述落錘釋放裝置包括圓環固定盤，圓環固定盤內壁設有卡扣，卡扣連接有控制杆，控制杆上設有磁鐵片，圓環固定盤上設有與磁鐵片位置相對應的電磁鐵塊；所述的控制杆和圓環固定盤之間設有彈簧；所述導引管和圓環固定盤之間設有伸縮導杆，圓環固定盤底部設有第二紅外傳感器，第二紅外傳感器與控制器相連，控制器與電磁鐵塊相連。
前述的腰椎骨骼爆裂骨折模擬機中，所述落錘高度調節裝置包括固定在機架頂端的提升電機，提升電機上設有牽引繩，牽引繩端部設有掛鈎，掛鈎與落錘相連；所述掛鈎上設有第二高度傳感器，第二高度傳感器與控制器相連。
與現有技術相比，本發明通過在骨骼固定裝置上設置撞擊反彈機構，用於承受落錘的撞擊力，將撞擊力均勻的傳遞給標本試樣，使得整個標本試樣都能夠受到力，改善試驗的效果；通過撞擊反彈機構和落錘限制機構的相互配合，對落錘進行彈射使其進入導引管，並進行限位，防止落錘二次下落，撞擊標本試樣，從而可以降低對試驗結果的破壞；通過設置導引管，使得落錘下落過程中始終在導引管中，不受環境中風力等因素的影響，保證試驗的精度；同時通過在導引管上下端分別設置靜音氣泵和落錘釋放裝置，與撞擊反彈機構相配合，使得落錘在完成撞擊作業後能夠自動的復位，重新固定在落錘釋放裝置上，並通過落錘高度調節裝置對落錘的降落高度進行自動調節，取代了人工調節，操作簡單，精確程度高，大大的提高了試驗的效率。另外，通過在彈射裝置和連接板之間設置角度調節裝置，可以對彈射裝置的彈射角度進行調節，防止由於標本試樣受力破壞發生形變後彈射裝置無法將落錘準確彈入導引管的現象的發生。綜上所述，本發明具有改善試驗的精確度、提高試驗效率以及降低試驗結果受破壞概率的特點。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是圖1的側視圖；
圖3是落錘釋放裝置的結構示意圖；
圖4是實施例1的執行機構的結構示意圖；
圖5是實施例2的執行機構的結構示意圖；
圖6是角度調節裝置的結構示意圖；
圖7是本發明的控制結構圖。
附圖中的標記說明：1-機架，2-骨骼固定裝置，3-撞擊反彈機構，4-端板，5-圓柱屏擋，6-落錘限制機構，7-導引管，8-靜音氣泵，9-落錘釋放裝置，10-落錘高度調節裝置，11-彈射電機，12-分隔板，13-彈射壓簧，14-彈射板，15-鋼絲繩，16-蝸輪，17-螺紋孔，18-絲杆，19-蝸杆，20-旋轉電機，21-固定夾具，22-分離式夾具，23-腰椎骨骼標本，31-連接板，32-彈射裝置，33-承壓板，34-壓力傳感器，35-控制器，36-位移傳感器，37-空心圓柱，38-伸縮杆，39-執行機構，41-角度調節裝置，42-半圓形滑軌，43-轉動電機，44-轉動杆，45-導輪,46-高度傳感器，61-限制杆架，62-限制杆，63-電磁鐵，64-磁性擋盤，65-壓縮彈簧，66-紅外傳感器，91-圓環固定盤，92-卡扣，93-控制杆，94-磁鐵片，95-電磁鐵塊，96-彈簧，97-伸縮導杆，98-第二紅外傳感器，101-提升電機，102-牽引繩，103-掛鈎，104-第二高度傳感器。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明限制的依據。
實施例1。腰椎骨骼爆裂骨折模擬機，構成如圖1、圖2、圖3、圖4、圖6和圖7所示，包括機架1，機架1底部設有骨骼固定裝置2，骨骼固定裝置2上端設有撞擊反彈機構3，撞擊反彈機構3上方設有固定於機架1中部的端板4，端板4上設有圓柱屏擋5，圓柱屏擋5中設有落錘限制機構6，圓柱屏擋5上部設有導引管7，導引管7底部設有靜音氣泵8，導引管7上方設有落錘釋放裝置9，落錘釋放裝置9上方設有固定於機架1上部的落錘高度調節裝置10。
所述骨骼固定裝置2包括固定於機架1底部的固定夾具21，固定夾具21上方設有分離式夾具22，固定夾具21和分離式夾具22之間設有腰椎骨骼標本23。
所述撞擊反彈機構3包括與骨骼固定裝置2相固定的連接板31，連接板31上設有彈射裝置32，彈射裝置32上方設有承壓板33，承壓板33上設有壓力傳感器34，壓力傳感器34連接有控制器35，控制器35與彈射裝置32相連；所述的彈射裝置32還連接有位移傳感器36，位移傳感器36與控制器35相連。
所述彈射裝置32包括位於連接板31和承壓板33之間的空心圓柱37，且空心圓柱37和承壓板33之間設有伸縮杆38，所述的空心圓柱37內設有執行機構39。
所述執行機構39包括在空心圓柱37內從下往上依次設有的彈射電機11、分隔板12、彈射壓簧13以及彈射板14，且彈射板14和彈射電機11之間設有鋼絲繩15。
所述連接板31和彈射裝置32之間設有角度調節裝置41；所述角度調節裝置41包括固定在連接板31上的半圓形滑軌42和轉動電機43，轉動電機43輸出軸上設有與彈射裝置32相固定的轉動杆44，轉動杆44上設有與半圓形滑軌42相嵌合的導輪45；所述的連接板31兩端設有高度傳感器46，高度傳感器46和轉動電機43均與控制器35相連。
所述落錘限制機構6包括固定於圓柱屏擋5側面的限制杆架61，限制杆架61上設有貫穿圓柱屏擋5的限制杆62；所述限制杆架61上設有電磁鐵63，電磁鐵63與控制器35相連，所述限制杆62端部設有磁性擋盤64，限制杆62上套設有壓縮彈簧65，且壓縮彈簧65位於磁性擋盤64和限制杆架61之間；所述的控制器35還連接有位於圓柱屏擋5內壁的紅外傳感器66。
所述落錘釋放裝置9包括圓環固定盤91，圓環固定盤91內壁設有卡扣92，卡扣92連接有控制杆93，控制杆93上設有磁鐵片94，圓環固定盤91上設有與磁鐵片94位置相對應的電磁鐵塊95；所述的控制杆93和圓環固定盤91之間設有彈簧96；所述導引管7和圓環固定盤91之間設有伸縮導杆97，圓環固定盤91底部設有第二紅外傳感器98，第二紅外傳感器98與控制器35相連，控制器35與電磁鐵塊95相連。
所述落錘高度調節裝置10包括固定在機架1頂端的提升電機101，提升電機101上設有牽引繩102，牽引繩102端部設有掛鈎103，掛鈎103與落錘相連；所述掛鈎103上設有第二高度傳感器104，第二高度傳感器104與控制器35相連。
執行機構的工作過程：控制器控制彈射電機工作，彈射電機帶動鋼絲繩收縮，彈射板將作用力作用於彈射壓簧上，彈射壓簧積聚壓簧力，當壓力傳感器檢測到信號後，控制器控制彈射電機停止工作，彈射壓簧就將壓簧力作用於彈射板上，彈射板就進行彈射，並將彈射力作用於承壓板上，承壓板就對落錘進行反彈作用，從而實現落錘的反彈。同時通過位移傳感器來監控彈射電機的位移作用，進而控制電機對鋼絲繩的收縮量，繼而實現彈射電機對彈射壓簧的彈簧力的控制。
實施例2：腰椎骨骼爆裂骨折模擬機，構成如圖1、圖2、圖3、圖5、圖6和圖7所示，包括機架1，機架1底部設有骨骼固定裝置2，骨骼固定裝置2上端設有撞擊反彈機構3，撞擊反彈機構3上方設有固定於機架1中部的端板4，端板4上設有圓柱屏擋5，圓柱屏擋5中設有落錘限制機構6，圓柱屏擋5上部設有導引管7，導引管7底部設有靜音氣泵8，導引管7上方設有落錘釋放裝置9，落錘釋放裝置9上方設有固定於機架1上部的落錘高度調節裝置10。
所述骨骼固定裝置2包括固定於機架1底部的固定夾具21，固定夾具21上方設有分離式夾具22，固定夾具21和分離式夾具22之間設有腰椎骨骼標本23。
所述撞擊反彈機構3包括與骨骼固定裝置2相固定的連接板31，連接板31上設有彈射裝置32，彈射裝置32上方設有承壓板33，承壓板33上設有壓力傳感器34，壓力傳感器34連接有控制器35，控制器35與彈射裝置32相連；所述的彈射裝置32還連接有位移傳感器36，位移傳感器36與控制器35相連。
所述彈射裝置32包括位於連接板31和承壓板33之間的空心圓柱37，且空心圓柱37和承壓板33之間設有伸縮杆38，所述的空心圓柱37內設有執行機構39。
所述執行機構39包括設置在空心圓柱37底部的蝸輪16，蝸輪16中間位置設有螺紋孔17，螺紋孔17內設有絲杆18；所述蝸輪16嚙合有蝸杆19，蝸杆19連接有旋轉電機20。
所述連接板31和彈射裝置32之間設有角度調節裝置41；所述角度調節裝置41包括固定在連接板31上的半圓形滑軌42和轉動電機43，轉動電機43輸出軸上設有與彈射裝置32相固定的轉動杆44，轉動杆44上設有與半圓形滑軌42相嵌合的導輪45；所述的連接板31兩端設有高度傳感器46，高度傳感器46和轉動電機43均與控制器35相連。
所述落錘限制機構6包括固定於圓柱屏擋5側面的限制杆架61，限制杆架61上設有貫穿圓柱屏擋5的限制杆62；所述限制杆架61上設有電磁鐵63，電磁鐵63與控制器35相連，所述限制杆62端部設有磁性擋盤64，限制杆62上套設有壓縮彈簧65，且壓縮彈簧65位於磁性擋盤64和限制杆架61之間；所述的控制器35還連接有位於圓柱屏擋5內壁的紅外傳感器66。
所述落錘釋放裝置9包括圓環固定盤91，圓環固定盤91內壁設有卡扣92，卡扣92連接有控制杆93，控制杆93上設有磁鐵片94，圓環固定盤91上設有與磁鐵片94位置相對應的電磁鐵塊95；所述的控制杆93和圓環固定盤91之間設有彈簧96；所述導引管7和圓環固定盤91之間設有伸縮導杆97，圓環固定盤91底部設有第二紅外傳感器98，第二紅外傳感器98與控制器35相連，控制器35與電磁鐵塊95相連。
所述落錘高度調節裝置10包括固定在機架1頂端的提升電機101，提升電機101上設有牽引繩102，牽引繩102端部設有掛鈎103，掛鈎103與落錘相連；所述掛鈎103上設有第二高度傳感器104，第二高度傳感器104與控制器35相連。
執行機構的工作過程：控制器根據壓力傳感器檢測到的承受板的受力信號和位移傳感器檢測到的旋轉電機的上下位移信號，進而控制旋轉電機輸出相應的功率，旋轉電機帶動蝸杆旋轉，蝸杆帶動蝸輪旋轉，蝸輪的螺紋孔帶動絲杆上升，撞擊承壓板，使得承壓板將落錘反彈，落錘進入引導管。
所述的導引管底部設有噴嘴，噴嘴的噴氣方向朝嚮導引管內，噴嘴經氣管與靜音氣泵相連。
所述的控制器為PLC控制器。
所述機架上設有觸摸顯示屏，觸摸顯示屏與控制器相連，通過在觸摸顯示屏上輸入需要模擬的腰椎骨骼受力情況，控制器就會將計算分析的結果顯示在觸摸顯示屏上，如所需的落錘重量和落錘的降落高度等信息。
所述轉動電機輸出軸上設有小齒輪，小齒輪嚙合有位於轉動杆下端的大齒輪，轉動杆上端與彈射裝置相固定；
彈射電機與控制器相連；旋轉電機與控制器相連。
角度調節裝置的工作過程：當落錘砸到撞擊反彈機構上後，腰椎骨骼標本可能會發生傾斜，這時通過連接板兩端的高度傳感器對連接板兩端的高度進行監測，當發生傾斜後，控制器根據兩端的高度傳感器信號分析出傾斜的角度，然後控制轉動電機帶動轉動杆進行工作，對彈射裝置的角度進行回調糾正，保證落錘能夠準確的被彈射進導引管中。
本發明的工作原理：根據需要模擬的腰椎骨骼受力情況，選擇相對應的落錘，將落錘放置在落錘釋放裝置的圓環固定盤上，通過卡扣固定，然後控制器控制提升電機工作，提升電機卷繞牽引繩，帶動落錘以及落錘釋放裝置上升，通過第二高度傳感器來控制高度；落錘到達指定的位置後，控制器控制電磁鐵片斷電，彈簧將力作用於控制杆，控制杆使得卡扣鬆開，從而使落錘掉落，落錘進入導引管下落，最後與承壓板相撞，承壓板將力傳遞給腰椎骨骼，完成撞擊；承壓板上的壓力傳感器將信號傳遞給控制器，控制器控制彈射裝置進行彈射，然後承壓板受到彈射裝置的作用力後，承壓板將落錘按原方向彈射，落錘彈回到導引管後，控制器根據紅外傳感器的信號控制落錘限制機構和消音氣泵工作，控制器控制電磁鐵通電，使得電磁鐵具有磁性，磁性擋盤克服壓縮彈簧，使得限制杆穿過圓柱屏擋，防止落錘落下，導引管底部的消音氣泵對位於導引管內的落錘進行充氣作業，使得落錘上升，當落錘上升到圓環固定盤下方時，控制器根據第二紅外傳感器的信號控制電磁鐵片斷電，從而使得卡扣鬆開，消音氣泵繼續充氣，直至落錘底部上升到圓環固定盤內，控制器根據第二紅外傳感器的信號控制電磁鐵片通電以及控制消音氣泵停止工作，完成落錘的固定。