专利名称：人体头部冲击试验装置的制作方法
人体头部冲击试验装置技术领域
本发明主要涉及一种人体损伤生物力学试验设备，尤其涉及一种人体头部冲击试验装置。
背景技术：
由于伦理、储运等方面的限制，人体样本比较难获得，开展这方面的生物力学试验也比较困难。如何利用有限的样本获得全面、有效的试验数据显得非常重要。
目前，国外已经开展了一些人体头部冲击试验，主要是将头部取下，或者是将躯干固定。Yoganandan et al.(1995)将头部取下并固定在实验设备上使用冲击头进行实验，实验过程中头部固定不动；Verschueren et al.(2007)和Delye et al.(2007)同样是将头部取下并安装在一个可自由转动的摆臂上，利用冲击头撞击头部，实验中头部可与摆臂一起绕转动中心旋转；Hodgson et al.(1970)将头部取下并用弹性绳索悬挂固定,利用冲击头撞击头部，实验中头部可在撞击时克服弹性绳索而运动；日本专利(JP2010-91382A)采用摆臂式落锤冲击固定的人体头部。
上述这些文献和专利所涉及的头部实验装置，可以获得头部受到的撞击力，为头部的损伤机理和耐受限度研究提供数据支持。但是，上述这些装置在进行实验时，人体头部的载荷状况与真实交通事故中人体头部所处的自由状态并不一致，颈部对头部响应的影响也被忽略了。因此，本发明提供了一种能够最大限度满足真实交通事故中人体头部所处载荷状态的试验设备。发明内容
本发明目的是提供一种人体头部冲击试验装置，能够得到碰撞时的冲击速度与冲击力等参数。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种人体头部冲击试验装置，包括固定于地面的支架、安装在支架顶部的定滑轮机构和提升机构、安装在支架一根立柱上的速度控制机构，提升机构通过绳索、定滑轮机构和电磁铁提升冲击机构，其特征是:
冲击机构撞击试验对象的速度可以通过速度控制机构和电磁铁自动控制并测量碰撞时的速度；
速度控制机构以速度控制板为基体，在速度控制板外侧上、下各开一个竖直腰孔，通过上下调节锁紧螺钉连接在支架的一根立柱上，可以上下调节速度控制机构的位置；在速度控制机构内侧设有一个长腰孔，利用螺栓在长腰孔上部安装行程开关以上下调节行程开关，利用螺栓在长腰孔底部安装非接触式光电测速仪以上下调节非接触式光电测速仪；在长腰孔内侧刻有高度刻线。
进一步地，在支架前端设置两根平行的导轨，冲击机构通过直线轴承沿两根平行的导轨上下移动。
进一步地，在冲击板左右两侧开设圆孔并分别安装直线轴承，所述直线轴承在支架前端的两根平行导轨上滑动；在冲击板的正中开设圆孔，安装冲击锤和冲击力传感器；在冲击板正中上方通过螺钉安装配重块，所述配重块正中开圆孔避开冲击锤；在冲击板前部靠近速度控制机构的一侧通过螺钉安装速度控制杆。
进一步地，头部吊兜由吊兜和橡皮绳组成，通过橡皮绳悬挂在支架前端，吊兜为柔软织物且张开后的形状与人体头部接近。
进一步地，样本吊篮悬挂于所述支架内部；底板上开设四个左右方向的腰孔，在左右两侧垂直安装侧板，通过侧板调节螺栓固定；所述侧板上竖直开有腰孔，样本固定杆从中穿过，通过四个宽度调节螺母固定；压板固定于所述样本固定杆上，所述压板由上部的钢板和下部的柔软大摩擦材料组成；两块侧板上角均与吊篮弹簧相连，吊篮钢丝绳下端与所述吊篮弹簧串联，上端与前后调节滑块相连；所述前后调节滑块嵌套在所述支架上梁燕尾槽内，可通过滑块锁紧螺钉锁紧。
进一步地，支架底板上安装有冲击机构的减速机构。
由以上可知，本发明作为一种人体头部冲击试验装置，有如下优点:
1、本发明借助弹簧绳与橡皮绳将人体样本悬空放置，可以模拟冲击时人体的自由状态，更接近真实碰撞事故中人体所处的状态，使试验结果更有价值；
2、本发明中安装于底板上的减速机构能在受到冲击机构的冲击后自动伸长，可以避免试验中头部与冲击机构的二次碰撞，使获得的冲击力能够准确反映样本头部的耐受限度；
3、冲击轨道固定，能保证实验冲击位置的重复性和可控性；
4、本发明样本吊篮与支架用滑块连接，可以对试验样本的放置位置、高度、水平度进行微调，保证与指定的样本位置碰撞；
5、试验操作简单，可重复性好。
图1是本发明的结构立体图2是样本吊篮示意图；；
图3是支架上梁滑块装配局部剖视图4是冲击机 构轴侧图5是速度控制机构轴测图6是头部吊兜示意图。
其中:
1、支架2、导轨
3、减速机构4、头部吊兜
5、速度控制机构 6、冲击机构
7、定滑轮机构 8、提升机构
9、样本吊篮401、吊兜
402、橡皮绳501、非接触式光电测速仪
502、速度控制板 503、高度刻线
504、行程开关505、上下调节锁紧螺钉
601、速度控制杆602、冲击板
603、直线轴承604、吊架
605、电磁铁606、冲击锤
607、压紧弹簧608、大垫片
609、配重块610、冲击力传感器
901、侧板调节螺钉902、底板
903、侧板904、吊篮弹簧
905、吊篮钢丝绳906、前后调节滑块
907、滑块锁紧螺钉908.压板
909、样本固定杆910、宽度调节螺母具体实施方式
以下将结合附图1-6对本发明的具体技术方案进行详细描述。
如图1所示，人体头部冲击试验装置包括固定于地面的支架1、安装在支架I顶部的定滑轮机构7和提升机构8、安装在支架一根立柱上的速度控制机构5 ;悬挂于所述支架I内部的样本吊篮9。
其中，提升机构8通过绳索、定滑轮机构7和电磁铁605提升冲击机构6 ;冲击机构6撞击试验对象的速度可以通过速度控制机构5和电磁铁605自动控制并测量碰撞时的速度。
在所述支架I前端设置两根平行的导轨2，使冲击机构6在提升机构8作用下通过直线轴承603沿两根平行导轨2上·下垂直移动，保证冲击锤606冲击位置的重复性和可控性。
如图2-3所示，所述样本吊篮9悬挂于所述支架I内部；底板902上开设四个左右方向的腰孔，在左右两侧垂直安装侧板903，通过侧板调节螺栓901固定；所述侧板903上竖直开有腰孔，样本固定杆909从中穿过，通过四个宽度调节螺母910固定；压板908固定于所述样本固定杆909上，所述压板908由上部的钢板和下部的柔软大摩擦材料组成；该样本吊篮9可根据样本身材的大小，调整相关结构以较稳定地固定样本的躯干。
两块侧板903上角均与吊篮弹簧904相连，吊篮钢丝绳905下端与所述吊篮弹簧904串联，上端与前后调节滑块906相连，以模拟碰撞过程中人体的自由状态。
所述前后调节滑块906嵌套在所述支架I上梁燕尾槽内，可前后调节样本吊篮9至合适的位置，保证冲击锤606能够与样本头部指定位置碰撞；调节至合适位置后，可通过滑块锁紧螺钉907锁紧；
所述支架I底板上安装有冲击机构6的减速机构3，该减速机构3能够在与冲击机构6碰撞后伸长一段长度,防止冲击机构6与样本头部发生二次碰撞。
如图4所示，在所述冲击板602左右两侧对称开设圆孔并分别安装直线轴承603 ；所述直线轴承603在支架I前端的两根平行导轨2上垂直滑动；在冲击板602的正中开设圆孔，安装冲击锤606和冲击力传感器610，可根据需要更换不同冲击形状的冲击锤606 ;在冲击板602圆孔周围均匀布置螺孔，以根据冲击质量的需要更换不同质量的配重块609 ;所述配重块609正中开圆孔避开冲击锤606。
在冲击板602前部靠近速度控制机构5的一侧通过螺钉安装速度控制杆602，根据该速度控制杆602的宽度及其通过非接触式光电测速仪501的时间，能够计算出速度控制杆602通过非接触式光电测速仪501时的速度。
如图5-6所示，所述速度控制机构5以速度控制板502为基体，在速度控制板502外侧上、下各开一个竖直腰孔，通过上、下调节锁紧螺钉505连接在支架I的一根立柱上，可以上下调节速度控制机构5的位置；在速度控制机构5内侧设有一个长腰孔，利用螺栓在长腰孔上部安装行程开关504以上下调节行程开关504，实现在所需高度上电磁铁605与吊架604分离；利用螺栓在长腰孔底部安装非接触式光电测速仪501，以上下调节非接触式光电测速仪501，以确保测量出碰撞时刻冲击机构6的速度；在长腰孔内侧刻有高度刻线503，以方便调节冲击机构6的高度。
所述头部吊兜4由吊兜401和橡皮绳402组成，通过橡皮绳402悬挂在支架I前端，吊兜401为柔软织物且张开后的形状与人体头部接近；橡皮绳402的拉力比头部重力稍大，而碰撞力将远大于头部重力，即远大于橡皮绳402的拉力，因此橡皮绳402在保持头部方位的同时，又不会对碰撞力的造成较大影响。
本发明的实验过程如下:
实验前，通过调节样本吊篮9内的侧板调节螺栓901与样本固定杆909，将试验体固定于样本吊篮9内，移动前后调节滑块906，使样本头部处于冲击锤606要求的位置，并通过滑块锁紧螺钉907固定。
实验前应调节减速机构4的高度略低于试验体头部最高点3-8cm，以此避免干扰试验，同时又防止出现二次冲击。
根据试验需要，不装或选装指定质量的配重块609。冲击机构6内冲击锤606可向下拉出一段距离，以便装卸配重块609。
调节非接触式光电测速仪501位置，使其下端与样本头部最高点相平，当速度控制杆601划过非接触式光电测速仪501时，即可采集冲击时刻的速度信息。
该发明在支架I顶部安装由电动马达和卷扬轮组成的提升机构6，提升机构8通过绳索、定滑轮机构7和电磁铁605提升冲击机构6，冲击机构6撞击试验对象的速度可以通过速度控制机构5和电磁铁605自动控制并测量碰撞时的速度，当速度控制杆601撞上行程开关504后，电磁铁605断电，冲击机构6下落，即可完成一次冲击试验。
尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
权利要求
1.一种人体头部冲击试验装置，包括固定于地面的支架(I)、安装在支架(I)顶部的定滑轮机构(7 )和提升机构(8 )、安装在支架一根立柱上的速度控制机构(5 )，提升机构(8 )通过绳索、定滑轮机构(7)和电磁铁(605)提升冲击机构(6)，其特征是: 冲击机构(6)撞击试验对象的速度可以通过速度控制机构(5)和电磁铁(605)自动控制并测量碰撞时的速度； 速度控制机构(5)以速度控制板(502)为基体，在速度控制板(502)外侧上、下各开一个竖直腰孔，通过上下调节锁紧螺钉(505)连接在支架(I)的一根立柱上，可以上下调节速度控制机构(5)的位置；在速度控制机构(5)内侧设有一个长腰孔，利用螺栓在长腰孔上部安装行程开关(504)以上下调节行程开关(504)，利用螺栓在长腰孔底部安装非接触式光电测速仪(501)以上下调节非接触式光电测速仪(501);在长腰孔内侧刻有高度刻线(503)。
2.根据权利要求1所述的人体头部冲击试验装置，其特征是:在支架(I)前端设置两根平行的导轨(2)，冲击机构(6)通过直线轴承(603)沿两根平行的导轨(2)上下移动。
3.根据权利要求1所述的人体头部冲击试验装置，其特征是:在冲击板(602)左右两侧开设圆孔并分别安装直线轴承(603)，所述直线轴承(603)在支架(I)前端的两根平行导轨(2)上滑动；在冲击板(602)的正中开设圆孔，安装冲击锤(606)和冲击力传感器(610);在冲击板(602)正中上方通过螺钉安装配重块(609)，所述配重块(609)正中开圆孔避开冲击锤(606);在冲击板(602)前部靠近速度控制机构(5)的一侧通过螺钉安装速度控制杆(602)。
4.根据权利要求1所述的人体头部冲击试验装置，其特征是:头部吊兜(4)由吊兜(401)和橡皮绳(402)组成，通过橡皮绳(402)悬挂在支架(I)前端，吊兜(401)为柔软织物且张开后的形状与人体头部接近。
5.根据权利要求1所述的人体头部冲击试验装置，其特征是:样本吊篮(9)悬挂于所述支架(I)内部；底板(902 )上开设四个左右方向的腰孔，在左右两侧垂直安装侧板(903 )，通过侧板调节螺栓(901)固定；所述侧板(903)上竖直开有腰孔，样本固定杆(909)从中穿过，通过四个宽度调节螺母(910)固定；压板(908)固定于所述样本固定杆(909)上，所述压板(908)由上部的钢板和下部的柔软大摩擦材料组成；两块侧板(903)上角均与吊篮弹簧(904)相连，吊篮钢丝绳(905)下端与所述吊篮弹簧(904)串联，上端与前后调节滑块(906)相连；所述前后调节滑块(906)嵌套在所述支架(I)上梁燕尾槽内，可通过滑块锁紧螺钉(907)锁紧。
6.根据权利要求1所述的人体头部冲击试验装置，其特征是:支架(I)底板上安装有冲击机构(6 )的减速机构(3 )。
全文摘要
一种人体头部冲击试验装置，包括支架、冲击机构、提升机构、样本吊篮和头部吊兜等。在支架顶部设有提升机构，提升机构通过起吊钢丝绳连接电磁铁；支架上梁上嵌套滑块，连接悬于支架内的样本吊篮；支架一侧前梁安装行程开关及测速仪；支架底座安装缓冲吸能装置；支架上梁悬挂头部吊兜；冲击机构则以支架上两根竖直安装的导柱为导向机构，实现竖直冲击。本发明结构简单合理，操作方便；在冲击物冲击头部后与缓冲吸能装置相碰，能促使缓冲吸能装置自动升高，从而避免二次碰撞产生，使得采集数据更加可靠；通过弹簧吊架与吊兜模拟人体在冲击时的真实载荷特点，使试验结果更有价值。
文档编号G01M7/08GK103196647SQ20131008126
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者张冠军, 曹立波, 白中浩 申请人:湖南大学