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髖關(guān)節(jié)是人體受力Z復(fù)雜的關(guān)節(jié)，同時(shí)也是關(guān)節(jié)疾病的易發(fā)部位，常見的有外傷性疾病、缺血壞死性疾病、退行性病變、炎癥性及腫瘤性疾病。全世界每年接受髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的病人數(shù)已超過了 60萬。由于隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，施行人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的情況越來越多。人工關(guān)節(jié)的磨損不僅能造成關(guān)節(jié)假體本身的破壞而引起機(jī)械性失效，還會(huì)產(chǎn)生大量磨損顆粒誘導(dǎo)假體周圍骨溶解。研究表明，人工髖關(guān)節(jié)的晚期松動(dòng)與磨損顆粒 (磨屑)不斷增多及其引起的異物反應(yīng)有關(guān)。國內(nèi)外研究者針對(duì)人工髖關(guān)節(jié)材料設(shè)計(jì)以及表面涂層進(jìn)行了大量研究，期望通過改變配副材料來減輕磨損、減少磨屑，但收效不佳。因此對(duì)人工髖關(guān)節(jié)的強(qiáng)度、蠕變和磨損必需進(jìn)行系統(tǒng)研究。國內(nèi)有關(guān)髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)研制方面的報(bào)道很少，相比國外的模擬試驗(yàn)機(jī)的研究還有一定的差距。目前，一種人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中盡可能準(zhǔn)確的模擬人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和工作環(huán)境，可以使被測關(guān)節(jié)在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的摩擦機(jī)理、磨損形式與實(shí)際使用條件下相一致，從而可以準(zhǔn)確、可靠地研究測試人工關(guān)節(jié)材料的生物力學(xué)性能參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是要提供一種人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)通過五個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)仿生狀態(tài)下人體髖關(guān)節(jié)的伸展屈曲(FE)或內(nèi)收外展(AA)、內(nèi)旋外旋(IER)運(yùn)動(dòng)，該試驗(yàn)機(jī)具有開發(fā)簡單、實(shí)用、可拓展性強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、柔性加載機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、髖關(guān)節(jié)夾具機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是機(jī)架下底面上安裝有用于擺動(dòng)髖臼試件的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上面安裝有髖關(guān)節(jié)夾具機(jī)構(gòu)，且髖關(guān)節(jié)夾具機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架臺(tái)面上，并與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，髖關(guān)節(jié)夾具機(jī)構(gòu)上端連接柔性加載機(jī)構(gòu)，柔性加載機(jī)構(gòu)通過杠桿支架固定在機(jī)架臺(tái)面上。柔性加載機(jī)構(gòu)包括模具彈簧，壓力電機(jī)及絲桿軸，支點(diǎn)支架，杠桿，模具彈簧套在壓力電機(jī)的絲桿軸上，下端與活動(dòng)軸套連接，上端與固定軸套連接，固定軸套上端連接杠桿，杠桿與杠桿支架活動(dòng)連接。杠桿與固定軸套連接端到杠桿支架回轉(zhuǎn)中心距離和杠桿與髖關(guān)節(jié)夾具機(jī)構(gòu)連接端到杠桿支架回轉(zhuǎn)中心距離之比為2.5:1。

 PWS電子式動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)

PWS電子式動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品簡介：電子式動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)主要由一臺(tái)主機(jī)、全數(shù)字單通道伺服控制器以及計(jì)算機(jī)打印機(jī)、相關(guān)試驗(yàn)軟件、其它必要的附件等組成。

PWS電子式動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、 主機(jī)：（輔助實(shí)驗(yàn)夾具以客戶要求為準(zhǔn)）

主機(jī)為雙立柱框架式結(jié)構(gòu)， 伺服直線作動(dòng)器下置于主機(jī)框架上部。夾頭分別安裝在橫梁和作動(dòng)器活塞桿頂端。主機(jī)橫梁調(diào)整采用電動(dòng)絲杠升降，傳動(dòng)單元隱藏在橫梁內(nèi)部，外觀整潔，主機(jī)下部工作臺(tái)為分體式，不需要刻意拆掉，整機(jī)防止在客戶指定的臺(tái)面上。手動(dòng)夾緊、彈性松開式結(jié)構(gòu)，保證試驗(yàn)過程中橫梁穩(wěn)固可靠，同時(shí)保證在非試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)橫梁保持鎖止不動(dòng)。立柱外表面采用電鍍硬鉻處理，可有效增加立柱抗磨損能力，提高防腐蝕能力，同時(shí)增加主機(jī)外形的美觀程度。

試驗(yàn)機(jī)主機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、橫梁升降自如、機(jī)架剛度高、試件夾持可靠、對(duì)中性好、裝夾方便等特點(diǎn)，并可配備各種夾具和環(huán)境試驗(yàn)裝置以擴(kuò)展試驗(yàn)功能。

2、作動(dòng)器：

2.1伺服直線作動(dòng)器是試驗(yàn)機(jī)的核心部件，試驗(yàn)機(jī)通過作動(dòng)器輸出試驗(yàn)力。采用自有技術(shù)自行設(shè)計(jì)制造，作動(dòng)器內(nèi)置在主機(jī)上部，由作動(dòng)器主體、伺服電機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器和傳感器組成。

2．2、伺服直線作動(dòng)器振幅極限位置設(shè)計(jì)緩沖區(qū)，避免運(yùn)行失控產(chǎn)生損傷。

2．3、伺服直線作動(dòng)器位移傳感器內(nèi)置于活塞桿內(nèi)采用美國Schaevitz公司LVDT位移傳感器，運(yùn)動(dòng)靈活不受外來干擾，活塞桿采用超精加工，表面鍍絡(luò)拋光達(dá)R_α0.4u。

2．4、負(fù)荷傳感器與夾頭接螺桿處、推桿桿與夾頭處設(shè)計(jì)有專用消除間隙裝置，進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

3、全數(shù)字單通道伺服控制器：

3．1、控制通道數(shù)量：1個(gè)，包括試驗(yàn)力和試驗(yàn)位移、試驗(yàn)變形三個(gè)閉環(huán)控制回路，具有控制模式無擾平滑切換功能。Z高閉環(huán)控制數(shù)據(jù)刷新頻率為6kHz；控制器A/D、D/A分辨率為16位；信號(hào)發(fā)生頻率范圍：0.001Hz～50Hz；信號(hào)發(fā)生器波形：正弦波、三角波、方波、鋸齒波等；兩級(jí)伺服閥驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)伺服閥；遠(yuǎn)程液壓泵站控制功能用于遠(yuǎn)程控制液壓泵站；控制器具有極限參數(shù)設(shè)置功能，具有完備的保護(hù)功能。除具有過載（110﹪）保護(hù)、二級(jí)過流保護(hù)外，還具有任意設(shè)置的動(dòng)負(fù)荷上下限保護(hù)、靜負(fù)荷上下限保護(hù)、頻率保護(hù)等。

3．3、控制器技術(shù)參數(shù)：

3.3.1全數(shù)字通用信號(hào)調(diào)理單元：試驗(yàn)力、位移、變形三個(gè)閉環(huán)控制回路。具有控制模式無擾平滑切換功能。

3.3.2Z高閉環(huán)控制數(shù)據(jù)刷新頻率為6kHz。

3.3.3控制器A/D、D/A分辨率為16位。

3.3.4信號(hào)發(fā)生頻率范圍：0.01Hz～1kHz。

3.3.5信號(hào)發(fā)生器波形：正弦波、三角波、方波、程序波。

3.3.6控制精度：靜態(tài)控制精度為0.3％FS，動(dòng)態(tài)控制精度典型值為0.5％FS。

3.3.7兩級(jí)伺服閥驅(qū)動(dòng)單元。

3.3.8遠(yuǎn)程液壓泵站控制功能。

3.3.9計(jì)數(shù)器容量：10⁸。

3.3.10其它必要的I/O輸入輸出單元：四個(gè)模擬輸入、四個(gè)模擬輸出接口；四個(gè)數(shù)字輸入、四個(gè)數(shù)字輸出接口（選配）。

3.3.11極限參數(shù)設(shè)置功能。

PWS電子式動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)性能指標(biāo)：

3.1 Z大靜態(tài)試驗(yàn)力：±20kN，全程不分檔，在1-100%范圍內(nèi)，示值精度20%起±1%。

3.2 Z大動(dòng)態(tài)試驗(yàn)力：±20kN，幅值波動(dòng)度不大于±2%FS，（滿足《JB/T9397-2002 拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī) 技術(shù)條件》）。

3.3 作動(dòng)器振幅：±50mm，示值精度20%起±0.5%FS。

3.4 頻率范圍：0.01—15Hz。

3.5幅頻特性：（取決于系統(tǒng)流量）如下圖

3.6 Z大速度：250mm/s。

3.7 控制器類型：單通道，位移和力兩路閉環(huán)通道。

3.8 主要試驗(yàn)波形：正弦波、三角波、矩形波、斜波等。

3.9 試驗(yàn)空間：高度750mm，試驗(yàn)寬度420mm。

3.10 主機(jī)剛度：2.5×10⁸ N/m。

3.11圓試樣夾持范圍：φ5—φ15mm。

3.12 主機(jī)重量：650kg

3.13整機(jī)功率：5kw

PWS電子式動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)配置清單：見附表

	項(xiàng)目名稱		數(shù)量	產(chǎn)地
1	主機(jī)	機(jī)架（含立柱、橫梁、工作臺(tái)等）	1套	自制
		伺服直線作動(dòng)器	1套
		伺服驅(qū)動(dòng)器	1
		負(fù)荷傳感器	1	美國世銓（天津）/美國傳力
		夾頭（根據(jù)客戶定制）	2	根據(jù)協(xié)議
2	全數(shù)字伺服控制器		1
3	試驗(yàn)應(yīng)用軟件包		1
4	計(jì)算機(jī)		1	HP
5	A4打印機(jī)		1	HP1112
6	用于標(biāo)定負(fù)荷傳感器的反力架、壓縮附具		1	自制
7	壓縮附具		1	自制
8	三點(diǎn)彎曲附具		1	選配
9	剪切附具		1	選配
10	信號(hào)線、連接電纜		1

 

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