髋关节是人体受力Z复杂的关节，同时也是关节疾病的易发部位，常见的有外伤性疾病、缺血坏死性疾病、退行性病变、炎症性及肿瘤性疾病。每年接受髋关节置换手术的病人数已超过了 60万。由于随着现代医疗技术的发展，施行置换手术的情况越来越多。人工关节的磨损不仅能造成关节假体本身的破坏而引起机械性失效，还会产生大量磨损颗粒诱导假体周围骨溶解。研究表明，的晚期松动与磨损颗粒 (磨屑)不断增多及其引起的异物反应有关。国内外研究者针对材料设计以及表面涂层进行了大量研究，期望通过改变配副材料来减轻磨损、减少磨屑，但收效不佳。因此对的强度、蠕变和磨损必需进行系统研究。国内有关髋关节模拟试验机研制方面的报道很少，相比国外的模拟试验机的研究还有一定的差距。目前，一种模拟试验机能够在实验室环境中尽可能准确的模拟人体髋关节的实际运动状态和工作环境，可以使被测关节在试验过程中产生的摩擦机理、磨损形式与实际使用条件下相一致，从而可以准确、可靠地研究测试人工关节材料的生物力学性能参数。

发明内容本实用新型是要提供一种模拟试验机，该试验机通过五个机构实现仿生状态下人体髋关节的伸展屈曲(FE)或内收外展(AA)、内旋外旋(IER)运动，该试验机具有开发简单、实用、可拓展性强、性价比高等特点。本实用新型的技术方案为一种模拟试验机，包括机架、摆动机构、柔性加载机构、转动机构、髋关节夹具机构，其特点是机架下底面上安装有用于摆动髋臼试件的摆动机构，摆动机构上面安装有髋关节夹具机构，且髋关节夹具机构固定在机架台面上，并与转动机构传动连接，髋关节夹具机构上端连接柔性加载机构，柔性加载机构通过杠杆支架固定在机架台面上。柔性加载机构包括模具弹簧，压力电机及丝杆轴，支点支架，杠杆，模具弹簧套在压力电机的丝杆轴上，下端与活动轴套连接，上端与固定轴套连接，固定轴套上端连接杠杆，杠杆与杠杆支架活动连接。杠杆与固定轴套连接端到杠杆支架回转中心距离和杠杆与髋关节夹具机构连接端到杠杆支架回转中心距离之比为2.5:1。

 PWS电子式动静态试验机

PWS电子式动静态试验机产品简介：电子式动静态试验机主要由一台主机、全数字单通道伺服控制器以及计算机打印机、相关试验软件、其它必要的附件等组成。

PWS电子式动静态试验机产品特点：

1、 主机：（辅助实验夹具以客户要求为准）

主机为双立柱框架式结构， 伺服直线作动器下置于主机框架上部。夹头分别安装在横梁和作动器活塞杆顶端。主机横梁调整采用电动丝杠升降，传动单元隐藏在横梁内部，外观整洁，主机下部工作台为分体式，不需要刻意拆掉，整机防止在客户指定的台面上。手动夹紧、弹性松开式结构，保证试验过程中横梁稳固可靠，同时保证在非试验状态时横梁保持锁止不动。立柱外表面采用电镀硬铬处理，可有效增加立柱抗磨损能力，提高防腐蚀能力，同时增加主机外形的美观程度。

试验机主机具有结构紧凑、横梁升降自如、机架刚度高、试件夹持可靠、对中性好、装夹方便等特点，并可配备各种夹具和环境试验装置以扩展试验功能。

2、作动器：

2.1伺服直线作动器是试验机的核心部件，试验机通过作动器输出试验力。采用自有技术自行设计制造，作动器内置在主机上部，由作动器主体、伺服电机，伺服驱动器和传感器组成。

2．2、伺服直线作动器振幅极限位置设计缓冲区，避免运行失控产生损伤。

2．3、伺服直线作动器位移传感器内置于活塞杆内采用美国Schaevitz公司LVDT位移传感器，运动灵活不受外来干扰，活塞杆采用超精加工，表面镀络抛光达R_α0.4u。

2．4、负荷传感器与夹头接螺杆处、推杆杆与夹头处设计有专用消除间隙装置，进一步提高动态响应性能。

3、全数字单通道伺服控制器：

3．1、控制通道数量：1个，包括试验力和试验位移、试验变形三个闭环控制回路，具有控制模式无扰平滑切换功能。Z高闭环控制数据刷新频率为6kHz；控制器A/D、D/A分辨率为16位；信号发生频率范围：0.001Hz～50Hz；信号发生器波形：正弦波、三角波、方波、锯齿波等；两级伺服阀驱动单元用于驱动伺服阀；远程液压泵站控制功能用于远程控制液压泵站；控制器具有极限参数设置功能，具有完备的保护功能。除具有过载（110﹪）保护、二级过流保护外，还具有任意设置的动负荷上下限保护、静负荷上下限保护、频率保护等。

3．3、控制器技术参数：

3.3.1全数字通用信号调理单元：试验力、位移、变形三个闭环控制回路。具有控制模式无扰平滑切换功能。

3.3.2Z高闭环控制数据刷新频率为6kHz。

3.3.3控制器A/D、D/A分辨率为16位。

3.3.4信号发生频率范围：0.01Hz～1kHz。

3.3.5信号发生器波形：正弦波、三角波、方波、程序波。

3.3.6控制精度：静态控制精度为0.3％FS，动态控制精度典型值为0.5％FS。

3.3.7两级伺服阀驱动单元。

3.3.8远程液压泵站控制功能。

3.3.9计数器容量：10⁸。

3.3.10其它必要的I/O输入输出单元：四个模拟输入、四个模拟输出接口；四个数字输入、四个数字输出接口（选配）。

3.3.11极限参数设置功能。

PWS电子式动静态试验机主要技术性能指标：

3.1 Z大静态试验力：±20kN，全程不分档，在1-99%范围内，示值精度20%起±1%。

3.2 Z大动态试验力：±20kN，幅值波动度不大于±2%FS，（满足《JB/T9397-2002 拉压疲劳试验机 技术条件》）。

3.3 作动器振幅：±50mm，示值精度20%起±0.5%FS。

3.4 频率范围：0.01—15Hz。

3.5幅频特性：（取决于系统流量）如下图

3.6 Z大速度：250mm/s。

3.7 控制器类型：单通道，位移和力两路闭环通道。

3.8 主要试验波形：正弦波、三角波、矩形波、斜波等。

3.9 试验空间：高度750mm，试验宽度420mm。

3.10 主机刚度：2.5×10⁸ N/m。

3.11圆试样夹持范围：φ5—φ15mm。

3.12 主机重量：650kg

3.13整机功率：5kw

PWS电子式动静态试验机系统配置清单：见附表

	项目名称		数量	产地
1	主机	机架（含立柱、横梁、工作台等）	1套	自制
		伺服直线作动器	1套
		伺服驱动器	1
		负荷传感器	1	美国世铨（天津）/美国传力
		夹头（根据客户定制）	2	根据协议
2	全数字伺服控制器		1
3	试验应用软件包		1
4	计算机		1	HP
5	A4打印机		1	HP1112
6	用于标定负荷传感器的反力架、压缩附具		1	自制
7	压缩附具		1	自制
8	三点弯曲附具		1	选配
9	剪切附具		1	选配
10	信号线、连接电缆		1

 

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