Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении
Описан стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении. Обосновывается постановка технической и социальной задачи по оценке эффективности стендовых испытаний и определению ресурса протеза с целью повышения его надежности и уровня социально-трудовой реабилитации....
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Datum: | 2002 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2002
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46912 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении / В.Н. Белокуров, В.Э. Павловский // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 128-132. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46912 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Белокуров, В.Н. Павловский, В.Э. 2013-07-07T19:31:44Z 2013-07-07T19:31:44Z 2002 Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении / В.Н. Белокуров, В.Э. Павловский // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 128-132. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46912 620.178.3 Описан стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении. Обосновывается постановка технической и социальной задачи по оценке эффективности стендовых испытаний и определению ресурса протеза с целью повышения его надежности и уровня социально-трудовой реабилитации. Приведены технические характеристики стенда, реализуемые при натурных испытаниях изделия. Описано стенд для випробувань протеза нижньої кінцівки людини при циклічному навантаженні. Обгрунтовується постановка технічного і соціального завдання щодо ефективності стендових випробувань та визначення ресурсу протеза з метою підвищення його надійності і рівня соціально- трудової реабілітації. Наведено технічні характеристики стенда, що реалізуються при натурних випробуваннях протеза. A stand is described for full-scale testing of a prothetic (human lower limb) under cyclic loading conditions. An engineering and social problem are substantiated that include evaluation of the stand test efficiency and determination of the artificial limb service life with the view of increasing its reliability and a level of social- and-labor rehabilitation. The stand specifications realized in full-scale testing are presented. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Производственный раздел Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении Test Stand for Full-Scale Cycling of Prosthesis: Artificial Lower Limb Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении |
| spellingShingle |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении Белокуров, В.Н. Павловский, В.Э. Производственный раздел |
| title_short |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении |
| title_full |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении |
| title_fullStr |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении |
| title_full_unstemmed |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении |
| title_sort |
стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении |
| author |
Белокуров, В.Н. Павловский, В.Э. |
| author_facet |
Белокуров, В.Н. Павловский, В.Э. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Test Stand for Full-Scale Cycling of Prosthesis: Artificial Lower Limb |
| description |
Описан стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении.
Обосновывается постановка технической и социальной задачи по оценке эффективности
стендовых испытаний и определению ресурса протеза с целью повышения его надежности
и уровня социально-трудовой реабилитации. Приведены технические характеристики
стенда, реализуемые при натурных испытаниях изделия.
Описано стенд для випробувань протеза нижньої кінцівки людини при
циклічному навантаженні. Обгрунтовується постановка технічного і соціального
завдання щодо ефективності стендових випробувань та визначення
ресурсу протеза з метою підвищення його надійності і рівня соціально-
трудової реабілітації. Наведено технічні характеристики стенда, що реалізуються
при натурних випробуваннях протеза.
A stand is described for full-scale testing of a
prothetic (human lower limb) under cyclic loading
conditions. An engineering and social problem
are substantiated that include evaluation of
the stand test efficiency and determination of
the artificial limb service life with the view of
increasing its reliability and a level of social-
and-labor rehabilitation. The stand specifications
realized in full-scale testing are
presented.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46912 |
| citation_txt |
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагружении / В.Н. Белокуров, В.Э. Павловский // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 128-132. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT belokurovvn stenddlâispytaniiprotezanižneikonečnostičelovekapricikličeskomnagruženii AT pavlovskiivé stenddlâispytaniiprotezanižneikonečnostičelovekapricikličeskomnagruženii AT belokurovvn teststandforfullscalecyclingofprosthesisartificiallowerlimb AT pavlovskiivé teststandforfullscalecyclingofprosthesisartificiallowerlimb |
| first_indexed |
2025-11-26T09:17:30Z |
| last_indexed |
2025-11-26T09:17:30Z |
| _version_ |
1850619336424685568 |
| fulltext |
УДК 620.178.3
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при
циклическом нагружении
В. Н. Белокуров, В. Э. П авловский
Институт механики им. С. П. Тимошенко НАН Украины, Киев, Украина
Описан стенд для испытаний протеза нижней конечности человека при циклическом нагру
жении. Обосновывается постановка технической и социальной задачи по оценке эффектив
ности стендовых испытаний и определению ресурса протеза с целью повышения его надеж
ности и уровня социально-трудовой реабилитации. Приведены технические характеристики
стенда, реализуемые при натурных испытаниях изделия.
К лю чевы е слова : протез, шарниры, стенд для испытаний, силонагружатель,
фазорегулятор, динамометр, цикл нагружения, долговечность, усталостное
разрушение.
С помощью сравнительных испытаний на прочность и износ натурных
изделий успешно решается большинство инженерных задач, возникающих
на производстве и связанных с оптимизацией выбора материала, техноло
гией изготовления и конструктивного выполнения изделий, работающих при
циклических нагрузках.
В настоящей работе рассматривается протез нижней конечности чело
века. Эта сложная конструкция, представляющая собой шарнирные соеди
нения голеностопного сустава и коленного сочленения, требует эксперимен
тальной проверки на стадиях доводки и отработки оптимальности конструк
тивно-технологических вариантов в лабораторных условиях. В этой связи
возникает техническая задача по разработке и созданию стенда для проведе
ния натурных испытаний на основе данных об эксплуатации пртеза в
реальных условиях. Результаты таких исследований являются решающими
при формировании показателей надежности и определении базы сравнения,
которая выбирается в зависимости от цели испытаний и служит критерием
оптимальности принимаемых решений.
В качестве базы сравнения принята долговечность на заданном уровне
нагружения, соответствующая числу “шагов” протеза без отказа в течение
трех лет и составляющая 1, 5 - 106 шагов. Силовое циклическое воздействие
соответствовало весу человека. Однако при эксплуатации протеза возникают
и экстремальные ситуации. Например, при движении по лестнице можно
оступиться, при этом нагрузки возрастают в три раза. Немаловажной осо
бенностью нагружения деталей протеза является также наличие двух экстре
мумов на вертикальной реакции коленного сочленения при нормальной
ходьбе [1]. В испытательном стенде эта особенность реализована путем
сложения двух частот силового воздействия при соотношении 1:3 и сдвига
фаз при двухкомпонентном нагружении и учтена при формировании про
грамм стендовых испытаний. Так, для сравнительных испытаний доста
точно использовать отнулевое синусоидальное нагружение, а при опреде
лении ресурса - отнулевое и с двумя экстремумами на кривой нагружения.
© В. Н. БЕЛОКУРОВ, В. Э. ПАВЛОВСКИЙ, 2002
128 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2002, N 5
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека
Рис. 1. Кинематическая схема стенда для испытаний протеза нижней конечности при цикли
ческом нагружении.
При такой форме цикла экстремумы вблизи нулевого уровня малы и практи
чески не влияют на долговечность коленного сочленения (рис. 1).
Критерием правильности выбора силового воздействия на стенде явля
ется совпадение мест износа и повреждений деталей протеза в эксплуатации
при определяющей осевой циклической нагрузке вдоль бедра, соответст
вующей весу человека. Углы поворота в шарнирах колена и стопы отвечают
углам поворота при ходьбе.
Схемно-конструктивное решение механической системы испытательно
го стенда в цепи силового привода осуществлено посредством использо
вания узлов силонагружения [2, 3] с регулируемым на ходу эксцентри
ситетом кривошипов и устройства регулирования фаз [4].
Силонагружатели и фазовый регулятор, разработанные в Институте
механики им. С. П. Тимошенко НАН Украины, прошли длительное опробо
вание в машинах для испытаний на усталость и зарекомендовали себя
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2002, № 5 129
В. Н. Белокурое, В. Э. Павловский
надежными механизмами, поддерживающими с достаточной точностью за
даваемую деформацию в неограниченном временном интервале. Устройство
регулирования фаз выполнено по схеме силонагружателя с использованием
технологии и конструктивных особенностей его деталей, что гарантирует
работоспособность устройства в составе испытательного стенда.
Стенд состоит из несущего основания, которое собрано из двух плит,
соединенных стойками и кронштейнами (на схеме несущее основание услов
но не показано).
Кинематическая схема стенда представлена на рис. 1 [5].
На нижней плите стенда закреплены возбудители динамических пере
мещений 1, 2, фазорегулятор 4, корпус 6, объединяющий валы кинемати
ческих передач, электродвигатель 8, который с помощью клиноременной 7,
цепных 3, 5 и зубчатой 9 передач приводит во вращение входные валы
возбудителей динамических перемещений и фазорегулятора.
На верхней плите стенда собрано устройство для испытаний протеза
нижней конечности. Шатуны 10, 11 сообщают через промежуточные валы и
рычаги перемещения от возбудителей 1 и 2 угловым рычагам 12 и 13. Стопа
протеза 14 установлена и закреплена на платформе 15, которая совершает
колебания, поворачиваясь на оси 16, совмещенной с осью шарнирного
соединения стопы. Платформа 15 получает колебания от кулачка 17 посред
ством цепных передач 18, 19. Силовое замыкание кулачка с платформой
обеспечивает пружина 20. Эксцентриситет кулачка и его размещение по
длине платформы выбраны с учетом углового поворота стопы при реальной
эксплуатации протеза. Кулачок может иметь несколько типоразмеров в зави
симости от проводимого исследования. Приемная гильза 21 протеза опира
ется на верхний шарнир углового рычага 12. Пружина 22 соединяет шарнир
коленного сочленения 23 с шарниром 24, установленным на угловом рычаге
13. Плечо углового рычага можно изменять, перезакрепляя шарнир шатуна
25, в его пазу. Регулируемыми параметрами при испытаниях являются:
амплитуда колебаний колена протеза, по которой определяется величина
циклического изменения угла между приемной гильзой 21 и трубкой голени
26; амплитуда осевой силы, приложенная к приемной гильзе, по которой
определяется нагрузка на все шарниры и элементы протеза; форма цикла
нагружения протеза осевой силой и угол поворота стопы.
Амплитуду колебаний колена протеза регулируют во время испытаний
путем изменения эксцентриситета кривошипного возбудителя 1 в пределах
0...50 мм, при этом максимальное значение угла между гильзой и трубкой
голени не должно превышать 175°.
Амплитуда осевой силы зависит от фазы и амплитуды колебаний шар
ниров 23 и 24, соотношение между которыми устанавливают эксцентри
ситетами возбудителей 1 и 2 и фазорегулятором 4. При моногармонической
нагрузке движение шарниров должно быть синхронизировано.
Форму цикла нагружения устанавливают смещением фазового угла
между возбудителями 1 и 2. Угол поворота стопы задают дискретно, путем
монтажа кулачка 17 с заданным эксцентриситетом.
В стенде предусмотрено измерение осевой силы, воздействующей на
приемную гильзу 21.
130 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2002, № 5
Стенд для испытаний протеза нижней конечности человека
ДОСМ-1-3 Приемная гильза
Рис. 2. Размещение динамометра в испытательном стенде в составе протеза.
Образцовый динамометр ДОСМ 1-3 устанавливают с помощью специ
ального приспособления вдоль оси приемной гильзы (рис. 2). Замеры осу
ществляют, поворачивая вручную клиноременную передачу 7 (рис. 1). При
испытаниях вместо динамометра используют соответствующий ему упругий
элемент. Фазовой угол движения шарниров измеряют по сигналам от кон
тактных датчиков (на схеме не показаны) с использованием электронно
лучевого осциллографа.
Технические характеристики испытательного стенда следующие:
Частота нагружения, Гц ..................................................................1,0
Циклическая нагрузка вдоль бедра
для сравнительных испытаний, Н .................................................................800
для определения ресурса, Н ............................................................... 2500
Режим испытаний Бигармонический (формирование двух экстре
мумов на вертикальной реакции) и синусо
идальный
Синхронное с “циклом шага” сгибание Величины адекватны сгибанию ноги при
стопы и коленного сочленения, град ходьбе, не более 175
Регулирование всех силовых и Бесступенчато, в пределах максимально при-
геометрических параметров нятых величин
(перемещения, углы поворота,
синхронизация фаз нагрузка-перемещение)
Общая потребляемая мощность, кВт .................................................................2,8
Габаритные размеры, см ............................................... 160 X 130 X 140
Масса стенда (общая) кг .............................................................. 3000
Оценка работоспособности стенда проводилась путем контрольных
испытаний протезов. Были испытаны три протеза, которые отличались мате
риалом подшипникового узла четырехзвенного механизма коленного сочле
нения и конструкцией стопы.
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2002, № 5 131
В. Н. Белокурое, В. Э. Павловский
Результаты испытаний позволили оптимизировать материал деталей
коленного сочленения, конструкцию подшипникового узла стопы и дать
рекомендации по изменению вида сферического упора, который был разру
шен при испытаниях на стенде.
Р е з ю м е
Описано стенд для випробувань протеза нижньої кінцівки людини при
циклічному навантаженні. Обгрунтовується постановка технічного і соці
ального завдання щодо ефективності стендових випробувань та визначення
ресурсу протеза з метою підвищення його надійності і рівня соціально-
трудової реабілітації. Наведено технічні характеристики стенда, що реалізу
ються при натурних випробуваннях протеза.
1. Витензон А. С. Динамические фазы цикла ходьбы // Тр. Рижского
науч.-исслед. ин-та травматологии и ортопедии. - 1975. - Вып. XII. -
692 с.
2. Гарф М. Э., Павловский В. Э., Балакоеский О. Б., Белокурое В. Н.
Кривошипные вибровозбудители с регулируемой на ходу амплитудой
перемещения // Вибрационная техника. - М.: Моск. дом техн. пропа
ганды, 1980. - С. 1 2 7 - 1 3 1 .
3. Серенсен С. В., Гарф М. Э., Козлов Л. А. Машины для испытаний на
усталость. - М.: Машгиз, 1957. - 404 с.
4. А. с. 879360 СССР. Нагружатель к стендам замкнутого контура / Э. Я.
Филатов, В. Э. Павловский, В. Н. Белокуров и др. // Открытия. Изобре
тения. - 1981. - № 41.
5. Белокуров В. Н , Павловский В. Э., Баж ина Е. Н. Стенд для испытаний
протезов нижних конечностей человека при циклическом нагружении.
Заявка № 98127042 от 26.08.99 // Пром-ва власність (офіц. бюл.). - 2000.
- № 2.
Поступила 23. 07. 2001
132 1&$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2002, № 5
|