专利名称：消防头盔冲击吸收性能试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于消防头盔测试设备技术领域，具体涉及一种消防头盔冲击 吸收性能试验装置。
技术背景
消防头盔是消防员重要的个人防护装备之一，可以对消防员的头部起到有 效保护。而消防头盔的冲击吸收性能是决定消防头盔防护性能优劣的关键技术
指标。我国GA44-2004《消防头盔》行业标准中规定消防头盔必须通过冲击吸收 性能的检测。
目前，国外技术先进国家的测试装置都依据各国标准研制，与我国标准要 求不同，而且对于消防头盔冲击吸收性能测试中的冲击力试验和冲击加速度两 项试验需要使用两套设备分别进行，价格较为昂贵。因此为了获得精确的试验 数据验证消防头盔产品的防护性能，推动科研和检测工作顺利开展，使消防头 盔冲击吸收性能测试操作简便，能够一机多用，有必要研制符合GA44-2004《消 防头盔》标准要求的消防头盔冲击吸收性能试验装置
实用新型内容
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本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种通过测量头模佩戴消防头盔 受到冲击时吸收的冲击力和冲击加速度，判断消防头盔冲击吸收性能优劣的试 验装置。
本实用新型解决技术问题采用的技术方案是-一种消防头盔冲击吸收性能试验装置，由提升系统、控制系统、头盔佩戴 装置和数据采集系统四部分组成，其特征在于
所述提升系统由电机箱、电机、钢缆、悬挂支架、支架、电磁铁构成，所 述支架将所述电机箱支撑在一个高位，所述电机安装在电机箱内，所述钢缆的 一端绕在所述电机的输出轴上，钢缆的另一端与所述的悬挂支架连接，电磁铁 安装在悬挂支架上并与控制系统电连接，所述控制系统控制电磁铁得电以吸附 所述头盔佩带装置并通过电机、钢缆及悬挂支架提升所述头盔佩带装置至一定 的高度，所述控制系统控制电磁铁失电，使所述头盔佩带装置从一定的高度自 由落下完成冲击吸收性能试验；
所述数据釆集装置包括安装在头盔佩带装置内的传感器、与所述传感器连 接的数据放大器、与所述数据放大器连接的数据采集卡以及与所述的数据采集 卡连接的计算机构成。
上述消防头盔冲击吸收性能试验装置在所述头盔佩带装置自由落下的方向 上设置有一接受头盔佩带装置冲击的试验砧座。
一种消防头盔冲击吸收性能试验装置，由提升系统、控制系统、头盔佩戴 装置和数据采集系统四部分组成，其特征在于-
所述提升系统由电机箱、电机、钢缆、悬挂支架、支架、电磁铁构成，所 述支架将所述电机箱支撑在一个高位，所述电机安装在电机箱内，所述钢缆的 一端绕在所述电机的输出轴上，钢缆的另一端与所述的悬挂支架连接，电磁铁 安装在悬挂支架上并与控制系统电连接，所述控制系统控制电磁铁得电以吸附 冲击锤并通过电机、钢缆及悬挂支架提升所述冲击锤至一定的高度，所述控制 系统控制电磁铁失电，使所述冲击锤从一定的高度自由落下完成冲击吸收性能
试验；所述头盔佩带装置设置在所述冲击锤自由落下的方向上，以接受冲击锤的 冲击；
所述数据采集装置包括安装在头盔佩带装置内的传感器、与所述传感器连 接的数据放大器、与所述数据放大器连接的数据采集卡以及与所述的数据采集 卡连接的计算机构成。
所述电磁铁通过螺栓紧固在所述悬挂支架上。
所述支架包括立柱和基座，所述立柱安装在所述电机箱的底面并固定在基 座上。
所述头盔佩带装置包括冲击力测试头盔佩戴装置、侧向冲击加速度测试头 盔佩戴装置和顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置；所述数据采集装置中的所述 传感器包括分别安装在所述冲击力测试头盔佩戴装置、侧向冲击加速度测试头 盔佩戴装置和顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置中的测力传感器、加速度传感 器一、加速度传感器二。
所述的冲击力测试头盔佩戴装置由头模一、支座和底板组成；所述头模一 下部装有颈杆，所述支座上部为圆筒，支座的下部安装在底板上，所述头模一 下部的颈杆与所述测力传感器一起安装在支座的圆筒内，所述测力传感器上端 与所述颈杆接触，以接受所述颈杆传递过来的冲击力，用于采集冲击力。
所述侧向冲击加速度测试头盔佩戴装置由横梁一、立杆、连杆一、转盘、 头模二和筒轴组成；所述横杆和立杆的上端固定连接，所述连杆一的一端与所 述立杆的下端固定连接，连杆一的另一端与所述筒轴固定连接；所述转盘活动 套在连杆一上，所述头模二活动套在所述筒轴上，所述转盘与所述头模二紧固 连接，所述转盘与所述头模二一起绕所述筒轴转动，以调整冲击部位；所述加 速度传感器一安装在所述筒轴内，用于采集头盔侧向冲击时的冲击加速度。所述加速度传感器一位于所述头模二的重心位置。
所述顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置由横梁二、两连杆二和头模三组成; 所述两连杆二的一端与所述头模三固定连接，两连杆二的另一端与所述横梁二 固定连接；在所述头模三内开有一内孔，所述加速度传感器安装在所述头模三 的内孔中，用于采集头盔顶向时的冲击加速度。
所述加速度传感器二位于所述头模三的重心位置。
所述控制系统由电源、接触器A1-A5和继电器Jl-J5组成；所述电源能将 220V交流电转换为12V直流电，五个继电器中J1、 J2和J5为直流继电器，分 别起到控制交流继电器J3、 J4以及控制释放电磁铁的作用，J3和J4为交流继 电器，控制电机正反向转动，接触器A1控制系统通断电、接触器A2控制电机 正向转动、接触器A3控制电机反向转动、接触器A2控制电机停止转动A2、接 触器A5控制电磁铁。
如上所述头盔佩戴装置中，底板、横梁一和横梁二可分别被电磁铁吸附在 悬挂支架下，头盔放置在头模一或头模二或头模三上，电机带动悬挂支架上下 滑动，提升所述头盔佩带装置至一定的高度，电磁铁断电，释放头盔佩戴装置， 头盔佩戴装置作自由落体运动，头盔撞击试验砧座，试验砧座对头盔产生的冲 击力通过数据采集系统收集。
本实用新型与现有技术比较，具有以下显而易见的特点和优点消防头盔 冲击吸收性能试验装置可分别用于消防头盔冲击吸收性能测试中冲击力试验和 冲击加速度试验，具有一机多用的特点。提升系统和头盔佩戴装置结构简洁， 调节方便，操作简单。冲击加速度测试头盗佩戴装置中加速度传感器安装于头 模中心部位，减少了由于横梁、连杆等连接件以及头模振动产生高频噪声的影 响。数据采集系统选用灵敏度较高、响应时间短的测力传感器和加速度传感器，并且使用放大效果较好的电荷放大器对输出信号进行了处理，从而保证了测试 结果精度高，可重复性能好。
图1为提升系统总体结构示意图2为冲击力测试头盔佩戴装置结构图3为侧向冲击加速度测试头盔佩戴装置结构图4为顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置结构图5为控制系统示意图中l一电机箱、2—电机、3—钢缆、4一悬挂支架、5—立柱、 6 —基座、7 —头模一、8 —测力传感器、9一支座、IO—底板、 ll一横梁一、12—立杆、13 —连杆一、14一转盘、15—头模二、 16—加速度传感器一、17—筒轴、18—横梁二、 19一连杆二、 20 —头模三、21—加速度传感器二、 22—电磁铁。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型的结构及工作原理做进一步介绍。
实施例，本测试装置由提升系统、控制系统、头盔佩戴装置和数据采集系 统四部分构成。
如图1所示，提升系统的上端为电机箱1，立柱5安装在电机箱1的底端， 支撑起电机箱l，并固定安装在基座6上。电机2安装在电机箱1内，前端连接电机轴，电机轴上缠绕钢缆3，在钢缆3前端各分支固定在悬挂支架4的顶端， 均匀的连接起悬挂支架4。其中电机2型号选用Y50S-2，转速300r/min，立柱 5高度为3. 5m，基座6尺寸为800腦X500mmX20咖，电机2转动时带动钢缆3 缠绕在电机轴上，带动带动悬挂支架4上下移动。为了便于悬挂支架4和头盔 佩戴装置磁性连接，在悬挂支架4下端用螺栓安装电磁铁22，电磁铁22和控制 系统相连。
如图2所示，冲击力测试头盔佩戴装置,头模一 7为木质材料，下部装有颈 杆，颈杆高度为200mm。支座9下部为圆台，上部为圆筒，圆筒高度为150mm， 底板IO尺寸为300mmX300mmX30mm。支座9下部的圆台安装在底板10上，测 力传感器8和头模一 7的颈杆一起安装在支座9圆筒中，测力传感器8上端与 颈杆接触，头模一7受到冲击后，将冲击力传递给测力传感器8，从而测试出最 大冲击力。
如图3所示，侧向冲击加速度测试头盔佩戴装置，头模二 15材料为铝合金。 加速度传感器16安装在筒轴17内部，横梁一 11和立杆12的上端焊接在一起， 连杆一 13的一端与立杆12的下端固定连接，连杆一 13的另一端与筒轴17焊 接在一起。转盘14活动套在连杆一 13上，头模二 15活动套在筒轴17上，转 盘14与头模二15通过螺钉连接，转盘14与头模二15绕筒轴17转动，调整冲 击部位，实现消防头盔前、后和侧向的冲击加速度测试。
如图4所示，顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置，头模三20材料为铝合金。 两连杆二 19的一端与头模三20焊接在一起，另一端通过螺钉和横梁18固定连 接。加速度传感器二21安装在头模三20的内孔中。
如图2、 3、 4中所示，数据采集系统由测力传感器8、加速度传感器一16、 加速度传感器二21、数据放大器、数据采集卡和计算机组成。测力传感器8的量程为0N 10000N，加速度传感器一 16和加速度传感器二 21量程为0g 800g (g指标准重力加速度)。测力传感器8、加速度传感器一16、加速度传感器二 21传感器连接电荷放大器，经电荷放大器将信号放大后，将冲击力或冲击加速 度输入安装在计算机上的采集卡，由计算机绘制出冲击力或冲击加速度的变化 曲线，计算最大值。
如图5所示，控制系统由电源、接触器Al-A5和继电器Jl-J5组成。电源 能将220V交流电转换为12V直流电，四个继电器中Jl、 J2和J5为直流继电器， 工作电压为12V，起到控制继电器J3、 J4和电磁铁22的作用，J3和J4为交流 继电器，工作电压为220V，控制电机正反向转动，四个接触器分别起到控制系 统电源开启A1、电机正向转动A3、电机反向转动A3、电机停止转动A2和释放 电磁铁22A5的作用，按下A1接触器，控制系统通电。
进行冲击加速度试验时，电磁铁22在控制系统的控制下，产生强磁性，分 别吸附住横梁一 11和横梁二 18。电机2带动佩戴有消防头盔的侧向冲击加速度 测试头盔佩戴装置或顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置到预定高度，释放电磁 铁22，消防头盔和侧向冲击加速度测试头盔佩戴装置或顶向冲击加速度测试头 盔佩戴装置做有导向地竖直下落，冲击试验砧座，产生冲击加速度。加速度传 感器输出电荷信号，通过电荷放大器和数据采集卡的处理输入计算机，记录头 模二 15和头模三20所受到的最大冲击加速度，绘制冲击加速度变化曲线，完 成冲击加速度试验。
进行冲击力试验时，电磁铁22上吸附冲击锤，头盔佩戴到冲击力测试头盔 佩戴装置安装在基座6上。电机2带动冲击锤提升到一定高度，释放电磁铁22， 冲击锤自由下落冲击戴在头盔佩戴装置上的消防头盔顶部，头模一 7颈部安装 的测力传感器8输出电荷信号，通过电荷放大器和数据采集卡的处理输入计算机，记录头模一 7所受到的最大冲击力，绘制冲击力变化曲线，完成冲击力试验。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。 本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例 和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范 围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改迸都落入要求保 护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等 同物界定。
权利要求1、一种消防头盔冲击吸收性能试验装置，由提升系统、控制系统、头盔佩戴装置和数据采集系统四部分组成，其特征在于所述提升系统由电机箱(1)、电机(2)、钢缆(3)、悬挂支架(4)、支架、电磁铁(22)构成，所述支架将所述电机箱(1)支撑在一个高位，所述电机(2)安装在电机箱(1)内，所述钢缆(3)的一端绕在所述电机(2)的输出轴上，钢缆(3)的另一端与所述的悬挂支架(4)连接，电磁铁(22)安装在悬挂支架(4)上并与控制系统电连接，所述控制系统控制电磁铁(22)得电以吸附所述头盔佩带装置并通过电机(3)、钢缆(3)及悬挂支架(4)提升所述头盔佩带装置至一定的高度，所述控制系统控制电磁铁(22)失电，使所述头盔佩带装置从一定的高度自由落下完成冲击吸收性能试验；所述数据采集装置包括安装在头盔佩带装置内的传感器、与所述传感器连接的数据放大器、与所述数据放大器连接的数据采集卡以及与所述的数据采集卡连接的计算机构成。
2、 如权利要求1所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，在 所述头盔佩带装置自由落下的方向上设置有一接受头盔佩带装置冲击的试验砧 座。
3、 一种消防头盔冲击吸收性能试验装置，由提升系统、控制系统、头盔佩 戴装置和数据采集系统四部分组成，其特征在于-所述提升系统由电机箱(1)、电机(2)、钢缆(3)、悬挂支架(4)、支架、 电磁铁(22)构成，所述支架将所述电机箱(1)支撑在一个高位，所述电机(2) 安装在电机箱(1)内，所述钢缆(3)的一端绕在所述电机(2)的输出轴上， 钢缆(3)的另一端与所述的悬挂支架(4)连接，电磁铁(22)安装在悬挂支 架(4)上并与控制系统电连接，所述控制系统控制电磁铁(22)得电以吸附冲击锤并通过电机(3)、钢缆(3)及悬挂支架(4)提升所述冲击锤至一定的高度，所述控制系统控制电磁铁(22)失电，使所述冲击锤从一定的高度自由落 下完成冲击吸收性能试验；所述头盔佩带装置设置在所述冲击锤启由落下的方向上，以接受冲击锤的 冲击；所述数据采集装置包括安装在头盔佩带装置内的传感器、与所述传感器连 接的数据放大器、与所述数据放大器连接的数据釆集卡以及与所述的数据采集 卡连接的计算机构成。
4、 如权利要求3所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，所 述电磁铁(22)通过螺栓紧固在所述悬挂支架(4)上。
5、 如权利要求3所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，所 述支架包括立柱(5)和基座(6)，所述立柱(5)安装在所述电机箱(1)的底 面并固定在基座(6)上。
6、 如权利要求3所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，所 述头盔佩带装置包括冲击力测试头盔佩戴装置、侧向冲击加速度测试头盔佩戴 装置和顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置；所述数据采集装置中的所述传感器 包括分别安装在所述冲击力测试头盔佩戴装置、侧向冲击加速度测试头盔佩戴 装置和顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置中的测力传感器(8)、加速度传感器 一 (16)、加速度传感器二 (21)。
7、 如权利要求6所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，所 述的冲击力测试头盔佩戴装置由头模一 (7)、支座(9)和底板(10)组成；所 述头模一 (7)下部装有颈杆，所述支座(9)上部为圆筒，支座(9)的下部安 装在底板(10)上，所述头模一 (7)下部的颈杆与所述测力传感器(8) —起安装在支座(9)的圆筒内，所述测力传感器(8)上端与所述颈杆接触，以接 受所述颈杆传递过来的冲击力。
8、 如权利要求6所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，所述侧向冲击加速度测试头盔佩戴装置由横梁一 (11)、立杆.(12)、连杆一 (13)、 转盘(14)、头模二 (15)和筒轴(17)组成；所述横杆(11)和立杆(12)的 上端固定连接，所述连杆一 (13)的一端与所述立杆(12)的下端固定连接， 连杆一 (13)的另一端与所述筒轴(17)固定连接；所述转盘(14)活动套在 连杆一 (13)上，所述头模二 (15)活动套在所述筒轴(17)上，所述转盘(14) 与所述头模二 (15)紧固连接，所述转盘(14)与所述头模二 (15) —起绕所 述筒轴(17)转动，以调整冲击部位；所述加速度传感器一 (16)安装在所述 筒轴(17)内。
9、 如权利要求8所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于，所 述加速度传感器一 (16)位于所述头模二 (15)的重心位置。
10、 如权利要求6所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于， 所述顶向冲击加速度测试头盔佩戴装置由横梁二 (18)、两连杆二 (19)和头模 三(20)组成；所述两连杆二 (19)的一端与所述头模三(20)固定连接，两 连杆二 (19)的另一端与所述横梁二 (18)固定连接；在所述头模三(20)内 开有一内孔，所述加速度传感器(21)安装在所述头模三.(20)的内孔中。
11、 如权利要求10所述的消防头盔冲击吸收性能试验装置，其特征在于， 所述加速度传感器二 (21)位于所述头模三(20)的重心位置。
专利摘要消防头盔冲击吸收性能试验装置，属于消防头盔测试设备技术，具体涉及一种消防头盔冲击吸收性能试验装置，由提升系统、控制系统、头盔佩戴装置和数据采集系统四部分组成。用于测试头盔的冲击吸收性能，包括冲击力试验和冲击加速度两项试验，具有一机多用的特点。有益效果是提升系统和头盔佩戴装置结构简洁，调节方便，操作简单。冲击加速度测试头盔佩戴装置中加速度传感器安装于头模中心部位，减少了由于横梁、连杆等连接件以及头模振动产生高频噪声的影响。数据采集系统选用灵敏度较高、响应时间短的测力传感器和加速度传感器，并且使用放大效果较好的数据放大器对输出信号进行了处理，从而保证了测试结果精度高，可重复性能好。
文档编号G01M99/00GK201233322SQ200820056409
公开日2009年5月6日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者凯 周, 曹永强, 李瑜璋, 殷海波, 谢春龙 申请人:公安部上海消防研究所
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