“水陆两用救援担架”创新设计与研制

【摘要】 通过对社会医疗救援器械的现状分析，创新性地在原有的铲式上车担架基础上完善了救援袋、充气装置、药箱、亚低温装置等；在结构设计上，我们对国内陆上救援担架、海上救援装置特点进行了分析和参考，采用了坚韧而质轻的铝材料制作救援担架的主体骨架，利用新型TPU作为充气结构的材料，可以有效地实现水上漂浮救援、路上紧急救援的目的。

【关键词】 救援；担架；亚低温；救援袋

1 前言

现阶段社会经常会发生各种突发灾难而难以避免，威胁到广大群众的生命安全；且现有的救援设备琳琅满目，并不能在突发的情况下完全地实现各种救援功能，不能有效地保障群众的安全。因此，水陆两用救援担架应运而生，从安全、高效、人性化的角度出发，结合原有的救援担架与创新科技，充分体现了安全、高效、人性化的宗旨^[1]。

2 材料与方法

水陆两用救援担架由以下部分组成：①底部担架：可折叠的底部担架采用铲式担架和上车担架相结合(如图1所示)；②夹层充气救援袋：该救援袋(如图2所示)袋体采用柔性的功能性布料，因此在不用时可以折叠收拢，占用空间不大，救援袋设计可配合担架使用；③亚低温冰帽：其规格按实际情况缝制成所需规格后，放紧急药箱内冷冻2～4h，凉垫结成雪融状后取出，外套定制的布套即可用于病人。根据病情及使用时间及时更换凉垫，每次可持续使用3～4h^[2]。

图 1 可折叠的底部担架

图 2 夹层充气救援袋

图 3 AUTOCAD 模拟设计的水陆两用担架

2.1 担架隔振系统结构参数优化设计

目前国内的救护车的担架多数是刚性支承，没有减振设施，或者虽然设置了弹性支承，但由于隔振系统的力学参数不尽合理， 因而担架舒适性较差，我们根据卧位人体振动响应的特点，用最优化数学方法，对担架隔振系统的结构参数进行了优化设计^[3]，从而有效地改善了担架的舒适性。将救护车担架卧位人体系统简化为6个自由度力学模型，其中六个自由度力学模型，分别为：Zb－弹簧质量质心处的垂直位移；Θb－弹簧质量绕过其质心的纵向角位移；Zf－前非簧载质量质心处的垂直位移；Zr－后非簧载质量质心处的垂直位移；Zd－担架一卧位人体系统质心处的垂直位移；Θd－担架一卧体人体系统绕过其质心的纵向角位移；

优化计算及结果：复形调优法基本思想是，在可行域上取定初始复合形，然后比较复合形各顶点处的目标函数值，不断去掉最高点，代之以目标函数值较小的可行点作为新的顶点构成新的复合形，使顶点处的函数值逐步一降，顶点逐步逼近问题的最优解。优化结果表明， 原设计值中担架前支承刚度基本合理，后支承刚度偏大，而阻尼系数偏小，从而导致担架一卧位人体系统振动加速度均方值偏大，应用优化后的系统参数，车速为50km／h时，担架一卧位人体系统质心处的垂直加速度均方值下降了40.7%，绕其质心纵向角振动角加速度均方值下降了55.76%，原车担架一卧位人体系统的隔振性能有了显著改善。通过这种优化方法，可获得一组合理匹配的弹簧刚度和阻尼系数，为担架支承的结够设计提供了依据。

2.2 救援袋原理与结构设计

在热区海域，当病人不慎落水后，即使登上了救生艇(筏)，如救生器材无阳篷，持续的阳光曝晒。也将使遇险者受到致命的威胁，引起皮肤灼伤，形成红斑、水肿等，在太阳曝晒下，落水人员原有的伤口也会急剧恶化。水陆两用救援担架中的充气救援袋由特殊材料制造，因此，对紫外线的侵害有很好的阻碍作用。

救援袋为配合上述水陆两用担架用于水陆救援，两侧有门，并附有气密性拉链；分两层，底层通过扶手端的袋子里放置的气泵进行充气后能在水上漂浮，与外界隔离，外层顶部有几个小孔；整个救援袋具有展开收拢方便，抗翻转，外层抗辐射等功能。平时不用时可收拢置于储运箱中，使用时展开为船舱式设计，救援袋袋体由底部一根长方形充气柱体，两个长方形浮体及分别由底部两侧延伸并相交于顶部两根充气柱形成救援袋的基本骨架，并由防水透湿PU布将充气柱及担架外部形成一个相当封闭的船舱式外形。

救援袋从侧面看过去呈左右对称的不规则六边形体，当加入载荷后，整体的重心位于六边形的中心下端，但救援袋落水后，可以确保在除了正浮位置可以稳定漂浮外，若为其他位置，均不能达到稳性平衡，而浮力和重力产生的力矩均指向正浮位置，从而实现救援袋的抗翻转漂浮功能。根据浮体稳定平衡条件，浮体的稳心高于浮体的重心则浮体处于稳定平衡状态，在一定风浪条件下，均可稳定漂浮。在材料的选用方面，选择了TPU布料。防水拉链的选择：选择水密气拉链^[4，5]。

2.3 水陆两用救援担架设计参数

2.3.1 底部担架

规格：2200mm×550mm×750mm。依据我国人体身高统计分析，平均身高在1700～1740mm，最高为1850mm，人体肩宽一般小于550mm。其长宽定为1800mm×550mm±3mm，符合GJB 831290 通用担架标准。自重：8.5kg，承重：250kg。

2.3.2 救援袋

设计的救援袋要能够配合底部担架使用，担架总长2200mm，担架面长为1800mm，总宽为550mm，高度为150mm，担架杆长为2200mm， 担架杆直径为40mm。担架整体重量不超过8.5kg。根据担架尺寸设计的救援袋展开后尺寸为：袋顶长：1040mm；袋底长(不含把手套)：1800mm；中间宽：790mm；底部宽：650mm；高度：790mm。

3 模拟实验的设计与分析

将水陆两用救援担架(如图3所示)进行一系列模拟测试，试验内容包括：

3.1 物理性能试验

担架车变形试验及力学结构分析，救援袋气密性测量及救援袋压力测量。

3.2 使用性能试验

展开、撤收时间测定，浮渡时吃水量测定。

3.3 环境适应性试验

高、低温试验，车载运输试验。

3.4 应用试验

风、日晒、灰尘等气侯条件，如山地、丛林、江河地理条件，野外演练、实战演习。

通过山地、丛林、江河、海上、等地理环境及风、日晒、灰尘等条件下和车载试验，对各种功能进行了全面测试，如抢救、防护、运送病人的试验。预计将取得很好的效果，测试证明将其设计合理，构思巧妙，易于操作，普通救护人员经30min培训即可掌握操作要领。展开撤收时间预计最短8s，最长8min，符合紧急救援要求。救援袋在东北、西北地区有防风、防寒作用。在西南地区可防晒、防辐射。

4 结论

该担架材料结实耐用，设计性能达到紧急救援的要求。在不同地区、地域、不同气候条件中应用范围广，适应性强。但由于亚低温装置不成熟、救援袋与担架的结合不完善，并未在社会中投入大规模使用，这些不足之处都需要改进，希望将来能逐渐完善并真正服务社会。