多功能椅式擔架的創新設計

張 勇，王 榮，吳 希

隨著材料科學的發展和急救、災害醫學模式的建立，擔架用材料不斷改進，各種特種擔架也相繼問世，其他類型的擔架也競相發展，形成了既有統一標準，又有各自特色的發展局面[1]。由于災害和意外傷病的不可預見性，無法在單個醫療機構將各種特種擔架配備齊全，目前常用的有二折擔架、四折擔架和擔架車等傳統擔架為主。傳統擔架由于自身結構及使用方法的限制，往往無法應對復雜的救援環境，使救援無法及時、有效進行[2]。

在灘涂、沙漠、草地、叢林及雪地等復雜環境下，由于特殊的地貌使機動衛生車輛無法抵近[3]，采用普通擔架救援時不利于救護人員的行走，易導致救護人員體力消耗增加、轉運速度變慢、耽誤黃金救治時間等問題。多功能椅式擔架具備一人背負或拖行、兩人搬運的功能，能夠解決狹窄、陡峭、松軟、濕滑等地貌下傷員短途運送的難題。

1 需求與問題分析

1.1 各種地貌環境下問題分析

多功能椅式擔架在灘涂、沙漠、草地、叢林及雪地等地貌環境下均應重點關注擔架傷員支撐面的防潮、滲水和快干性能，傷員捆綁和固定可靠連接問題，避免傷員二次傷害問題，及降低救援人員工作強度問題。

在灘涂、沙漠和雪地地貌環境下還應重點關注松軟地質的通過性，防止拖行時擔架下陷引起阻力增大等問題；在草地和叢林地貌環境下還應重點關注防止擔架各組成部分與周邊草叢剮蹭問題；在雪地地貌環境下還應重點關注材料的耐低溫性能問題，應避免低溫情況下傷員與金屬件接觸，提升人機適應性。

1.2 運送模式分析

根據灘涂、沙漠、草地、叢林及雪地等復雜環境下運送傷員的需求，進一步分析各種地貌環境下的最優運送模式。

在沙質灘涂、草地、叢林和少量積雪的雪地等地貌環境下，地面較硬，人員能夠正常行走和奔跑，在這種環境下可采用單人背負或兩人抬行的方式進行運送。如果該環境下有道路或鄉間小道還可采用輪式拖行模式運送傷員。

在泥質灘涂、沙漠和大量積雪的雪地等地貌環境下，由于地面松軟，人員行走時腳部和腿部都會下陷，造成行走困難。在這種環境下無法單人背負傷員后行走，只能采用單人拖行或兩人抬運的方式。在單人拖行時，移動輪同樣會因下陷而增加阻力，使拖運的工作強度大大增加。為了避免這一問題，需采用雪橇式結構，將移動輪拆下，換裝滑板，以降低擔架對地面的壓強，防止擔架下陷，減輕摩擦力。

由于多功能椅式擔架需在各種地貌環境下實現多種工作模式的運送功能，還應考慮不同工作模式的快速轉換問題。

2 設計思路

在多功能椅式擔架設計時，需綜合考慮各種地貌環境下的共性問題和單一地貌環境下的特殊需求，通過不同功能模塊的組合配置適應各種地貌環境特點，同時結合三種不同運送模式的人機特點，主要從以下幾個方面入手，實現產品功能和性能要求：

1）圍繞一個基本型的組合背架，通過增減不同附件，實現不同地貌特點和運輸方式的多功能組合，具備快速轉換功能。

2）針對每種地貌特點，開展針對性設計，如積雪環境下的雪橇式擔架設計，如沙漠環境下的防砂塵設計等。

3）采用快速插接和折疊技術，確保多功能椅式擔架結構靈巧，展開和收攏轉換方便、快速，具有良好的操作性和快速收納功能。

4）優先采用碳纖維復合材料和高強度鋁合金等優質材料，通過理論計算和有限元分析等方法實現產品輕量化設計，便于單兵攜行。

5）通過人機工程設計，確保擔架具有良好的舒適性和安全性。

3 方案設計

3.1 結構設計

多功能椅式擔架采用快速接插組合的技術形式，可根據需要靈活組配。主要由背負裝置（圖中未示出）、組合背架、安全固定帶、隨不同使用方式配置的滑板、移動輪等組成。如圖1所示。

3.1.1 背負裝置設計

背負裝置由腰帶、肩帶和胸帶等組成，每組帶子均能夠調節長度，起到重心調節和適應不同體型人員背負的需要。在設計時通過對背負裝置負荷的合理分布設計、與人體的良好貼合設計和重心調節設計等措施，能夠降低背負人員的工作強度。

3.1.2 滑板設計

為了防止在泥質灘涂、沙漠和積雪較深的雪地環境下擔架下陷的問題，在拖行時需在擔架上安裝滑板，減小對地面的壓強，便于擔架在上述環境下的快速通行，減輕救援人員的工作強度。

滑板采用高強度碳纖維復合材料，采用快速接插形式與組合背架進行連接，實現雪橇式擔架模式的快速轉換?；宕笮「鶕礼JB 2873《軍事裝備和設施的人機工程設計準則》中男子第95百分位數體重75kg[4]加上擔架自重10kg和積雪表面的一般抗壓能力3 500Pa進行計算。根據壓強計算公式得出滑板的支撐面積至少需要0.28平方米，實際單件滑板支撐面積尺寸為900mm（長）×160mm（寬），兩塊滑板的總支撐面積為0.29平方米，滿足使用時不會下陷的需要。

為了方便滑板使用，滑板安裝接頭設有角度限位功能，在抬起擔架前滑板與擔架平行，便于將傷員抬至擔架上并固定；拖行時可抬起擔架，使擔架與滑板呈一定角度，便于拖行，如圖2所示。

圖2 滑板角度轉換示意圖

3.1.3 移動輪設計

在草地、山地等環境下拖運傷員時，可通過增加移動輪減小擔架與地面的摩擦，減輕工作強度，加快通行速度，為傷員搶救爭取時間。移動輪采用快速接插形式與組合背架進行連接，和滑板采用同一個連接接口，簡化組合背架的結構。

移動輪采用直徑75mm（3英寸）的優質聚氨酯固定輪，即保證了正常情況下地面的通過性，又避免了移動輪過重的問題。

3.2 組合化設計

多功能椅式擔架設計時以組合背架為基礎，根據不同使用環境和運送方式的特點，通過增加功能模塊的方式開展組合化設計。背負裝置與組合背架的組合能夠實現多功能椅式擔架一人背負功能；滑板和組合背架的組合能夠實現多功能椅式擔架雪地、沙漠和灘涂等松軟環境下一人拖行功能；移動輪和組合背架的組合能夠實現多功能椅式擔架硬質地面環境下一人拖行功能；支腳組件、折疊把手和組合背架的組合能夠實現多功能椅式擔架兩人搬運的功能。

3.3 輕量化設計

多功能椅式擔架結構復雜、組件多，為了保證產品重量滿足要求，必須進行精細的輕量化設計。通過理論計算和有限元分析等方法，對受力零件進行強度計算和輕量化優化，最終選用高強度鋁合金作為組合背架的材料，碳纖維作為滑板的材料，并對各部件設計重量進行合理分配，詳見表1。

表1 多功能椅式擔架重量分配表

3.4 小型化設計

組合背架采用整體折疊結構，擔架貯存或運輸時可折疊收攏，用固定帶將滑板與組合背架捆綁在一起，整套擔架在野外救援時可由一人攜帶前往救援地，方便攜行。折疊后示意如圖3所示，折疊后擔架尺寸為1 083mm×450mm×139mm，折疊后的體積是折疊前的36%，有效減小了貯存體積。

圖3 擔架折疊示意圖

3.5 人機工程設計

在救援的過程中，如果救援產品沒有合理的設計，很有可能造成二次受傷，在應急救援擔架上添加其他具有針對性的功能，緩解傷員的痛苦，為后續的救治提供良好的基礎[5]。在多功能椅式擔架主體結構基本確定的情況下，進一步開展人機工程設計，使產品細節更合理，使用更舒適。

3.5.1 頭枕設計

在擔架頭部位置設置頭枕，在組合成拖行和搬運模式后可供傷員頭部倚靠并固定，提高傷員頭部舒適度，減少頭部沖擊。

3.5.2 輔助安全帶設計

多功能椅式擔架配備單獨的輔助安全帶，在拖行式和抬行式擔架使用時可根據需要配合使用，輔助安全帶可套于救援人員肩部，既能分擔傷員重量，又能防止擔架滑落。輔助安全帶設有長度調節扣，能夠根據需要快速調節長度，滿足不同身高救援人員的使用需要。

3.5.3 與傷員的接口設計

多功能椅式擔架支撐面寬445mm、擔架總長2 000mm，滿足GJB 2873《軍事裝備和設施的人機工程設計準則》中男子和女子第95百分位數身高、立姿臀寬和坐姿臀寬等人體尺寸的要求，通過安全固定帶與擔架進行固定，能夠滿足正常情況下不同體型傷員的使用要求。

3.5.4 與救援人員的接口設計

1）背負式模式下，救援人員采用背負裝置背起擔架和傷員，背負裝置肩帶、腰帶和胸帶均具備長度調節功能，能夠滿足不同體型救援人員的使用要求。

2）拖運和抬行模式下，救援人員采用雙手握住擔架圓管，能夠適應人體手握和抬運的要求。

4 使用方式

組合背架可快速實現背負式到抬行式的功能轉換，單次轉換時間約為25s。拖行式可實現椅式擔架拖行和展開式拖行兩種方式。移動輪和滑板采用接插方式與組合背架進行連接，并通過快卸銷進行固定，結構可靠，操作便捷，能夠實現擔架不同工作模式間的快速轉換。通過采用裝卸動作清除余砂的方法實現防砂塵問題，使用時無需借助工具，徒手即可完成組裝和拆卸工作。各使用狀態示意如圖4所示。

圖4 各使用狀態示意圖

5 結論

通過對使用環境和傷員運送模式的全面分析，多功能椅式擔架采用的結構設計、組合化、輕量化、小型化和人機工程等創新設計措施，申報了“一種多功能椅式擔架”[6]專利，實現了擔架不同功能的快速轉換，滿足灘涂、沙漠、草地、叢林及雪地等復雜環境下，一人背負或拖行、兩人搬運的功能，能夠解決狹窄、陡峭、松軟、濕滑等地貌下傷員短途運送的難題。