1. SFT
  2. Archiwum
  3. Vol. 64
  4. Badanie skuteczności amortyzacji skok...

Badanie skuteczności amortyzacji skokochronów

Jacek Roguski, dr inż., profesor CNBOP-PIB , Leszek Jurecki , Ryszard Łyszczek, inż. , Krzysztof Cygańczuk, dr inż.

Pobierz artykuł
Open Access
DOI: 10.12845/sft.64.2.2024.2, strony: 20 – 45

Abstrakt

Cel: Skokochrony odgrywają kluczową rolę w polskim systemie ratowniczym. Podstawowe zasady działania skokochronu opierają się na kontrolowanym pochłanianiu energii kinetycznej ciała ludzkiego spadającego z dużej wysokości. Dzięki zastosowaniu warstw powietrza oraz elastycznych materiałów pochłaniających energię, skokochron jest w stanie zredukować przeciążenia oddziałujące na ludzkie ciało podczas kontaktu z powierzchnią amortyzującą. Aby zapewnić optymalny poziom bezpieczeństwa stosowania skokochronów i zminimalizować ryzyko poważnych urazów – zarówno u ratowników, jak i osób ratowanych, istotne jest poznanie mechanizmów przeciążeń towarzyszących upadkowi z wysokości. Mechanizmy te obejmują nagłą zmianę prędkości i akumulację sił działających na ciało. Stwarza to ryzyko urazów, takich jak: złamania, uszkodzenia narządów wewnętrznych czy wstrząsy mózgu. Skokochrony mają za zadanie kontrolowane wyhamowanie ciała upadającego poprzez rozłożenie energii kinetycznej na większą powierzchnię i dłuższy czas. Typowe przeciążenia na dobrze zaprojektowanym skokochronie mieszczą się w zakresie 5–10 g, natomiast ich przekroczenie znacząco zwiększa ryzyko urazów.

Metodologia: Przeprowadzono badania doświadczalne obejmujące serię zrzutów manekinów wyposażonych w czujniki przeciążenia. Zastosowano manekiny o masie 40 i 90 kg, zrzucane z wysokości 16 m na środek powierzchni zeskoku skokochronu. Do testów wykorzystano skokochrony ze stelażem pneumatycznym, napełniane powietrzem z butli aparatów powietrznych różnych producentów. Dane z czujników oraz rejestracje filmowe przebiegu zrzutów poddano szczegółowej analizie.

Wnioski: Wyniki badań pozwoliły na określenie akceptowalnych poziomów przeciążeń dla ludzkiego ciała w określonych warunkach brzegowych. Dane potwierdziły spójność z dostępnymi wynikami literaturowymi oraz umożliwiły opracowanie wymagań techniczno-użytkowych dla skokochronów. Badania podkreślają znaczenie dopracowania parametrów technicznych skokochronów w celu zapewnienia bezpieczeństwa i minimalizacji ryzyka urazów podczas działań ratowniczych. W przyszłości mogą okazać się niezbędne badania z manekinem o większej masie, co podyktowane jest tendencją społeczną do przybierania na wadze oraz nieograniczanie się do innych miejsc upadku na powierzchnie górną skokochronu, co może mieć znaczenie dla wielkości oddziałujących przeciążeń.

Słowa kluczowe: skokochron, poduszka ratunkowa, przeciążenia biomechaniczne, stelaż pneumatyczny, poduszki powietrzne

Typ artykułu: artykuł przeglądowy

Bibliografia:

  1. 1] Scurlock J.T. 1974, US Patent 3,851,730, Inflatable safety cushion system for controlled deceleration from falls of greatheight, https://patentimages.storage.googleapis.com/25/12/59/47561f08f91250/US3851730.pdf [dostęp: 3.11.2024].
  2. Molski S., Kwaśniewski J., Gołkowski M., Grzybowski J., Czyż J., Skokochrony jako alternatywne rozwiązanie względem asekuracyjnych siatek bezpieczeństwa do ochrony zbiorowej podczas prac na wysokości, https://winntbg.bg.agh.edu.pl › NTT_tom1_129, https://doi.org/10.7494/978-83-66727-47-2_8. [dostęp: 3.11.2024].
  3. Lorsbach P. Jump rescue apparatus US Patent no. 4875548; 1989. [dostęp: 3.11.2024]. https://patentimages.storage.googleapis.com/4e/db/0e/9fedfaa57d70a5/US4875548.pdf [https://patents.google.com/patent/EP0317904B1/de?oq=EP0317904B1 [dostęp: 3.11.2024].
  4. Faraj R., Popławski B., Gabryel D., Kowalski T.,Hinc K. Analyses of the rescue cushion design – sensitivity study w: 7th European Conference on Structural Control Book of Abstracts and Selected Papers, red. J. Holnicki-Szulc, D. Wagg, Ł. Jankowski, (Warszawa, wydawnictwo Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, 2022), 138.
  5. Marklund P-O., Nilsson L., Simulation of airbag inflation processes using a coupledfluid structure approach. Comput Mech 2002;29:289–97, https://doi.org/10.1007/s00466-002-0341-z.
  6. Xiao Z., Wang L., Mo F., Zhao S., Liu C., Optimal design of pre-triggering airbag system for occupant protection performance during frontal crashes, “Journal of Automobile Engineering” 2018, 233(11), 2850–62, https://doi.org/10.1177/0954407018807330.
  7. Farmer M.E., Jain A.K., Smart automotive airbags: occupant classification and tracking, “IEEE Trans Veh Technol” 2007, 56(1), 60–80, https://doi.org/10.1109/TVT.2006.883768.
  8. Tamura T., Yoshimura T., Sekine M., Uchida M., Tanaka O., A wearable airbag to prevent fall injuries, “IEEE Trans Inf Technol Biomed” 2009, 13(6), 910–4, https://doi.org/10.1109/TITB.2009.2033673.
  9. Zhu H., Yang J., Zhang Y., Dual-chamber pneumatically interconnected suspension: modeling and theoretical analysis, “Mech Syst Signal Process” 2021, 147, 107125, https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107125.
  10. Huh S., Shim D.H., A vision-based automatic landing method for fixed-wing UAVs, “J Intell Robot Syst” 2010, 57(1–4), 217–31, https://doi.org/10.1007/s10846-009-9382-2.
  11. Cadogan D., Sandy C., Grahne M., Development and evaluation of the mars pathfinder inflatable airbag landing system, “Acta Astronaut” 2002, 50(10), 633–40, https://doi.org/10.1016/S0094-5765(01)00215-6.
  12. Faraj R., Popławski B., Gabryel D., Kowalski T., Hinc K., Adaptive airbag system for increased evacuation safety, “Engineering Structures” 2022, 270, 114853-1-5, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114853.
  13. DIN 14151-3:2024-04 Sprungrettungsgeräte - Teil 3: Sprungpolster 16 - Anforderungen, Prüfung https://dx.doi.org/10.31030/3517953.
  14. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 31 sierpnia 2021 r. w sprawie szczegółowych warunków bezpieczeństwa i higieny służby strażaków Państwowej Straży Pożarnej (Dz.U. 2020 poz. 1123, 1610, 2112 oraz 202 poz. 180, 464), https://www.prawo.pl/akty/dz-u-2021-1681,19145487.html [dostęp: 3.10.2024].
  15. Jasiński T., Znaczenie ukierunkowanego treningu fizycznego w zwiększaniu tolerancji organizmu pilota wojskowego na przyspieszenia +Gz, AWF im. Bronisława Czecha w Krakowie, „Studia i Monografie” 32, Kraków 2005.
  16. Breszka M.A., Wpływ ukierunkowanego treningu fizycznego podchorążych Lotniczej Akademii Wojskowej na tolerancję przyspieszeń +G, Rozprawa doktorska, Akademia Wychowania Fizycznego Józefa Piłsudskiego w Warszawie, Warszawa 2022, https://awf.edu.pl/__data/assets/pdf_file/0004/54715/M.Breszka_rozprawa_dr.pdf [dostęp: 3.10.2024].
  17. Zotomayora C., Ile przeciążenia może wytrzymać przeciętny człowiek?, https://www.solidsmack.com/pl/fabrication/how-much-g-force-can-an-average-human-withstand [dostęp: 3.11.2024].
  18. Medycyna lotnicza i kosmiczna, Barański S. (red.), PZWL, Warszawa 1977.
  19. Whinnery J.E., Jackson W.G., Reproducibility of +Gz tolerance testing, “Aviat Space Environ Med” 1979, 50(8), 825-8, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/496752/ [dostęp: 3.11.2024].
  20. Whinnery J.E., Jones D.R., Recurrent+ Gz-induced loss of consciousness, “Aviation, space, and environmental medicine” 1987 58(10):943-947 PMID: 3675465 - europepmc.org.
  21. Whinnery J.E., Recognizing+ Gz-induced loss of consciousness and subject recovery from unconsciousness on a human centrifuge, “Aviation, space, and environmental medicine” 1990 61(5):406-411 PMID: 2350309 - europepmc.org.
  22. Whinnery J.E., Medical considerations for human exposure to acceleration-induced loss of consciousness, “Aviation, space, and environmental medicine” 1991, 62(7), 618-623 PMID: 1898295.
  23. Stoll M., Human tolerance to positive G as determined by the physiological end points, “The Journal of Aviation Medicine” 1956, 27(4), 356–367.
  24. Snyder R.G., Human Impact Tolerance, “SAE Transactions” 1970, 79, 1375–1452, https://doi.org/10.4271/700398.
  25. SAE J211-1:1995.03 Instrumentation for impact test – part 1 – electronic instrumentation [dostęp: 3.11.2024].
  26. 057/BS/MNiSW/2022 Metody badawcze pojazdów pożarniczych oraz narzędzi i sprzętu pożarniczego CNBOP-PIB, 2023 [materiał niepublikowany].
  27. 057/BS/MEiN/2023 Metody badawcze pojazdów pożarniczych oraz narzędzi i sprzętu pożarniczego CNBOP-PIB, 2024 [materiał niepublikowany].
  28. Cygan Sz., Biomechanika Inżynierska, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska, https://www.docsity.com/pl/docs/biomechanika-inzynierska-1/9551591/ [dostęp: 3.10.2024].