王世豪，李兴龙，赵艳梅，郑艳萍

（郑州大学机械工程学院，河南郑州450001）

一种可折叠自平衡担架的设计

王世豪，李兴龙，赵艳梅，郑艳萍

（郑州大学机械工程学院，河南郑州450001）

目前普遍使用的普通手抬担架，很难满足特殊场合下的救援工作。为此，设计了一种可折叠自平衡担架，利用担架和伤员重力产生的力矩实现担架载人平面的角度调节，最大可以消除45°倾角。该担架实现了伤员在地势不平的场合下仍然能够保持水平状态，从而避免担架倾斜而使伤员受到二次伤害。

可折叠；自平衡；担架

担架是应用最普遍的一种转移运送伤员的工具，它经常出现在战场、火灾、医护乃至运动场，是救护初期伤员与医疗接触的第一站。救护人员利用担架搬运伤员时，由于受到环境、地势、路面状况以及救护人员身高差异等客观因素的影响，很容易发生倾斜，这会给躺在上面的伤员造成身体上的不适和心理上的不安全感，从而减弱了担架的救助功能，使救援的效率大打折扣；对骨折和脊椎、颈部受伤的病人来说，担架倾斜会增加病患的痛苦，甚至会威胁到他们的生命安全。如何避免担架过度倾斜，使之保持平稳，从而减少对伤员的二次伤害，成为灾难救援工作的一大难题。普通手抬担架如果想保持平衡，需要抬动担架的救护人员做出牺牲，通过抬高手臂或弯下腰抵消倾斜度，使担架回到水平位置。但是这种方法在操作中非常不便，并且容易造成担架员手臂肌肉损伤，增加了救援风险。因此设计一款便于携带、操作简单的自平衡担架是非常重要的。

目前为止，国内外对自平衡担架有一定研究，其中，山东泰山医学院大学生研制了一种需要人力手动调节担架角度的手动平衡担架，北京理工大学研制了应用倾角测量仪、电动推杆等机电设备的自平衡担架，中国农业大学研制了多功能自动水平式救助担架。但是，现有自平衡担架要么不能完全实现自平衡，需要手动调节、难以操作，要么重量、体积大，结构复杂，不利于救护人员携带和快速布置。为此，设计一种可拆卸、折叠能自动保持平衡的担架，使之具有成本低、质量轻、结构简单以及携带方便等特点，满足特殊环境条件下的紧急救援需求。

1 担架自平衡原理

从担架正视图来看，抬杆的中间位置各与两个支撑杆的一端构成两个转动副；两个支撑杆的另外一端又分别与担架床的右侧梁构成两个转动副；两个支撑杆和担架床两侧梁构成一对等腰三角形吊架。

如图1所示，当救护人员抬着担架走在有坡度的路面或是上下楼梯时，支撑杆和担架床组成的等腰三角形吊架和伤病员自身的重力作用线与抬杆和支撑杆所形成的转动副的中心线不在一个平面内，产生不平衡力矩。在此不平衡重力转矩的作用下，吊架绕抬杆的中间位置转动，从而使担架床返回到水平状态，实现自平衡功能。

2 机械结构设计

（1）基本结构和尺寸的确定。担架的基本结构主要包括抬杆、支撑杆、担架床，连接件和担架床面板。抬杆和连接件、支撑杆和抬杆之间采用螺纹连接，支撑杆和担架床的插槽采用销链接，便于折叠时解除连接。

图1 自平衡原理图

统一担架尺寸能“使其在运输工具上通用化，方便伤病员从一地到另一地或在不同的运输工具上搬动，消除由于调换担架而给伤病员带来的痛苦和危险，缩短搬运时间”。ISO/TC75对担架的尺寸推荐为：长度2290mm；宽度585mm。我国现在尚没有担架标准，中央卫生部所属十五家工厂生产的担架尺寸规格是：长1900mm；宽535mm。本担架初步选定尺寸为：长2000mm，宽550mm，支撑杆长600mm。如图2所示，担架床上与支撑杆连接的销孔距担架床侧梁中心的距离为X：

X=600cos45°=424.26mm

取X=425mm,夹角θ=arcos(425/600)=44.9°≈45°，所以取X值是合理的。

图2 销孔距尺寸图

（2）可折叠机构。担架的尺寸和质量分布分具有对称性。因此，在考虑担架的折叠问题时，应当首先考虑沿其对称方向上的折叠，即沿担架的长度方向或宽度方向折叠，以减小担架的尺寸和占地面积。通常来说，担架长度方向上的尺寸远大于宽度方向，且担架两侧等腰三角形吊架和担架床载人担架板的存在使宽度方向上的折叠难度加大。所以选择在担架长度方向上进行折叠，抬杆和担架床均为形状相同且长度方向尺寸为担架尺寸的一半的两部分通过连接件连接而成；支撑杆在取出与担架床的固定件后可沿担架床两侧的梁的滑槽，向两边滑至同担架床两侧的梁近似平行，进而同担架床一起折叠。使用时，可以展开成标准担架，需要运输或存储时，可以折叠起来方便携带或存储。其中，关键的连接件部分如图3和担架床滑槽部分如图4所示。

图3 连接件

图4 滑槽

（3）整体结构的设计。担架床的三维结构如图5所示所示。

图5 担架的三维结构图

3 结语

针对灾难救援中，因地势不平而使担架倾斜，从而给伤病员带来二次伤害，严重者会危及生命，设计了一种用于灾害现场、楼道和地势不平的场合下能自动保持平衡的担架。通过原理选择、结构设计，尺寸计算，设计出了满足功能要求的可折叠自平衡担架。担架可以自主实现平衡功能，保持担架床水平，最大调整角度为45°；可以在长度方向上进行折叠，便于携带和布置。

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王世豪（1995-），男，河南周口人，主要研究方向：机械工程。