张 勇，王 荣，吴 希

随着材料科学的发展和急救、灾害医学模式的建立，担架用材料不断改进，各种特种担架也相继问世，其他类型的担架也竞相发展，形成了既有统一标准，又有各自特色的发展局面[1]。由于灾害和意外伤病的不可预见性，无法在单个医疗机构将各种特种担架配备齐全，目前常用的有二折担架、四折担架和担架车等传统担架为主。传统担架由于自身结构及使用方法的限制，往往无法应对复杂的救援环境，使救援无法及时、有效进行[2]。

在滩涂、沙漠、草地、丛林及雪地等复杂环境下，由于特殊的地貌使机动卫生车辆无法抵近[3]，采用普通担架救援时不利于救护人员的行走，易导致救护人员体力消耗增加、转运速度变慢、耽误黄金救治时间等问题。多功能椅式担架具备一人背负或拖行、两人搬运的功能，能够解决狭窄、陡峭、松软、湿滑等地貌下伤员短途运送的难题。

1 需求与问题分析

1.1 各种地貌环境下问题分析

多功能椅式担架在滩涂、沙漠、草地、丛林及雪地等地貌环境下均应重点关注担架伤员支撑面的防潮、渗水和快干性能，伤员捆绑和固定可靠连接问题，避免伤员二次伤害问题，及降低救援人员工作强度问题。

在滩涂、沙漠和雪地地貌环境下还应重点关注松软地质的通过性，防止拖行时担架下陷引起阻力增大等问题；在草地和丛林地貌环境下还应重点关注防止担架各组成部分与周边草丛剐蹭问题；在雪地地貌环境下还应重点关注材料的耐低温性能问题，应避免低温情况下伤员与金属件接触，提升人机适应性。

1.2 运送模式分析

根据滩涂、沙漠、草地、丛林及雪地等复杂环境下运送伤员的需求，进一步分析各种地貌环境下的最优运送模式。

在沙质滩涂、草地、丛林和少量积雪的雪地等地貌环境下，地面较硬，人员能够正常行走和奔跑，在这种环境下可采用单人背负或两人抬行的方式进行运送。如果该环境下有道路或乡间小道还可采用轮式拖行模式运送伤员。

在泥质滩涂、沙漠和大量积雪的雪地等地貌环境下，由于地面松软，人员行走时脚部和腿部都会下陷，造成行走困难。在这种环境下无法单人背负伤员后行走，只能采用单人拖行或两人抬运的方式。在单人拖行时，移动轮同样会因下陷而增加阻力，使拖运的工作强度大大增加。为了避免这一问题，需采用雪橇式结构，将移动轮拆下，换装滑板，以降低担架对地面的压强，防止担架下陷，减轻摩擦力。

由于多功能椅式担架需在各种地貌环境下实现多种工作模式的运送功能，还应考虑不同工作模式的快速转换问题。

2 设计思路

在多功能椅式担架设计时，需综合考虑各种地貌环境下的共性问题和单一地貌环境下的特殊需求，通过不同功能模块的组合配置适应各种地貌环境特点，同时结合三种不同运送模式的人机特点，主要从以下几个方面入手，实现产品功能和性能要求：

1）围绕一个基本型的组合背架，通过增减不同附件，实现不同地貌特点和运输方式的多功能组合，具备快速转换功能。

2）针对每种地貌特点，开展针对性设计，如积雪环境下的雪橇式担架设计，如沙漠环境下的防砂尘设计等。

3）采用快速插接和折叠技术，确保多功能椅式担架结构灵巧，展开和收拢转换方便、快速，具有良好的操作性和快速收纳功能。

4）优先采用碳纤维复合材料和高强度铝合金等优质材料，通过理论计算和有限元分析等方法实现产品轻量化设计，便于单兵携行。

5）通过人机工程设计，确保担架具有良好的舒适性和安全性。

3 方案设计

3.1 结构设计

多功能椅式担架采用快速接插组合的技术形式，可根据需要灵活组配。主要由背负装置（图中未示出）、组合背架、安全固定带、随不同使用方式配置的滑板、移动轮等组成。如图1所示。

3.1.1 背负装置设计

背负装置由腰带、肩带和胸带等组成，每组带子均能够调节长度，起到重心调节和适应不同体型人员背负的需要。在设计时通过对背负装置负荷的合理分布设计、与人体的良好贴合设计和重心调节设计等措施，能够降低背负人员的工作强度。

3.1.2 滑板设计

为了防止在泥质滩涂、沙漠和积雪较深的雪地环境下担架下陷的问题，在拖行时需在担架上安装滑板，减小对地面的压强，便于担架在上述环境下的快速通行，减轻救援人员的工作强度。

滑板采用高强度碳纤维复合材料，采用快速接插形式与组合背架进行连接，实现雪橇式担架模式的快速转换。滑板大小根据GJB 2873《军事装备和设施的人机工程设计准则》中男子第95百分位数体重75kg[4]加上担架自重10kg和积雪表面的一般抗压能力3 500Pa进行计算。根据压强计算公式得出滑板的支撑面积至少需要0.28平方米，实际单件滑板支撑面积尺寸为900mm（长）×160mm（宽），两块滑板的总支撑面积为0.29平方米，满足使用时不会下陷的需要。

为了方便滑板使用，滑板安装接头设有角度限位功能，在抬起担架前滑板与担架平行，便于将伤员抬至担架上并固定；拖行时可抬起担架，使担架与滑板呈一定角度，便于拖行，如图2所示。

图2 滑板角度转换示意图

3.1.3 移动轮设计

在草地、山地等环境下拖运伤员时，可通过增加移动轮减小担架与地面的摩擦，减轻工作强度，加快通行速度，为伤员抢救争取时间。移动轮采用快速接插形式与组合背架进行连接，和滑板采用同一个连接接口，简化组合背架的结构。

移动轮采用直径75mm（3英寸）的优质聚氨酯固定轮，即保证了正常情况下地面的通过性，又避免了移动轮过重的问题。

3.2 组合化设计

多功能椅式担架设计时以组合背架为基础，根据不同使用环境和运送方式的特点，通过增加功能模块的方式开展组合化设计。背负装置与组合背架的组合能够实现多功能椅式担架一人背负功能；滑板和组合背架的组合能够实现多功能椅式担架雪地、沙漠和滩涂等松软环境下一人拖行功能；移动轮和组合背架的组合能够实现多功能椅式担架硬质地面环境下一人拖行功能；支脚组件、折叠把手和组合背架的组合能够实现多功能椅式担架两人搬运的功能。

3.3 轻量化设计

多功能椅式担架结构复杂、组件多，为了保证产品重量满足要求，必须进行精细的轻量化设计。通过理论计算和有限元分析等方法，对受力零件进行强度计算和轻量化优化，最终选用高强度铝合金作为组合背架的材料，碳纤维作为滑板的材料，并对各部件设计重量进行合理分配，详见表1。

表1 多功能椅式担架重量分配表

3.4 小型化设计

组合背架采用整体折叠结构，担架贮存或运输时可折叠收拢，用固定带将滑板与组合背架捆绑在一起，整套担架在野外救援时可由一人携带前往救援地，方便携行。折叠后示意如图3所示，折叠后担架尺寸为1 083mm×450mm×139mm，折叠后的体积是折叠前的36%，有效减小了贮存体积。

图3 担架折叠示意图

3.5 人机工程设计

在救援的过程中，如果救援产品没有合理的设计，很有可能造成二次受伤，在应急救援担架上添加其他具有针对性的功能，缓解伤员的痛苦，为后续的救治提供良好的基础[5]。在多功能椅式担架主体结构基本确定的情况下，进一步开展人机工程设计，使产品细节更合理，使用更舒适。

3.5.1 头枕设计

在担架头部位置设置头枕，在组合成拖行和搬运模式后可供伤员头部倚靠并固定，提高伤员头部舒适度，减少头部冲击。

3.5.2 辅助安全带设计

多功能椅式担架配备单独的辅助安全带，在拖行式和抬行式担架使用时可根据需要配合使用，辅助安全带可套于救援人员肩部，既能分担伤员重量，又能防止担架滑落。辅助安全带设有长度调节扣，能够根据需要快速调节长度，满足不同身高救援人员的使用需要。

3.5.3 与伤员的接口设计

多功能椅式担架支撑面宽445mm、担架总长2 000mm，满足GJB 2873《军事装备和设施的人机工程设计准则》中男子和女子第95百分位数身高、立姿臀宽和坐姿臀宽等人体尺寸的要求，通过安全固定带与担架进行固定，能够满足正常情况下不同体型伤员的使用要求。

3.5.4 与救援人员的接口设计

1）背负式模式下，救援人员采用背负装置背起担架和伤员，背负装置肩带、腰带和胸带均具备长度调节功能，能够满足不同体型救援人员的使用要求。

2）拖运和抬行模式下，救援人员采用双手握住担架圆管，能够适应人体手握和抬运的要求。

4 使用方式

组合背架可快速实现背负式到抬行式的功能转换，单次转换时间约为25s。拖行式可实现椅式担架拖行和展开式拖行两种方式。移动轮和滑板采用接插方式与组合背架进行连接，并通过快卸销进行固定，结构可靠，操作便捷，能够实现担架不同工作模式间的快速转换。通过采用装卸动作清除余砂的方法实现防砂尘问题，使用时无需借助工具，徒手即可完成组装和拆卸工作。各使用状态示意如图4所示。

图4 各使用状态示意图

5 结论

通过对使用环境和伤员运送模式的全面分析，多功能椅式担架采用的结构设计、组合化、轻量化、小型化和人机工程等创新设计措施，申报了“一种多功能椅式担架”[6]专利，实现了担架不同功能的快速转换，满足滩涂、沙漠、草地、丛林及雪地等复杂环境下，一人背负或拖行、两人搬运的功能，能够解决狭窄、陡峭、松软、湿滑等地貌下伤员短途运送的难题。