机载专用救护担架的研制

雍 伟，国 佳，江 琅，郭 磊，张慕哲，王若永，钟方虎，杜海波，薛兵杰，姜媛媛，田 甜，李法林

（空军军医大学空军特色医学中心，北京100142）

0 引言

近年来，自然灾害频发、边境小规模冲突不断、大规模传染病肆虐，由此产生的中重症伤病员对快速转运与高效救治提出迫切需求。随着我军装备水平和后勤保障力量的提高，专用医疗救护飞机成为现代卫勤保障的重要力量，其后送距离长、救治能力强、伤病员舒适性好，可满足危重症伤病员的快速空运后送需求[1-2]。

专用医疗救护飞机通常按照功能可分为重症监护、基本治疗、辅助诊断、医疗保障等单元模块。其中重症监护模块由床体、医疗设备及专用救护担架组成，主要用于重症伤病员空运后送和途中紧急救治。专用救护担架主要用于伤病员的转运与卧姿固定，保证伤病员的安全与舒适，也便于医护人员救治工作开展，是重症监护模块中的重要组成部分[3]。

专用担架通常是根据其特殊的应用环境与功能需求而展开设计[4-9]。救援过程中，根据伤病员状况，采用专用担架往往可有效提升救援人员在各种复杂、特殊环境下的救援效率，保障伤病员的安全，避免其受到二次伤害[10-12]。专用医疗救护飞机需要满足航空适航性、战场环境适应性、勤务使用性等特殊要求，给专用救护担架等医疗设备设施的研制带来了更加严峻的挑战[13-14]。目前，还没有适用于专用医疗救护飞机的重症监护床的机载专用救护担架。军用制式通用担架虽然广泛应用于医疗救护中，并且能够用于专用医疗救护飞机，但由于其功能定位为快速转运，结构简单、功能单一、舒适性较差且不能很好地固定伤病员，不适合作为与重症监护床联用的机载专用救护担架用于重症伤病员的转运与救治过程。因此，本研究结合卫勤功能需求与航空适应性要求，设计一种航空医疗救护飞机重症监护模块的专用救护担架，支撑强度高、舒适性好，可实现多体位调节功能，适用于重症伤病员的救护，可为伤病员提供良好的救治环境，提高我军的卫勤保障能力。

1 设计需求分析

医疗救护飞机重症监护模块的床体上具有担架安装接口，虽然当前的通用担架也可安装在重症床体上，但其在舒适性、安全性、功能性、后期维护等方面有着诸多不足，无法满足空运后送与救护能力需求。根据勤务功能定位与航空环境适应性要求，重症监护模块救护担架应满足多体位调节、卧姿舒适、安全可靠等要求，具体设计要求见表1。

表1 重症监护模块专用救护担架设计要求

2 专用救护担架设计

2.1 总体设计

专用救护担架主要由固定支架、升降支架、支腿、升降机构、担架垫、安全带等组成，其整体结构如图1 所示。

图1 专用救护担架整体结构图（单位：mm）

2.2 材料选型设计

综合考虑高强度与便携性，以及阻燃、盐雾、霉菌等防护要求，对专用救护担架的固定支架、升降支架、加强筋（横筋和纵筋）、担架垫、安全带等进行了材料选型设计。其中，固定支架、升降支架与支腿等主承力结构件采用2A12 高强度航空铝合金加工而成，加强筋等部件采用6010 铝合金材料，经导电氧化处理后采用特殊塑粉进行喷涂，提高其防霉菌、防潮湿、防盐雾与阻燃特性；担架垫由内部的高密度海绵、外部的高性能聚氨酯（poly urethane，PU）皮革等构成，软硬适中，防水、抗腐蚀，便于清洗、消毒、维护；其他连接件及易磨损部位则采用不锈钢材料。

2.3 关键结构设计

（1）主体承力骨架设计。

主体承力骨架包括固定支架、升降支架、支撑面、支腿等。专用救护担架的救护对象为重症伤病员，例如颅脑损伤、断肢伤、冲击伤等，要求其在卧姿状态时保持平稳，避免二次伤害，所以固定支架、升降支架应具有不易变形的刚性支撑平面。同时，固定支架还需增加担架员搬运过程的着力点，进一步保证转运过程的稳定。因此，专用救护担架的固定支架采用八边形环状结构，由铝合金圆管折弯拼接而成，内部采用9 根横筋和4 排纵筋作为支撑，如图2 所示。4 个支腿对称设计在担架主体组件固定支架的长边两侧，实现担架主体可靠、安全地固定在重症监护床床体上，其间距设计与通用担架支腿相同，保证接口的通用性和互换性。

图2 主体承力骨架设计

（2）多体位升降机构设计。

升降机构设计在固定支架与升降支架之间，用于调节升降支架的升降，由拨杆插销、上横梁和下横梁组成，如图3 所示。通过调整拨杆插销可实现升降支架以及海绵担架垫0°～60°的弯折旋转，满足伤病员不同仰卧体位的救治要求。

图3 多体位升降机构设计

（3）伤病员安全防护设计。

受航空气流或战场环境的振动、冲击等载荷的影响，空运医疗后送过程中伤病员极易发生二次伤害，因此，专用救护担架还设计有担架垫、安全带等防护措施，提高伤病员的舒适性与安全性。

担架垫外形设计与担架框架外形相同，为八边形结构，套接于担架框架上，如图4 所示。担架垫表面颜色设定为橘黄色，便于清洗维护。

图4 担架垫与安全带设计

安全带的设计必须满足伤病员体质量不小于77.5 kg 情况下可承受航空转运过程中不同方向的载荷。因此，安全带由胸带、腹带和腿带3 个部分构成。安全带设置在担架框架侧边处，通过其可实现对外部伤病员的限位固定，如图4 所示。胸带、腹带、腿带依次固定伤病员的胸部、腹部和腿部。腿带和胸带设计为Y 型带状结构，两端分别固定安装在固定支架的斜边处。腿带和胸带连接处设置有锁扣，锁扣采用两点式插扣结构。

3 力学分析与试验验证

专用救护担架结构需要满足CCAR-25 极限载荷要求，避免乘员受到二次伤害。此外，还需要满足GJB 150A 的振动、冲击载荷要求。因此，需要结合理论计算与试验验证，对专用救护担架进行验证。

3.1 力学分析

根据专用救护担架工作状态的受力情况，采用ANSYS Workbench 有限元分析软件对担架结构各个方向的极限载荷工况进行力学分析。其中，由于担架结构近似对称，且后向载荷远小于前向载荷，分析计算时可省去后向工况，其他不同方向的载荷大小计算公式如下：

式中，Fi为载荷大小；λ 为安全系数，取1.2；δi为载荷方向的极限载荷系数；m为伤病员质量，参考质量为80 kg。

应力与变形分析结果见表2。从计算分析结果可知，前向、侧向、向上3 种载荷方向的最大应力值均小于担架材料的屈服强度（350 MPa），仅有向下载荷工况时最大应力值达到了759.64 MPa，超出了材料屈服强度，存在风险，需要重点分析。因此，选取向下工况的应力变形云图进行分析，如图5 所示。

图5 向下过载工况下的应力与变形云图

表2 各方向极限载荷工况下的应力与变形分析结果

从图中可以看出，最大应力位置为横筋与外框架的连接件拐点处，在此出现了应力集中点，导致应力过大，但这与模型的细节处理有关。除此之外，其余位置的应力均小于227 MPa，远小于铝合金材料的屈服强度，可以忽略此处的极大应力集中点，结构强度满足该工况的强度要求。因此，通过有限元分析可知，专用救护担架模拟承重80 kg 的伤病员时，可以承受前向、侧向、向下、向上及后向的极限载荷强度。

3.2 试验验证

为了进一步验证专用救护担架的航空环境适应性，根据CCAR-25 及GJB 150A 标准中关于运输类飞机的载荷要求，分别开展振动与冲击试验、静力加载试验等实验室环境验证，如图6、7 所示。专用救护担架顺利通过了振动、冲击、静强度、阻燃、霉菌、盐雾测试，表明其结构满足极限载荷下的航空环境适应性要求，部分结果见表3。

图6 振动与冲击试验

图7 静力加载试验

表3 航空环境适应性试验验证结果

专用救护担架在军用飞机和民用飞机中成功进行了试飞试验与实践应用，已顺利执行了数十次救护任务，如图8、9 所示。

图8 试飞试验场景

图9 空运救护实践场景

4 结语

本研究针对医疗救护飞机重症伤病员转运需求，结合勤务功能定位与航空环境适应性要求，设计了一种机载专用救护担架。该专用救护担架具有多体位调节功能，卧姿舒适、安全可靠，且设计中综合考虑了航空极限载荷、振动、冲击、防盐雾和霉菌、阻燃等航空标准要求。经实验室试验与试飞试验验证，该专用救护担架达到了CCAR-25 与GJB 150A 标准要求，可广泛应用于航空医疗救援中重症伤病员的转运与救护，适用于医疗救护飞机的加改装。但当前的研究工作主要侧重实现救护担架的勤务使用功能和航空适应能力，在轻量化材料选型、担架结构人机工效学等方面设计略有欠缺，可以在下一步工作中开展优化研究，进一步提高其使用的便捷性。