ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
SIMULATOR FOR ESTIMATION OF HUMAN PERFORMANCE

Изобретение относится к тренажерам для оценки работоспособности горнорабочих, включенных в изолирующий дыхательный аппарат, в период возникновения аварийной ситуации и организации эвакуации подземного персонала из аварийной зоны на поверхность.
Известен стенд - имитатор внешнего дыхания человека (авторское свидетельство СССР №459242, опубл. 05.02.1975 г.), который снабжен устройством автоматической стабилизации концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе путем коррекции путем коррекции частоты и объема дыхания, содержащим следящий газоанализатор концентрации углекислого газа, задатчик этой концентрации, блок сравнения текущего значения концентрации углекислого газа, установленного на задатчике, задатчик соотношения коррекций частоты и объема, регуляторы частоты и объема и соединенный с ними блок управления, выдающий корректирующие сигналы регуляторам.
Недостаток известного тренажера в том, что он не дает возможности осуществлять оценку работоспособности человек, включенного в изолирующий дыхательный аппарат.
Известно устройство для контроля физиологических параметров человека (патент РФ №2543293, опубл. 27.02.2015 г.), содержащее блок датчиков контроля физиологических параметров, блок измерения физиологических параметров, блок управления в виде многоканального процессора обработки сигнала, дисплей и блок памяти и дополнительно снабженное блоком терапевтического воздействия, блоком выбора вида контроля физиологических параметров, блоком эталонных значений физиологических параметров, блоком информационных данных пациента, блоком анализа измеренных физиологических параметров.
Недостаток известного тренажера в том, что он не позволяет имитировать двигательную и динамическую нагрузку на человека, которая имеет место в реальных условиях.
Известен стенд для исследования динамических характеристик тела человека (авторское свидетельство СССР №1553053, опуб. 30.06.1990 г.), который содержит последовательно соединенные генератор механических вибрационных колебаний, динамометр, виброизмерительный преобразователь скорости, подвижную платформу и опорную пластины.
Недостаток известного стенда состоит в том, что он не позволяет определять воздействие физических нагрузок на процесс дыхания и далее на работоспособность человека.
Известен стенд для испытания дыхательных аппаратов (авторское свидетельство СССР №720851, опубл. 07.12.1-984 г.), который включает побудитель движения воздуха, имитирующий дыхание человека и выполненный с возможностью соединения с маской дыхательного аппарата.
Недостатком известного стенда является отсутствие возможности имитации воздействие физических нагрузок на дыхательный процесс.
Известно измерительное устройство для оценки состояния органов дыхания (патент РФ №2516388, опубл. 20.05.2014 г.), которое содержит датчик, приспособление для его крепления и регистрирующий прибор, причем датчик содержит винипросовую пластину прямоугольной формы, на которой намотана константановая проволока в виде плотной спирали, для измерения частоты дыхания человека.
Недостатком известного измерительного устройства является отсутствие возможности имитации воздействие на органы дыхания реальных условия, которые характерны для реальных горных выработок
Известен универсальный тренажер, моделирующий работу человека в изолирующих дыхательных аппаратах (патент РФ №2597574, опубл. 20.01.2015 г.), принятый за прототип, универсальный тренажер включает изолирующий дыхательный аппарат, подсистему оценки физиологического состояния человека, включающая датчики артериального давления, частоты пульса, температуры, а также датчик регистрации пневмотахограмм, беговую дорожку, процессор.
Недостаток известного универсального тренажера состоит в невозможности имитировать влияние на работоспособность человека, включенного в промышленный образец изолирующего дыхательного аппарата реальных климатических и химических параметров рудничного воздуха.
Техническим результатом является получение возможности оценки работоспособности человека, включенного в изолированных дыхательный аппарат, при выполнении действий, адекватных действиям в условиях реальных горных выработок при возникновении аварийной ситуации.
Технический результат достигается тем, тренажер располагается в камере-имитаторе, геометрические размеры которой соответствуют реальному размеру горной выработки, а корпус выполнен из теплоизолированных и светонепроницаемых материалов, на потолочном перекрытии камеры-имитатора жестко закреплены потолочная балка, устройство для подогрева - охлаждения воздуха, соединенное с датчиками температуры и влажности, которые установлены на боковых стенах корпуса, и резервуар газа, соединенного с датчиками контроля концентрации газа установленными на боковых стенах корпуса камеры - имитатора, беговая дорожка, представляет собой движущуюся ленту, натянутую на вращающиеся цилиндры, которые соединены через ременную передачу с. мотором, и подъемные механизмы, а к потолочной балке, расположенной над лентой беговой дорожки через подшипник с регулируемым усилием вращения прикреплен груз.
Тренажер для оценки работоспособности человека поясняется следующим чертежом:
Фиг. 1 - внешний вид тренажера, где:
1 - изолирующий дыхательный аппарат;
2 - человек;
3 - датчики артериального давления;
4 - датчик частоты пульса;
5 - датчик температуры тела;
6 - датчик регистрации пневмотахограмм;
7 - беговая дорожка;
8 - процессор;
9 - камера-имитатор;
10 - корпус;
11 - потолочное перекрытие;
12 - устройство для подогрева - охлаждения;
13 - внутренний воздух;
14 - датчики температуры и влажности;
15 - резервуар для газа;
16 - подаваемый газ;
17 - датчики контроля концентрации газа;
18 - движущаяся лента;
19 - перила ограждения;
20 - вращающиеся цилиндры;
21 - мотор;
22 - ременная передача;
23 - подъемные механизмы;
24 - потолочная балка;
25 - подшипник с регулируемым усилием вращения;
26 - груз.
Тренажер для оценки работоспособности человека (фиг. 1) включает камеру-имитатор 9, состоящую из корпуса выполненного из теплоизолированных и светонепроницаемых материалов и потолочного перекрытия 11, на котором жестко закреплены потолочная балка 24, геометрические размеры камеры-имитатора, соответствуют реальному размеру горной выработки. На потолочном перекрытии 11 жестко закреплены устройство для охлаждения - подогрева 12 и резервуар для газа 15, которые связанны установленными на боковых стенах корпуса камеры 10 датчиками температуры и влажности 14 и датчиками контроля концентрации газа 17. Беговая дорожка 7, состоит из движущейся ленты 18, натянутой на вращающиеся цилиндры 20, которые соединены через ременную передачу 22 с мотором 21, и подъемных механизмов 23, размещенных под вращающимися цилиндрами 20. По краям беговой дорожки установлены перила ограждения 19. К потолочной балке 24 над движущейся лентой 18 беговой дорожки 7 через подшипник с регулируемым усилием вращения 25 прикреплен груз 26. Процессор 8 связан с движущейся лентой 18, подъемными механизмами 23 и подшипником с регулируемым усилием вращения 25.
Оценка работоспособности человека на основе тренажера осуществляется следующим образом. Перед выполнением процедуры оценки работоспособности в процессор 8 вводится информация о величинах и динамике физических нагрузок, характеризующих деятельность горнорабочего при возникновении, эвакуации и ликвидации аварийной ситуации: предполагаемая скорость движения человека 2 по выработке, маршрутное изменение уклона выработки, прогнозные физические нагрузки, которые должен выполнять рабочий.
По этим данным управляющий блок процессора определяет скорость перемещения движущейся ленты 18 беговой дорожки 7, а также усилие, с которое должен перемещаться груз 26. Для создания этого усилия выбирается необходимый режим вращения подшипника 22. Управление скоростью движения ленты 15 беговой дорожки 7 и угла ее наклона выполняется с помощью мотора 21 и ременной передачи 22, которые передают вращение на цилиндры 20. Для изменения угла наклона ленты беговой дорожки 7 используются подъемные механизмы 23.
За счет работы устройства для подогрева - охлаждения 12 в камере-имитаторе 9 обеспечиваются климатические параметры внутреннего воздуха 13, идентичные аналогичным параметрам в реальной горной выработке. Контроль этих параметров осуществляется датчиками температуры и влажности 14. Аналогичным образом происходит создание в камере -имитаторе 9 газового режима, аналогичного режиму в реальной горной выработке. Для этого задействуется резервуар для газа 15, откуда в камеру-имитатор 9 подается, газ 16, концентрация которого контролируется датчиками контроля концентрации газа 17.
Испытуемый человек 2 устанавливается на движущуюся ленту 18 беговой дорожки 7. Равновесие человека обеспечивается за счет перил ограждения 19. На человеке закрепляется изолирующий дыхательный аппарат 1 и укрепляются датчики артериального давления 3, частоты пульса 4, температуры 5 и регистрации пневмотахограмм 6, которые передают информацию о данных измерений на процессор 8.
вдох
выдох
выдох.
вдох.
вдох
выдох
В процессе проведения испытаний в соответствии с заданными условиями изменяются скорость движения ленты беговой дорожки, угол ее наклона и физическая нагрузка. При этом вычисляемые на основе пневмотахограммы объемные скорости потоков вдыхаемого Q и выдыхаемого Q воздуха на протяжении дыхательного цикла используются для определения эффективного времени работы человека, включенного в изолирующий дыхательный аппарат, т.е. времени в течение которого выполняется условие Q/Q>1. За пределом этого условия использование изолирующих дыхательных аппаратов становится нецелесообразным. Одновременно с объемными скоростями потоков вдыхаемого Q и выдыхаемого Q воздуха также измеряются величины артериального давления, частоты пульса и температуры, используемые в дальнейшем для установления физиологического состояния испытуемого.
На основании проведенных испытаний устанавливают или физиологические возможности людей для выполнения требуемых работ в изолирующем дыхательном аппарате, или определяют необходимость проведения их дополнительного тренинга.
Как показывают результаты шахтных испытаний людей, включенных в изолирующий дыхательный аппарат, что почти у 80% испытуемых, продолжительность работы в дыхательном аппарате оказалось меньше времени, требуемого для выхода людей из зоны опасности.