ПРОТИВОУДАРНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ
SHOCKPROOF DEVICE

Изобретение относится к защитным приспособлениям колена или других частей тела человека и может применяться в спорте и сфере охраны труда для снижения травматизма при ударах или толчках.
Стратегия национальной безопасности РФ до 2020 года, утвержденная Указом №537 Президента России от 12.05.2009, называет одной из главных стратегических угроз национальной безопасности прогрессирующую трудонедостаточность, ожидается дальнейшее снижение доли трудоспособного населения в общей численности населения [Бабаков А.Н., Черникова А.Г. Состояние охраны труда в России //Вестник ИМСИТа. - 2013. - №3-4. - С. 21-23]. В РФ в настоящий момент реализуется национальный стандарт ГОСТ Р 54934 - 2012 «Системы менеджмента безопасности труда и охраны здоровья», однако, несмотря на это, статистические данные показывают рост профзаболеваемости. Выявлено, что основной причиной профпатологии являются неудовлетворительные условия труда, наличие рабочих мест с вредными и опасными условиями труда [Усикова О.В. Сравнительный анализ организации систем охраны здоровья и безопасности труда (обзор зарубежного опыта) //Сиббезопасность-Спассиб. - 2013. - №1. - С. 249-253; Губаев Ф.А., Никитина Н.В. Анализ состояния безопасности труда при проведении дорожных работ и предложения по совершенствованию требований охраны труда //Охрана и экономика труда. - 2011. - №3 (4). С. 20-21]. Особое место в профпатологии, а также в спорте занимают травмы и заболевания крупных суставов. Например, среди стационарных больных ортопедо-травматологического профиля пациенты с патологией коленного сустава составляют около 15% с преобладанием лиц трудоспособного возраста [Декайло В.П., Болобошко К.Б. Структура травм и заболеваний коленного сустава //Новости хирургии. - 2007. - Т. 15. - №1. - С. 26-31], до 20% спортсменов, активно участвующих в тренировочном и соревновательном процессе, получают в течение сезона те или иные повреждения коленного сустава [Матвеев Д.В., Болотов Д.А. Травмы коленного сустава в баскетболе и других видах спорта. «Колено прыгуна» //Мануальная терапия. - 2010. - №4 (40). - С. 59-69]. Было установлено, что в момент приземления на спортсмена действуют силы, почти в пять раз превышающие его вес. Скручивание в коленном суставе или падение во время неправильного приземления может привести к микро- и макротравмам коленного сустава и дальнейшему развитию патологии со снижением трудоспособности и качества жизни [Масуми Шахрзад, Моттагиталаб Мохаммад. Асимметрия нижних конечностей во время приземления у спортсменок из женской паралимпийской сборной России //Культура физическая и здоровье. - 2013. - №5 (47). - С. 59-62]. Среди защитных средств, успешно применяющихся как в профилактике, так и в комплексной терапии с включением лечебной физической культуры при травмах и заболеваниях крупных суставов, необходимо отметить наколенники [Орлова Е.В., Каратеев Д.Е., Кочетков А.В. Комплексная реабилитация больных ранним ревматоидным артритом //Научно-практическая ревматология. - 2013. - №4 (51). С. 398-406]. Однако в настоящий момент использование таких защитных средств не распространено для широкого применения (за исключением спортсменов), практически отсутствуют устройства для защиты крупных суставов для обязательного использования в профессиях, связанных с повышенным риском травматизма, недостаточно используются инновационные материалы повышенной эффективности и степени защиты [Давиденко В.Н., Пономарева И.А., Инжинов А.Ю. К вопросу о безопасности тренировок и профилактике травматизма при занятиях волейболом //Сборник материалов Третьей всероссийской с международным участием научно-практической конференции «Физическая культура, спорт, здоровье и долголетие: основы приобщения подрастающего поколения к идеалам и ценностям олимпизма». - Сочи-Ростов-на-Дону. - 2014. - С. 36-42].
Известно противоударное приспособление - наколенник, имеющий упругую эластичную повязку, а также пластины пластинчатых разъемов, соединенные упругими эластичными бандажами с защелками [патент РФ на изобретение №2425658, МПК A61F5/01, 2010 г.].
Недостатком является невысокая эффективность процесса амортизации ударов или толчков, обусловленная отсутствием конструктивных энергопоглощающих элементов.
Наиболее близким по выполнению является противоударное приспособление - наколенник для защиты колена, состоящий из несущего элемента, к которому присоединена мягкая фасонная деталь и несущий элемент. В несущий элемент включена мягкая фасонная деталь, выполненная в виде эластичного деформируемого элемента из геля и/или мягкого полиуретана [патент РФ на изобретение №2308373, МПК B29C44/12, A41D13/06, 2002 г.].
Недостатками являются недостаточно высокая энергоемкость устройства, обусловленная работой деформируемого элемента в упругой области, а также значительные габаритные размеры наколенника.
Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров повязки при сохранении энергопоглощательной способности.
Технический результат достигается тем, что противоударное приспособление характеризуется тем, что включает бандаж в виде спирали или спиралей из упругопластического материала с эффектом памяти формы и с электрическими контактами на концах, что позволяет при ударах пластически деформироваться с поглощением энергии удара, а затем восстанавливать исходную форму, например, за счет нагрева электрическим током.
В противоударном приспособлении - наколеннике в качестве упругопластического материала может быть использован эквиатомный титаноникелевый сплав.
Спираль противоударного приспособления может быть по всей длине включена или интегрирована в эластичный деформируемый стержневой элемент из геля и/или мягкого полиуретана, что позволяет осуществить относительную фиксацию спирали в устройстве, обеспечить требуемое расстояние между витками спирали, а также участвовать в поглощении энергии удара
Электрические контакты спирали могут быть снабжены защитно-декоративными колпачками.
Противоударное приспособление может быть снабжено электроконтактным нагревателем, соединенным с электрическими контактами спирали и подключенным к источнику питания или переменного или постоянного тока.
В противоударном приспособлении в качестве материала может быть использован эквиатомный титаноникелевый сплав, который обладает приемлемой температурой фазовых переходов, необходимых для восстановления формы.
Электрические контакты противоударного приспособления могут быть снабжены защитно-декоративными колпачками или клапанами.
Противоударное приспособление может быть снабжено электроконтактным нагревателем, соединенным с электрическими контактами спирали, что позволяет при необходимости нагреть деформированные спирали и восстановить их исходную форму.
Электроконтактный нагреватель противоударного приспособления может быть подключен к источнику питания или переменного или постоянного тока.
На фиг.1 представлен общий вид приспособления во фронтальной плоскости, на фиг.2 - вид сверху, где 1 - эластичная повязка, 2 - упругопластический бандаж, 3 - ткань приспособления, 4 - проволока круглого сечения с эффектом памяти формы, 5 - эластичный стержневой элемент, 6 - электрический контакт, 7 - защитно-декоративный колпачок, 8 - нити, 9 - электроконтактный нагреватель, 10 - источник питания.
Противоударное приспособление работает следующим образом.
Противоударное приспособление, подобранное по размеру, надевается на сустав человека, например, колено перед проведением опасных работ, связанных с риском получения травмы посредством удара или точка, а также при тренировочных и соревновательных спортивных мероприятиях. За счет упругих свойств эластичной повязки и бандажа устройство плотно облегает защищаемый сустав.
В случае удара или толчка происходят упругие деформации эластичной повязки и проволок бандажа, при этом энергия удара поглощается и рассеивается.
В случае значительного динамического воздействия, превышающего возможности упругого деформирования элементов устройства, наружный слой эластичной повязки деформируется до предельных состояний в упругой зоне, а свернутые в спираль проволоки бандажа деформируются вначале в упругой, а затем в пластической зонах. Деформации проволоки бандажа происходят за счет пластического изгиба и кручения витков в зоне удара. При этом наибольшее поглощение энергии происходит при пластическом кручении материала [патент РФ №2073142, МПК 6F 16F1/14, 1993 г.; патент РФ №2256831, МПК 7F 16F1/14, 2003 г.].
Для восстановления формы противоударного приспособления осуществляется нагрев проволок бандажа, выполненных из титаноникелевого сплава с эффектом памяти формы до температуры, при которой происходит восстановление формы пластически деформированных витков. Нагрев осуществляется за счет портативного электроконтактного нагревателя, соединенного с источником питания, например батареей.
Для термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы на основе Ni-Ti значения температур, при которых происходит мартенситное превращение (восстановление формы), может составлять 320…340 К [Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М. Бернштейна /Под ред. В.А. Займовского - М.: Металлургия, 1979 - 472 с.]. Возврат элементов упругопластического бандажа обеспечивается силой термоупругости сплава, из которого выполнена проволока при температуре восстановления формы.
После восстановления формы устройство охлаждается до исходной температуры пассивно.
Устройство с восстановленными витками проволоки вновь готово к работе, а именно к демпфированию ударов и толчков.
При работе устройства восстановление формы может происходить и за счет применения других нагревательных устройств, например калориферов или фенов, что может способствовать повышению эффективности работы.
Ниже приведен пример осуществления изобретения.
Пример
н
с
п
у
-3
-3
-3
-3
-3
-3
2
2
В качестве противоударного приспособления использован наколенник с размерами: диаметр D - 120·10м (120 мм), длина L - 210·10м (210 мм), толщина 5·10м (5 мм). При этом диаметр D спирали из титаноникелелевого сплава с эффектом памяти формы составляет 4·10м (4 мм), а диаметр проволоки D - 1·10м (1 мм). При таких размерах масса приспособления составляет 0,5 кг. В соответствии с методикой расчета энергопоглащения упругопластических элементов [Прикладная механика: Учеб. для вузов /Под ред. Г.Б. Иосилевича. - М.: Высш. шк., 1989], [Тихомиров А.Г., Денисов О.В., Денисов И.В., Назаров А.Ю. Особенности упругопластического кручения стальных образцов с различной исходной текстурой //Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. - 2004. - №3. - С. 43-44] при ударе площадью S - 1·10м (1000 мм), рассчитано количество витков, деформированных изгибом и кручением. Количество составило порядка 200 витков, которые в сумме поглощают до 150 Дж, а с учетом деформации эластичного стержня до 200 Дж энергии удара. В соответствии с известными нормативными документами [ГОСТ 12.4.128 - 83 Каски защитные. Общие технические требования и методы испытаний; EN 1621-1 Мотоциклетная защита от удара. Часть 1. Методы тестирования и требования к защите] энергия более 100 Дж является травмоопасной, а следовательно, поглощение энергии порядка 150-200 Дж является достаточным для защитного приспособления.
Таким образом, предлагаемое приспособление при уменьшении габаритов (5 мм вместо 20-30 мм) позволяет эффективно защитить человека от травм.