Обнаружение шлемов для велосипедного, скейтбординга и роликового спорта

Обнаружение шлемов для велосипедного, скейтбординга и роликового спорта: Методы и стандарты испытаний

Введение
Защитные шлемы для велосипедистов, скейтбордистов и роллеров являются критически важным средством индивидуальной защиты (СИЗ), призванным минимизировать риск черепно-мозговых травм при падениях и столкновениях. Для гарантии их эффективности шлемы проходят строгие лабораторные испытания по утвержденным стандартам безопасности. Данная статья рассматривает ключевые аспекты процесса испытаний таких шлемов.

1. Объекты испытаний
Объектами испытаний выступают готовые защитные шлемы различных типов и размеров, предназначенные для использования в следующих видах спорта:

1. Велосипедные шлемы: Шлемы для дорожных, городских, горных велосипедов и BMX.
2. Скейтбордические шлемы: Шлемы, разработанные для скейтбординга, агрессивного катания на роликах, катания на самокатах.
3. Роликовые шлемы: Шлемы для отдыха, фитнеса, агрессивного и скоростного катания на роликовых коньках.

Ключевые компоненты шлема, подвергающиеся оценке:

• Наружная оболочка: Обычно изготавливается из поликарбоната, АБС-пластика или композитных материалов. Испытывается на прочность, устойчивость к проколу и распределение ударной нагрузки.
• Внутренняя амортизирующая прослойка (пенополистирол - EPS, EPP или др.): Основной энергопоглощающий элемент. Испытывается на способность гасить ударную энергию при различных температурах.
• Система крепления (ремни, пряжки, регуляторы): Оценивается на прочность, надежность фиксации и удобство использования.
• Вентиляционные отверстия: Проверяются на соответствие требованиям стандартов (размеры, расположение) и отсутствие острых кромок.

2. Область испытаний
Испытания охватывают основные параметры безопасности и функциональности шлема, определенные международными и национальными стандартами (такими как EN 1078, ASTM F1447, CPSC 1203 и др.). Основные области включают:

1. Ударная амортизация (Impact Attenuation): Способность шлема снижать пиковую перегрузку (g-силу), передаваемую на голову при ударе о твердую плоскую или искривленную поверхность с заданной скоростью и энергией. Это ключевой показатель безопасности.
2. Прочность ременной системы (Retention System Strength): Способность системы крепления удерживать шлем на голове при динамической нагрузке (имитация рывка при падении), предотвращая соскальзывание или срыв.
3. Стабильность фиксации (Positional Stability / Roll-off): Способность шлема оставаться правильно расположенным на голове при приложении сил, стремящихся сдвинуть его вперед, назад или вбок, без чрезмерного смещения.
4. Степень покрытия (Area Coverage): Оценка площади головы, защищаемой шлемом, согласно требованиям стандарта.
5. Сопротивление проникновению (Penetration Resistance): Способность оболочки шлема противостоять проколу остроконечным предметом с заданной энергией.
6. Видимость (для некоторых стандартов): Наличие световозвращающих элементов или тестирование цветов на яркость.
7. Поле зрения: Оценка того, не ограничивает ли шлем периферическое зрение пользователя чрезмерно.

3. Методы испытаний
Испытания проводятся строго в соответствии с процедурами, описанными в применимых стандартах безопасности. Основные методы:

1. Подготовка образцов:
   • Шлемы кондиционируются при различных температурах и влажности (обычно высокие и низкие температуры, влажная среда) для имитации реальных условий эксплуатации.
   • Выбираются стандартные размеры головных форм (манекенов) для тестирования.
2. Испытание на ударную амортизацию:
   • Манекен головы с закрепленным шлемом монтируется на направляющей испытательной установки.
   • Голова с шлемом свободно падает с заданной высоты (определяющей скорость и энергию удара) на плоскую или искривленную (анвиль) стальную поверхность.
   • Акселерометр внутри манекена измеряет пиковое ускорение (g-силу), передаваемое на "голову". Значение не должно превышать лимита, установленного стандартом (например, 250-300 g для большинства стандартов).
3. Испытание на прочность ременной системы (Динамическое испытание):
   • Шлем надевается на манекен головы и застегивается.
   • К подбородочному ремню прикладывается динамическая нагрузка (рывок) с помощью специального механизма (падения груза).
   • Измеряется усилие, при котором система крепления удерживает шлем на манекене без разрыва ремней, повреждения пряжек или чрезмерного удлинения ремней. Прочность не должна быть ниже нормы стандарта.
4. Испытание на стабильность фиксации ("Roll-off"):
   • Шлем надевается на манекен головы и застегивается с заданным усилием.
   • К задней нижней части шлема прикладывается статическая или динамическая сила вперед и вниз.
   • К передней нижней части шлема прикладывается сила назад и вниз.
   • Измеряется смещение шлема относительно исходного положения. Смещение не должно превышать допустимого предела.
5. Испытание на проникновение:
   • Зафиксированный шлем помещается под остроконечный бойок (конический стержень с заданной массой и острием).
   • Бойок свободно падает с определенной высоты на поверхность шлема.
   • Фиксируется, коснулся ли бойок поверхности головной формы манекена. Контакт не допускается.

4. Испытательное оборудование
Для проведения испытаний используется специализированное метрологически поверенное оборудование:

1. Испытательная установка для удара (Impact Test Apparatus):
   • Вертикальная направляющая с механизмом сброса.
   • Манекен головы стандартного размера и формы (обычно из магниевого сплава), оснащенный триаксиальным акселерометром в центре масс.
   • Испытательные поверхности (Anvils): Плоская стальная плита; искривленная поверхность (полусфера или усеченный конус).
   • Высотомер и система измерения скорости удара.
   • Система сбора и анализа данных (DAQ) для записи сигнала акселерометра и расчета пикового ускорения (g) и HIC (Head Injury Criterion).
2. Испытательная установка для системы крепления (Retention System Test Apparatus):
   • Манекен головы.
   • Механизм нагружения: Обычно основан на свободном падении груза или пневматической/гидравлической системе для приложения динамической нагрузки к подбородочному ремню через систему рычагов и тросов.
   • Динамометр или тензодатчики для измерения приложенного усилия.
   • Линейные датчики перемещения для измерения удлинения ремней.
3. Установка для испытания на стабильность фиксации (Roll-off Test Rig):
   • Манекен головы, закрепленный на подвижной платформе или стационарно.
   • Механизм приложения силы (пневматический, грузовой или механический) с контролируемым направлением и величиной усилия.
   • Система измерения силы (динамометр).
   • Система измерения смещения (линейные датчики, оптические системы).
4. Установка для испытания на проникновение (Penetration Test Apparatus):
   • Жесткая рама для фиксации шлема.
   • Направляющая для бойка заданной массы с коническим острием.
   • Механизм сброса бойка с регулируемой высоты.
   • Устройство для обнаружения контакта бойка с базовой поверхностью под шлемом (обычно электрическая цепь).
5. Климатическая камера (Environmental Chamber): Для кондиционирования шлемов при заданных температурах (например, -20°C, +50°C) и влажности перед испытаниями.
6. Калибровочное оборудование: Эталонные акселерометры, калибровочные грузы, метрологическое оборудование для регулярной поверки испытательных стендов.

Заключение
Обнаружение и сертификация шлемов для активных видов спорта – это сложный научно-технический процесс, основанный на воспроизводимых лабораторных испытаниях. Используя специализированное оборудование и строго следуя методам, предписанным международными стандартами безопасности, испытательные лаборатории объективно оценивают способность шлемов защищать пользователей от серьезных травм головы. Постоянное совершенствование стандартов и методов испытаний является залогом повышения уровня безопасности для велосипедистов, скейтбордистов и роллеров. Проведение таких испытаний в аккредитованных лабораториях критически важно для допуска безопасной продукции на рынок.