Обнаружение велосипедных, скейтбординговых и роликовых коньковых шлемов

Обнаружение велосипедных, скейтбординговых и роликовых коньковых шлемов: Обеспечение безопасности головы

Введение
Защитные шлемы для велосипедистов, скейтбордистов и пользователей роликовых коньков являются критически важными элементами безопасности, призванными минимизировать риск черепно-мозговых травм при падениях и столкновениях. Гарантия их эффективности напрямую зависит от проведения строгих и стандартизированных испытаний. Данная статья описывает ключевые аспекты процесса испытаний таких шлемов: объекты испытаний, область испытаний, методы испытаний и используемое оборудование.

1. Объекты испытаний
Объектами испытаний являются готовые шлемы, предназначенные для использования во время езды на велосипеде, скейтборде или роликовых коньках. Испытаниям подвергаются:

• Прототипы новых моделей: Для оценки соответствия конструкции заявленным требованиям безопасности до серийного производства.
• Серийные образцы: Для входного контроля качества и периодического подтверждения стабильности характеристик в процессе производства.
• Шлемы из рыночных поставок: При контрольных закупках для надзора за соответствием продукции, находящейся в обороте.
• Шлемы после определенных воздействий: Например, после искусственного старения (имитация воздействия УФ-излучения, температуры, влажности) или химической обработки (пот, косметика) для оценки сохранения защитных свойств.

Ключевое требование – шлем должен быть типичным представителем модели, испытан в конфигурации, предназначенной для конечного потребителя (со всеми элементами отделки, подкладками, системой ремней), и соответствовать заявленному размерному ряду.

2. Область испытаний
Основная область испытаний сосредоточена на оценке способности шлема защищать голову пользователя от травм, возникающих при ударе. Основные проверяемые параметры включают:

• Свойства поглощения удара (ударопрочность): Способность внутреннего амортизирующего слоя (обычно из пенополистирола или аналогичного материала) рассеивать кинетическую энергию удара, снижая пиковое ускорение, передаваемое на голову.
• Прочность и целостность системы крепления (ремней): Способность системы ремней и пряжки удерживать шлем на голове во время удара и последующего динамического события (рывка), не разрываясь и не соскальзывая.
• Площадь покрытия: Оценка того, насколько шлем защищает критические области головы (лобную, височную, затылочную части) в соответствии с требованиями стандартов.
• Стабильность положения на голове (система удержания): Оценка способности шлема сохранять правильное положение на голове при приложении поперечных сил (имитация соскальзывания при ударе или цеплянии за препятствие).
• Визуальная инспекция: Проверка на отсутствие дефектов изготовления, острых кромок, недостаточной толщины стенок корпуса и т.д., которые могут представлять опасность сам по себе или снижать защитные свойства.

3. Методы испытаний
Методы испытаний строго регламентированы национальными и международными стандартами безопасности (такими как EN 1078, CPSC 1203, ASTM F1447, AS/NZS 2063). Основные виды испытаний:

• Испытания на ударопрочность (Impact Attenuation Test):
  • Принцип: Шлем, надетый на металлическую головную форму (манекен), фиксируется на направляющей.
  • Процедура: Манекен со шлемом сбрасывается свободным падением с заданной высоты на плоскую или наковальню сложной кривизны (анвиль), закрепленную на массивном основании.
  • Измерения: Акселерометр внутри манекена регистрирует ускорение (g) во время удара. Пиковое ускорение не должно превышать предельного значения, установленного стандартом (обычно 250-300g для разных норм).
  • Точки удара: Удары наносятся в строго определенные точки на поверхности шлема, покрывающие лобную, боковые, теменную и затылочную области. Проводится несколько ударов на разные зоны одного шлема или на разные образцы одной модели.
• Испытание системы ремней крепления (Retention System Strength Test / Dynamic Roll-off Test):
  • Статическое испытание на прочность (Strength): Ремни фиксируются на манекене или имитаторе челюсти. К ремням прикладывается постепенно возрастающая статическая нагрузка в течение определенного времени. Ремни и пряжка не должны разъединяться или рваться ниже установленного минимального усилия.
  • Динамическое испытание на стабильность (Roll-off): Шлем на манекене подвергается удару по касательной или шлем фиксируют на подвижном манекене, который затем резко останавливают. Измеряется смещение шлема или оценивается, не соскальзывает ли он с манекена при приложении поперечных сил.
• Испытание на стабильность положения (Positional Stability / Roll-off Test):
  • Принцип: Оценка устойчивости шлема к смещению при боковых нагрузках.
  • Процедура: Шлем надевается на манекен. К нему через трос прикладывается постепенно возрастающая сила параллельно базовой плоскости шлема (влево/вправо или вперед/назад). Измеряется усилие, при котором шлем смещается на заданное расстояние (или полностью срывается). Усилие должно быть выше установленного минимума.
• Испытания на старение и окружающую среду: Шлемы могут подвергаться предварительному воздействию:
  • Искусственное старение: УФ-излучение, повышенная температура (например, 50°C), влажность в течение заданного времени.
  • Низкие температуры: Выдержка при температурах ниже 0°C (обычно -20°C или -10°C).
  • Водопоглощение: Погружение в воду на определенное время.
    После такого воздействия шлемы проходят основные ударные испытания и испытания системы крепления для проверки сохранения характеристик.

4. Испытательное оборудование
Для проведения указанных испытаний требуется специализированное оборудование:

• Испытательная машина для удара (Impact Test Apparatus):
  • Компоненты: Жесткая стальная направляющая с минимальным трением (обычно две параллельные штанги).
  • Система крепления манекена: Устройство для надежной фиксации металлической головной формы с возможностью точной ориентации под заданным углом перед ударом.
  • Механизм освобождения: Надежный механизм, обеспечивающий свободное падение манекена со шлемом без начального вращения или подталкивания.
  • Наковальни (Anvils): Массивные жесткие плиты из стали, закрепленные на неподвижном основании:
    • Плоская наковальня.
    • Наковальня с криволинейной поверхностью (полусфера, кромка), имитирующая бордюр или угол.
  • Система измерения ускорения: Тяжелая металлическая головная форма (манекен) с установленным внутри нее трехосевым акселерометром с высокой частотой дискретизации. Сигнал акселерометра передается на систему сбора данных.
• Система измерения усилий и стабильности (Retention and Stability Test Equipment):
  • Манекен головы: Фиксированная модель головы с имитацией челюсти или шеи для испытаний крепления и стабильности.
  • Универсальная испытательная машина (разрывная) или специализированный стенд: Оснащенный динамометром для приложения контролируемого статического или динамического усилия к системе ремней шлема через трос или рычаг.
  • Измерительная аппаратура: Датчики силы (динамометры), датчики перемещения (линейные преобразователи), высокоскоростные камеры для записи поведения шлема.
• Климатические камеры (Environmental Chambers): Установки, обеспечивающие точный контроль температуры, влажности и УФ-излучения для проведения испытаний на старение и хладостойкость.
• Измерительные инструменты: Штангенциркули, микрометры, шаблоны, устройства для измерения толщины оболочки и пеноподобного материала.
• Система сбора и обработки данных (Data Acquisition System): Высокоскоростные АЦП, усилители сигналов и специализированное ПО для регистрации сигналов акселерометров, датчиков силы и перемещения, расчета пиковых ускорений, интегралов и других необходимых параметров.

Заключение
Обнаружение и оценка защитных свойств велосипедных, скейтбординговых и роликовых шлемов – это комплексный процесс, основанный на строгих стандартах и воспроизводимых лабораторных методах. Основная цель – имитировать реальные условия удара и проверить ключевые характеристики шлема: способность гасить ударную нагрузку, удерживаться на голове и сохранять целостность. Использование специализированного испытательного оборудования и четкое следование регламентированным методам являются необходимыми условиями для обеспечения надежности результатов и, как следствие, безопасности конечного пользователя. Регулярное проведение таких испытаний на всех этапах жизненного цикла продукции критически важно для предотвращения попадания на рынок неэффективных средств защиты головы.