Przemysłowe hełmy ochronne a zabezpieczenie przed uderzeniem bocznym


BEZPIECZEŃSTWO PRACY 5/2002
dr inż. KRZYSZTOF BASZCZYŃSKI
Centralny Instytut Ochrony Pracy
Przemysłowe hełmy ochronne
a zabezpieczenie głowy przed uderzeniami bocznymi
Badania przeprowadzone w latach W związku z tym rodzi się pytanie, jak
osiemdziesiątych w Wielkiej Brytanii [1] zmieniają się parametry przemysłowych
Praca wykonana w ramach programu
i Stanach Zjednoczonych [2] pozwoliły na hełmów ochronnych, stosowanych po-
wieloletniego (b. SPR-1) pn.  Bezpieczeń-
opracowanie statystycznego rozkładu wszechnie w Polsce, w przypadku prze-
stwo i ochrona zdrowia człowieka w Sro-
uderzeń w hełm ochronny podczas wy- suwania uderzenia w kierunku obrzeża
dowisku pracy dofinansowanego przez
padków przy pracy. Dane te przedstawio- skorupy. W celu udzielenia odpowiedzi na
Komitet Badań Naukowych
no w tabeli. tak postawione pytanie w Centralnym
Instytucie Ochrony Pracy podjęto
Tabela
w 1999 r. odpowiednie badania laborato-
ateriały statystyczne opraco- MIEJSCE UDERZENIA W HEŁM OCHRONNY
PODCZAS WYPADKÓW PRZY PRACY ryjne. Prezentowany artykuł stanowi frag-
wywane corocznie przez GUS
ment uzyskanych wyników.
wskazują, że skutkiem wielu
wypadków w Srodowisku pracy są urazy
Metody badań
głowy. Przykładowo w latach 1996-99
zarejestrowano następujące liczby wypad-
W celu oceny własnoSci ochronnych
ków, których skutkiem były urazy głowy:
hełmów poddawanych uderzeniom nastę-
 w górnictwie i kopalnictwie  1706
pującym z różnych kierunków, wytypo-
 w budownictwie  1618
wano dwa podstawowe parametry:
 w transporcie, gospodarce magazy-
 zdolnoSć amortyzacji
nowej i łącznoSci  1127
 odpornoSć na przebicie.
 w zaopatrzeniu w energię elektrycz-
Rozważając ten problem należy dodat-
Parametry te najpełniej okreSlają ce-
ną, gaz i wodę  370
kowo wziąć pod uwagę fakt, że odpor-
chy ochronne hełmów z punktu widzenia
 w handlu hurtowym i detalicznym,
noSć głowy człowieka na urazy mecha-
bezpieczeństwa użytkowników, a zara-
naprawach pojazdów, sprzętu domowe-
niczne, będące następstwem sił i przyspie-
zem stanowią podstawę oceny własnoSci
go  922.
szeń działających z kierunków bocznych,
mechanicznych (w przypadku uderzeń
Urazy te dotyczyły skóry głowy, koSci
jest mniejsza niż z kierunku pionowego
centralnych) według obowiązującej nor-
czaszki, mózgu oraz kręgów szyi i cha-
(wzdłuż osi kręgosłupa) [3 10].
my PN-EN 397:1997 [11].
rakteryzowały się różnym stopniem cięż-
Rozważane zagadnienia znalazły prak-
W celu okreSlenia tych wielkoSci w od-
koSci.
tyczne odbicie w normie PN-EN
niesieniu do różnych kierunków uderzeń,
Podstawowym Srodkiem ochrony in-
443:1999 Hełmy strażackie [13]. Norma
opracowano metodę wyznaczania punk-
dywidualnej zabezpieczającym pracow-
ta wymaga, aby zdolnoSć amortyzacji
tów pomiarowych na skorupach hełmów
ników przed urazami głowy są przemy-
hełmu była okreSlana w pięciu punktach
przeznaczonych do badań. Założono, że
słowe hełmy ochronne, których głównym
skorupy. Pierwszy punkt pokrywa się
uderzenia w hełm będą realizowane
zadaniem jest ochrona głowy użytkow-
z wierzchołkiem hełmu, a cztery następ-
w dwóch wzajemnie prostopadłych płasz-
nika przed urazami mechanicznymi po-
ne są usytuowane z przodu, z tyłu i na
czyznach:
chodzącymi zarówno od spadających
obydwu bokach skorupy hełmu.
 płaszczyxnie symetrii głowy z nało-
przedmiotów, jak i uderzeń o wystające
żonym hełmem
elementy stanowiska pracy. Dostępne
 płaszczyxnie prostopa-
Obowiązująca obecnie w Polsce i stosowana w krajach
polskie dane statystyczne nie precyzują
Unii Europejskiej norma PN-EN 397:1997 Przemysło- dłej do płaszczyzny symetrii
niestety dostatecznie dokładnie, jaka częSć
we hełmy ochronne [11] wymaga jedynie okreSlania pod-
głowy z nałożonym hełmem,
głowy jest najczęSciej narażona na dzia-
stawowych parametrów ochronnych hełmów, którymi
przechodzącej przez wierz-
łanie czynnika mechanicznego podczas
są zdolnoSć amortyzacji i odpornoSć na przebicie,
chołek skorupy, które prze-
wypadku.
w przypadku uderzenia centralnego, czyli następujące-
cinając skorupę hełmu wy-
go wzdłuż pionowej osi przechodzącej przez wierzcho-
Z dostępnych danych literaturowych pochodze- znaczają dwie krzywe. Prze-
łek hełmu i zawartej w płaszczyxnie symetrii makiety
nia zagranicznego wynika, że większoSć uderzeń
głowy. Badania takie nie dostarczają informacji na te- cięcie obu krzywych wyzna-
w głowę człowieka podczas wypadków w Srodo-
mat parametrów ochronnych hełmu podczas uderzeń
cza punkt wierzchołkowy
wisku pracy następuje z kierunków bocznych.
bocznych, czyli niecentralnych.
skorupy, a uderzenie w nie-
10
BEZPIECZEŃSTWO PRACY 5/2002
go skierowane jest uderzeniem central-
" odpornoSć na przebicie:
nym. Stosując kryterium równego podzia-  odpornoSć na przebicie jest okreSla-
łu długoSci fragmentów krzywych pomię- na na podstawie oceny skutku uderzenia
dzy punktem wierzchołkowym 1. a brze- przebijaka w hełm założony na makietę Rys. 1. Schemat rozmieszczenia punktów pomia-
rowych na skorupie hełmu
giem skorupy hełmu, dzielono je następ- głowy; jest sprawdzane czy nastąpiło ze-
nie na pięć odcinków, wyznaczając punk- tknięcie przebijaka z makietą głowy
poddano siedem typów przemysłowych
ty pomiarowe od 2. do 5. Przykład wy-  uderzenie przebijaka w hełm nastę-
hełmów ochronnych, które charakteryzo-
znaczenia punktów pomiarowych na sko- puje w kierunku normalnym do po-
wały się różnymi rozwiązaniami kon-
rupie hełmu przedstawiono na rys.1. wierzchni skorupy w danym punkcie
strukcyjnymi, a ich skorupy były wyko-
Wprowadzony system wyznaczania  przebijak uderzający w hełm ma
nane z polietylenu, ABS-u lub laminatów
punktów pomiarowych zmniejszył przy- masę 3 kg, a jego droga swobodnego spa-
poliestrowo-szklanych. Wspólną cechą
padkowoSć pomiarów i umożliwił ich jed- dania przed uderzeniem wynosi 1m
konstrukcyjną przebadanych hełmów, co
nolite prowadzenie w odniesieniu do tych  konstrukcja przebijaka spełnia wy-
miało bardzo duże znaczenie z punktu
samych typów hełmów ochronnych. magania normy PN-EN 397:1997 [11]
widzenia uzyskanych wyników, było
W prowadzonych badaniach zdolno-  w badaniach jest stosowana makieta
mocowanie do skorupy, w pobliżu jej
Sci amortyzacji i odpornoSci na przebicie głowy typ  G , według normy PN-EN
obrzeża, cztero- lub szeSciopunktowej
hełmów podczas uderzeń bocznych przy- 960:1998 [12].
więxby.
jęto założenie o zastosowaniu identycz- Powyższe założenia zrealizowano
Wstępne badania zdolnoSci amortyza-
nych parametrów wymuszenia, jak ma to w praktyce, wykorzystując stanowisko
cji wykazały, że uderzenia w najniżej po-
miejsce w przypadku uderzeń centralnych badawcze do badań dynamicznych prze-
łożone punkty pomiarowe, to znaczy 4.
wymaganych przez normę PN-EN mysłowych hełmów ochronnych, spełnia-
i 5., wywołuje generowanie sił działają-
397:1997 [11]. Założenie takie pozwoli- jące wymagania normy PN-EN 397:1997
cych na makietę głowy o znacznych war-
ło na przeSledzenie zmian parametrów [11], istniejące w Zakładzie Ochron Oso-
toSciach zagrażających stosowanej apa-
ochronnych hełmów wraz ze zmianą bistych Centralnego Instytutu Ochrony
raturze pomiarowej. Z tego względu
punktu uderzenia. W badaniach przyjęto Pracy. Najważniejszymi modyfikacjami
w niektórych przypadkach zadecydowa-
następujące szczegółowe założenia odno- wprowadzonymi do istniejącego stanowi-
no o odstępstwie od przyjętej metody ba-
szące się do metodyki pomiarów: ska były: przystawka umożliwiająca po-
dawczej i zmniejszeniu o połowę energii
" zdolnoSć amortyzacji: chylanie makiety głowy o zadany kąt,
uderzającego w te punkty bijaka.
 zdolnoSć amortyzacji jest okreSlona w celu umożliwienia uderzenia w punkt
Przykładowe wyniki badań zdolnoSci
przez maksymalną wartoSć siły działają- pomiarowy z kierunku normalnego do
amortyzacji przedstawiono w formie gra-
cej na makietę głowy podczas uderzenia powierzchni skorupy oraz system pomia-
ficznej na rys. 2, 3 i 4. Na rysunkach tych
bijakiem w hełm rowy umożliwiający okreSlanie zdolno-
zastosowano następujące oznaczenia:
 maksymalna wartoSć siły działającej Sci amortyzacji hełmu na podstawie prze-
punkt na wierzchołku skorupy hełmu
na makietę głowy jest okreSlana na pod- biegu czasowego przyspieszenia bijaka.
punkt z przodu skorupy hełmu
stawie zarejestrowanego przebiegu cza-
(energia uderzenia E = 49 J)
sowego przyspieszenia bijaka
Wyniki badań
punkt z przodu skorupy hełmu
 uderzenie bijaka w hełm następuje
zdolnoSci amortyzacji (energia uderzenia E = 24,5 J)
w kierunku normalnym do powierzchni
punkt na boku skorupy hełmu
i odpornoSci na przebicie
skorupy w danym punkcie
(energia uderzenia E = 49 J)
 bijak uderzający w hełm ma masę
Obiektami przeprowadzonych badań punkt na boku skorupy hełmu
5 kg, a jego droga swobodnego spadania
zdolnoSci amortyzacji i odpornoSci na (energia uderzenia E = 24,5 J)
przed uderzeniem wynosi 1m
przebicie były przemysłowe hełmy
punkt z tyłu skorupy hełmu
 kształt bijaka spełnia wymagania
ochronne powszechnie używane w Pol- (energia uderzenia E = 49 J)
normy PN-EN 397:1997 [11]
sce w 1999 r. Wszystkie hełmy posiadały
punkt z tyłu skorupy hełmu
 w badaniach jest stosowana makieta
ważne certyfikaty na znak bezpieczeństwa (energia uderzenia E = 24,5 J)
głowy typ  G , według normy PN-EN
B i pochodziły zarówno od polskich jak F [kN]  maksymalna wartoSć siły przeka-
960:1998 [12];
i zagranicznych producentów. Badaniom zana podczas uderzenia na makietę głowy
11
BEZPIECZEŃSTWO PRACY 5/2002
Analizując przedstawione wyniki,
Podsumowanie wyników
można zauważyć, że:
 wszystkie przebadane hełmy wyka- Wyniki przeprowadzonych badań wy-
zały wymaganą amortyzację podczas ude- kazują, że skutecznoSć ochrony przeba-
rzenia w punkt pomiarowy 1. (maksymal- danych hełmów, charakteryzowana przez
zdolnoSć amortyzacji i odpornoSć na prze-
na wartoSć siły przekazanej na makietę
głowy jest mniejsza od 5 kN, co jest z god- bicie, maleje wraz z obniżaniem punktu
uderzenia w kierunku brzegu skorupy.
ne z wymaganiami normy PN-EN
Główną przyczyną tego zjawiska jest kon-
397:1997 [11])
strukcja omawianych przemysłowych
 zdolnoSć amortyzacji przebadanych
hełmów ochronnych, to znaczy mocowa-
hełmów w punkcie pomiarowym 2. nie
nie cztero- lub szeSciopunktowej więxby
różni się w istotny sposób od wyników
Rys. 2. Wyniki badań zdolnoSci amortyzacji hełmu
w okolicach brzegu skorupy. Konstrukcja
ochronnego pochodzenia zagranicznego wyposa- w punkcie 1. (z wyjątkiem jednego typu
żonego w skorupę wykonaną z ABS-u
taka, w przypadku uderzeń następujących
hełmu)
 w miarę obniżania, punktu uderze- z kierunków zbliżonych do osi przecho-
dzącej przez wierzchołek hełmu i zawar-
nia na skorupach przebadanych hełmów
obserwowany jest istotny wzrost siły prze- tej w płaszczyxnie symetrii makiety gło-
wy i hełmu (punkty pomiarowe 1. i 2.),
kazywanej na makietę głowy
umożliwia rozłożenie działającej siły na
 w przypadku punktu pomiarowego
taSmy więxby oraz skuteczne ogranicze-
3., w większoSci przebadanych hełmów
najlepsza zdolnoSć amortyzacji występu- nie jej wartoSci maksymalnej. W przypad-
je w odniesieniu do uderzeń z przodu sko- ku uderzeń w niżej zlokalizowane punk-
ty pomiarowe, taSmy więxby przestają
rupy
 w przypadku uderzeń w punkty po- przenosić obciążenie, a skorupa hełmów
zostaje  dobita do makiety głowy, co
miarowe 4. i 5., niezależnie od tego czy
powoduje gwałtowny wzrost siły w ba-
następują w przód, tył, czy bok skorupy,
daniu zdolnoSci amortyzacji oraz zetknię-
wszystkie przebadane hełmy wykazują
cie przebijaka z makietą głowy podczas
bardzo niską zdolnoSć amortyzacji.
badania odpornoSci na przebicie. Dodat-
Stosując przedstawioną wczeSniej
metodykę, przeprowadzono badania prze- kową przyczyną obserwowanego zjawi-
mysłowych hełmów ochronnych w zakre- ska, wynikającą również z cech konstruk-
cyjnych, jest zmniejszanie się  w miarę
sie odpornoSci na przebicie. Analizując
Rys. 3. Wyniki badań zdolnoSci amortyzacji hełmu
ochronnego polskiej produkcji wyposażonego uzyskane wyniki, można zauważyć nastę- obniżania punktu uderzenia  odległoSci
w skorupę wykonaną z laminatu poliestrowo-szkla-
między wewnętrzną powierzchnią skoru-
pujące zależnoSci:
nego
 wszystkie przebadane hełmy wyka- py hełmu a makietą głowy. OdległoSć ta
charakteryzuje wolną przestrzeń niezbęd-
zały prawidłową odpornoSć na przebicie
w przypadku uderzenia w punkt pomia- ną do wydłużenia więxby oraz deforma-
rowy 1. (nie nastąpiło zetknięcie przebi- cji skorupy pod wpływem uderzenia.
jaka z makietą głowy co jest zgodne z wy- Przedstawione zjawisko tłumaczy rów-
nież pogarszanie się odpornoSci na prze-
maganiami normy PN-EN 397:1997 [11])
bicie, gdyż w przypadku niewystarczają-
 uderzenia w punkt pomiarowy 2. nie
cej zdolnoSci amortyzacji materiał skoru-
wywołały również zetknięcia przebijaka
py hełmu nie jest w stanie zapobiec jej
z makietą głowy w przypadku wszystkich
przebiciu.
przebadanych hełmów
 uderzenia w punkt pomiarowy 3.,
tylko w przypadku trzech typów hełmów
Przedstawione wyniki badań wykazują, że
(spoSród siedmiu), nie wywołały zetknię- dotychczas stosowane przemysłowe heł-
cia przebijaka z makietą głowy my ochronne nie we wszystkich niebez-
piecznych sytuacjach, mogących wystą-
 w przypadku wszystkich przebada-
pić w Srodowisku pracy, stanowią wystar-
nych typów hełmów (z wyjątkiem jedne-
czającą ochronę dla ich użytkowników.
go typu hełmu uderzanego w punkt 4.
położony z przodu skorupy) uderzenia
Rys. 4. Wyniki badań zdolnoSci amortyzacji hełmu
w punkty pomiarowe 4. i 5. wywołały ze- Niebezpiecznymi sytuacjami, z tego
ochronnego polskiej produkcji wyposażonego
w skorupę wykonaną z polietylenu
tknięcie przebijaka z makietą głowy. punktu widzenia, mogą być uderzenia
12
BEZPIECZEŃSTWO PRACY 5/2002
w pochyloną głowę, boczne uderzenia
przez poruszające się obiekty materialne
(szczególnie o ostrych krawędziach) oraz
uderzenia głową o wystające elementy
konstrukcyjne stanowiska pracy.
Propozycja
nowej konstrukcji hełmu
Jednym z możliwych rozwiązań przed-
stawionego problemu jest zastosowanie
w hełmach ochronnych dodatkowych ele-
Rys. 6. Wyniki badań zdolnoSci amortyzacji hełmu
mentów tłumiących energię uderzenia,
Rys. 5. Widok hełmu ochronnego typ PROSNA wy- ochronnego typ PROSNA wyposażonego w styro-
wspomagających swym działaniem układ
posażonego w styropianową wykładzinę amortyzu- pianową wykładzinę amortyzującą
jącą
skorupa-więxba. Elementy te mogą mieć
postać wykładzin o odpowiednich kształ-
PIRMIENNICTWO
Wskazują one na znaczne obniżenie
tach i charakterystykach siła-odkształce- [1] Hickling E. M. An ivestigation on construc-
wartoSci siły przekazywanej na makietę
tion sites of factors affected the acceptability
nie, gwarantujących skuteczne pochłania-
głowy podczas uderzeń bocznych, co było
and wear of safety helmets. Institute for Con-
nie energii uderzenia.
głównym celem modyfikacji konstrukcji
sumer Ergonomics, University of Technology,
W 2000 r. w Centralnym Instytucie
hełmu. Z omawianego wykresu wynika Loughborough. England, 1985
Ochrony Pracy opracowano teoretyczny
również, że najsłabsza zdolnoSć amorty- [2] U.S. Department of Labour. Accidents in-
model konstrukcji hełmu o podwyższo-
volving head injuries. Bureau of Labour Stati-
zacji dotyczy uderzeń następujących
stics, Report 605, 1980
nych parametrach ochronnych w zakre-
w płaszczyxnie zaczepów mocujących
sie uderzeń bocznych. Model ten opierał [3] Barnes K., Bell N., Vassiliou D., Firth J.L.
więxbę do skorupy hełmu. Zjawisko to jest
Medical aspects of head protection at work.
się na założeniu wprowadzenia między
wywołane, wymuszoną przez konstruk-
Journal of Occupational Accidents, 8, Novem-
więxbę a skorupę hełmu, wykładziny po-
cję hełmu, mniejszą gruboScią wykładzi-
ber 1986
chłaniającej energię uderzenia. Przepro-
ny styropianowej w miejscach połączenia
[4] Coleman V. P. Occupational head injury
wadzone badania laboratoryjne wykaza-
skorupy z więxbą. Badania odpornoSci na
accidents in Great Britain. Journal of Occupa-
ły, że jednym z najlepszych materiałów
tional Accidents, 8, November 1986
przebicie wykazały, że tylko w jednym
na tak pomySlaną wykładzinę jest styro-
przypadku uderzenia w punkt nr 5 poło- [5] Gilchrist A., Mills N. J. Improved side, front
pian o wysokiej gęstoSci. Charakteryzuje and back impact protection for industrial hel-
żony na boku skorupy nastąpiło zetknię-
mets. School of Metallurgy and Materials,
się on małą masą właSciwą oraz odpo-
cie przebijaka z makietą głowy, co nale-
University of Birmingham, bez daty
wiednią charakterystyką siła-odkształce-
ży odnotować jako znaczącą poprawę
[6] Mills N. J., Gilchrist A. Proposals for side-
nie podczas Sciskania. Z tego też powodu
w stosunku do wyników osiąganych
impact and retention tests for industrial hel-
jest podstawowym surowcem do produk-
w odniesieniu do standardowych hełmów.
mets. School of Metallurgy and Materials,
cji kasków dla rowerzystów. Bazując na
Hełmy PROSNA z amortyzującą wy- University of Birmingham, 1990
modelu teoretycznym, zaprojektowano
kładziną styropianową poddano również [7] Proctor T. D. A review of research relating
nową konstrukcję wykorzystującą skoru-
to industrial helmet design. Journal of Occu-
badaniom na zgodnoSć z podstawowymi
pational Accidents, 8, November 1986
pę i więxbę hełmu typ PROSNA produko-
wymaganiami normy PN-EN 397:1997
[8] Proctor T. D., Rowland F. J. Development
wanego dotychczas przez Kaliskie Zakła-
[11], które zakończyły się pozytywnym
of standards for industrial safety helmets  the
dy Przemysłu Terenowego. W konsekwen-
wynikiem. Efekty te upoważniły do wy-
state of art. Journal of Occupational Accidents,
cji tych działań doprowadzono do wypro-
produkowania serii informacyjnej heł-
8, November 1986
dukowania serii prototypowej nowego heł-
mów i przekazania ich do badań użytko-
[9] Rowland F. J. Research on safety helmets
mu, który przedstawiono na rys. 5.
wych, które są obecnie prowadzone. Pla- at the health and safety executive of the Uni-
W hełmie tym, za tłumienie energii
ted Kingdom. Health and Safety Executive,
nowane jest, że po zakończeniu badań
Research and Laboratory Services Division,
uderzenia centralnego odpowiada skoru-
użytkowych hełmy wejdą do seryjnej pro-
bez daty
pa i więxba, a w przypadku uderzenia nie-
dukcji w Kaliskich Zakładach Przemysłu
[10] Development of criteria for industrial and
centralnego (bocznego) skorupa i wykła-
Terenowego. Hełmy Prosna z wykładzi-
firefighter s head protective devices. NIOSH
dzina styropianowa.
ną amortyzującą powinny stanowić uzu-
Research Report, Januar 1975
Zgodnie z wczeSniej przedstawioną
pełnienie dotychczasowego asortymentu
[11] PN-EN 397:1997 Przemysłowe hełmy
metodyką przeprowadzono badania zdol-
hełmów obecnych na polskim rynku i zna- ochronne
noSci amortyzacji i odpornoSci na prze-
lexć zastosowanie na stanowiskach pra-
[12] PN-EN 960:1998 Makiety głowy do ba-
bicie. Wyniki badań zdolnoSci amortyza-
cy, gdzie ludzie są szczególnie narażeni dań hełmów ochronnych
cji przedstawiono na rys. 6.
na urazy mechaniczne głowy. [13] PN-EN 443:1999 Hełmy strażackie
13


Wyszukiwarka