CN101180231B - 带有预测性故障前预警指示器的吊索 - Google Patents

Abstract

提供一种用于吊索(10)的故障前预警指示器(11)。故障前预警指示器(11)在相对狭窄的范围内的可预测点被激发，从而增加了被损坏的吊索(10)被免除使用的可能性。故障前预警指示器(11)包括与吊索(10)的承重包芯纱(17)紧挨着放置但仍然与包芯纱(17)分离并独立的专用材料线(20)；该专用线的末端(22，24)通过牺牲“环”(26)连接。具有操作员/起重工可见末端的预警纤维(29)与牺牲线(20)和环(26)协同工作。环(26)被设计为当吊索(10)遭遇特定选择的情形(如超载)时断裂。环(26)的断裂导致预警纤维(20)从起重工的视野缩回从而提醒起重工吊索(10)遭遇特定选择的情形并且可能损坏。

Description

带有预测性故障前预警指示器的吊索 

与相关申请的交叉引用 

本申请要求享有任何美国法律适用的权力，包括35U.S.C.§120，要求Dennis St.Germain于2006年5月5日提交的、发明名称为“带有预测性故障前预警指示器的吊索”的美国申请No.11/418,597的优先权，并且要求享有任何美国法律适用的权力，包括35U.S.C.§119(e)，要求Dennis St.Germain于2005年5月23日提交的、发明名称为“带有预测性故障前预警指示器的吊索及相关方法”的美国临时申请No.60/683.987的优先权。 

本申请通过引用美国申请No.11/418,597和美国临时申请No.60/683,987而引入其内容，正如两者的内容在此被陈述。 

技术领域

本发明总体涉及用于起重、移动和运输重物的工业吊索，并且更特别地涉及通知使用合成吊索的操作员/起重工可能导致吊索断裂的超载或损坏情况的装置。 

背景技术

工业上普遍使用由多股金属线编织在一起制成的并且被大型金属套或套环保护的钢缆吊索。在过去的三十年里，工业金属吊索在挠性和强度上都有了进步。但是，与非金属或合成纤维吊索相比，金属吊索相对较硬且没有挠性。 

在过去的十五年中合成纤维吊索普遍使用并且在许多情况下取代了金属吊索。合成吊索通常包括由多股合成纤维编织而成的起重芯和保护起重芯的外壳。合成吊索最普通的设计是圆形吊索，其中起重芯形成连续的环并且吊索具有圆形或椭圆形的外观。 

合成吊索的优点在于它们具有极高的起重性能强度-重量比，提供了与更重且更大的金属吊索相比更轻且更有挠性甚至更坚固的吊索。即便在吊索制造的现有技术中具有这些优点，使用这些改进的合成吊索的起重工仍然遭 受并且容忍一些由于吊索断裂导致的突然故障和负载损失而没有发出预警的老问题，因为之前遭遇的超载情况导致吊索疲劳(或过度拉伸)。在吊索疲劳后，它通常不会提供任何被损坏的实际暗示-甚至对于受过训练的眼睛来说亦如此。(金属吊索优于非金属吊索的寥寥几个原因之一在于可获得用于对金属进行非破坏性测试的设备。例如类似的设备通常用于确定飞机的机翼是否疲劳)。 

已经建立了标准断裂测试来确定吊索可承受多大的负载。吊索被连接于测试仪器，该仪器对吊索施加稳定但增加的力直至其不能承受施加于其上的力并且吊索最终断裂。这样的断裂测试使得工业吊索的制造商能够评估吊索的负载承受能力。负载能力被确定为刚好低于用于断裂吊索的负载的点并且低于吊索疲劳或损坏的点。大多数吊索制造商会在吊索上附加一些类型的标签提示，指出特定吊索的负载能力(额定负载能力(rated capacity))。该额外负载能力给出吊索可承受的最大负载量并且仍然认为吊索可以安全使用。 

不幸的是，甚至不使用非安全简化操作和以安全可靠方式操作的负责的操作员/起重工有时也会惊讶于本以为在额定负载能力的范围内使用的吊索在使用中的断裂。例如，当工业吊索超过三班倒连续被过度使用时，下一班的操作员也许没有意识到前一班的某人已经使吊索承受可能导致吊索的起重芯线严重损坏的严重超载。当合成纤维吊索超载超过其拉伸强度或最大拉伸的起重能力时，认为它处于疲劳状态并且不会回复正常的强度和负载承受能力。 

当承受的负载超过额定负载能力时，如果负载拉伸负载承受芯材的纤维超过其屈服点，圆形吊索会永久性地受到损伤/变形。超负荷的吊索容易在应力点断裂。这种情形类似将橡皮筋拉伸超过其正常弹性点，从而当负载或拉力被移除或缓解时，橡皮筋不会再回复其正常构型并且其线尺寸可能永久地被拉伸，导致其在负载低于其拉伸强度负载时发生断裂。如前所述，几乎不可能根据草率的视觉观测就确定吊索已被损伤，因为这样的吊索尺寸很大(一般6英尺或更大)并且因为起重芯隐藏在外壳内。 

一旦合成吊索的起重芯被拉伸超过其屈服点，其物理结构实际上发生变化并且被限制在应力点。迄今为止，还没有精确的方法或仪器能够让操作员或起重工来确定带有保护外壳的吊索是否遭受超载或导致损坏的情况。如果 圆形吊索已经疲劳或发生结构变化，吊索不再根据其最大额定负载能力起重负载，并且最重要的是，对使用吊索的操作员和起重工造成严重威胁。 

成千上万的圆形吊索正在每天广泛用于多种重型起重应用，从普通建筑物(如摩天大楼和桥梁)、工厂和设备操作到造船业(如石油钻塔)、核能工厂及类似物。这种圆形吊索的起重芯纤维可源于自然或合成材料如聚酯、聚乙烯、尼龙和类似物。尽管合成吊索的外壳被设计用于减少损伤，芯纤维仍然容易被磨损、被锐边切割或因暴露于热、冷、紫外线、腐蚀性化学物质或气体材料或其他环境污染物而受到损害。 

在一定情形下，当遭受高温或长时间暴露于紫外线或化学物质时，合成吊索的包芯纱会弱化、熔解或分解。当吊索不再旋转时包芯纱由于磨损被损伤并且相同的磨损点长时间与用于起重(如起重机上的挂钩)的装置保持接触或位于负载自身的边缘上，此时仍然存在其它源自使用者的滥用的安全问题。这样的磨损对于一定类型的合成纤维材料来说是加速的，特别是如果负载接触部分受压或挤在一起。本领域的起重工关注的是圆形吊索的内部起重包芯纱可能在内侧损坏而他们没有穿过吊索外壳检测这种故障的装置。即使外壳被移除，也不可能辨认起重芯是否被损伤到不能起重其额定负载的程度。因为没有用于合成纤维吊索的合理的非破坏性的检测技术，出于安全原因必须移除仅怀疑被损坏的合成吊索。 

当被隐藏在使得起重包芯纱不能被观测的不透明材料的保护性外壳内部时，圆形吊索起重芯材料的结构完整性很难被确定。被拉伸或疲劳的圆形吊索可能经历突然的灾难性断裂而不警示起重工，这就可能导致生命和财产的损失。业内人士已经寻求对起重工安全的吊索，以避免身体损伤、财产损失和产品质量投诉。 

已知具有故障指示器的几种圆形吊索结构。例如，现有技术已知包括故障指示器合成线作为起重芯或起重芯的整体部件。现有技术构造中的故障指示器线常常是包芯纱的扩展。 

现有技术的圆形吊索的普通构造是将多股纱线扭缠在一起形成单股线；接着线被卷成形成芯的环形平行线圈，然后被包裹在保护性外壳材料中。如果吊索被设计有现有技术的故障指示器，那么指示器线将被引入包芯纱并且和包芯纱一同被扭缠。指示器线的两端(有时称为指示尾(tell-tail))自由 延伸穿过外壳材料内的开口。当吊索遭遇超载的情形，指示尾就部分缩回外壳内并且自由延伸的指示尾末端明显比未损伤的吊索的指示尾更短；如果超载情形超出了吊索的最大额定负载，一个或两个指示尾通常全部缩回外壳内。不管怎样，起重工都因一个或两个指示尾的缺失或至少一个指示尾明显缩回外壳内部而对吊索的可能损伤有了警觉。但是就算吊索在相同条件下制造出来，激发时指示尾的反应通常也不一致。 

基于指示器线的现有技术的故障指示器的缺陷在于没有预测方法来确定故障指示器何时被激发。合成吊索具有被设计在其构造内的安全系数。例如，如果吊索额定承重6000磅，它通常不会受到损伤，除非吊索承受比额定负载能力大5倍的力(例如，约30000磅，5∶1的设计系数)；当吊索承受额定负载能力的4至5倍之间的力(例如约24000磅)时指示尾可被激发缩回吊索外壳内并且指示超载情况。因此，指示尾在吊索实际上遭遇下述情形前提供视觉指示：吊索已被损伤或遭遇对吊索的整体状况有害的情形。不幸的是，没有确保指示尾在约24000磅时始终缩回外壳内的方法。换句话说，在相同条件下同时制造的、具有现有技术的故障指示器线的两个吊索可能有两个不同的激发点(例如，一个吊索可能在约22050磅时激发并且另一个可能在约26000磅时激发)。此外，一个吊索可能对激发事件的反应是完全缩回一个指示尾，但另一个吊索的反应可能是部分缩回两个指示尾。 

如果指示尾没有完全缩回外壳内，一个起重工对朝外壳内的开口“显著缩回”的看法可能与另一个起重工不同。因此，由于经常使用和操作吊索，一个或两个指示尾的“微小”移动可能对一个起重工来说指示了超载情形的到来但实际上吊索没有遭遇超载情形。因此，对现有技术的故障指示器的指示尾的视觉检测和激发事件的最终确定成为主观测验。 

另一个现有技术的圆形吊索构造使用能够使操作员/起重工测试它的光学纤维线，测试方法是通过在光学纤维的一端闪光来确定是否在光学纤维的另一端可以看见光。在Dennis St.Germain的美国专利No.5651572中，教导将挠性纤维光学“信号”光缆并入圆形吊索的起重芯线内。 

如前所述，在圆形吊索中，起重芯被构造为环形平行线圈，然后将其包裹在保护性外壳材料内。外壳将具有纤维光学信号线的两端从其内伸出的开口或狭缝。前述的纤维光缆的末端被设计为自由穿过吊索外壳内的狭缝因此 它们可被起重工轻易地接触。 

光学信号线部件将光从一端的光源传至在相对端观察的观察者，从而测试芯纱的完整性和连续性。借助穿过起重芯的纤维光学部件的光通路，将纤维光缆合并在吊索的起重包芯纱内能够将不能到达的内芯区域变为可观察的检测查看区域。 

纤维光学材料能够将光转换为与起重包芯纱的纤维的环形平行关系。纤维光学信号线包括允许光传播的纤维或杆材，所述光从一端进入纤维材料且在光学纤维线的整个长度上从纤维壁反复地向内完全反射，所述传播使得光在纤维光缆内从纤维光缆的一端被传导至另一端。如果光在纤维光缆的另一端出现，就意味着贯穿圆形吊索起重芯束通道的纤维光缆完整无缺，可推理得知起重包芯纱也完整无缺。 

因为纤维光缆部件被并入美国专利No.5651572公开的圆形吊索的起重芯内，它趋于发展与起重芯纤维材料类似的断裂或折断特性。如果起重包芯纱的纤维断裂或折断，则纤维光缆也被损伤，这就阻止了光从露出的纤维光缆的一端传至另一端。如果光不能从信号纤维光缆的一端传至另一端，那么起重工就意识到起重芯线可能被损伤了，并且从圆形吊索上将保护外壳移除从而进一步检查。如果检查后，确定圆形吊索被损伤，它就立刻被移除不再使用，并且更换新的吊索。 

尽管美国专利No.5651572公开的装置目前是确定合成吊索的起重包芯纱是否折断或被损伤的主流产品，但是在吊索已遭遇超载情形的阶段，纤维光学信号线仍然不具有与起重包芯纱相同的拉伸特性。因此，如果纤维光缆没有完全断裂，某些光仍然能够穿过纤维光缆的整个长度，从而光强度的降低对肉眼来说可能不易察觉。 

可选地，比合成芯材更易碎的纤维光缆可能被吊索的普通操作(和抛落(dropping))或被比吊索的额定负载能力更低的力所损伤。在这种情形下，穿过纤维光缆的光传导可能被中断从而导致纤维光缆指示超载情形，而此时实际上没有达到超载情形。 

最终，在其它极端或导致损伤的情形下(例如过热，过酸或化学暴露下以及紫外线暴露下)，预期纤维光缆将与起重芯合成线受到的影响不同。如果，例如带有光学纤维信号线的吊索被暴露于某些化学物质中，纤维光学信 号线可相对不受影响(或仅其外表受影响而穿过光缆中心的光通道无碍)，而起重芯被损坏到不再符合负载额定值的程度。因此，如前所述，仍然需要精确确定合成吊索的起重芯是否遭遇极端或导致损伤的情形。 

发明内容

本发明公开了一种用于吊索的故障前预警指示器，比现有技术的指示器更为精确和具有预测性。在本发明中，故障指示器线独立于承重包芯纱并且与承重包芯纱分开。 

圆形吊索的最普遍的设计之一就是将多股纱线扭缠在一起形成单股；接着线被卷成形成芯的环形平行线圈。根据本发明，故障前预警指示器包括单独的专用材料线、由特定选择材料制成的环，以及具有细长的指示器索端的单独的预警纤维。 

专用线大概基本上与吊索芯线的线圈平行放置；专用线的末端彼此非常接近(在一个优选实施例中为几个英寸)并且在能够固定环的终止孔眼或其它构造内收尾。环穿过两个终止孔眼末端或固定于其上，从而连接了专用线的末端之间的间隙，并且通常形成椭圆形的环。预警纤维的一个末端被连接于专用线终止孔眼之一，并且预警纤维的自由端沿环放置并且穿过相对终止孔眼；于是预警纤维的自由端接着沿环的长度对折。管状外壳装置包裹起重芯和故障前预警指示器。预警纤维的自由端延伸穿过外壳装置内的开口并且被称为指示器索端。 

在特定实施例中，所述线(以及优选终止孔眼之一)被贴上标签并且标签穿过狭缝从而自由地延伸到外壳装置的外部。标签被设计用于提供吊索已被损伤或破坏的指示。 

环被设计为当吊索遭遇极端或导致损伤的情形时发生断裂。普通的导致损伤的情形是当吊索超载时。当吊索处于超载情形下，环将破裂，从而导致终止孔眼分离，导致索端完全缩回外壳装置内。 

通过仔细地选择环，可对激发纤维报警所需的力做出相对精确的预测。此外，环可被选择为发生断裂，从而当吊索在不寻常的环境条件下(例如过热，过酸或来自例如阳光的紫外线)使用时传达损伤情形。 

之前的不论是光学纤维特性还是指示尾类型的指示器都可能给出超载 或其他内部损伤的错误指示。对于光学纤维，传导光的能力可受到灰尘、油脂和其它通过堵塞末端而妨碍光穿过纤维光缆的碎屑的阻碍。对于指示尾，吊索的外壳装置在负载作用下的摩擦运动能够给出指示尾在外壳装置下拉动的错误指示，实际上是外壳装置在指示尾上移动。在本发明中，这些混淆区域可通过对外部报警指示器的简单视觉识别被消除。此外，专用线可通过永久性连接于外壳装置被锁定到位。如果外壳装置移动，本发明的整个组件与其一同移动从而消除了超载的错误指示。 

本领域技术人员将在阅读下面的详述后更为清楚本发明的其它目的和优点。 

附图说明

并入且形成说明书一部分的附图示出了本发明的实施方案，并且与下面的描述一起来解释本发明的原理。为了示出本发明，附图中示出了优选实施方案，但是本发明不局限于公开的特定手段或元件的详细配置或方法步骤。 

附图中： 

图1为单道圆形吊索的立体图，其引入了本发明的预测性故障前预警指示器； 

图2为图1的圆形吊索沿直线2-2的截面放大图； 

图3为根据本发明的故障前预警指示器的侧视图； 

图4为根据本发明的另一个实施方案的故障前预警指示器的侧视图，其中使用多个彼此连接的环； 

图5为根据本发明的另一个实施方案的用于双道吊索的故障前预警指示器的侧视图； 

图6为引入图5所示的故障前预警指示器的双道吊索的立体图； 

图7为根据本发明的还引入破坏指示器装置的故障前预警指示器的侧视图；并且 

图8为引入图3所示的预测性故障前预警指示器和图7所示的破坏指示器的单道圆形吊索的透视图。 

具体实施方式

在描述本发明的优选实施方案中，为清楚表述将选择特定的术语。但是，本发明不局限于选择的特定术语，应当理解每个特定术语包括以类似方式实现类似功能的所有技术等价物。 

本发明的目的是提供以下装置和方法，所述装置和方法用于确定合成纤维吊索是否已被损伤(由于超载或其它可能消弱吊索起重芯的情形)到应当被移除不再使用和返回制造商进行内部检查并且必要时修理或丢弃的程度。本发明的优选实施方案将参照附图被详述，其中具有根据本发明的故障前预警指示器的圆形吊索通常用10表示。各种优选实施方案将参照形成说明书的一部分的附图进行描述，其中相同的附图标记始终代表相同的元件。 

图1为根据本发明的圆形吊索的立体图。图1具体地示出了单道圆形吊索，但是此处公开的原理可适用于其它吊索，包括多道吊索。图2为图1所示圆形吊索沿直线2-2的横截面，并且示出典型的圆形吊索的主要内部部件。 

参照图1和2，圆形吊索10包括包裹在外部保护性外壳装置25内的起重芯12。图2所示的外壳装置25意图表示外壳装置25比起重芯12更大并且相对于起重芯12相对自由地移动并且外壳装置25不必要具有椭圆形横截面。起重芯12被设计为承受将被起重的负载的所有重量。外壳装置25的主要目的在于防止磨损、负载上的锐边等对芯造成的物理损伤；外壳装置25也有助于减少在遭遇恶劣环境如热、紫外线、腐蚀性化学物质、气体材料或其它环境污染物下使用时对吊索的损伤。下面将解释，外壳装置25也可被设计为当外壳装置发生物理损伤时提醒使用者。 

起重芯12优选由芯线17或由多个环形平行线圈构成的多股芯线17制成以形成单芯或多芯，所述芯都包含在保护性外壳装置25内部。在该构型中单股线或多股线的使用在构造圆形吊索中是非常典型的。 

这种圆形吊索的起重芯12可源自一种或多种天然或合成材料如聚酯，聚乙烯，尼龙， (享有专有权的纤维共混物)，HMPE，LCP，对位芳纶(para-aramid)或其它类型的合成材料。芯材的材料选择主要取决于吊索被设计起重的最大重量和使用吊索10的环境。这样的吊索构造与钢缆或金属链吊索相比具有更高的起重和断裂强度、更轻的重量、高温耐受性和高耐久性。 

现在来看图3，示出根据本发明的故障前预警指示器11的侧视图并且未示出外壳装置25和起重芯12。在优选实施方案中，吊索10可被制造为仅具有故障前预警指示器11，或具有故障前预警指示器11以及明显损伤装置35。最初将公开故障前预警指示器11的操作；随后根据图7描述明显损伤装置35。 

单独的(优选单股)专用预警线20被专用于故障前预警指示器11。专用预警线20位于外壳装置25内；优选位于起重芯12附近并且围绕起重芯12的承重线被扭缠或恰好位于起重芯12旁边，如图2所示。 

在不同的实施方案中，希望永久性地将专用预警线20固定于外壳装置25的内部。当吊索使用一段时间后，外壳装置将在特定位置产生磨损点，例如从起重机的钩子上悬挂吊索的位置。因此，通常建议相对起重芯12旋转外壳装置。通过将专用预警线20固定于内壳，外壳装置的移动(有意或无意地)将不会影响故障前预警指示器11的操作。 

专用预警线20的第一端22和第二端24分别终止于第一终止孔眼32和第二终止孔眼34内。专用预警线20和第一终止孔眼32和第二终止孔眼34优选由与芯线17相同的材料制成。 

第一终止孔眼32和第二终止孔眼34由环26连接，因此与专用预警线20形成环形线圈。单独的专用预警线20的形状通常与芯线17形成的环形线圈的形状(即，通常圆形或椭圆形)相匹配。 

尽管术语“环”表示环形物品，此处的“环”被定义为连接专用线末端的任何闭合连接物或条带。 

在一个优选实施方案中，环26被选择具有比起重芯12更低的拉伸强度。吊索制造商可选择用多种方法来这样做，例如通过用与专用预警线20不同的材料制造环26，在环上制造一个或多个切口从而物理上削弱其强度，或通过用与芯线17相同但直径更小的材料来制造环26。当环26被选择具有更低的拉伸强度时，故障前预警指示器11被设计为受到激发并且从而提示起重工或吊索的其它使用者吊索10已遭遇超载情形(即，吊索遭遇了预定的损伤吊索完整性的力，并且该力有时被确定为约比吊索的额定负载能力大四倍)。 

连接于第一终止孔眼32的是预警指示纤维29。预警指示纤维29为与 环几乎平行放置的细长线，其穿过第二终止孔眼34，接着沿环26朝第一终止孔眼32对折，并且从吊索外壳装置25的开口导出。(延伸穿过吊索外壳装置25的预警指示纤维29的外端40有时称为“索端”。)尽管吊索外壳装置25在图3中未示出，但是示出了预警指示纤维29的优选定向，即，在吊索外壳装置25内其基本上形成“J”形状。 

再看图1，预警指示纤维29的索端40自由延伸穿过外壳装置25。尽管不必要，但是盖片30可连接于(优选通过缝纫连接于)外壳装置从而保护预警指示纤维29的索端40从其伸出的开口。 

专用预警线20优选由与起重芯12的芯线17类似的材料制成；这有助于吊索10的所有部件相对等量的拉伸。在优选实施方案中，环26具有比用于制造芯线的材料更低的预选拉伸强度；在该实施方案中，环26在起重芯12被拉伸或疲劳前将发生断裂。替代地或额外地，26可被设计为对磨损、热、冷和/或化学暴露具有更低的抵抗性。通过仔细地选择环26的特性，吊索制造商能够控制故障前预警指示11将被激发的条件。 

在一个实施例中，吊索制造商可设计环26在达到内芯拉伸强度的70％时断裂。因此，可以选择制造环26的材料和/或其横截面厚度，以符合预选的拉伸强度。 

当吊索10被置于超过推荐额定值的负载之下时，环26将会在对形成起重芯12或专用预警线20的芯线17造成损伤之前断裂。当环26断裂时，第一终止孔眼32和第二终止孔眼34开始彼此朝相反方向远离，并且第一终止孔眼32和第二终止孔眼34和/或专用预警线20的末端22、24之间的物理距离增加。 

当第一终止孔眼32和第二终止孔眼34移动分开时，预警指示纤维29的索端40(即，自由延伸到外壳装置25外部的末端)缩回外壳装置25内部直至不再延伸穿过外壳装置。如果预警指示纤维29的索端40不可见，检查员或起重工能够立即确定吊索10可能已遭遇阻止起重芯12起重其最大额定负载的情形并且因此将吊索10移除进行进一步检查。预警指示纤维29的对折构型确保了索端40的移动距离为第一终止孔眼32和第二终止孔眼34的分隔距离的两倍，保证每次发生激发事件时索端40将完全消失。(要注意，预警指示纤维29的索端40可由高度可视颜色显示或用其他方式标记， 这样其可见性或其缺失更为明显。) 

一个重要特征在于环26被设计为在对起重芯造成损伤之前断裂，从而提醒起重工必须停止以正在使用的方式使用吊索10或如果他们继续使用，吊索10将受到永久性损伤。如果起重工停止使用吊索，起重芯12的完整性仍然未受到破坏。这样，可以将吊索10返回制造商并且可以更换或修理预警指示器11；通常只需更换环26。 

根据本发明的故障前预警指示器11的一个主要优点在于环26可被设计为更精确地在受控点断裂(不论它是否处于特定强度、磨损、温度等)。通过使环26比单个的芯线17更为薄弱，环26可用作超载情形的指示器。在第二个实施方案中，环26可由因纱之间磨损而发生断裂的材料制成。在第三个实施方案中，可使环26由于极端温度(热或冷，或两者皆有)发生断裂。在第四个实施方案中，环26可由在化学物质以低于可损伤预警指示器11芯线17的浓度下存在时裂化的材料制成。在另一个实施方案中，环26可由遭遇超过一种以上预定情形(如超载和过热)时断裂的材料或其组合制成。 

在上述所有情形下，环26优选被设计为在预定或期望情形下在相对精确的点断裂。例如，如果吊索额定可承重6000磅(具有5∶1的设计系数)，环26可被设计为在每次相对接近24000磅时断裂。因此，可使环26在内置的30000磅安全系数前和恰好在吊索10发生任何损伤前断裂。预测性故障前预警指示器11的使用在此处公开，给吊索制造商提供了一种更具预测性和更精确地将故障提示装置引入其设计或制造的任一种吊索内的方法。换句话说，本发明为圆形吊索的制造引入了一定程度的可预测性，因为可以选择并且持续地再现环26的断裂点。在现有技术的指示尾指示器中，断裂点不可预测并且不能持续再现。 

为符合下面要求制造了模型： 

拉伸强度30000磅； 

垂直评估能力＝6000磅，设计系数5∶1； 

在20000-25000磅下激发超载预警指示器，设计系数在3&4∶1之间； 

轻质：6’模型重1.7磅； 

双对比色外壳装置：外部绿色内部红色从而容易切开检查； 

低拉伸； 

不透盐水和大多数化学物质包括油，稀酸和碱； 

用高性能纱线的K-Spec 

专用共混物制造。 

上述模型被测试并且确定故障前预警指示器11的索端40在23000和24000磅之间始终消失(意味着环26始终断裂)并且吊索10的最终拉伸强度为32860磅。 

当预警指示纤维29的索端40不再可见，吊索10应当被返回吊索制造商进行检查和/或修理。环26在专用预警线20或起重芯12发生损伤前始终断裂。在许多情形下，吊索制造商将仅需更换环26从而整修吊索并且返回再用。(在上述实施例中，环26在24000磅左右断裂并且吊索10没有达到其最大拉伸强度30000磅。) 

在某些情形下，即使环26可被设计为先断裂，吊索10可能已经受损到必须完全抛弃不用的程度。例如，如果吊索10长期暴露于酸性环境下，特别是环26断裂后，吊索10(特别地，以及构成起重芯的芯线17)可能已被损坏至不再符合其额定负载能力的程度。(芯材料的选择是确定吊索是否不易受海水、油、酸和其它化学物质影响的重要因素。此外，外壳装置25在保护芯特别是不受磨损或锐边损伤方面也非常重要。) 

要注意，本领域技术人员在阅读了本发明的公开内容后可想出等同的实施方案。例如，即使几乎所有的合成吊索都具有被外壳装置保护的起重芯，吊索制造商仍然能够去除外壳装置(或缩短外壳装置)从而使环26可见。在该实施方案中，不需要专用线并且操作员能够通过观察环26的完整性来确定吊索遭遇了超载情形(或其它故障情形)。 

现在参照图4，公开了另一个优选实施方案。在该实施方案中，故障前预警指示器11c在第一终止孔眼32与第二终止孔眼34之间引入彼此连接在一起(即链中的连接物)的多个环26a、26b、26c等。这样，吊索10a可被设计为指示是否遭遇了多种极端情形-任何一种都能够造成连接环26a、26b、26c等之一的受控损坏并且可以以与仅有一个环26的情况类似的方式激发预警指示器11a。(尽管该实施例使用了三个环26a、26b和26c，但是也可根据吊索制造商希望引入吊索中的故障情形的数量而使用两个、四个或多个环)。 

预警指示纤维29具有固定端和索端。固定端连接于第一终止孔眼32；其余预警指示纤维29沿所有的环26a、26b、26c放置；指示纤维接着穿过第二终止孔眼34，沿所有环对折，最终被引导穿过操作员可以看见索端的外壳装置25内的狭缝。 

例如图4所示，环26a可被设计为当吊索遭遇超载(过重)情形时断裂，环26b可被设计为在过热情形断裂，并且环26c可被设计为在暴露于特定浓度的特定化学物质时断裂。因此，如果吊索遭遇任何一种预定故障情形，环26a、26b、26c之一将断裂，导致第一终止孔眼32和第二终止孔眼34彼此脱离，从而导致预警指示纤维29的索端40完全缩回外壳装置25内部。这样，单个的预测性故障前预警指示器11c可用于通知多个可能的故障情形之一。通过在组装吊索前标记各个环，可以确定吊索遭遇导致故障前预警指示器被激发的确切情形。因此，例如如果环26b断裂(并且环26a和环26c仍然完整无缺)，则吊索制造商将得知吊索遭遇了长时间的高温。 

具有多芯的改进的合成圆形吊索由Slingmax，Inc.制造，并且在DennisSt.Germain的美国专利No.4850629中公开。美国专利No.4850629公开的一个实施方案是双芯圆形吊索(售卖商标为TWIN-PATH 

)，在单个外壳装置内具有两个起重芯。外壳装置也被分为两个单独的通道。美国专利No.4850629在此完全引用作为参考。 

与具有单芯(以及单个故障前预警指示器)的吊索类似，在多芯或多通道圆形吊索50内，每个芯均包括预测性故障前预警指示器11a、11b。现在看图5，第一专用预警线20a与双道吊索50的第一芯12a相关联并且第二专用预警线20b与双道吊索的第二芯相关联。分别地，专用预警线20a在第一终止孔眼32a和第二终止孔眼34a终止，并且专用预警线20b在第一终止孔眼32b和第二终止孔眼34b终止。如同前面所述的单道吊索10，环26d、26e被引入双道吊索50的各个通道内。 

现在参照图6，索端40a与吊索50的第一通道内的预测性故障前预警指示器11a相关联，并且索端40b与第二通道内的预测性故障前预警指示器11b相关联。(要注意，预警指示纤维29a连接于第一终止孔眼32a，穿过第二终止孔眼34a，并且索端40a穿过外壳装置25a，并且以与图1-3所示的使用仅一个环26的“基础”单道吊索10类似的方式操作。类似地，预警指 示纤维29b连接于第一终止孔眼32b，穿过第二终止孔眼34b，并且对应的索端40b穿过外壳装置，以与仅一个环26的情况类似的方式操作。) 

吊索50包括双道芯；如图6所示，预警指示索端40a和40b穿过外壳装置25a并且自由延伸出外壳装置25a。该实施方案提供了用于每个通道的故障前指示器，当TWIN-PATH 

吊索的任何一个芯遭遇超过其拉伸强度或额定能力的负载时所述指示器能够传递吊索损伤或超载的信号。当此情况发生时，伸出外壳装置25a外部的延伸预警指示器索端40a和/或40b的一个或两者将完全缩回外壳装置内，从而警示操作员或起重工吊索超载的情形。 

在具有正好两个芯的TWIN-PATH 

吊索中，两个芯相同。再看图5，两芯吊索的有趣变型能够将两个不同的独立的损伤指示参数并入单个吊索内。例如，在第一通道内，环26d可被设计为仅在低于起重芯12的拉伸强度下断裂；而第二通道内，环26e可被设计为仅当吊索暴露于环境中的特定化学物质的情形下断裂。预警指示纤维29a和29b的索端40a、40b可被标记或编码从而指示哪个索端与哪个环相关联，从而如果环断裂，起重工将得知是因为超过了哪个条件(即，如果环26d断裂，就是因为TWIN-PATH 

吊索遭遇了接近其最大负载额定值的负载；或者，如果环26e断裂，是因为TWIN-PATH 吊索暴露于化学物质达一定时间因此裂化了吊索的完整性)。因此，如果制造三芯吊索，可使用此处教导的预测性故障前预警指示器11同时独立测试三种单独的情形；可使用四芯吊索同时测试四种单独的情形，等等。 

这样，如果双道吊索50遭遇预选的情形之一达到导致环26d或26e之一断裂的程度，起重工将警觉并且得到比通过其他方式可获得的信息更多的信息。设计环26d、26e在不同情形下断裂也有助于当把吊索返回进行检查或修理时吊索制造商分析吊索或进一步改进吊索。但是，有些情形下需要设计环26d和26e在相同条件下断裂(如超载条件)。 

根据本发明的故障前预警指示器11被设计为具有激发机构，其当符合任何一种预选情形并且环断裂时对外部预警指示纤维29的索端40产生放大的力从而几乎瞬间将索端40移到视野以外。预警指示纤维29的索端40上的力被放大的原因在于预警指示纤维29穿过第一终止孔眼32和第二终止孔眼34的对折设计。在环26断裂后，第一终止孔眼32和第二终止孔眼34 以一定速度分离；但是，因为预警指示纤维29被连接于第一终止孔眼32，穿过相对第二终止孔眼34，并且在穿出外壳装置25前沿环对折，所以预警指示器的索端40的移动速度(以及距离)是第一终止孔眼32和第二终止孔眼34彼此移动开的速度(以及距离)的两倍。因此，索端40完全缩回外壳装置内部，因此毫无疑问发生了激发事件。 

另一个要指出的特征在于因为预警指示纤维29的索端40移动的如此之快，就产生了操作员可听见的声音。因此，本发明不仅给出了吊索达到临界损伤点的视觉指示，还给出了听觉警示。当吊索被设置在操作员无法看见索端40的位置时(例如，当吊索悬挂在空中30英尺处时)，听觉警示特别重要。 

故障前预警指示器11的另一个显著特征在于警示起重工超载和其它危险情形而不影响圆形吊索10的整体强度的能力。如果预警指示器11被激发后起重工迅速停止起重负载，吊索10保留了100％的残余强度。 

本发明的色码安全特征可通过将起重芯包裹在两个单独的外壳装置内来实现，每个外壳装置具有不同的颜色。例如，外壳装置可为绿色或蓝色，并且内壳可为橙色或红色；因为内壳与外壳装置的颜色不同，无论何时外壳装置被切开或磨穿都会被显示。这种双壳特征对吊索的任何使用者提供了发生通常不易察觉的磨损或其它损伤的可视安全警示。 

在本发明的另一个实施方案中，故障前预警指示器11可与破坏或明显损伤装置相适应。现在参照图7，明显损伤标签35连接于专用预警线20或优选地，连接于第一终止孔眼32或第二终止孔眼34之一。明显损伤标签35的自由端通过狭缝穿过外壳装置。所述狭缝可与索端40穿过的狭缝是同一个。 

如果故障前预警指示器11被激发(例如超载的情形下)，这就意味着环26已经断裂，专用预警线20的末端22、24被释放，导致索端40完全缩回外壳装置内。检查后，当故障前预警指示器11已被激发，明显损伤标签35可以连同专用预警线20的一部分一同被轻易地从外壳装置25内部拉出，如图8所示。如果预警指示器的索端40因为使用者的有意干涉而不可见，明显损伤标签35将仍然固定而不能从外壳装置25拉出。这样，吊索10的破坏可被工作场所的监督者所证实。(为避免工作，某些使用者会切断预警指 示纤维29的索端40，试图让吊索看起来遭遇损伤情形，因此必须暂时停止工作，从而吊索被移除拿去检查并且如必要用新的吊索代替。) 

作为检查过程的一部分，检查者可以猛拉明显损伤标签35。如果标签是固定的，那么吊索10就可用；但是，如果明显损伤标签35可从外壳装置内部拉出，则必须停止使用吊索10，因为故障前预警指示器11已被激发。当然，如果破坏者切断索端40和明显损伤标签35的可见部分，检查者将立即得知吊索10已被损伤，并且应当移除吊索不再使用。 

应当注意到，现有技术的预警指示器没有迅速检查圆形吊索情形的能力。此外，现有技术的预警指示器没有所述的预警指示器11那样精确。如果预警指示器的索端40可见并且外壳装置25完好无损，则圆形吊索可用于下一次起重；如果预警指示器的索端40不可见，应当移除吊索不再使用并且对齐进行检查。所述的预警指示器是第一个完全合格/故障检查系统，它完全是客观测试而非主观的。 

应当了解，本领域技术人员在阅读了本发明的公开内容后可想出与本发明提出的各种具体实施方案等同的变型。例如，第一终止孔眼32和第二终止孔眼34可被移除并且专用预警线20的末端可直接连接于环26。(或者，可以使用滑结或其它装置将专用预警线20的末端固定于环26。) 

尽管本发明已经参照具体实施方案予以描述和说明，本领域技术人员应当了解，在本发明的范围之内可做出各种改变、改进和等价物。本发明要求在权利要求的精神和范围内受到广泛保护。 

Claims (22)

1.一种圆形吊索，包括：

a)起重芯；

b)故障前预警指示器，包括：

i)线，其具有终止于第一终止孔眼的第一端和终止于第二终止孔眼的第二端，所述线接近起重芯设置；

ii)适于将所述第一终止孔眼和第二终止孔眼连接以形成环形线圈的环，其中所述环被设计为在一种或多种预定情形下断裂并且所述断裂在所述起重芯被损坏之前发生；以及

iii)具有固定端和索端的预警指示纤维，所述预警指示纤维的固定端连接于所述线的第一终止孔眼，并且所述预警指示纤维的索端沿所述环被导向，穿过所述线的第二终止孔眼并且沿所述环对折；以及

c)用于覆盖起重芯和故障前预警指示器的外壳装置，所述外壳装置具有至少一个狭缝，预警指示纤维的所述索端从所述狭缝伸出并且延伸，从而粗略检查时就可以看见索端。

2.如权利要求1所述的圆形吊索，其中所述环具有比起重芯更低的拉伸强度。

3.如权利要求2所述的圆形吊索，其中在预定力下所述环恰好在起重芯发生损坏之前断裂，所述环断裂导致第一终止孔眼和第二终止孔眼彼此分离并且在外壳装置内部拉动预警指示纤维的索端使其不再可见。

4.如权利要求3所述的圆形吊索，其中预警指示纤维的索端在其缩回外壳装置内时迅速移动，以至于发出声音指示。

5.如权利要求2所述的圆形吊索，其中当圆形吊索遭遇大约其最大额定负载的70％的力时，环断裂，导致索端完全缩回外壳装置内，从而向任何观察者提供视觉提示：吊索已经遭遇可能超载的情形并且可能已被损坏。

6.如权利要求1所述的圆形吊索，其中所述环比起重芯更容易由于纱-纱磨损损坏而断裂。

7.如权利要求1所述的圆形吊索，其中所述环比起重芯更容易由于过高温度而断裂。

8.如权利要求1所述的圆形吊索，其中所述环比起重芯更容易由于化学物质的损害而断裂。

9.如权利要求1所述的圆形吊索，其中故障前预警指示器的所述线围绕起重芯扭缠。

10.如权利要求1所述的圆形吊索，其中起重芯是通过将多根纱线扭缠在一起而形成单股线并且接着将单股线缠绕为环形平行线圈而形成的。

11.如权利要求10所述的圆形吊索，其中所述起重芯包括下面的材料之一：

a)芳纶材料线；

b)

线；

c)聚酯线；

d)聚乙烯线；

e)HMPE线；或

f)LCP线。

12.如权利要求11所述的圆形吊索，其中故障前预警指示器的所述线由与起重芯相同的承重材料制成。

13.如权利要求1所述的圆形吊索，包括围绕所述外壳装置的第二外壳装置，所述第二外壳装置具有与被围绕的外壳装置不同的颜色。

14.如权利要求1所述的圆形吊索，还包括明显损伤指示装置，该装置包括具有第一端和第二端的标签，所述标签的第一端连接于故障前预警指示器的所述线，所述标签的第二端穿过外壳装置内的狭缝，明显损伤指示装置被设计为只要环依然完整就保持固定，并且如果吊索已遭遇预定情形从而环断裂，则明显损伤指示装置可从外壳装置内部被拉出。

15.如权利要求14所述的圆形吊索，其中标签的所述第一端连接于故障前预警指示器的第一终止孔眼。

16.一种用于工业吊索的故障前预警指示器，该故障前预警指示器包括：

a)线，其具有终止于第一终止孔眼的第一端和终止于第二终止孔眼的第二端；

b)适于将所述第一终止孔眼和第二终止孔眼连接以形成环形线圈的环，其中所述环被设计为在一种或多种预定情形下断裂；以及

c)具有固定端和索端的预警指示纤维，所述固定端连接于所述线的第一终止孔眼，并且所述索端穿过所述线的第二终止孔眼。

17.如权利要求16所述的故障前预警指示器，其中所述环被设计为在预定拉伸强度下断裂。

18.如权利要求16所述的故障前预警指示器，其中所述环被设计为当遭遇预定温度时断裂。

19.如权利要求16所述的故障前预警指示器，其中所述环被设计为当遭遇预定浓度的化学物质时断裂。

20.如权利要求16所述的故障前预警指示器，其中所述故障前预警指示器被设计为当指示器被激发时发出听觉指示。

21.如权利要求16所述的故障前预警指示器，其中所述故障前预警指示器上覆盖有外壳装置，所述故障前预警指示器还包括损伤指示装置，该装置包括具有第一端和第二端的标签，所述标签的第一端连接于故障前预警指示器的所述线，所述标签被设计为只要环依然完整就保持固定，并且如果吊索已遭遇预定情形从而环断裂，则损伤指示装置可从外壳装置内部被拉出。

22.如权利要求21所述的圆形吊索，其中标签的所述第一端连接于故障前预警指示器的第一终止孔眼。

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