CN101316629A - 安全设备 - Google Patents

Abstract

一种用于防坠落系统的安全设备，包括：本体；联接装置，用于将该安全设备联接到支撑结构上；鼓状物，其安装为相对于该本体转动；安全索，其卷绕在该鼓状物上；速敏式离合器，其连接到该鼓状物上；以及线性能量吸收器，其将该本体连接到该联接装置上，其中，该速敏式离合器适于通过锁定该鼓状物而对该鼓状物在趋向于从该鼓状物上解开该安全索的方向上相对于该本体的、超出预定速度的转动作出响应，阻止该鼓状物在所述方向上相对于该本体的进一步转动，且该线性能量吸收器适于当该速敏式离合器锁定该鼓状物时，通过展开并吸收能量对沿着该安全索施加的、大于极限值的负载作出响应，以使该联接装置移动离开该本体。

Description

安全设备

技术领域

本发明涉及一种改进的安全设备，并特别涉及一种应用于防坠落系统(fall arrest system)的、改进的安全设备。

背景技术

防坠落系统用于防止高空作业人员由于坠落而导致的受伤或死亡。防坠落系统通常还被称作高空安全系统或防止坠落系统。

一种普通的防坠落系统使用安全滑轮(safety block)1，如图1中所示。该安全滑轮1包括缠绕在鼓状物3上的安全索或安全缆2，该鼓状物安装为在罩壳4内部转动。罩壳4包括联接装置5，该联接装置5用于将该安全滑轮联接到固定的支撑结构(图未示)上。通过张紧及再缠绕装置(tensioningand re-spooling device)6使鼓状物3沿着转动方向偏置，用以张紧安全索2并将安全索缠绕在鼓状物3上。可选地，鼓状物3经由速敏式离合器(speedsensitive clutch)9连接到制动器8上，该速敏式离合器9设置为：使鼓状物3在低转速下自由转动，而在高于触发转速(activation speed)的高转速下将鼓状物3接合到制动器8上。制动器8包括：一对相面对的摩擦盘8a和8b；所述的一对摩擦盘彼此相接触地承受负载；其中一个摩擦盘8a固定到罩壳4上，而另一个摩擦盘8b设置为当接合离合器9时与鼓状物3一同转动。

如图2中所示，在使用中，安全滑轮1联接到要保护的使用者工作区域上方的固定支撑结构上。使用者佩带个人安全带(personal safety harness)，并且将安全索2的端部联接到该安全带上。因此，使用者能够在安全滑轮下方的区域周围运动，包括在必要时上升和下降该区域内的任何结构。当使用者移动时，张紧及缠绕装置6使鼓状物3转动以拉出移动所需的安全索2，并且也能够在需要时使鼓状物3转动以卷收安全索2，以使安全索2不会松弛。

使用者正常的移动仅会导致鼓状物3以低于离合器9的触发转速的低速缓慢转动。如果使用者坠落，则会拉出安全索2并使鼓状物3以迅速加速的转速转动，直到鼓状物3的速度达到速敏式离合器9的触发转速。随后，速敏式离合器9将鼓状物3与制动器8接合。这样，使用者坠落的能量被制动器8中的摩擦吸收直至坠落停止，从而鼓状物3停止转动。

然而，这种已知类型的系统存在许多问题。

首先，为了使防坠落系统安全可靠地阻止坠落的使用者，必需精确地控制通过鼓状物抵靠摩擦制动器的转动而施加到安全索上的制动力。如果制动力过低，使用者将在坠落停止前继续坠落不希望的长距离。这导致使用者在坠落停止前撞击地面或某些其他障碍物的风险增大，因此增大了受伤或死亡的风险。此外，随着使用者坠落距离的增大，需由制动器吸收及耗散的总能量也增大，需要更大和更坚固的制动器来确保安全。如果制动力过大，则由安全滑轮施加到使用者的力可能变得很大，足以令使用者受伤，或导致使用者的安全带损坏或失效。在已知的系统中，由制动器施加到鼓状物的制动力对摩擦盘的相对的面的表面条件以及负载程度是高度敏感的。因此，组装这种安全滑轮，以正确地设置摩擦盘的负载程度，从而提供希望的制动力是困难而且复杂的。此外，还存在着摩擦盘的表面特性或两个摩擦盘之间的负载量会随着时间而变化的风险，在不洁的工作环境中尤其如此。因此，需要对这种安全滑轮进行定期的检验、检查和调整，以确保操作安全可靠。

另外，在防坠落系统中，通常需要在防坠落事件发生后检查系统并更换任何可能受损的部件，以确保该系统将来的操作可靠。这在已知的安全滑轮系统中尤其重要，因为当防坠落发生时，摩擦盘将受到至少足以影响制动力的磨损或损坏，所以在每次防坠落事件发生后，至少必需更换制动器中的这些部件。

然而，已知的安全滑轮本身并不显示已经发生过防坠落事件，因此如果使用者本人不报告坠落，则已经受过防坠落负载的安全系统的安全滑轮或其他部件可能会不经测试或不被更换，而被危险地继续使用。

发明内容

本发明旨在努力至少部分地克服这些问题。

在第一方案中，本发明提供一种适用于防坠落系统的安全设备，并且该安全设备包括：本体；联接装置，用于将该安全设备联接到支撑结构；鼓状物，其安装为相对于该本体转动；安全索，其缠绕在该鼓状物上；速敏式离合器，其连接到该鼓状物上；以及线性能量吸收器(linear energy absorber)，其将该本体连接到该联接装置上；其中该速敏式离合器适于通过锁定该鼓状物而对该鼓状物在趋向于从该鼓状物上解开该安全索的方向上相对于本体的、超出预定速度的转动作出响应，阻止该鼓状物在所述方向上相对于该本体的进一步转动；该线性能量吸收器适于通过展开(deploying)并吸收能量而在该速敏式离合器已经锁止该鼓状物时，对沿着该安全索施加的、大于极限值(threshold value)的负载作出响应，以使该联接装置从该本体移开。

使用根据本发明的线性能量吸收器来吸收坠落能量可以通过更简单和更易于设置的装置精确地控制所述的制动力。此外，即使在不洁的环境中，该设备也不易随时间而变化，因此所需的检验、检查和调整的频率较低。

此外，线性能量吸收器的展开导致安全设备脱离联接装置和支撑结构，做持久的竖直移动，该竖直移动即使从一定的距离处也可容易地观察到，这就使防坠落事件的发生直接可见，从而应当对部件进行适当的检查和更换。

附图说明

现在将仅通过示例方式参照附图详细描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出了已知的安全滑轮；

图2示出包括图1的安全滑轮的高空安全系统；

图3示出根据本发明第一实施例的安全设备的第一视图；

图4示出图3的安全设备的第二视图；

图5示出根据本发明第二实施例的安全设备；

图6示出根据本发明第三实施例的安全设备的第一视图；以及

图7示出图6的安全设备的第二视图。

具体实施方式

图3和图4中示出了根据本发明的第一实施例的、适合用在高空安全系统中的安全滑轮10。

根据本发明第一实施例的安全滑轮10包括鼓状物11，该鼓状物11安装为在轭状物(yoke)12内转动。轭状物12包括两个平行的臂12a和12b，所述平行的臂12a和12b通过下端件12c和上端件12d连接在一起，且鼓状物11保持为在所述平行的臂12a和12b之间转动。

安全索或安全缆13围绕着鼓状物11缠绕，安全索13的自由端穿过轭状物12的下端件12c中的孔18，并能够悬挂在安全滑轮10的下方。安全索13具有适于连接至位于或靠近其自由端的使用者的个人安全带的连接装置(图未示)。

作为一种安全预防措施(safety precaution)，优选地，安全索13的相对端固定到鼓状物11上，即使安全索13完全解开时也不会从安全滑轮10上脱离。

为了进一步保护使用者，可设置附加的能量吸收器以作为连接装置或个人安全带的部件。撕开织物型(rip out fabric type)能量吸收器特别适合用作这种附加的能量吸收器，当多层织物布料或织幅(webbing)的多个层被拉开时，这类能量吸收器通过撕扯所述多个层之间的针脚来吸收能量。

安全滑轮10还包括：线性能量吸收器15，其安装在轭状物12上；以及联接吊环(eye)14，其适合于将该安全滑轮连接到位于该安全滑轮10上端的固定支撑结构上。该联接吊环14经由线性能量吸收器15连接至轭状物12上，以使能量吸收器15响应联接吊环14和轭状物12之间的拉力负载。

线性能量吸收器15具有预定的展开(deployment)极限负载。也就是说，线性能量吸收器15并不对所施加的低于展开极限的拉力负载作出响应，而是通过在抵抗所施加的拉力负载时展开并增大长度而对所施加的高于展开极限的拉力负载作出响应，从而吸收能量。

因此，线性能量吸收器15设置为将联接吊环14刚性地连接至轭状物12上，且联接吊环14与轭状物12之间相距固定距离，同时轭状物12与联接吊环14之间的拉力负载低于线性能量吸收器15的预定的展开极限负载。如果联接吊环14和轭状物12之间的拉力负载超过该展开负载，线性能量吸收器15将通过展开和变长而作出响应，从而使轭状物12移动离开联接吊环14，并吸收能量。

原则上，具有适当特性的任何类型的线性能量吸收器均可使用。优选地，线性能量吸收器是通过其一部分的塑性变形来展开并吸收能量的类型，或者是当多层织物布料或织幅的多个层被拉开时，通过撕扯所述多个层之间的针脚来吸收能量的撕开织物型。最优地，线性能量吸收器是通过其一部分的塑性变形来展开并吸收能量的类型。

图示的第一实施例示出了的线性能量吸收器15的特别优选类型。这种线性能量吸收器15是这样的类型：其通过使可塑性变形材料构成的带从卷储备部(coil store)穿过变形装置来吸收能量。

线性能量吸收器15包括不锈钢带15a，该不锈钢带15a的第一端15d连接到联接吊环14上。该不锈钢带15a的另一端15e形成在卷储备部(coiledstore)15b内，该卷储备部15b位于轭状物12的臂12a和12b之间，并具有端部止挡件15f。变形装置15c联接在轭状物12的上端件12d上，并且不锈钢带15a穿过位于第一端15d和卷储备部15b之间的变形装置15c。优选地，变形装置15c包括一组与不锈钢带15a接触的曲面15g，并设置为当穿过变形装置15c时，该不锈钢带15a经历塑性变形。然而，还可使用可选的装置，诸如使用钉销或辊以使不锈钢带变形。

端部止挡件15f设置为安全预防件。如果全部不锈钢带15a展开，使线性能量吸收器15完全展开，则端部止挡件15f将阻止进一步的展开，从而防止了不锈钢带15a脱离变形装置15c。因此，安全滑轮10不能脱离该固定支撑结构。

鼓状物11经由重绕机构(rewinding mechanism)16连接到轭状物12上。当从安全滑轮10拉出一定长度的安全索13时，重绕机构16在趋向于将安全索13重新绕回到鼓状物11上的方向上相对于轭状物12对鼓状物11施加小扭矩。一种优选的重绕机构是表簧型的卷簧。由于许多这种和其他类型的、适合的重绕机构已被公众所熟知，因此这里不再详述。

鼓状物11还通过速敏式离合器17连接到轭状物12上。该速敏式离合器17设置为使鼓状物11在安全索13从鼓状物11拉出的方向上、在低于极限速度的转速下自由转动，但通过将鼓状物11锁定到轭状物12上而对在拉出方向上以等于或高于极限速度的转速作出响应，阻止鼓状物11在安全索13从鼓状物11拉出的方向上进一步转动。

速敏式离合器17无需对鼓状物11在安全索13绕到鼓状物11上的方向上的转动作出响应。

优选地，速敏式离合器17的机构设置为：当鼓状物11沿着任一方向旋转时发出可听到的咔嗒声，以便向使用者提供正确操作的可听到的指示。

最后，安全滑轮10具有外罩18，用以保护安全滑轮10的其他部件。鼓状物11和线性能量吸收器15通过轭状物12连接，因此安全索13和联接吊环14之间的负载通道(load path)通过鼓状物11、速敏式离合器17、轭状物12和线性能量吸收器15而设置。外罩18并不形成该负载通道的一部分，而仅具有保护和美观功能。因此，由于外罩18并不承受负载，因此为质轻及价廉起见，外罩18可由薄的塑料(plastics material)形成。

在使用中，利用联接吊环14将安全滑轮10从固定支撑结构(图未示)处悬垂到使用者将要工作的区域上，从鼓状物11上拉出所需长度的安全索13，然后将该安全索13的自由端联接到使用者的个人安全带上。当需要这些步骤来装配该系统时，可以在任何方便的顺序下执行上述步骤。

随后，使用者即能够随意在所述区域中移动。在正常使用中，随着使用者的移动的需求，安全索13将被从鼓状物11上拉出，且重绕机构16将自动地把任何过多的安全索13重新绕回到鼓状物11上。将速敏式离合器17的极限速度设置得足够高，在使用者正常移动时，使鼓状物11的转速不会达到该极限速度，因此鼓状物11能够自由转动，而不会干扰使用者的移动。

假如使用者坠落，安全索13将会以不断增大的速度从鼓状物11中拉出，直到鼓状物11的转速达到速敏式离合器17的极限速度。随后速敏式离合器17会将鼓状物11锁定在轭状物12上，阻止鼓状物沿拉出方向上的进一步转动。

当速敏式离合器17已经将鼓状物11锁定在轭状物12上时，沿着安全索13的负载(在坠落事件中由坠落的使用者的重量和动量导致的负载)施加到线性能量吸收器15上。如果这一负载超过线性能量吸收器15的展开负载，则线性能量吸收器15开始展开，且不锈钢带15a将穿过变形装置15c从卷储备部15b展开。因此，安全滑轮10的轭状物12和联接部件将向下移动离开联接吊环14和支撑结构。随着线性能量吸收器15展开，该线性能量吸收器15吸收能量，从而减缓并最终使使用者停止坠落。当使用者的坠落被阻止后，使用者将通过安全索13保持悬挂在安全滑轮10上，直到使用者被救回或使用者能够自我救回。

如果沿着安全索13的负载小于线性能量吸收器15的展开负载，则该线性能量吸收器将不会展开，安全滑轮的操作将类似刚性体。这种情况例如在使用者猛拉安全索13以检测速敏式离合器17时可能发生。

在特别的使用中，可以根据需要选择线性能量吸收器15开始展开的展开负载的确切值。展开负载应该远大于任何使用者及其所携带的装备的预期重量，以确保线性能量吸收器15能够彻底地阻止使用者坠落。

原则上，应当选择卷储备部15b内的不锈钢带15a的长度以及穿过变形装置15c来展开不锈钢带15a所需的负载，以在到达不锈钢带15a的末端之前，通过线性能量吸收器15吸收的能量总值远大于最坏的坠落情况下需要吸收的最大能量值。

优选地，速敏式离合器17设置为：当该速敏式离合器17将鼓状物11锁定在轭状物12上时，该速敏式离合器17随即保持锁止，直到安全滑轮13上的拉力减小到零或很低的值。这确保了鼓状物11在坠落被阻止之后保持锁定，从而防止进一步的坠落或难以控制的下降。特别优选地，速敏式离合器17设置为：当该速敏式离合器17将鼓状物11锁定在轭状物12上时，只能通过鼓状物11沿着将安全索绕回到鼓状物11上的方向的运动来解锁。这意味着需要将安全滑轮10上的负载减小到足够低的水平，以使卷绕机构16能够使鼓状物沿重绕方向反向运动，以释放速敏式离合器17并使鼓状物11解锁。

优选地，构成使用者和支撑结构之间的负载通道的一部分的安全滑轮10上的所有部件设计为：当线性能量吸收器15完全展开且其进一步展开被末端止挡件15f阻止时，这些部件能够支撑的负载至少是线性能量吸收器15的最大展开负载的两倍。

线性能量吸收器的展开负载，特别是所述的塑性变形类型的线性能量吸收器的展开负载是由其部件的尺寸和材料特性决定的，而不是像摩擦盘类型的设备那样取决于施加在部件上的负载。因此，与现有技术中使用摩擦盘的设备相比，根据本发明的安全设备的组装更容易、更简单。此外，使材料塑性变形所需的负载取决于材料的整体性质，因此与已知的取决于表面特性的摩擦式设备相比，这种类型的线性能量吸收器不易因污染和其他的环境影响而随着时间历经特性上的改变。

此外，线性能量吸收器15的展开导致脱离联接吊环14和支撑结构的安全滑轮10做持久的竖直运动，该竖直运动即使从远距离处也可容易地观察到，从而使防坠落事件的发生直接可见，从而应当对部件进行适当的检查和更换。

可选地，可将该线性能量吸收器设置为：当展开发生时，该线性能量吸收器显示出具有安全滑轮10的罩壳的对比色的区域，以确保即使小量的展开也容易被观察到。

因此，本发明能够克服在现有技术中遇到的问题。

图5示出根据本发明第二实施例的安全滑轮20。根据本发明第二实施例的安全滑轮20大致与第一实施例的安全滑轮10类似，并且两者的大多数部件相同。然而，根据第二实施例的安全滑轮20具有线性能量吸收器21，该线性能量吸收器21包括：变形装置21c，其安装在框架22上；以及不锈钢带21a，其设置在卷储备部21b中，该卷储备部21b设置在框架22内。在该第二实施例中，该线性能量吸收器21设置在轭状物12内，位于臂12a和12b之间，但该线性能量吸收器21的部件连接到线性能量吸收器21的框架22上，而不是直接连接到轭状物12上。

因此，在线性能量吸收器21形成为框架22内的单独模块并联接到框架22上的情况下，根据第二实施例的安全滑轮20具有模块结构。因此，在防坠落事件后，可将线性能量吸收器21作为一个单元移除并更换，使安全滑轮20迅速并容易地恢复工作。

图6和图7示出了根据本发明第三实施例的安全滑轮。根据本发明第三实施例的安全滑轮30大致与第一实施例的安全滑轮10和第二实施例的安全滑轮20类似，并且大多数的部件是相同的。

在线性能量吸收器31形成为框架32内的单独模块并联接到框架32上的情况下，根据第三实施例的安全滑轮30具有与第二实施例类似的模块结构。与第二实施例的方式相同，在防坠落事件后，可将线性能量吸收器31作为一个单元移除并更换，使安全滑轮30迅速并容易地恢复工作。

在安全滑轮30中，线性能量吸收器31是应用在第一和第二实施例中的线性能量吸收器的替代设计，但仍然是通过将可塑性变形的材料从卷储备部穿过变形装置来吸收能量的类型。

第三实施例的线性能量吸收器31包括：不锈钢带31a，其第一端连接到联接吊环14上，不锈钢带31a的另一端31e形成在位于框架32内的卷储备部内，并具有末端止挡件31f。变形装置31c联接到框架32的上端件32a上，不锈钢带31a穿过位于第一端31d和卷储备部31b之间的变形装置31c。

第三实施例的变形装置31c包括：弯曲槽31g，不锈钢带31a穿过该弯曲槽；以及弯曲的承载表面31h，其形状构成为接收部分不锈钢带31a，形成为卷储备部的外表面。变形装置31c设置为：当不锈钢带31a的卷储备部转动且不锈钢带31a从卷储备部展开出来并经过弯曲槽31g时，通过弯曲承载表面31h支持不锈钢带31a的卷储备部。当不锈钢带31a从卷储备部展开并经过槽31g时，不锈钢带31a经历塑性变形，从而吸收能量。

类似第一实施例，端部止挡件31f设置为安全预防件。

优选地，变形装置31c由塑料形成。

第三实施例的线性能量吸收器31具有特别紧凑和机构简单的优点。

在本发明的所有实施例中，通常优选使用恒力型线性能量吸收器，其具有使能量吸收器在整个展开范围内持续展开所需的基本上恒定的展开负载。即，在示出的各实施例中，沿着不锈钢带的整个长度，使该不锈钢带从卷储备部经过变形装置展开的所需展开负载是恒定的。因为如果设置了这种线性能量吸收器，则这种恒定的展开负载就是最大负载，在防坠落事件期间，可以将这种负载安全地施加给使用者，并使能量的吸收量最大化，并且使使用者的坠落时间和距离最小化，所以这种装置通常是优选的。然而，在特殊的应用中，如果具有可变展开负载的能量吸收器是优选的，则可使用具有可变展开负载的能量吸收器。

速敏式离合器优选为摇爪(rocking pawl)型离合器。但也可使用离心式离合器。

在上述优选实施例的说明中，涉及了缠绕在鼓状物上的安全索或安全缆的应用。这并非是必要的，可以替代使用其他形状的细长支撑件，诸如织带(webbing strap)。

以上的说明涉及用于防止使用者坠落的高空安全系统。这是高空安全系统最普通的应用。然而，本发明也能够用于防止物体坠落的高空安全系统中，例如在高空中使用或移动的装备。

上述的实施例仅为示例，并非详尽描述。本领域技术人员能够在如附的权利要求书所限定的本发明的范围内设想出其他变型。

Claims (12)

1.一种适用于防坠落系统的安全设备，包括：

本体；联接装置，其用于将该安全设备联接到支撑结构上；鼓状物，其安装为相对于该本体转动；安全索，其缠绕在该鼓状物上；速敏式离合器，其连接到该鼓状物上；以及线性能量吸收器，其将该本体连接到该联接装置上，其中，该速敏式离合器适于通过锁定该鼓状物而对该鼓状物在趋向于从该鼓状物上解开该安全索的方向上相对于该本体的、超出预定速度的转动作出响应，以阻止该鼓状物在所述方向上相对于该本体的进一步转动；该线性能量吸收器适于当该速敏式离合器锁定该鼓状物时，通过展开并吸收能量对沿着该安全索施加的、大于极限值的负载作出响应，以使该联接装置移动离开该本体。

2.根据权利要求1所述的安全设备，其中该线性能量吸收器包括可塑性变形部件，当该线性能量吸收器展开时，该可塑性变形部件塑性变形以吸收能量。

3.根据权利要求2所述的安全设备，其中该可塑性变形部件是细长构件，当该线性能量吸收器展开时，该可塑性变形部件通过穿过变形装置而塑性变形。

4.根据权利要求3所述的安全设备，其中该细长构件是带状件或圆条状件。

5.根据权利要求3或4所述的安全设备，其中该细长构件是不锈钢件。

6.根据权利要求1所述的安全设备，其中该线性能量吸收器包括通过针脚连接的多个织物层，当该线性能量吸收器展开时，分离所述多个织物层并撕开所述针脚以吸收能量。

7.根据上述任一权利要求所述的安全设备，其中该线性能量吸收器是模块化的，并且能够作为单独的元件从该安全设备上移除和更换。

8.根据上述任一权利要求所述的安全设备，其中该本体包括框架，该框架作为该鼓状物和该线性能量吸收器之间的负载通道，并且该鼓状物和该线性能量吸收器设置在该框架内。

9.根据上述任一权利要求所述的安全设备，其中该速敏式离合器设置为：当该鼓状物被锁定时，该安全索上的负载必须减小到零以解锁该鼓状物。

10.根据上述任一权利要求所述的安全设备，还包括重绕装置，该重绕装置适于偏压该鼓状物，以使该鼓状物在趋向于将该安全索卷绕到该鼓状物上的方向上相对于该本体旋转。

11.根据权利要求9所述安全设备，其中该速敏式离合器设置为：当该鼓状物被锁定时，必须通过该重绕装置使该鼓状物在趋向于将该安全索卷绕到该鼓状物上的方向上旋转以解锁该鼓状物。

12.一种安全设备，基本上如同参照附图的图3至图7中所示或所描述。

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