CN101945688A - 能量吸收救生索系统 - Google Patents

Abstract

救生索系统包括救生索和毂，救生索围绕毂卷绕起来。在借助救生索施加在毂上的预定水平的作用力下，毂发生形变以吸收能量。例如，毂能够发生形变以吸收能量，使得在救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。在几个实施方式中，防坠落峰值作用力不大于1500磅或者不大于1349磅。

Description

能量吸收救生索系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求2008年2月25日提交的、序列号为No.61/031,343的美国临时专利申请以及2008年4月17日提交的、序列号为No.61/045,834的美国临时专利申请的优先权，上述申请的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及救生索系统，具体地，本发明涉及自动回缩式救生索系统，其包括能量吸收机构或系统。

背景技术

提供下面的信息以帮助读者理解下面公开的本发明以及典型地使用本发明的环境。本文中使用的术语并不意图局限于任何特定的狭义解释，除非在本文中以其他方式清楚地声明。本文中给出的参考文献可以帮助理解本发明或者本发明的背景。本文中引用的所有参考文献的公开内容都通过引用并入本文中。

已经开发了许多设备，尝试用于防止从高空坠落的工作者受伤或者使其受伤降至最低。例如，已经开发了许多设备(或者已知的自动回缩式救生索、自动回缩式系索、坠落制动器(fall arrest block)，等等)，它们能够将工作者的自由坠落距离限制到指定的距离并且将防坠落作用力限制到指定值。

一般地，大多数目前可以获得的自动回缩式救生索安全设备或系统都包括许多常用部件。通常，外壳或盖提供对内部容纳的部件的包封/保护。外壳包括连接至其上的连接件，用于将自动回缩式救生索锚定在使用者身上或者将自动回缩式救生索锚定在固定的锚定点上。连接件必须能够承受在给定距离内阻止给定质量的坠落体所需的作用力。

鼓或线轴在外壳内旋转，鼓或线轴上卷绕或者缠绕有救生索。通常，在足够的旋转张力的作用下，鼓将过度延伸的救生索卷起，而不会妨碍使用者的移动。与锚定连接件和回缩式救生索安全设备的其他操作性部件一样，形成的鼓用于承受在给定距离内阻止给定质量的坠落体所需的作用力。系索或救生索在其一端连接至鼓，以允许鼓卷起过量的救生索。救生索的另一端连接至使用者或者连接至锚定点，使用者或者锚定点都不连接至外壳。

自动回缩式救生索系统还包括以下机构，当指示发生坠落时，所述机构锁定自动回缩式救生索的鼓组件(即，阻止鼓组件旋转)。例如，当从自动回缩式救生索系统中拉出的绳子、线缆或网(web)导致鼓组件以高于特定角速率的速率旋转或者经受高于特定水平的角加速度时，制动机构能够导致鼓组件突然锁定。

考虑到旋转的鼓突然锁定时自动回缩式系索受到的作用力，自动回缩式系索的操作部件通常由高强度的材料例如不锈钢制成，以确保锁定，同时承受与其相关联的应力。关于这一点，虽然在启动自动回缩式系索的制动机构时可以阻止坠落，但是突然的停止可能会导致对使用者的伤害或者在安全系统的一个或多个部件中产生比所需应力更高的应力。

在来自Antec of Vierzon，France(斯博瑞安保值公司(Sperian Protection)的一个部门)的商品名为STOPMAX EVOLUTION^TM的自动回缩式救生索的低成本变体中，包括鼓组件的多种组件都是由低强度的聚合物材料制成的。在发生坠落的情况下，当制动机构突然锁定时，鼓组件立即瓦解或者失效，并且通常抓牢救生索，(如同其他自动回缩式系索一样)导致突然阻止救生索拉伸和大的应力。

由于坠落期间会产生大的应力，通常使用一些机构或方法来吸收坠落中的至少一些能量。例如，在一些自动回缩式救生索上，网本身具有通过缝纫固定在一起的额外的盘绕结构(convolution)或交叠，所述网发生撕裂以吸收能量。其他自动回缩式救生索使用摩擦制动机构以吸收能量。目前可获得的自动回缩式救生索中使用的许多能量吸收机构和/或方法在制造过程中需要额外的部件或组装步骤，它们导致自动回缩式救生索的成本、体积和/或复杂性增加。

因此需要开发减少或消除与目前可获得的自动回缩式救生索系统相关联的上述和/或其他问题的系统、设备和方法。

发明内容

在一方面，本发明提供一种救生索系统，所述救生索系统包括救生索和毂，救生索围绕毂卷绕起来。在借助救生索施加在毂上的预定水平的作用力下，毂发生形变以吸收能量。例如，毂能够发生形变以吸收能量，使得在救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力(peak fall arrest force)不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。在几个实施方式中，防坠落峰值作用力不大于1500磅或者不大于1349磅。

救生索系统可以进一步包括第一部件和第二部件，第一部件位于毂的第一侧上并且邻近(例如，紧邻)毂，第二部件位于毂的第二侧上并且邻近(例如，紧邻)毂。毂可以基本上独立于第一部件和第二部件发生形变，从而吸收能量。即，毂发生形变，而第一部件和第二部件没有发生显著的或者任何的形变。在几个实施方式中，毂是包括鼓和第一部件的鼓组件的部件，其中第一部件包括第一凸缘，第一凸缘的直径大于毂的直径。毂例如可以经由至少一个连接件连接至第一凸缘。鼓组件可以进一步包括第二部件，第二部件包括第二凸缘，第二凸缘的直径大于毂的直径。毂例如可以经由至少一个连接件连接至第二凸缘。

在几个实施方式中，毂在其至少一部分圆周上具有基本上圆形的横截面。鼓组件可以围绕轴线旋转。

本发明的系统可以进一步包括张力机构，所述张力机构与毂/鼓组件操作性连接，以便于救生索的回缩。

本发明的系统可以进一步包括制动机构，所述制动机构与毂/鼓组件操作性连接，从而在以预定加速度拉伸救生索时阻止毂/鼓组件旋转。

在几个实施方式中，在毂发生形变吸收能量以后，毂/鼓组件仍然围绕轴线旋转。所述轴线例如可以由穿过毂/鼓组件的轴限定。

本发明的系统可以进一步包括外壳，所述外壳至少部分地包封毂/鼓组件、制动机构和张力机构。

在多个实施方式中，第一凸缘和第二凸缘经由毂的大体上中心的部分连接至毂，所述大体上中心的部分基本上不发生形变。毂例如可以包括周边构件和至少一个连接构件，救生索围绕所述周边构件卷绕起来，所述至少一个连接构件位于周边构件和大体上中心的部分之间。周边构件的至少一部分和/或连接构件的至少一部分可以发生形变以吸收能量。

在另一方面，本发明提供一种用于救生索系统中的鼓组件，所述鼓组件包括毂和位于毂的第一侧的至少第一凸缘。在由围绕毂卷绕的救生索施加在毂上的确定水平的作用力下，毂可以独立于第一凸缘发生形变，以吸收能量，从而使得在救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。鼓组件还可以包括位于毂的第二侧上的第二凸缘。毂例如可以独立于第一凸缘和第二凸缘发生形变。

第一凸缘和第二凸缘例如可以经由毂的大体上中心的部分连接至毂，所述大体上中心的部分基本上不发生形变。毂例如可以包括周边构件和至少一个连接构件，救生索围绕所述周边构件卷绕起来，所述至少一个连接构件位于周边构件和大体上中心的部分之间。周边构件的至少一部分和/或连接构件的至少一部分可以发生形变以吸收能量。

在另一方面，本发明提供一种吸收救生索系统中的能量的方法，其包括：提供毂作为救生索系统的第一部件，救生索围绕毂卷绕起来。在由救生索施加在毂上的确定水平的作用力下，毂可以发生形变，以吸收能量。救生索系统例如可以进一步包括位于毂的第一侧上的邻近(例如，紧邻)毂的至少第二部件以及位于毂的第二侧上的邻近(例如，紧邻)毂的至少第三部件。毂可以独立于第二部件和第三部件发生形变。

在又一方面，本发明提供一种救生索系统，所述救生索系统包括救生索和毂，救生索围绕所述毂卷绕起来。在借助救生索施加在毂上的预定水平的作用力下，毂可以发生形变以吸收能量，使得在救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。防坠落峰值作用力还可以不大于1500磅、不大于1349磅，甚至不大于1200磅，或者甚至不大于1100磅。

在又一方面，本发明提供救生索、救生索围绕其卷绕起来的毂、位于毂的第一侧上的邻近毂的第一部件，以及位于毂的第二侧上的邻近毂的第二部件。在借助救生索施加在毂上的预定水平的作用力下，毂可以独立于第一部件和第二部件发生形变以吸收能量。

毂例如可以是包括毂、第一部件和第二部件的鼓组件的部件。第一部件可以包括第一凸缘，第一凸缘的直径大于毂的直径，第二部件包括第二凸缘，第二凸缘的直径大于毂的直径。毂可以经由至少一个连接件连接至第一凸缘和第二凸缘。在几个实施方式中，第一凸缘和第二凸缘经由毂的大体上中心的部分连接至毂，所述大体上中心的部分基本上不发生形变。

如上所述，毂可以发生形变以吸收能量，使得在救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。在几个实施方式中，防坠落峰值作用力不大于1500磅或者不大于1349磅。

在几个实施方式中，本发明的自动回缩式救生索因此包括部件例如毂，其能够发生形变以吸收能量。不需要额外的部件、额外的组件或者额外的组装步骤来实现这种能量吸收。相比于目前可获得的特定的自动回缩式救生索，本发明的自动回缩式救生索能够提供增加的可靠性，同时降低复杂性、减小体积和/或成本。

考虑到下面结合附图提供的详细描述，将能够最好地理解本发明以及其特性和伴随的优点。

附图说明

图1示出本发明的自动回缩式救生索系统的实施方式的立体图，其中用虚线示意性地示出外壳。

图2示出图1的自动回缩式救生索系统的分解或拆卸立体图。

图3A示出图1的自动回缩式救生索系统的组装后的鼓组件的实施方式的主视图。

图3B示出组装后的鼓组件的立体图。

图3C示出组装后的鼓组件的侧视图。

图4示出鼓组件的分解或拆卸立体图。

图5A示出图3A的鼓组件的毂的实施方式的立体图。

图5B示出毂的主视图。

图5C示出毂的后视图。

图5D示出毂沿着图5B所示的剖面A-A的横截面图。

图6示出处于不受力状态的鼓组件的主视图，其中螺钉和毂缘被遮挡。

图7示出螺钉和毂缘仍然被遮挡的鼓组件，其中网圈(web coil)的收紧作用导致毂发生形变。

图8示出本发明的自动回缩式救生索系统的另一实施方式的立体图，其中外壳被取下。

图9示出图8的自动回缩式救生索系统的分解或拆卸立体图。

图10A示出图8的自动回缩式救生索系统的组装鼓组件的实施方式的主视图。

图10B示出图8的组装鼓组件的立体图。

图10C示出图8的组装鼓组件的侧视图。

图11示出图8的鼓组件的分解或拆卸立体图。

图12A示出图10A的鼓组件的毂的实施方式的立体图。

图12B示出图12A的毂的主视图。

图12C示出图12A的毂的后视图。

图12D示出毂沿着图12B所示的剖面A-A的横截面图。

图13A示出图8的处于不受力状态的鼓组件的主视图，其中螺钉和毂缘被遮挡。

图13B示出螺钉和毂缘仍然被遮挡的图8的鼓组件，其中网圈的收紧作用导致毂发生形变。

图14示出CEN标准EN 360：1992和2002以及EN 364：1992和1993。

具体实施方式

如本文和权利要求书中使用的，除非另外清楚地说明，单数形式“一个”、“一种”、“一条”、“所述”包括复数指代。因此，例如，提及“一个连接件”包括多个连接件和本领域熟练技术人员已知的等同物等等，因此，提及“所述连接件”是指一个或多个这种连接件和本领域熟练技术人员已知的等同物，等等。

图1示出本发明的自动回缩式救生索系统10的一个实施方式，其中以虚线示意性地示出外部盖子或外壳20。在几个实施方式中，盖子20(如本领域技术人员已知的，盖子20例如可以形成两个半部分)用于保护自动回缩式救生索系统的内部机构不受损坏，但是不能以其他方式显著地影响这些内部机构的工作。在正常使用中，自动回缩式救生索系统10例如能够经由连接件30连接至某个固定物体。救生索40(如本领域技术人员已知的，例如聚合物网材料)的远端44例如可以连接至使用者穿戴的安全带400(参见图1)。或者，连接件30可以连接至使用者(例如，经由扣环或竖钩500连接至D型环410)，并且救生索40的远端44可以连接至某个固定物体。

图2示出处于拆卸状态的自动回缩式救生索系统10的部件。图2中不包括外壳20。多个部件围绕轴70相对于框架构件50和60旋转。在几个实施方式中，框架构件50和60以及轴70例如由金属制成，所述金属例如是不锈钢。轴70在轴衬80内旋转，轴衬80分别安装在框架构件50和60的孔52和62中。保持器例如扣环90与形成在轴70内的支座72配合，以保持轴70与轴衬80可旋转地连接。

毂或鼓组件100包括第一毂缘或毂衬110、救生索网40围绕其卷绕起来的毂或鼓120、网套管130(例如参见图5)、第二毂缘140，以及连接件例如螺钉150。在几个实施方式中，毂衬110和毂缘140由金属例如铝或不锈钢形成，而毂或鼓120至少部分地由可形变材料例如聚合物材料形成，下面将对其进行进一步描述。当组装在一起时，毂衬110、毂120、毂缘140和螺钉150形成毂或鼓组件100，毂或鼓组件100在轴70上旋转。救生索网40的环端42围绕网套管130(网套管130借助形成在毂120内的通道123定位；例如参见图4)和轴70，由此将环端42紧固地锚定在鼓组件100内。在几个实施方式中，环端42延伸穿过形成在毂120中的狭槽121(与通道123连接或连通；例如参见图5A至图5D)，一部分救生索网40围绕毂120卷绕，留下自由端44，自由端44从外壳20中伸出并且通过合适的硬件(例如，通过本领域已知的末端连接件，其与连接件500和D型环410配合)连接至使用者。或者，自由端44可以连接至某个固定点，同时，如上所述，自动回缩式系索系统10连接至使用者。

对于自动回缩式救生索而言常见的是，可以向鼓组件100施加张力从而在拉伸救生索40之后使其回缩。关于这一点，轴70可以借助轴销74旋转地锁定至毂衬110(如下面所描述的，毂衬110还可以用作止动底座或制动底座)，轴销74接合毂衬110中的狭槽。动力弹簧组件(power spring assembly)160可以包括常规的弹簧钢卷绕带(图1和图2中未详细示出)，弹簧钢卷绕带位于塑料壳体内。弹簧钢带的一端可以锚定至外壳20。另一端可以接合轴70中的狭槽76。动力弹簧组件160的壳体可以借助位于壳体上的柱164旋转地锁定至框架60，柱164接合框架60中的孔64。如上所述，救生索网40锚定至毂120并且围绕毂120卷绕。组装时，动力弹簧被“卷起”，以向轴70提供扭矩并且因此向毂120或鼓组件100提供扭矩。施加在轴70上的扭矩预拉伸救生索网40并且导致救生索网40围绕毂120卷绕，或者，在将救生索网40从毂40上展开(即，从外壳20中拉出或伸出)之后，导致救生索网40围绕毂120回缩。

自动回缩式救生索系统10还可以包括本领域已知的制动机构。在示出的实施方式中，自动回缩式救生索系统10包括如2009年2月24日提交的发明名称为“SELF-RETRACTING LIFELINE SYSTEMS AND BRAKING SYSTEMS THEREFOR”的共同未决的美国专利申请(代理人卷号No.07-019)中描述的制动机构，该专利申请的公开内容通过引用并入本文中。关于这一点，止动轴170可以安装在毂衬/止动底座110内并且延伸穿过毂衬/止动底座110，以提供用于止动轴衬180和止动片190的轴(位于邻近止动片190的位置或者位于止动片190的质量中心)。制动机构还可以包括大体上V型的止动弹簧200，止动弹簧200的一端接合毂衬/止动底座110中的孔，止动弹簧200的另一端接合止动片190中的孔。如发明名称为“SELF-RETRACTING LIFELINE SYSTEMS AND BRAKING SYSTEMS THEREFOR”的美国专利申请中所描述的，止动弹簧200所施加的作用力可以被止动片190的旋转惯性抵消掉，从而仅当以相应于开始坠落时的加速度从自动回缩式救生索系统10中拉出救生索网40时止动片190才能启动以实现制动。例如，可以将止动片/止动弹簧组件设计成在以1/2或3/4乘以重力加速度的加速度拉出救生索网时启动。对于较低的加速度或者当使用者以恒定速率拉伸救生索网例如步行时，毂组件100自由转动。

图3A至图7示出本发明的毂或鼓组件100的一个实施方式的细节。如本领域的普通技术人员清楚了解的，毂组件100可以与许多类型的自动回缩式救生索系统一起使用。图1和图2示出的自动回缩式救生索系统10仅仅作为代表性实例示出。在图3A至图7中一般性地示出毂组件100的部件，这些部件可以不包括结合图1和图2所描述的与自动回缩式救生索系统10一起工作的一些特定元件。

图3A至图3C示出处于组装状态的鼓组件100，而图4示出处于拆卸或分解状态的鼓组件100。如上所述，鼓组件100包括毂衬110、救生索网40围绕其卷绕起来的毂或鼓120、网套管130(例如参见图4)、毂缘140，以及连接件例如螺钉150。如例如图4中所示的，一个或多个连接件或螺钉150可以穿过毂缘140中的通道142、穿过毂120中的通道122并且穿过毂衬110中的通道112。至少通道112例如可以包括配合螺纹从而保持螺钉150与至少通道112操作性连接。还如上所述，毂衬110、毂120、毂缘140以及螺钉150形成鼓组件100，鼓组件100在轴70上旋转。毂缘或毂衬110和毂缘140中的任一者都可以例如具有大于毂120的半径/直径，从而例如帮助或引导救生索网40围绕毂120卷绕。

在图4中，示出救生索网40围绕毂120的完整的三圈或三周。但是，将会以更多的圈或者至少一个圈实现本发明的毂或鼓组件的能量吸收功能。如上所述，当制动机构启动时，制动机构锁定鼓组件100以防止在坠落时鼓组件100在轴70上旋转。如下所述，在锁定鼓组件100之后，毂120可以发生形变从而吸收能量。

图5A至图5D示出毂120的放大视图。毂120(毂120例如可以由一体的聚合物材料片模制而成，所述聚合物材料例如是聚丙烯共聚物)包括外围或周边构件124，外围或周边构件124形成毂120的外表面或周边。救生索网40围绕外围或周边构件124卷绕起来，当在非锁定的正常使用期间救生索40延伸和回缩时，便于救生索网140围绕外围或周边构件124平滑地卷绕和伸直。在示出的实施方式中，毂120还包括中间连接件或隔板126，中间连接件或隔板126在外围构件124和毂120的轴连接或大体中心部分之间径向延伸(例如，大体位于毂120的中间)。隔板126的厚度有助于调节或确定毂120提供的能量吸收，如下所述。在示出的实施方式中，示出的隔板126为连续构件。但是，本领域普通技术人员应当理解，可以在隔板126或毂的其他部分上形成中断，以帮助调节能量吸收。可以改变这些中断的数目、间隔和/或尺寸，以改变能量吸收。同样地，多个离散的或单独的隔板和/或其他构件可以在外围构件124和毂120的轴连接或大体中心部分之间延伸。

在几个研究的实施方式中，毂120(在毂120的大部分周边上具有大体上圆形/圆柱形的横截面)具有大约1.18英寸的半径。在示出的实施方式中，外围构件124包括一定区域的非圆形横截面形状，以适应一定区域的救生索网40，将救生索网40折叠并且缝纫，以形成环圈42(例如参见图6)，使得围绕毂120的救生索40的外圈具有大体上圆形的横截面形状。

图6示出鼓组件100，其中螺钉150和毂缘140被遮挡。假定恰在锁定鼓组件100之前，连接至救生索网40的自由端44的重量(例如，相应于使用者重量的250磅重量)处于几乎自由坠落条件并且已经积聚了大量的动能。在图6所示的情况下，鼓组件100已经被锁定并且救生索网40中的张力迅速增加，导致救生索网40的圈围绕毂120紧缩。在示出的实施方式中，在例如主要由隔板126的厚度(和/或其他性能)确定的特定的张力水平下，作用在毂120上的径向作用力导致毂120开始被压碎(crush)。

图7示出鼓组件100，螺钉150和毂缘140仍然被遮挡。由于救生索网圈的收缩作用，毂120发生形变(例如，外部直径减小)。示出的发生形变的毂形状是近似形状。作用在隔板126上的作用力导致隔板126发生形变(取决于毂120的区域，以不同的方式扣紧、压缩或伸展)。由于周长减小，外部外围构件124也发生形变(例如，扣紧和折叠)。形变的净结果是在使坠落重量逐渐地停止时，动能被吸收。比较图6和图7，救生索网40的自由端44(重量连接至该自由端)从点D1(参见图6)向下移动至点D2(参见图7)。在一项研究中，D1大约为3.0英寸，D2大约为7.9英寸。因此，救生索网自由端比其初始位置低7.9-3.0或4.9英寸。如果绘图，救生索网张力与自由端位移的曲线下的面积将等于被吸收的总能量。

救生索网40围绕毂120的圈数影响自由端位移以及最大网张力。关于这一点，如果在毂120上具有更多的救生索网圈，则最大网张力将会更小，但是位移将会更大，导致大约相同的能量吸收。而且，更少的救生索网圈将能够产生更大的最大网张力，同时具有更小的位移，同样导致大约相同的能量吸收。

如果坠落重量连接至救生索网40的远端44并且如果救生索网40的远端44连接至固定物体/锚定点，则毂120将提供能量吸收，如上所述。而且，还应当理解，如果绳索、线缆或其他延伸构件而不是这里描述的作为代表性实例的网材料用于救生索，则能量吸收毂120将起到吸收能量的作用。

在几个实施方式中，毂120的至少一部分由能够发生形变以吸收能量的可变形材料形成。如上所述，毂120可以包括隔板126，可以调节隔板126的厚度以精细调节能量吸收。关于这一点，对于特定的情况，如果隔板126太薄，则压碎它所需的作用力太小，导致能量吸收太低。如果，对于特定的情况，隔板126太厚，则压碎它所需的作用力太大，同样导致能量吸收太低。本领域熟练技术人员能够使用已有的工程原理和方法容易地确定合适的厚度，以实现所需的能量吸收。对于本领域熟练技术人员来说清楚的是，也可以使用许多其他的毂构型。材料的非弹性形变(例如，借助压碎鼓组件的聚合物或金属毂构件)是能量吸收方法的一个实例。借助弹性形变或弹性和非弹性形变的组合的能量吸收也是可行的。

在示出的实施方式中，毂120在例如如上所述的坠落中突然制动时经受的张力/作用力下发生形变。但是，毂衬110(第一横向凸缘)和毂缘140(第二横向凸缘)以及系统10的其他部件在这些张力下表现出非常小的形变或不发生形变。在示出的实施方式中，毂120连接至毂衬110和毂缘140，使得毂120能够独立于毂衬110和毂缘140的任何形变而发生形变。对于本领域熟练技术人员来说清楚的是，在替代实施方式中，毂衬110和毂缘140和/或自动回缩式救生索系统10的其他部件不需要连接至毂120或者不需要与轴70形成锁定的旋转连接。如果位于毂120的每一侧上的系统10或其替代实施方式的一个或多个部件发生形变，则例如在借助毂120的形变发生大量的或者甚至任何能量吸收之前会抓紧救生索网40(由此停止拉伸救生索网40)或者发生其他干扰的相互作用。而且，如果引起除毂120以外的部件发生形变，则可能会以其他方式破坏水平救生索系统10的工作。

在多个实施方式中，鼓组件100保持围绕轴70旋转，并且，根据例如ANSI Z359.1标准和加拿大标准协会(Canadian Standards Association(CSA))Z259.2.2标准，甚至在坠落和毂120发生相关联的形变之后在撤除作用在鼓组件100上的作用力时，鼓组件100例如仍然能够工作从而使救生索网40回缩，上述标准的公开内容通过引用并入本文。例如，在毂120的径向向外部分发生形变之后(邻近的部件例如毂衬110和毂缘120不发生形变)，隔板126的至少一部分和周边构件124的一部分可以发生形变，而围绕通道123的毂120的基本上中心部分或凸缘连接部分保持基本上或完全不发生形变，以便于毂或鼓组件100绕轴70旋转。例如可以借助例如增加的材料厚度或本领域已知的其他结构技术来增强毂120的中心部分。毂120的中心部分也可以由不同于(例如强度更高)毂120的变形部分的材料形成。

在示出的实施方式中，例如，形成的通道122和通道123的周边具有增加的厚度，使得毂120的中心部分基本上不发生形变。由于毂衬110和毂缘140与毂120的中心部分操作性连接(借助通道122和螺钉150)，只有很小的倾向于使毂衬110或毂缘140形变的作用力或没有作用力传递到毂衬110或毂缘140。毂衬110和毂缘140例如可以由聚合物材料或金属材料形成。

图8至图13B示出本发明的自动回缩式救生索系统10a的另一实施方式，自动回缩式救生索系统10a以与自动回缩式救生索系统10相似的方式工作。在图8至图13B中，与系统10中的相应元件相似地标记系统10a的类似部件，在系统10的相应元件标记上增加标记“a”。如图9所示，借助两个外壳构件20a的连接形成盖子，盖子用于保护自动回缩式救生索10a的内部机构不被损坏。自动回缩式救生索10a例如可以借助连接件30a连接至某个固定物体。救生索40(例如，本领域已知的聚合物网材料)的远端44a例如可以连接至使用者5穿戴的安全带400(参见图1)。或者，连接件30a可以连接至使用者(例如，借助扣环或竖钩(carabiner)500连接至D型环410)，救生索40a的远端44a可以连接至某个固定物体。

图9示出处于拆卸或分解状态的自动回缩式救生索系统10a的部件。如结合系统10所述的，系统10a的多个部件围绕轴70a相对于框架构件50a和60a旋转。在图8至图13B的实施方式中，框架构件50a和60a一体地形成，作为U型金属(例如，不锈钢)段的一部分。轴70a(例如由金属例如不锈钢形成)在轴衬80a内旋转，轴衬80a分别借助框架构件50a和60a的通道52a和62a定位。凸缘保持器例如螺纹构件92a与在轴70a的一端中形成的螺纹通道73a配合，以保持轴70a与框架构件50a和60a旋转连接。位于轴70a的另一端的凸缘71a例如可以紧靠框架构件60a。

系统10a的毂或鼓组件100a包括第一毂缘或毂衬110a；毂或鼓120a，救生索网40a围绕毂或鼓120a卷绕起来；第二毂缘140a；以及连接件，例如螺钉150a(以与系统10的螺钉150相反的方向取向)。在几个实施方式中，毂衬110a和毂缘140a由金属例如铝或不锈钢形成，而毂120a由如上所述的可变形的聚合物材料形成。当组装时，毂衬110a、毂120a、毂缘140a以及螺钉150a形成毂或鼓组件100a，毂或鼓组件100a围绕轴70a旋转。相比于毂120，毂120a具有减小的直径和增大的宽度，以容纳具有大约25mm的宽度的救生索网(与毂120a相比，毂120a设计成与宽度大约为17mm的救生索网一起使用)。借助围绕轴70a形成在毂120a内的通道123a(参见例如图12A至图12D)定位救生索的环端42a，从而将环端42a紧固地锚定在鼓组件100a内。环端42a延伸穿过形成在毂120a中的狭槽121a，救生索网40a的一部分围绕毂120a卷绕，留下自由端44a，自由端44a从外壳20中延伸出来。救生索网40a还包括能量吸收部分或区段46a，在能量吸收部分或区段46a中，如坠落保护领域已知的，例如，一端救生索网40a向后折叠并且缝制或者缝纫在一起。在坠落的情况下，能量吸收部分46a的缝边(stitching)发生撕裂以吸收能量。

轴70a借助止动或制动底座112a旋转式地锁定至毂衬110(例如由金属例如铸造不锈钢形成)，止动或制动底座112a借助螺钉150a连接至毂衬110a。关于这一点，制动底座112a包括形成于其中的通道113a和径向向内突出的构件114a，轴70a穿过通道113a，径向向内突出的构件114a接合毂衬110的狭槽76a的径向向外的部分。在鼓组件100a上施加张力，从而在拉伸救生索40a之后借助动力弹簧组件160a使救生索40a回缩，动力弹簧组件160a包括位于外壳构件168a形成的塑料外壳内的弹簧钢162a的卷绕带。弹簧钢带的径向向外的端部163a可以锚定至框架60a。径向向内的端部163a’可以接合轴70a中的狭槽76a的径向向内的狭窄部分。动力弹簧组件160的一个外壳构件168a例如可以借助位于外壳构件168a上的突出构件或柱164a旋转式地锁定至框架60，突出构件或柱164a接合形成在框架60a中的对接构件64a。如上所述，救生索网40a锚定至鼓组件100a的毂120a并且围绕毂120a卷绕起来。组装时，动力弹簧162a“卷起”以向轴70a提供扭矩并且由此向鼓组件100a提供扭矩。施加在轴70a上的扭矩预拉伸救生索网40并且导致救生索网40围绕毂120a卷绕起来或者在救生索网40从毂120a上伸直之后围绕毂120a回缩，如上面针对自动回缩式系索系统10所描述的。

自动回缩式救生索系统10a还包括制动机构。与自动回缩式救生索系统10相似，自动回缩式救生索系统10a例如包括如共同未决的美国临时专利申请No.61/031,336和61/045,808中描述的制动机构。关于这一点，止动器190a(例如由金属例如铸造不锈钢形成)经由部分带螺纹的枢转构件180a枢转地或者旋转地安装(与轴70a的轴线不同心)在止动底座112a上，部分带螺纹的枢转构件180a穿过形成在止动器190a中的通道192a，以连接至止动底座110a上的螺纹通道116a。螺纹枢转构件180a(和通道192a)的轴线优选大致或基本上相应于止动器190a的质量中心。关于这一点，枢转构件优选定位在邻近止动器190a的质量中心的位置并且优选尽可能地接近质量中心。制动机构还可以包括止动弹簧200，止动弹簧200的一端接合止动底座112a的连接件117a(例如，环或通道)，止动弹簧200的另一端接合止动器190a的连接件194a(例如，环或通道)。止动弹簧200a施加的作用力基本上抵消止动器190a的旋转惯性，使得仅当以例如相应于坠落开始的加速度从自动回缩式救生索系统10a拉出救生索网40a时启动止动器190a(借助离心力)以实现制动，如前面针对系统10所描述的。

图10A至图13示出毂或鼓组件100a的细节。与鼓组件100相似，鼓组件100a可以与许多类型的自动回缩式救生索系统一起使用。螺钉150a穿过止动底座112a中的通道118a、穿过毂衬110a、穿过毂120a中的通道122a，并且穿过毂缘140a中的通道142a，从而保持鼓组件100a与止动底座112a操作性连接。

如结合毂120所描述的，例如可以由一整片聚合物材料例如聚丙烯共聚物模制毂120a。毂120a包括周边或外围构件124a，周边或外围构件124a形成毂120a的外表面或周边。救生索网40围绕周边或外围构件124a卷绕，当在正常的非锁定使用期间救生索40a延伸和回缩时，便于救生索网140a围绕周边或外围构件124a平滑卷绕和伸直。如结合毂120所描述的，毂120a还包括中间连接件例如隔板126a，中间连接件在周边构件124a和毂120a的径向向内或基本上中心部分之间延伸。同样，隔板126a的厚度(和/或其他性能)有助于调节或确定毂120a所提供的能量吸收，如结合毂120所描述的。

图13A示出鼓组件100a，其中螺钉150a和毂缘140a被遮挡。假定恰在锁定鼓组件100a之前，连接至救生索网40a的自由端44a的重量(例如，相应于使用者体重的250磅重量)处于几乎自由坠落的状态并且已经积累了大量的动能。如图13A所示的，鼓组件100a被锁定，救生索网40a中的张力迅速增大，导致救生索网40a的圈围绕毂120a收紧。在例如主要由隔板126a的厚度确定的特定的张力水平下，作用在毂120a上的径向作用力导致毂120a开始被挤压(参见图13B)。图13A和图13B的对比示出毂120a以与结合毂120所述的相似的方式发生形变以吸收能量。同样如结合毂120所述的，在毂120a的至少一部分发生能量吸收形变之后，围绕通道123的毂120a的基本上中心部分或凸缘连接部分保持基本上不发生形变或者完全不发生形变，以便于毂或鼓组件100a旋转。

在本发明的几项研究中，对系统10和10a实施如CEN(欧洲标准化委员会(European Committee for Standardization))标准EN 360：1992和2002以及EN 364：1991和1993中阐述的坠落试验，上述标准的公开内容通过引用并入本文。图14示出试验系统的示意图。在图14中，使用测力仪器1来测量100kg的质量3的自由坠落所产生的作用力。在几项研究中，使自动回缩式救生索系统4坠落距离H(不超过2m或大约6.56英寸，如由将质量4连接至自动回缩式救生索系统4的夹持机构或连接机构2所测量的)，如上述标准中所提供的，质量3的重量为100kg。得到的防坠落峰值作用力(PFAF)或制动力大约为1,100磅，其小于EN 364中给出的1,349磅(6kN)的极限值。

前面的描述以及后面的附图阐述了本发明的优选实施方式。根据前面的教导，在不背离本发明的范围的前提下，各种改进、增加和替代设计对于本领域熟练技术人员当然是显而易见的。权利要求书而不是前面的描述限定了本发明的范围。权利要求书将涵盖落入权利要求书的等同方案的含义和范围中的所有变化和改变。

Claims (31)

1.一种救生索系统，所述救生索系统包括：

救生索；和

毂，救生索围绕所述毂卷绕起来，在借助所述救生索施加在所述毂上的预定水平的作用力下，所述毂能够发生形变以吸收能量，使得在所述救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。

2.根据权利要求1所述的救生索系统，其中，所述防坠落峰值作用力不大于1500磅。

3.根据权利要求1所述的救生索系统，其中，所述防坠落峰值作用力不大于1349磅。

4.根据权利要求1所述的救生索系统，其进一步包括位于所述毂的第一侧上的邻近所述毂的第一部件以及位于所述毂的第二侧上的邻近所述毂的第二部件，所述毂可以独立于所述第一部件和所述第二部件发生形变。

5.根据权利要求4所述的救生索系统，其中，所述毂是鼓组件的部件，所述鼓组件包括所述毂和所述第一部件，其中，所述第一部件包括第一凸缘，所述第一凸缘的直径大于所述毂的直径。

6.根据权利要求5所述的救生索系统，其中，所述毂经由至少一个连接件连接至所述第一凸缘。

7.根据权利要求6所述的救生索系统，其中，所述鼓组件进一步包括第二部件，其中，所述第二部件包括第二凸缘，所述第二凸缘的直径大于所述毂的直径。

8.根据权利要求7所述的救生索系统，其中，所述毂经由至少一个连接件连接至所述第二凸缘。

9.根据权利要求8所述的救生索系统，其中，所述毂在其至少一部分上具有基本上圆形的横截面。

10.根据权利要求9所述的救生索系统，其中，所述鼓组件可以围绕轴线旋转。

11.根据权利要求10所述的救生索系统，其进一步包括张力机构，所述张力机构与所述鼓组件操作性连接，以便于所述救生索的回缩。

12.根据权利要求11所述的救生索系统，其进一步包括制动机构，所述制动机构与所述鼓组件操作性连接，从而在以预定加速度拉伸所述救生索时阻止所述鼓组件旋转。

13.根据权利要求10所述的救生索系统，其中，在所述毂发生形变吸收能量以后，所述鼓组件仍然围绕所述轴线旋转。

14.根据权利要求13所述的救生索系统，其中，所述轴线由穿过所述鼓组件的轴限定。

15.根据权利要求13所述的救生索系统，其进一步包括外壳，所述外壳至少部分地包封所述鼓组件、所述制动机构和所述张力机构。

16.根据权利要求8所述的救生索系统，其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘经由所述毂的大体上中心的部分连接至所述毂，所述大体上中心的部分基本上不发生形变。

17.根据权利要求16所述的救生索系统，其中，所述毂包括外围构件和至少一个连接构件，所述救生索围绕所述外围构件卷绕起来，所述至少一个连接构件位于所述外围构件和所述大体上中心的部分之间，所述外围构件和所述连接构件的至少一部分可以发生形变以吸收能量。

18.一种用于救生索系统中的鼓组件，所述鼓组件包括：

毂；和位于所述毂的第一侧上的至少第一凸缘，在由围绕所述毂卷绕的救生索施加在所述毂上的确定水平的作用力下，所述毂可以独立于所述第一凸缘发生形变，以吸收能量，使得在所述救生索系统的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅，所述坠落试验使用连接至救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺。

19.根据权利要求18所述的鼓组件，其进一步包括位于所述毂的第二侧上的第二凸缘。

20.根据权利要求19所述的鼓组件，其中，所述毂可以独立于所述第一凸缘和所述第二凸缘发生形变。

21.根据权利要求20所述的鼓组件，其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘经由所述毂的大体上中心的部分连接至所述毂，所述大体上中心的部分基本上不发生形变。

22.根据权利要求21所述的鼓组件，其中，所述毂包括外围构件和至少一个连接构件，所述救生索围绕所述外围构件卷绕起来，所述至少一个连接构件位于所述外围构件和所述大体上中心的部分之间，所述外围构件和所述连接构件的至少一部分可以发生形变以吸收能量。

23.一种吸收救生索系统中的能量的方法，其包括：

提供毂作为所述救生索系统的第一部件，所述救生索围绕所述毂卷绕起来，在由所述救生索施加在所述毂上的确定水平的作用力下，所述毂可以发生形变，以吸收能量。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述救生索系统进一步包括位于所述毂的第一侧上的邻近所述毂的至少第二部件以及位于所述毂的第二侧上的邻近所述毂的至少第三部件，所述毂可以独立于所述第二部件和所述第三部件发生形变。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，在使用连接至所述救生索的220磅的质量并且坠落距离高达6.56英尺的坠落试验中，防坠落峰值作用力不大于1900磅。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述防坠落峰值作用力不大于1500磅。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述防坠落峰值作用力不大于1349磅。

28.一种救生索系统，其包括：

救生索；以及

毂，所述救生索围绕所述毂卷绕起来；

第一部件，所述第一部件位于所述毂的第一侧上并且邻近所述毂；以及

第二部件，所述第二部件位于所述毂的第二侧上并且邻近所述毂，在借助所述救生索施加在所述毂上的确定水平的作用力下，所述毂可以独立于所述第一部件和所述第二部件发生形变以吸收能量。

29.根据权利要求28所述的救生索系统，其中，所述毂是鼓组件的部件，所述鼓组件包括所述毂、所述第一部件和所述第二部件，其中，所述第一部件包括第一凸缘，所述第一凸缘的直径大于所述毂的直径，并且，所述第二部件包括第二凸缘，所述第二凸缘的直径大于所述毂的直径。

30.根据权利要求29所述的救生索系统，其中，所述毂经由至少一个连接件连接至所述第一凸缘和所述第二凸缘。

31.根据权利要求30所述的救生索系统，其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘经由所述毂的大体上中心的部分连接至所述毂，所述大体上中心的部分基本上不发生形变。

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