CN103238973A - 一种具有新型缓冲减震结构的安全帽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有新型缓冲减震结构的安全帽。该安全帽采用双壳体结构，两个壳体之间采用弹性连接。具体结构包括：外壳3，内壳4，连接外壳和内壳的弹性缓冲体5，用于固定安全帽与头部的下颏带6。本发明所述安全帽采用了啄木鸟啄木过程中的减震缓冲机理。弹性缓冲体5内部由三组相互垂直的弹簧组成。这样的设计使得弹性缓冲体5可以提供各个方向上的弹性缓冲，从而实现对于径向冲击载荷（顶部和侧向）和切向冲击载荷的防护。本发明可以提高安全帽抵抗冲击的性能，保护头部不遭受损伤。

Description

一种具有新型缓冲减震结构的安全帽

技术领域

本发明涉及安全头盔的技术领域，具体是指一种具有的新型缓冲结构的安全帽。该缓冲结构可以有效抵挡径向冲击力（顶部和侧向），也可以在一定程度上减小由斜向撞击引起的切向冲击力。 

背景技术

在日常生产生活中，头部的防护一直非常重要。在机械、建筑、矿山、冶金、电力等行业中，作用于头顶部和侧向的冲击载荷是人体受伤的重要因素之一。目前对于头部防护最主要方式是佩戴安全帽。现在常见的安全帽的防护原理是:先由安全帽的硬质外壳承受外部冲击，防止其穿透。然后由与外壳相连的带状的帽衬缓冲掉部分冲击能量，并将剩余的能量传递到整个头部。这部分能量最后由头皮和颈椎吸收。 

现在常见的安全帽在设计上存在一些不足。首先，缓冲效果不佳。安全帽中起缓冲作用的主要是帽衬。由于大量使用塑料等较硬的材料，并且与外壳多采用刚性的连接方式，帽衬的缓冲作用小。而且现在的帽衬多使用条带结构，与头部的接触面积小，接触应力大。其次，侧向防护不够。现有的安全帽比较注重对顶部冲击载荷的防护，对于来自侧向的冲击的防护不够。实际上，侧向想冲击载荷对于头部的损伤也是巨大的。另外，对于切向冲击力（平行于头皮的切线方向）的防护不够。切向冲击力会使头部瞬间产生较大的角加速度。这被认为是导致头部损伤的原因之一。 

运用生物力学研究手段，对啄木鸟头部解剖结构及运动学参数进行分析发现：在啄木过程的回弹阶段，舌骨独特的结构延缓了过度后伸，吸收了冲击载荷，起到了“安全带”的作用使脑组织免受损伤。本发明将啄木鸟舌骨对头部的防护机理应用于安全帽的结构设计中，提高了安全帽的抗冲击性能。 

发明内容

本发明的目的是针对现有安全帽在抵抗冲击方面的不足，利用仿生学原理，设计了一种具有新型缓冲减震结构的安全帽，以改善安全帽的防护性能。 

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：安全帽采用双壳体结构，两个壳体之间采用弹性连接。具体结构包括：外壳3，内壳4，连接外壳和内壳的弹性缓冲体5，用于固定安全帽与头部的下颏带6。其中内壳4由硬层41和内衬42用胶粘接成一体结构。外壳和硬层都由刚度较大的材质构成，比如：ABS塑料、碳纤维复合材料或金属材料。外壳3的内表面和硬层41的外表面为球面，二者之间留有25mm以上空隙，用于缓冲减震。外壳3和硬层41在下部边缘和壳体的中间位置分别设有六组以上对应的连接头7（图3所示），通过连接头可以将弹性缓冲体5刚性地连接在外壳3和硬层41上。连接头处的刚性连接，可以采用铆钉，螺栓等结构实现。弹性缓冲体5内部由三组相互垂直的弹簧组成。通过这三组弹簧，每个弹性缓冲体5都可在各个方向上提供弹性缓冲。考虑到不同的应用情况，内衬42的结构可以选 择为连通的分块气囊，或者由泡沫、海绵等软质材料和织物构成的贴合头部的实心结构。下颏带6与硬壳41通过刚性连接，可以采用铆钉，螺栓等结构实现。 

采用上述技术方案，安全帽外壳3将撞击点的冲击力扩散到较大的面积上，并阻止冲击穿透外壳。连接外壳3和内壳4的弹性缓冲体5，可以延缓冲击从外壳传递到内壳4的时间，从而减小内壳4受到的冲击力。其原理和冲击过程中啄木鸟舌骨对脑部的防护机理一致。内壳4的硬层41采用刚度较大的材料，一方面可以将传递过来的冲击力分散到更大的面积上并通过内衬结构将其吸收，另一方面可以防止安全帽穿透的发生。内衬42采用连通分块气囊或者软质材料，可以作为安全帽缓冲、减震功能的补充，同时也可以提高使用的舒适度。下颏带6的作用是将头部和安全帽的内壳紧密的固定在一起，避免因为二者相对滑动而产生的附加伤害。 

弹性缓冲体5可以提供各个方向上的弹性缓冲，因此安全帽的顶部方向和侧向都有良好的缓冲性能。在遭受切向冲击载荷时，弹性缓冲体5组合在一起，可以提供一定的切向弹性力，减小旋转冲击带来的损伤。另外，外壳3的内表面和硬层41的外表面为球面，可以减小两个壳体相对转动过程中的干涉。这也在一定程度上提高本发明所述安全帽抵抗切向冲击的性能。 

本发明是对安全帽缓冲结构的改进，不涉及安全帽的具体构型。因此本发明可以应用于不同设计构型的安全帽。 

附图说明

图1是啄木鸟脑部结构示意图； 

图2是本发明所述安全帽的结构示意图； 

图3是本发明所述弹性缓冲体的位置分布示意图； 

图4是本发明所述弹性缓冲体的结构示意图； 

图5是本发明所述安全帽受到径向撞击时的工作方式示意图； 

图6是本发明所述安全帽受到切向撞击时的工作方式示意图。 

图中：1啄木鸟脑组织；2啄木鸟的舌骨；3外壳；4内壳；41硬层；42内衬；5弹性缓冲体；51刚性连接体；52弹簧；6下颏带；7连接头；8径向冲击载荷；9切向冲击载荷；10变形后的弹性缓冲体。 

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述： 

如图2所示，本发明由外向内依次为:外壳3、弹性缓冲体5、内壳4以及下颏带6。其中内层又由硬层41和内衬42组成。外壳3和硬层41采用硬质材料制成。弹性缓冲缓冲体5的具体结构如图4所示。其结构由刚性连接体51和弹簧52构成。弹性缓冲体5的内部分布有三组相互垂直的弹簧52。通过这三组 弹簧的组合，弹性缓冲体可以提供各个方向上的弹性缓冲。这就使得本发明所述的安全帽具备顶部和侧向的缓冲能力，同时也可以对切向冲击起到一定缓冲作用。刚性连接体51通过铆接、螺栓连接等方式可与连接头7刚性连接，从而实现弹性缓冲体与外壳3以及硬层41的相连，连接的位置分布如图3所示。内衬42与人体头部直接接触，采用连通的分块气囊结构或者由软质泡沫、海绵等材料和织物构成的实心结构。硬层41和内衬42之间通过胶粘连接成一个整体。 

如图5所示，当本发明所述的安全帽受到来自径向冲击载荷8时，瞬间外壳3将会相对与内壳4向下运动。运动过程中，外壳3受到来自弹性缓冲体5的弹性阻力，向下的加速度将迅速减小。由于弹簧的缓冲作用，延长了冲击载荷的作用时间。这就减小的传递到内壳的力。传递过来的这部分力将由内衬继续缓冲。最后只会有很小一部分冲击力传递到头部。 

如图6所示，当本发明所述的安全帽受到来自切向向冲击载荷9时，外壳3在瞬间会产生较大角加速度。由于弹性缓冲体5发生变形，产生的切向弹性阻力，将阻碍外壳的的旋转，延长冲击载荷的作用时间。从而减小了传递到头部的旋转力矩。 

Claims (10)

1.一种有新型缓冲减震结构的安全帽，其特征在于，它为双壳体结构，外壳和内壳之间留有25mm以上空隙，二者采用弹性连接方式。 

2.一种有新型缓冲减震结构的安全帽，其特征在于，它通过下颏带与头部进行固定。 

3.如权利要求1所述的弹性连接方式，其特征在于，它通过弹性缓冲体实现弹性连接。 

4.如权利要求3所述的弹性缓冲体，其特征在于，它内部由三组相互垂直的弹簧组成，可以在各个方向上提供弹性缓冲。 

5.如权利要求3所述的弹性缓冲体，其特征在于，它通过连接头分别于刚性的固结在外壳和内壳上。刚性固结可以通过铆钉，螺栓等结构实现。 

6.如权利要求1所述的双壳体结构，其特征在于，所述外壳采用的材料是硬质材料，比如ABS塑料、碳纤复合材料或金属材料等。 

7.如权利要求1所述的双壳体结构，其特征在于，所述内壳又可以分为硬层和内衬，二者通过胶粘形成一体结构。 

8.如权利要求7所述的内壳结构，其特征在于，所述内壳的硬层采用硬质材料，比如ABS塑料、碳纤复合材料或金属材料等；所述内壳的内衬采用连通的分块气囊结构，也可采用由泡沫、海绵等软质材料和织物构成的贴合头部的实心结构。 

9.如权利要求1所述的双壳体结构，其特征在于，外壳的内表面和内壳硬层的外表面都为球面。 

10.如权利要求2所述的下颏带，其特征在于，它通过铆钉，螺栓等结构刚性的固结在内壳的硬层上。 

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