CN110100113B - 能量耗散连接物和布置能量耗散连接物的方法 - Google Patents

能量耗散连接物和布置能量耗散连接物的方法 Download PDF

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Abstract

一种能量耗散连接物(200)，包括：基部(202)，具有第一和第二(204、206)端部；和多个接触紧固件(208a‑c)，永久地联接到所述基部，多个接触紧固件中的每一个与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合。所述多个接触紧固件(208a‑c)布置在所述基部上以形成包括在多个接触紧固件中的两个或更多个之间的接合的第一和第二闭合(212a、212b)。所述多个接触紧固件(208a‑c)构造成使得：响应于施加到所述基部的拉伸载荷，所述第一闭合(212a)的接合的接触紧固件在剪切时沿剪切平面(218)加载；以及响应于引起所述第一闭合(212a)的接触紧固件的剪切位移的拉伸过载情况，所述第二闭合(212b)的接合的接触紧固件承受剥离载荷。

Description

能量耗散连接物和布置能量耗散连接物的方法
技术领域
本说明书总体涉及由可释放地接合的接触紧固件形成的能量耗散连接物。特别地，该说明书描述了具有多个独立闭合的能量耗散接触紧固件连接物。
背景技术
用于耗散动能的机械装置用作各种领域中的减震器和/或制动器。采用能量耗散装置的一个特定领域是防坠落。实际上，许多管辖区域的安全法规要求防坠落系统用于在高架环境中工作的人员。防坠落系统也被岩石和攀岩爱好者使用。攀爬活动情况下的能量耗散器通常包含在将登山者连接到稳定结构的安全线中。安全线连接有效地保护登山者免受长时间的自由下落和与地面的冲击。尽管如此，当下落被安全线突然停止时，重力对即使是短暂的自由下落而没有冲击的影响也可能对登山者施加有害的止动力。能量耗散器专门设计用于减轻这种止动力。目前使用的绝大多数能量耗散装置涉及一个或多个柔性纺织材料件，它们以折叠的重叠构造布置并且在某些离散点处连接(例如缝合、编织或梭织(loom))。这些装置通过使用线路中的张力来耗散安全线路中的动能，以引发离散连接点的断裂/撕裂。
发明内容
在一方面，一种能量耗散连接物，包括：细长的基部，具有相对的第一和第二端部；和多个接触紧固件，永久地联接到所述基部，多个接触紧固件中的每一个与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合。所述多个接触紧固件布置在所述基部上以形成单独且独立的第一和第二闭合，所述第一和第二闭合中的每一个包括在多个接触紧固件中的两个或更多个的相应紧固元件之间的接合。所述多个接触紧固件构造成使得：响应于施加到所述基部的端部的拉伸载荷，所述第一闭合的接合的接触紧固件在剪切时沿剪切平面加载；以及响应于引起所述第一闭合的接触紧固件的剪切位移的拉伸过载情况，所述第二闭合的接合的接触紧固件承受剥离载荷。
在一些示例中，第二闭合形成在基部的松弛的空载(idler)部分上，该空载部分至少部分地重叠第一闭合。
在一些示例中，多个接触紧固件中的至少一个与第一闭合和第二闭合二者相关联。
在一些示例中，连接物还包括套筒，其覆盖支撑第一和第二闭合的基部的一部分，所述套筒抑制基部和第一和第二闭合的接合的接触紧固件在垂直于第一闭合的剪切平面的方向上的移动。
在一些示例中，连接物还包括引导构件，其构造成随着第一和第二闭合分别在剪切和剥离时脱离来约束基部的在第一和第二端部之间的中间部分沿着限定路径的移动。在一些示例中，引导构件包括固定到基部的一个端部的横向基部支撑件，并且基部的中间部分围绕所述横向基部支撑件被拉(train)。在一些示例中，横向基部支撑件包括围绕第一闭合的套筒的开口的边缘。在一些示例中，横向基部支撑件包括可绕由固定到基部的一个端部的辊支撑件限定的轴线旋转的辊。在一些示例中，横向基部支撑件包括：附接件，其相对于基部的第一或第二端部之一保持固定；以及引导杆，其联接到所述附接件，其中基部的中间部分被引导穿过附接件和引导杆之间的开口。在一些示例中，横向基部支撑件设置在第二闭合的接触紧固件之间的剥离脱离点附近。在一些示例中，横向基部支撑件设置在第二闭合的接触紧固件与第一闭合的接触紧固件之间的剪切重新接合点附近。
在一些示例中，剪切平面在第一闭合内平行于基部延伸。
在一些示例中，多个接触紧固件中的至少一个包括离散的凸紧固元件阵列，每个紧固元件包括从基部向外延伸的直立杆和从所述杆的远端一体地延伸到尖端的头部。在一些示例中，多个接触紧固件中的至少另一个包括环区域，并且凸紧固元件的头部包括形成用于保持所述环的弯曲部的下表面。在一些示例中，大部分离散的紧固元件包括单向钩，其中所述大部分中的每个紧固元件的头部沿相同方向从所述杆向前延伸。
在一些示例中，第一闭合的第一接触紧固件直接附接到基部并且第一接触紧固件的其余部分相对于基部是自由站立的，使得在拉伸过载时，第一接触紧固件的相对的自由站立端相对于第一闭合的第二接触紧固件在剪切载荷下位移。在一些示例中，第二接触紧固件的两个纵向端部都直接附接到基部。
在另一方面，一种能量耗散连接物包括：细长的基部，具有相对的第一和第二端部；和多个接触紧固件，永久地联接到所述基部并且与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合。当所述连接物处于准备好(primed)状态时，多个接触紧固件形成单独独立的第一和第二闭合，第一和第二闭合中的每个包括两个或更多个接触紧固件的相应紧固元件之间的接合。多个接触紧固件构造成使得响应于施加到基部的端部的拉伸过载，在所述连接物的准备好状态下接合的第一和第二闭合的接触紧固件逐渐脱离，其中当施加拉伸过载时，第二闭合的一个接触紧固件的至少一部分与第一闭合的一个接触紧固件的至少一部分重新接合。
在一些示例中，第一闭合构造成使得拉伸过载在剪切时支承在第一闭合的接触紧固件上。在一些示例中，第二闭合构造成使得拉伸过载在剥离时支承在第二闭合的接触紧固件上。在一些示例中，多个接触紧固件构造成使得第二闭合的接触紧固件的重新接合部分在剪切时与第一闭合的接触紧固件的部分加载。
在一些示例中，第二闭合形成在基部的松弛空载部分上，该空载部分至少部分地重叠第一闭合。
在一些示例中，多个接触紧固件中的至少一个与第一闭合和第二闭合二者相关联。
在一些示例中，连接物还包括套筒，其覆盖支撑第一和第二闭合的基部的一部分，所述套筒抑制基部和第一和第二闭合的接合的接触紧固件在垂直于第一闭合的剪切平面的方向上的移动。
在一些示例中，连接物还包括引导构件，其构造成随着第一和第二闭合响应于拉伸过载而脱离和重新接合来约束基部的在第一和第二端部之间的中间部分沿着限定路径的移动。在一些示例中，引导构件包括固定到基部的一个端部的横向基部支撑件，并且基部的中间部分围绕所述横向基部支撑件被拉。在一些示例中，横向基部支撑件包括围绕第一闭合的套筒的开口的边缘。在一些示例中，横向基部支撑件包括可绕由固定到基部的一个端部的辊支撑件限定的轴线旋转的辊。在一些示例中，横向基部支撑件包括：附接件，其相对于基部的第一或第二端部之一保持固定；以及引导杆，其联接到所述附接件，其中基部的中间部分被引导穿过附接件和引导杆之间的开口。在一些示例中，横向基部支撑件设置在第二闭合的接触紧固件之间的剥离脱离点附近。在一些示例中，横向基部支撑件设置在第二闭合的接触紧固件与第一闭合的接触紧固件之间的剪切重新接合点附近。
在一些示例中，多个接触紧固件中的至少一个包括离散的凸紧固元件阵列，每个紧固元件包括从基部向外延伸的直立杆和从所述杆的远端一体地延伸到尖端的头部。在一些示例中，多个接触紧固件中的至少另一个包括环区域，并且凸紧固元件的头部包括形成用于保持所述环的弯曲部的下表面。在一些示例中，大部分离散的紧固元件包括单向钩，其中所述大部分中的每个紧固元件的头部沿相同方向从所述杆向前延伸。
在一些示例中，第一闭合的第一接触紧固件直接附接到基部并且第一接触紧固件的其余部分相对于基部是自由站立的。在一些示例中，第一闭合的第二接触紧固件的两个纵向端部都直接附接到基部。
在一些示例中，第一或第二闭合中的至少一个包括至少一个接触紧固件，其独立于细长基部支撑在外部结构上。
又一方面的特征在于一种为处于准备好状态的系绳布置能量耗散连接物的方法。该连接物包括：细长基部，具有相对的第一和第二端部；和多个接触紧固件，永久地联接到所述基部，多个接触紧固件中的每一个与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合。该方法包括：将基部的第一端部拉向第二端部；并且然后接合多个接触紧固件中的两个或更多个以形成第一闭合，所述第一闭合构造成在基部的第一和第二端部之间传递拉伸载荷；在两个端部之间形成基部的纵向松弛的空载部分；并且然后接合多个接触紧固件中的两个或更多个以沿着空载部分形成第二闭合，第二闭合与第一闭合分离且独立。
在又一方面，一种载荷受限连接包括：柔性基板，沿着基板的第一长度承载接触紧固件的两个配合部分中的一个和沿着基板的第二长度并且与第一长度间隔开的接触紧固件的两个配合部分中的另一个，使得其中基板在处于接合状态的接触紧固件重叠的两个配合部分的两个长度之间的第一折叠处折叠；并且接触紧固件的补充配合部分与接触紧固件的两个配合部分中的所述一个接合，其中基板在第一长度内在第二折叠处折叠，使得接触紧固件的两个配合部分中的所述一个在第二折叠的两侧延伸，并且使得施加到与第二长度相邻的基板的端部并且超过所述连接的拉伸极限的拉伸载荷将在剥离模式下逐渐释放接触紧固件的两个配合部分，将在剪切模式下加载接触紧固件的补充配合部分，并且将两个配合部分中的所述一个滚动通过第二折叠，将在剥离时未加载的接触紧固件移动到剪切载荷中。
在一些示例中，载荷受限连接还包括折叠支撑件，该折叠支撑件在设置在与第一长度相对的第二长度的一侧上的支撑安装件处固定到基板，折叠支撑件在第二折叠处在第一长度之后延伸以维持在剥离接触紧固件的两个配合部分期间第二折叠相对于支撑安装件的位置。在一些示例中，折叠支撑件包括可绕由联接到支撑安装件的辊支撑件限定的轴线旋转的辊。在一些示例中，折叠支撑件包括联接到支撑安装件的引导杆，其中基板的一部分被引导穿过支撑件安装件和引导杆之间的开口。在一些示例中，折叠支撑件设置在接触紧固件的两个配合部分之间的剥离脱离点附近。在一些示例中，折叠支撑件设置在剪切重新接合点附近，其中接触紧固件从剥离移动到剪切载荷中。
在一些示例中，载荷受限连接还包括套筒，该套筒覆盖支撑接触紧固件的两个配合部分的基板的一部分和接触紧固件的接合的补充配合部分，该套筒抑制基板和接触紧固件在垂直于接触紧固件的两个配合部分的剪切平面的方向上的移动。
在一些示例中，接触紧固件中的至少一个包括离散的凸紧固元件阵列，每个紧固元件包括从基部向外延伸的直立杆和从所述杆的远端一体地延伸到尖端的头部。在一些示例中，接触紧固件中的至少另一个包括环区域，并且凸紧固元件的头部包括形成用于保持所述环的弯曲部的下表面。在一些示例中，大部分离散的紧固元件包括单向钩，其中所述大部分中的每个紧固元件的头部沿相同方向从所述杆向前延伸。
在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A是说明根据本公开的一个或多个实施例的包括能量耗散连接物的防坠落系统的使用的图示；
图1B是图1A的防坠落系统的单独图示；
图2A是处于未准备好状态的第一能量耗散连接物的透视图；
图2B是处于准备好状态的第一能量耗散连接物的横截面侧视图；
图3A和3B是第一J形钩的侧视图和端视图；
图3C和3D是第二J形钩的侧视图和端视图；
图4A是沿着剪切平面在配合的接触紧固件之间的接合界面的侧视图；
图4B是与环结构接合的J形钩的侧视图，示出了剥离和剪切脱离机构；
图5是逐渐示出图2A和2B的第一能量耗散连接物的释放的一系列横截面图；
图6是第二能量耗散连接物的横截面侧视图；
图7是第三能量耗散连接物的横截面侧视图；
图8是第四能量耗散连接物的横截面侧视图；以及
图9是第五能量耗散连接物的横截面侧视图。
可能夸大了附图的某些方面以更好地示出特征、过程步骤和结果。各个附图中的相同参考数字和标记可以表示相同的元件。
具体实施方式
图1A和1B示出了使用引导绳30和防坠落系统40沿着岩石结构20的侧面执行受控上升的登山者10。防坠落系统40具有安全线42和系绳43(通常称为“系索”)。安全线42的一端锚定在岩石结构20上。系绳43包括一对登山扣44a、b、柔性带45和能量耗散连接物100(通常称为“减震器”)。登山扣44a将系绳43联接到安全线42的自由站立端，将系绳间接地联接到岩石结构20的锚定点。登山扣44b将系绳43联接到登山者10穿着的安全带46。因此，登山者通过安全线和系绳部件被固定到岩石结构上。系绳43的连接物100位于登山扣44a、b之间的系绳的柔性带45上。在一些示例中，能量耗散连接物和柔性带是通过机械联接(例如缝合、热焊接、粘合剂等)彼此附接的单独且独立的部件。在一些其他示例中，这些部件一体地形成为单个装置。
如果登山者无意中失去了对岩石结构20和/或引导绳30的保持，则防坠落系统40设计成限制登山者10的自由下落距离。防坠落系统40还设计成将对登山者10施加的最大止动力(“MAF”)限制到可以忍受的程度。术语“最大止动力”是指当自由下落突然停止时，通过安全线和系绳中的张力作用在登山者身体上的短持续时间的峰值动态力。MAF与自由下落期间动能的积累直接相关。连接物100设计成通过从防坠落系统40耗散(或转移)该自由下落动能来限制MAF。如下所述，连接物100具有形成多个(即两个或更多个)可释放闭合的多个配合的接触紧固件。这些配合的接触紧固件布置成利用在止动期间沿着带45传递的张力以促使脱离。本公开中使用的术语“接触紧固件”指的是当两个部件放置成彼此直接接触时与另一配合部件机械接合(即“紧固”)的部件。各种接触紧固件构造可与本文所述的能量耗散连接物结合使用，包括但不限于钩环、钩桩和钩钩构造。
用于脱离接触紧固件闭合的能量有效地从防坠落系统40消耗/移除，因此减少了MAF。更具体地，配合的接触紧固件布置成使得由登山者身体的重量而施加到防坠落系统的拉伸载荷在剪切和剥离时拉开(或“脱离”)紧固件。甚至更具体地，本公开中描述的能量耗散连接物提供分别在剥离和剪切时加载的多个独立闭合。剪切脱离的特征在于沿着限定平面(“剪切平面”)的紧固件之间的相对滑动运动，该平面通常平行于紧固件的基部延伸。另一方面，剥离脱离的特征在于从剪切平面以一定角度逐渐地将紧固件彼此拉开。
在本上下文中，通过采用接触紧固件可以获得的一个特别的优点是在防坠落过程中相对平稳的脱离。也就是说，因为在两个接触紧固件之间形成的闭合通常涉及数百或数千个单独的紧固元件的接合，所以这些元件在剥离和/或剪切时的逐渐脱离在高水平上是有效连续的。在实践中，这意味着使用者在防坠落期间不会感觉到单独的微震，比如在使用可断裂连接的离散区域时可能是这种情况。
值得注意的是，图1A和1B的防坠落系统仅仅是可以使用本公开的能量耗散连接物的许多应用之一。其他合适的应用包括座椅带、降落伞悬挂线、牵引绳等。此外，本文所述的能量耗散连接物可用于使用传统的织物吸收器/制动器来耗散动能的任何系统中。鉴于以下公开内容，甚至进一步的用途和应用可能变得显而易见。
图2A和2B分别示出了处于未准备好和准备好状态的第一示例性能量耗散连接物200。连接物200包括在第一端部204和第二端部206之间连续延伸的细长的基部202。如上所述，在某些实施方式中，端部可以附接到联接到锚定的安全线(例如图1A的安全线42)的柔性带(例如图1A和1B的柔性带45)或与之成为一体。当然，还可以设想其他构造，例如其中一个或两个端部附接到刚性外部结构(参见图8和9)。在一些示例中，基部202是相对薄且柔性的结构，其允许连接物200布置(例如折叠)成紧凑的包装。然而，不考虑形状因数，基部202基于预期应用(例如关于材料选择和制造技术)适当地构造成提供足够的拉伸强度和动态载荷弹性以防止在使用期间破裂。
除了基部202之外，连接物200还包括三个接触紧固件208a、b、c，它们可彼此接合以形成单独独立的第一和第二闭合。每个接触紧固件208a、b、c永久地联接到基部202。“永久地联接”是指接触紧固件由基部承载，并且在能量耗散连接物的使用和操作期间保持在其固定位置。明显地说，接触紧固件不打算在任何位置从基部上脱离。在该示例中，接触紧固件208a、b、c通过缝合线直接附接到基部202的相应部分。
如图所示，第一和第二接触紧固件208a、b平行于基部202布置，从基部的相对的第一和第二端部204、206朝向端部之间的中间部分延伸。第一和第二接触紧固件208a、b沿其整个长度通过缝合线210'附接到基部202。第三接触紧固件208c通过窄带缝合线210”永久地附接在基部202的第一端部204处，使得紧固件的其余部分从基部自由站立。在该实施例(及其他实施例)中示出和描述的用于在接触紧固件和下面的基部之间提供永久附接的缝合机构仅仅是示例性的，而不是限制性的。实际上，还可以使用许多其他合适的技术来促进接触紧固件和基部之间在上述位置处的永久联接(例如热焊接、粘合剂、化学结合等)。此外，在一些示例中，接触紧固件可以与基部一体地形成为单个连续块。
接触紧固件208a、b、c包括可释放地接合的紧固元件的相应区域或阵列。更具体地，在该示例中，第一和第三接触紧固件208a、c的紧固元件设计成以非永久方式(与将接触紧固件连接到基部的缝合相比)与第二接触紧固件208b的相应部分上的紧固元件配合。因此，第一和第三接触紧固件208a、c中的每一个包括离散的凸紧固元件(例如钩结构)阵列，且第二接触紧固件208b包括设计成接合凸紧固元件的一系列环结构。下面参考图3A-4B详细描述示例性的钩环接合机构，尽管还可以使用各种其他合适的接触紧固构造(例如钩钩或钩桩接合)。在任何情况下，当连接物200处于图2A所示的准备好状态时，配合的紧固元件形成单独独立的第一和第二可释放闭合212a、b。
为了将连接物200从图2A的未准备好状态转换到图2B的准备好状态，通过在第一和第二接触紧固件208a、b相遇的中间部分附近折叠基部202而形成第二可释放闭合212b。该第一折叠214a使第一接触紧固件208a重叠第二接触紧固件208b的一部分，将第一接触紧固件的凸紧固元件放置成与第二接触紧固件的环结构接合。然后，通过在第二接触紧固件208b的重叠第一接触紧固件208a的部分的边缘处折叠基部202来形成第一可释放闭合212b。该第二折叠214b在第二接触紧固件208b的另一部分上呈现环结构，用于与第三接触紧固件208c的凸紧固元件接合。
如图2B所示，基部202的折叠/准备好构造使第一和第二闭合212a、b在基部202的纵向方向上彼此重叠。因此，第一和第二闭合212a、b是“纵向重叠结构”，其中在使用连接物200期间，第一闭合212a在第一和第二端部204、206之间传递整个拉伸载荷。另一方面，第二闭合212a形成在基部202的纵向松弛空载部分216上。也就是说，由于张力完全通过第一闭合212b传递，空载部分216实际上是基部202的非承载部分。空载部分216保持非承载部件，直到接触紧固件208a、b、c彼此脱离，消除(或“释放“)第一和第二闭合212a、b。
如下面参考图5的渐进图所讨论的，在第一和第二闭合212a、b逐渐脱离期间，基部202的空载部分216的长度减小。如下面还要讨论的，足以引起第一闭合212a的剪切脱离的拉伸载荷也引起第二闭合212a在剥离时的脱离。更具体地，因为接触紧固件208a、b、c支撑在相同的细长的基部202上，所以第一闭合212a中的第二和第三接触紧固件208b、c的剪切位移导致第二闭合212b中的第一和第二接触紧固件在基部202的折叠部分被拉开时受到剥离载荷。当拉伸载荷超过第一闭合212a的剪切强度时，接触紧固件208a、b、c开始彼此拉开。该情况在本文中称为“拉伸过载”。“拉伸过载”是指施加到连接物的细长基部的一端或两端的拉伸载荷，其足以引发在连接物处于准备好状态时所形成的一个或多个接触紧固闭合的脱离。在该特定示例中，拉伸过载直接对应于第一闭合的剪切强度。然而，还可以考虑各种其他构造—例如，其中拉伸过载对应于多个闭合的剪切和/或剥离强度。
第一闭合212a限定剪切平面218。本公开中使用的术语“剪切平面”是指沿着两个配合的接触紧固件之间的剪切脱离方向延伸的几何平面。当第二和第三接触紧固件208b、c以引起它们之间的相对滑动运动的方式(例如在平行于紧固件的平面基部的方向上的拉伸力)被拉开时，发生剪切脱离。因此，剪切平面218垂直于接触紧固件208b、c的面对面方向定向。这样，虽然在图2B中示出为基本上平坦的，但剪切平面218的轮廓遵循接触紧固件208b、c的定向，因此可以随着柔性接触紧固件的任何弯曲或折叠而弯曲。此外，因为接触紧固件208b、c以相对于基部202的平行定向定位，所以剪切平面218也是如此。第二闭合212b限定了在基部202的横向方向上靠近第二折叠214b延伸的剥离点220。剥离点220是施加将第二和第三接触紧固件208b、c拉开的剥离载荷的位置。下面参考图4A和4B，进一步详细描述剥离和剪切脱离的机理。
图3A-3D示出了示例性紧固元件，特别是J形钩结构，其可用于钩环接触紧固闭合。这些及各种其他类型的合适的紧固元件(比如棕榈树、三叶形钩或蘑菇型紧固元件)可以在本公开描述的能量耗散连接物中实现。美国专利号6960314和7716792(其全部内容通过引用并入本文)描述了各种类型的合适的紧固钩结构。
图3A和3B的钩350具有J形轮廓和弯曲侧面，比如可以模制在美国专利号4794028所描述的Fischer过程中采用的模具辊中的两个相邻模板之间形成的腔中，在两个模板之间的界面处将分型线352留在钩的中间。基座杆部354在前边缘和后边缘之间限定相当大的夹角α(例如约61.5度)。头部356具有凹入尖端358，这意味着它向下朝向钩的基部延伸，以形成用于截留环纤维的凹形弯曲部360。尖端358从钩的最上表面向下延伸到距离“d”，且整个钩具有垂直于基部测量的总高度“h”。图3C和3D的钩350'也具有J形轮廓，但具有平坦的侧面，如图3D所示。因此，其尖端358'完全延伸穿过钩，并且其头部356'的上表面为配合材料提供了相当宽的表面。杆部354'限定了相同的夹角α，顶端358'也向下延伸到距离“d”，并且钩350'也具有总高度“h”。
图4A示出了在配合的接触紧固件408b、c之间形成的示例性闭合412。图4A的闭合412类似于图2B的第一闭合212a，因为其构造成用于剪切脱离，因此限定剪切平面418。在该示例中，接触紧固件408c包括形成在基部428c上的J形钩紧固元件450阵列；且接触紧固件408b包括形成在基部428b上的环材料470区域。这里示出的接触紧固件408b、c处于接合状态，其中接触紧固件408b的环470被捕获在承载在接触紧固件408c上的钩450的凹形弯曲部内。通过沿着剪切平面418将接触紧固件408b、c彼此拉开，可以使接合的钩450和环470在剪切时脱离。当施加的拉伸力达到闭合412的拉伸强度时，钩450变形和/或环470切断以从钩的弯曲部释放环。在一些实施方式中，可能有利的是将钩环系统设计成使得钩在比环更低的拉伸载荷下变形(即钩限闭合)，这允许环在剪切运动期间与其他钩重新接合，从而增加能量耗散量。
在该示例中，J形钩紧固元件450阵列沿着接触紧固件408c的基部428a布置成平行排。如图所示，紧固元件450布置成使头部沿相同方向定向，形成单向钩构造。“单向钩”阵列的特征在于，至少大部分离散的紧固件元件设置为具有沿着共同方向从杆向前延伸的头部的钩结构。具有单向钩的接触紧固件在沿着与头部的定向凹入尖端相反的方向拉动时具有显著的剪切强度，并且当沿相反方向拉动时具有很小的剪切强度或没有剪切强度。单向钩在本上下文中可能是特别有利的，因为它们允许通过简单地沿着剪切平面将接触紧固件滑回到初始接合位置来手动重置能量耗散连接物。
图4B示出了由环纤维470接合的J形钩紧固元件450。如图所示，环纤维470被截留在由紧固元件的凹入尖端458限定的凹形弯曲部460中。箭头472和474代表当两个接合的接触紧固件彼此拉开时施加在紧固元件450和环纤维470上的相应的剥离力和剪切力。当施加剥离载荷472时，环纤维470以锐角向上拉过紧固元件450的头部456。在钩限制的有限闭合中，一定量的剥离载荷472引起头部456的变形，这使得从弯曲部460释放环纤维470。
剪切载荷474的施加使得在杆部454和头部456之间的颈部区域476处将环纤维470横向拉过紧固元件450。从图4B可以看出，紧固元件450的厚度在颈部区域476处比头部456更大。因此，与剥离相比，在剪切时需要更大幅度的拉伸力，以便引起从弯曲部460释放环纤维470的钩变形。这种效果由于这里讨论的闭合涉及数千个单独的紧固元件而得到加强。此外，如美国专利号4271566(其全部内容通过引用并入本文)中所述，剪切脱离需要同时释放各个配合的紧固元件之间的所有相互接合。因此，通过剪切脱离配合的接触紧固件所需的力(“剪切强度”)大于通过逐渐剥离将其拉开所需的力(“剥离强度”)。此外，在本上下文中，剪切脱离还导致更大的动能耗散(与剥离相比)，因为当接触紧固件彼此滑过时，各个紧固元件倾向于重新接合。因此，必须随着时间的推移连续施加剪切力以完全使闭合破裂。
图5示出了在连接物200上施加的连续施加的拉伸载荷“T”下的接触紧固件208a、b、c的逐渐脱离，比如在上述防坠落过程中会发生的。注意，虽然在图5的图示中逐渐地和逐步地示出了该序列，但在实践中，脱离可以以快速、几乎连续的运动发生。
在t0处的第一图示将空载部分216示出为非承载部件，并且恰好在消除第一和第二闭合212a、b时接收拉伸载荷之前，在tf处的最后图示示出空载部分216。在t0处，连接物200的第一和第二闭合212a、b保持静止且完整，因为尚未达到拉伸过载情况。在t1处拉伸过载的开始导致第一闭合212a的剪切脱离和第二闭合212b的剥离脱离。这些第一和第二闭合212a、b的脱离随着时间的推移而逐渐地和连续地继续，直到接触紧固件208a、b、c完全从彼此释放，展开基部202并且将拉伸载荷传递到整个基部，包括最初形成空载部分216的部分。如图所示，当第二闭合212b的接触紧固件208a、b彼此拉开时，空载部分216的长度减小。在一些示例中，当第二闭合212b脱离时，第二接触紧固件208b的环材料的至少一部分与第三接触紧固件208c的凸接触紧固件重新接合。当第二闭合212b的逐渐释放期间基部202的下面部分从空载部分216移除时，第二接触紧固件208b的重新接合发生，并且随后越过第三接触紧固件208c。这允许第二接触紧固件208b的环钩住第三闭合208c的凸紧固元件。第二接触紧固件208b的重新接合是有利的，因为它有效地延伸第一闭合212a的长度，导致增加的能量耗散。
在脱离期间，典型的紧固件闭合的剪切强度趋于降低。这种效果是由于在接触紧固件被逐渐拉开时它们之间的接合面积的减小。在能量耗散的本上下文中，抵消这种效果或甚至在整个脱离过程中保持基本恒定的剪切强度可能是有利的。这导致每单位长度的能量耗散的量增加。促进独立闭合之间的重新接合是一种增强能量耗散的技术。另一种技术涉及沿剪切平面改变接触紧固件的物理特性。随着接触紧固件逐渐脱离，这些改变的物理特性可以提供增加的剪切紧固性能(例如每单位面积的更大剪切强度)。示例性物理特征包括凸紧固元件和/或环的密度、凸紧固元件的刚度和/或环纤维的韧度。在一些示例中，接触紧固件的物理特性可以在相反方向上变化。因此例如，在第一闭合212a的情况下，接触紧固件208c的高密度/高刚度紧固元件可以最初接合第二接触紧固件208b的低密度/低韧度环，反之亦然。然后，在剪切脱离期间，接触紧固件208c的高密度/高刚度紧固元件逐渐地与接触紧固件208b的高密度/韧度环重新接合，以保持基本恒定(或甚至增加)的剪切强度。
图6-9示出了各种能量耗散连接物，其包括用于促进从剥离时释放的第二闭合到剪切时释放的第一闭合的紧固件重新接合的附加特征。
图6示出了第二示例能量耗散连接物600。类似于连接物200，连接物600包括从第一端部604到第二端部606连续延伸的细长基部602。并且，如连接物200，连接物600包括布置在基部602上的三个接触紧固件608a、b、c，以形成第一和第二独立闭合612a、b。在该示例中，连接物600还包括位于基部602的端部604、606之间的套筒622。如图所示，套筒622定位在基部602上，以便覆盖并围绕第一和第二闭合612a、b。套筒622适当地构造成抑制基部602在垂直于第一闭合612a的剪切平面618的方向上移动。例如，在一些示例中，套筒622可以以刚性塑料或金属结构的形式提供，以抵抗变形。在一些其他示例中，套筒622可以是压缩或紧密装配的弹性结构，其适应基部602中的柔性，但抵抗相对于剪切平面618的移动。
与添加的套筒622相关的益处至少是双重的。首先，套筒622抑制或防止第一闭合612a的接触紧固件608b、c受到组合的剥离和剪切加载，这将会降低闭合的强度并导致较少的能量耗散。当基部202的端部处的拉伸载荷与剪切平面618不对准时，可能发生这种组合的加载现象。套筒622确保大部分(如果不是全部)拉伸载荷仅在剪切时施加到第一闭合612a。其次，通过在脱离过程期间迫使第二接触紧固件608b的从第二闭合612b释放的部分与第三接触紧固件608c紧密接近，套筒622促使第二接触紧固件608b在第二闭合612b和第一闭合612a之间重新接合。
连接物600还包括引导构件624，该引导构件624构造成其在第一和第二闭合612a、b分别在剪切和剥离时的脱离期间逐渐展开来约束基部602沿限定路径的运动。在该示例中，引导构件624以刚性连接件的形式提供，包括附接杆626和引导杆628。附接杆626保持固定到靠近第一端部604的基部602的一部分。引导杆628从附接杆626向外延伸，在杆之间留下开口。基部602的中间部分被引导穿过开口并被拉动，使得基部沿横向方向支撑在引导杆628上靠近其第二折叠614b。在脱离期间，通过第二闭合612b的剥离脱离而从空载部分216释放的基部602的部分被迫抵靠着引导杆628，并且导致紧靠着第三接触紧固件208c，这导致第二接触紧固件608b的重新接合。
图7示出了第三示例能量耗散连接物700。如先前示例，连接物700包括在第一和第二端部704、706之间连续延伸的细长基部702。连接物700还包括布置在基部702上的三个接触紧固件708a、b、c，以形成第一和第二独立闭合712a、b。连接物700还包括套筒722，其在结构上类似于连接物600的套筒622。然而，在该示例中，套筒722仅覆盖形成第一闭合712a的基部702的部分，以便抑制上述的组合加载现象。因此，如图所示，套筒722从靠近第二端部706的点延伸到基部702的第二折叠714b。这里，套筒722的边缘以与前一示例中的引导杆628类似的方式与折叠714b对接，在脱离期间向基部702提供横向支撑，以便将第二接触紧固件608b引入到第三接触紧固件608c以重新接合。
图8示出了第四示例能量耗散连接物800。如先前示例，连接物800包括细长基部802，在其相对的端部804、806之间承载三个接触紧固件808a、b、c，以形成两个独立闭合812a、b。值得注意的是，在该示例中，第一和第三接触紧固件包括环结构区域，并且第二接触紧固件包括凸紧固元件(例如J形钩)阵列。接触紧固件808a、b、c的这种构造基本上与先前示例相反，但操作原理是相同的。此外，连接物800与先前示例的不同之处在于，基部802的第一部分804联接到外部刚性结构10，而非柔性系绳。连接物800还包括引导构件824，其在结构上类似于连接物600的引导构件624。然而，在该示例中，引导构件824包括将引导构件联接到基部802的附接杆826以及提供到基部的横向支撑的辊832。辊832可围绕由从附接杆826延伸的辊支撑构件834限定的轴线旋转。
图9示出了第五示例能量耗散连接物900。类似于先前示例，连接物900包括在第一和第二端部904、906之间连续延伸的细长基部902。然而，在该示例中，连接物900包括两个(而非三个)接触紧固件908a、b。第一和第二接触紧固件908a、b以类似于连接物800的接触紧固件808a、b的方式构造，形成第二闭合912b。此外，基部902以与基部902相同的方式折叠，其中引导构件924在脱离期间沿着限定的路径引导基部以促进第二接触紧固件908b的重新接合。利用连接物900，第一闭合912a通过第二接触紧固件908b与承载在外部结构10'上的配合接触紧固件12的接合而形成。在该示例中，因为所有配合接触紧固件不是永久地联接到连接物的基部，所以在脱离序列中存在明显不同的操作原理。这里，当拉伸载荷施加到第一端部904时，第一和第二闭合912a、b分别在剪切和剥离时被立即且同时加载(如与先前示例相比，其中第二闭合的剥离加载由第一闭合的剪切脱离的开始引发)。此外，因为第二闭合912b的剥离强度显著小于第一闭合912a的剪切强度，所以配合接触紧固件908a、b在剥离时开始脱离，而没有第一闭合912a的接触紧固件908b和12的相应剪切脱离。当第二接触紧固件908b的部分从第二闭合912b释放时，引导构件924便于其与接触紧固件12重新接合，这增加了第一闭合912a的剪切强度。结果，在第一闭合912a的接触紧固件开始在剪切时被拉开之前，整个第二闭合912b通过剥离被释放。
已经描述了本发明的多个实施例。然而，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。例如，虽然上述的凸紧固元件是通过模制技术制造的，但编织的钩环接触紧固件也适合与本公开的能量耗散连接物一起使用。美国专利号5996189(其全部内容通过引用并入本文)描述了用于生产编织的钩和环的示例性过程。在一些实施方式中，例如，其中接触紧固件与连接物的支撑基部是一体的，编织的钩环紧固件可能是特别有利的，因为紧固元件的区域可以通过直接编织到基带中而形成。如在美国专利号5996189中描述，与基带交织的复丝纱线可用于形成环，并且可以加工(例如热定形和切割)单丝纱线以形成钩。

Claims (30)

1.一种能量耗散连接物，包括：
细长的基部，具有相对的第一端部和第二端部；
多个接触紧固件，永久地联接到所述基部，多个接触紧固件中的每一个与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合，
其中，所述多个接触紧固件布置在所述基部上以形成单独且独立的第一闭合和第二闭合，所述第一闭合和第二闭合中的每一个包括在多个接触紧固件中的两个或更多个的相应紧固元件之间的接合，并且
其中，所述多个接触紧固件构造成使得：
响应于施加到所述基部的第一端部和第二端部的拉伸载荷，所述第一闭合的接合的接触紧固件在剪切时沿剪切平面加载；以及
响应于引起所述第一闭合的接触紧固件的剪切位移的拉伸过载情况，所述第二闭合的接合的接触紧固件承受剥离载荷；和
引导构件，其构造成随着所述第一闭合在剪切和第二闭合在剥离时脱离来约束所述基部的在所述第一端部和第二端部之间的中间部分沿着限定路径的移动。
2.根据权利要求1所述的能量耗散连接物，其中，所述第二闭合形成在所述基部的松弛的空载部分上，所述空载部分至少部分地重叠所述第一闭合。
3.根据权利要求1所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件中的至少一个与所述第一闭合和第二闭合二者相关联。
4.根据上述权利要求1-3中任一项所述的能量耗散连接物，还包括套筒，其覆盖支撑所述第一闭合和第二闭合的所述基部的一部分，所述套筒抑制所述基部以及第一闭合和第二闭合的接合的接触紧固件在垂直于第一闭合的剪切平面的方向上的移动。
5.根据权利要求4所述的能量耗散连接物，其中，所述引导构件包括固定到所述基部的第一端部的横向基部支撑件，并且所述基部的中间部分围绕所述横向基部支撑件被拉，并且
其中，所述横向基部支撑件包括围绕所述第一闭合的套筒的开口的边缘；和/或
其中，所述横向基部支撑件包括可绕由固定到所述基部的第一端部的辊支撑件限定的轴线旋转的辊；和/或
其中，所述横向基部支撑件包括：
附接件，其相对于所述基部的第一端部保持固定；以及
引导杆，其联接到所述附接件，其中所述基部的中间部分被引导穿过所述附接件和引导杆之间的开口。
6.根据权利要求5所述的能量耗散连接物，其中，所述横向基部支撑件设置在所述第二闭合的接触紧固件之间的剥离脱离点附近。
7.根据权利要求5所述的能量耗散连接物，其中，所述横向基部支撑件设置在所述第二闭合的接触紧固件与所述第一闭合的接触紧固件之间的剪切重新接合点附近。
8.根据前述权利要求1-3，5,6中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述剪切平面在所述第一闭合内平行于所述基部延伸。
9.根据前述权利要求1-3，5,6中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件中的至少一个包括离散的凸紧固元件阵列，每个凸紧固元件包括从所述基部向外延伸的直立杆和从所述直立杆的远端一体地延伸到尖端的头部。
10.根据权利要求9所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件中的至少另一个包括环区域，并且其中，所述凸紧固元件的头部包括形成用于保持所述环的弯曲部的下表面。
11.根据权利要求9所述的能量耗散连接物，其中，大部分离散的凸紧固元件包括单向钩，其中所述大部分离散的凸紧固元件中的每个凸紧固元件的头部沿相同方向从所述直立杆向前延伸。
12.根据前述权利要求1-3，5,6中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述第一闭合的第一接触紧固件直接附接到所述基部并且所述第一接触紧固件的其余部分相对于所述基部是自由站立的，使得在拉伸过载时，所述第一接触紧固件的相对的自由站立端相对于所述第一闭合的第二接触紧固件在剪切载荷下位移。
13.根据权利要求12所述的能量耗散连接物，其中，所述第二接触紧固件的两个纵向端部都直接附接到所述基部。
14.一种能量耗散连接物，包括：
细长的基部，具有相对的第一端部和第二端部；
多个接触紧固件，永久地联接到所述基部并且与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合，
其中，当所述连接物处于准备好状态时，所述多个接触紧固件形成单独且独立的第一闭合和第二闭合，所述第一闭合和第二闭合中的每个包括两个或更多个接触紧固件的相应紧固元件之间的接合，并且
其中，所述多个接触紧固件构造成使得响应于施加到所述基部的第一端部和第二端部的拉伸过载，在所述连接物的准备好状态下接合的所述第一闭合和第二闭合的接触紧固件逐渐脱离，其中当施加拉伸过载时，所述第二闭合的一个接触紧固件的至少一部分与所述第一闭合的一个接触紧固件的至少一部分重新接合；和
引导构件，其构造成随着所述第一闭合和第二闭合脱离来约束所述基部的在所述第一端部和第二端部之间的中间部分沿着限定路径的移动。
15.根据权利要求14所述的能量耗散连接物，其中，所述第一闭合构造成使得所述拉伸过载在剪切时支承在第一闭合的接触紧固件上，和/或其中，所述第二闭合构造成使得所述拉伸过载在剥离时支承在第二闭合的接触紧固件上。
16.根据权利要求15所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件构造成使得所述第二闭合的接触紧固件的重新接合部分在剪切时与所述第一闭合的接触紧固件的部分加载。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述第二闭合形成在所述基部的松弛的空载部分上，所述空载部分至少部分地重叠所述第一闭合。
18.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件中的至少一个与所述第一闭合和第二闭合二者相关联。
19.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，还包括套筒，其覆盖支撑所述第一闭合和第二闭合的所述基部的一部分，所述套筒抑制所述基部和第一闭合和第二闭合的接合的接触紧固件在垂直于第一闭合的剪切平面的方向上的移动。
20.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，所述引导构件构造成随着所述第一闭合和第二闭合响应于拉伸过载而脱离和重新接合来约束所述基部的在所述第一端部和第二端部之间的中间部分沿着限定路径的移动。
21.根据权利要求20所述的能量耗散连接物，其中，所述引导构件包括固定到所述基部的第一端部的横向基部支撑件，并且所述基部的中间部分围绕所述横向基部支撑件被拉，并且
其中，所述横向基部支撑件包括围绕所述第一闭合的套筒的开口的边缘；和/或
其中，所述横向基部支撑件包括可绕由固定到所述基部的第一端部的辊支撑件限定的轴线旋转的辊；和/或
其中，所述横向基部支撑件包括：
附接件，其相对于所述基部的第一端部保持固定；以及
引导杆，其联接到所述附接件，其中所述基部的中间部分被引导穿过所述附接件和引导杆之间的开口。
22.根据权利要求21所述的能量耗散连接物，其中，所述横向基部支撑件设置在所述第二闭合的接触紧固件之间的剥离脱离点附近。
23.根据权利要求21所述的能量耗散连接物，其中，所述横向基部支撑件设置在所述第二闭合的接触紧固件与所述第一闭合的接触紧固件之间的剪切重新接合点附近。
24.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件中的至少一个包括离散的凸紧固元件阵列，每个凸紧固元件包括从所述基部向外延伸的直立杆和从所述直立杆的远端一体地延伸到尖端的头部。
25.根据权利要求24所述的能量耗散连接物，其中，所述多个接触紧固件中的至少另一个包括环区域，并且其中，所述凸紧固元件的头部包括形成用于保持所述环的弯曲部的下表面。
26.根据权利要求24所述的能量耗散连接物，其中，大部分离散的凸紧固元件包括单向钩，其中所述大部分离散的凸紧固元件中的每个凸紧固元件的头部沿相同方向从所述直立杆向前延伸。
27.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述第一闭合的第一接触紧固件直接附接到所述基部并且所述第一接触紧固件的其余部分相对于所述基部是自由站立的。
28.根据权利要求27所述的能量耗散连接物，其中，所述第一闭合的第二接触紧固件的两个纵向端部都直接附接到所述基部。
29.根据权利要求14-16中任一项所述的能量耗散连接物，其中，所述第一闭合和第二闭合中的至少一个包括至少一个接触紧固件，其独立于所述细长的基部支撑在外部结构上。
30.一种在准备好状态下布置能量耗散连接物的方法，该连接物包括：细长的基部，具有相对的第一端部和第二端部；和多个接触紧固件，永久地联接到所述基部，多个接触紧固件中的每一个与接触紧固件中的至少另一个可释放地接合，该方法包括：
将所述基部的第一端部拉向第二端部；并且然后
接合所述多个接触紧固件中的两个或更多个以形成第一闭合，所述第一闭合构造成在所述基部的第一端部和第二端部之间传递拉伸载荷；
在两个端部之间形成所述基部的纵向松弛的空载部分；并且然后
接合所述多个接触紧固件中的两个或更多个以沿着所述空载部分形成第二闭合，所述第二闭合与所述第一闭合分离且独立；
将引导构件构造成随着所述第一闭合和第二闭合脱离来约束所述基部的在所述第一端部和第二端部之间的中间部分沿着限定路径的移动。
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