CN206700524U - 受控下降装置及其所用的离心制动机构以及滚筒装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于受控下降装置的离心制动机构和采用该离心制动机构的滚筒装置。该制动机构包括：圆形轮，该圆形轮被构造和操作成围绕其旋转轴线旋转；轮轴，所述轮轴在轮的中央空腔内沿着所述旋转轴线延伸并可围绕所述旋转轴线旋转，并且具有基本垂直于所述旋转轴线在所述空腔内延伸的两个或更多个平行轴杆；齿轮系统，该齿轮系统将所述轮的旋转转换成所述轮轴的反向旋转；一个或多个制动元件，每个制动元件具有两个或更多个贯穿孔，以在所述两个或更多个平行轴杆上可滑动地移动，两个或更多个弹簧在所述制动元件和所述轮轴之间安装在平行的所述轴杆上；以及摩擦增强机构，该摩擦增强机构响应于所述轮的角速度的增加而增加制动元件和轮的内壁之间的摩擦力。

Description

受控下降装置及其所用的离心制动机构以及滚筒装置
技术领域
本实用新型一般而言属于受控下降装置及其所用的离心制动机构以及滚筒装置的领域。
背景技术
在当今城市环境中，许多人居住或工作在多层建筑物诸如摩天大楼中。在发生火灾或恐怖袭击的情况下，可能有必要从这种建筑物的上层楼迅速下降。在这种紧急情况下，使用升降机可能是不安全的。紧急楼梯间可能被火或烟气堵塞，从而使得快速逃生比较困难。在这种紧急情况下可以使用下降装置，从而将被营救者安全地放到地面。
下面简要描述与可用于受控下降装置(CCD)的制动机构相关的一些专利申请。
美国专利申请No.2010/181145描述了一种下降装置，该下降装置包括可围绕旋转轴线旋转的空心卷轴和围绕该卷轴卷绕的采取编织钢丝绳形式的救生索。包括制动组件(该制动组件包括一对制动蹄和相关的制动衬块)的离心制动机构可与该卷轴接合以在卷轴旋转时向卷轴施加制动力。采取压缩弹簧形式的偏压构件在制动蹄之间延伸以将制动蹄和制动衬块偏压成与卷轴接合。
美国专利申请No.2004/245048描述了一种允许从高建筑物、塔等营救人员的绳索下降装置，该绳索下降装置具有由被营救的人员穿戴的悬吊带、悬吊背心等，其中在悬吊带上设置具有释放绳长度的装置的绳容器，一方面，该方案被认为容易操作，并且任何时间对被营救人员来说都可用，并且对于它们来说容易处理，由此使用该装置的人员基本能够以稳定的绳索下降位置双手自由地移动。其实现在于，形成绳容器的绳滚筒在使用该装置的人员后背上的磨损位置设置有用于将绳穿过至位于使用该装置的人员的胸部区域的释放位置的绳引导装置。
国际专利公报WO03/055560公开了一种用作灾难情况下特别是建筑物或高层建筑物中发生火灾情况下的救援设备的游绳下降装置，该装置包括用于具体支撑人员的挽具(harness)、设置有绳滚筒和自动制动装置的壳体、以及绳子，该绳子的一端固定至建筑物，另一端固定至壳体。该壳体连接至挽具而形成单元。
国际专利公报WO89/00063描述了一种特别是用于在紧急情况下从多层建筑物帮助人们逃生的降低装置，该降低装置适合于接合绞合构造的缆线或绳子。该装置包括内部可旋转套筒，该内部可旋转套筒包围并接合缆线以在其沿着缆线向下下降时跟随其中的扭曲围绕缆线旋转。该内部套筒容纳在外部壳体内，该外部壳体又支撑人员，该内部套筒的旋转速度并因而沿着缆线的该装置的下降速率由离心制动器控制，该离心制动器具有由内部套筒承载的钟形曲柄，每个钟形曲柄在偏心力作用下都可克服拉伸弹簧而枢转，以使曲柄末端上的偏心机构作用在制动蹄上，该制动蹄接合位于外部壳体的一部分上的制动表面。还公开了一种装置，作为另选方案，该装置涉及通过利用具有闭合回路齿轮泵的液压系统进行制动，该闭合回路齿轮泵由内部套筒驱动并且包含用于控制泵的速度并因此控制装置的下降速率的可变收缩孔口。
在美国专利No.3,946,989中描述的缓慢下降器包括绳子滑轮和限制绳子滑轮的旋转速度的制动设备。该制动设备包括含有离心制动器的机械制动装置，该离心制动器具有离心配重、与这些离心配重相配合的V形衬套部件以及连接绳子滑轮和离心摩擦制动器的增速齿轮传动装置。该缓慢下降器进一步包括叶片泵类型或内切齿轮泵类型的油压制动装置。
美国专利No.4,986,390描述了一种小型轻量化的缓慢下降装置，任何人都能够在旅行包等中容易地携带。因此，作为紧急疏散装置，该装置是有用的，这种装置使得能够从旅店、公寓房、办公建筑物等中的火灾或从高架道路或公路等中的灾难进行逃生。
实用新型内容
在现有技术中需要用于受控下降装置的紧凑有效的离心制动机构，该离心制动机构被构造成附装至可由下降的使用者佩带的挽具，并且能够快速减缓装置的旋转体 (例如，轮、滚筒或缆线卷筒)的角速度。本实用新型的离心制动机构的实施方式特别有益于受控下降装置(CDD)的滚筒装置，该受控下降装置被构造成调节缠绕在滚筒装置中的缆线的释放速度，并且确保缆线从滚筒装置连续释放直到到达安全地面，并且防止悬吊外伤。为此，在一些实施方式中使用摩擦增强机构以响应于缆线滚筒的角速度的增加而增加摩擦力。
本实用新型的离心制动机构被构造成通过将其部件紧凑地布置在滚筒装置的缆线卷筒/滚筒(缆线卷绕在该缆线卷筒/滚筒上)内形成的圆形中央空腔内而允许显著减少滚筒装置的几何尺寸。安装在该中央空腔内的制动元件(例如，制动蹄装置)可滑动地联接至同轴地安装在缆线卷筒内的可旋转的轮轴/轴，并且使用行星齿轮系统将缆线卷筒的旋转转换成轮轴的反向旋转。该构造使得制动元件在中央空腔内在与缆线卷筒的旋转方向相反的方向上旋转，并且由于施加在它们上面的离心力而朝向缆线滚筒的内壁响应地向外径向滑动，从而施加减缓缆线滚筒的角速度的摩擦力。
在一些实施方式中，制动元件安装在空腔内以在附装至轮轴的两个或更多个平行轴杆上径向运动。由于制动元件在轴杆上远离轮轴向远侧滑动，它们的前端面变成压靠在空腔的内壁上，并且在其上施加摩擦力，由此减缓缆线滚筒的角速度并因此减慢下降速度。
在一些实施方式中，所述制动机构包括摩擦增强机构，该摩擦增强机构被构造成通过增加用于施加摩擦力的制动元件的接触表面积来减缓滚筒的角速度。所述摩擦增强机构优选被构造成提供设置在制动元件上和缆线滚筒的内壁上的一个或多个圆形轨道和可与所述一个或多个圆形轨道接合的对应的一个或多个弯曲凹槽之间的接合。这样，在制动元件和轮的内壁之间产生的摩擦力响应于轮的角速度的增加而逐渐增加。具体而言，除了在制动元件的前端面和缆线滚筒的内壁之间获得摩擦之外，由于缆线滚筒的减速度增加，圆形轨道逐渐变成接合在弯曲凹槽中，这给摩擦力增加了逐渐增加的摩擦分量。
所述一个或多个弯曲凹槽可以设置在制动元件的前端面上和/或缆线滚筒的内壁上，并且一个或多个对应的圆形轨道可以设置在缆线滚筒的内壁上和/或制动元件的前端面上。例如，在一些实施方式中，制动元件的前端面包括一个或多个弯曲凹槽，并且缆线滚筒的内壁包括从空腔的内壁径向向内突出的一个或多个圆形轨道，每个圆形轨道被构造成在相应的制动元件接触内壁的同时变成接合在制动元件的弯曲凹槽内。
在一个方面中，提供了一种用于受控下降装置的离心制动机构，该离心制动机构被构造成附装至可由下降的使用者佩带的挽具。该离心制动机构包括：被构造成附装至所述挽具的支撑结构；圆形轮，该圆形轮具有圆形中央空腔并且被附装至支撑结构以允许其围绕轮的旋转轴线旋转；安装在所述中央空腔内的轮轴，所述轮轴被构造和操作成在所述中央空腔内围绕所述轮的轴线旋转，并且包括附装至所述轮轴并且在所述空腔内基本垂直于所述旋转轴线延伸的两个或更多个平行轴杆；齿轮系统，该齿轮系统被构造和操作成将所述轮的旋转转换成所述轮轴的反向旋转；在所述两个或更多个平行轴杆上可滑动地安装在中央空腔内的一个或多个制动元件，每个制动元件具有两个或更多个贯穿孔，所述一个或多个制动元件被构造成响应于所述轮轴的反向旋转而朝向所述轮的环绕所述空腔的内壁径向滑动，并且通过其前端面在内壁上施加摩擦力。
离心制动机构进一步包括在制动元件和轮轴之间安装在所述轴杆中的至少一个轴杆上的两个或更多个弹簧。在一些实施方式中使用摩擦增强机构来响应于所述轮的角速度的增加来增加摩擦力。所述摩擦增强机构被构造成用于通过一个或多个圆形轨道和可与所述一个或多个轨道接合的对应的一个或多个弯曲凹槽来提供所述圆形轮和制动元件之间的附加接合。摩擦接合机构被构造成响应于轮的角速度的增加而逐渐增加制动元件和轮的内壁之间的摩擦。
在一些可能实施方式中，所述摩擦接合机构由设置在每个制动元件中的一个或多个弯曲凹槽和设置在环绕空腔的内壁中的一个或多个圆形轨道来实现。所述圆形轨道被构造成在制动元件接触内壁时被接收在其中一个弯曲凹槽中，以由此增加所施加的摩擦力。在一些实施方式中，所述一个或多个弯曲凹槽在所述制动元件的外端面中形成台肩结构，并且所述一个或多个轨道中的每个轨道可以由形成在所述内壁内的两个圆形凹槽形成。这样，每个圆形凹槽被构造成在所述制动元件接触所述内壁时接收所述制动元件的所述台肩结构中的一个台肩结构，以由此增加所施加的摩擦力。
所述弯曲凹槽中的至少一个弯曲凹槽的几何形状以及所述圆形轨道的被构造成接收在其中的相应圆形轨道的几何形状可以适合于根据所述轮的角速度逐渐增加相应制动元件的接触表面积，以由此响应于轮的角速度的增加而增加摩擦力。另选或附加地，所述一个或多个弯曲凹槽中的一个弯曲凹槽可以包括其中凹槽的相对两侧朝向旋转轴线渐缩的渐缩凹槽区段，并且所述一个或多个圆形轨道中的至少一个圆形轨道可以包括被构造成接收在所述渐缩凹槽区段内的对应渐缩轨道区段。
可选地并且在一些实施方式中优选的是，所述齿轮系统是行星齿轮，该行星齿轮包括固定地附装至轮轴的太阳齿轮、附装至所述支撑构件并与太阳齿轮啮合的一个或多个行星齿轮以及形成在空腔的内壁的一部分上并与所述一个或多个行星齿轮啮合的环形齿轮。在一些实施方式中，所述齿轮系统被构造成在所述轮的旋转过程中以值大于所述轮的角速度的值的角速度旋转所述轮轴。例如而不限于，齿轮系统的速度比可以为大约1到5.3。
在另一方面中，提供了一种滚筒装置，该滚筒装置用于受控释放缠绕在其中的缆线，并且借助所述缆线的自由端锚固至外部支撑件，所述滚筒装置被构造成套在下降的使用者上以确保该使用者连续下降同时防止悬吊外伤。该滚筒装置包括：壳体，该壳体具有供被释放的缆线部分从中穿过的缆线释放开口；以及如以上或以下所述的离心制动机构。例如，该滚筒装置包括：缆线卷筒，缆线缠绕在该缆线卷筒上，所述缆线卷筒安装在所述壳体内部以在通过所述开口释放所述缆线过程中围绕其轴线旋转；轮轴，该轮轴安装在所述缆线卷筒的中央空腔中并且被构造成在其内围绕轮的轴线旋转；齿轮系统，该齿轮系统被构造和操作成将所述缆线卷筒的旋转转换成所述轮轴的反向旋转；和一个或多个制动元件，所述一个或多个制动元件在所述中央空腔内可滑动地联接至所述轮轴并且被构造和操作成响应于轮轴的反向旋转而朝向环绕所述空腔的缆线卷筒的内壁径向地滑动，并且接触所述内壁并在所述内壁上施加摩擦力。
所述制动元件和所述轮的内壁在一些实施方式中适合于实现由一个或多个弯曲凹槽和对应的一个或多个圆形轨道实现的摩擦增强机构，如以上和以下所述。类似地，所述弯曲凹槽中的至少一个弯曲凹槽以及所述圆形轨道中的相应一个圆形轨道的几何形状可以适合于根据轮的旋转速度逐渐增加相应制动元件的接触表面面积，以响应于轮的角速度的增加而增加摩擦力。如以上和以下所描述的，所述一个或多个弯曲凹槽中的至少一个弯曲凹槽可以包括渐缩凹槽区段，并且所述一个或多个圆形轨道中的至少一个圆形轨道可以包括对应的渐缩轨道区段。
所述滚筒装置可以包括基本垂直于旋转轴线附装至轮轴的一个或多个轴杆，并且每个制动元件可以包括用于可滑动地将其安装在所述轴杆上以使其在所述轴杆上径向滑动的一个或多个贯穿孔。可以使用一个或多个复位弹簧(每个弹簧安装在所述一个或多个轴杆中的一个轴杆上)机械地联接在轮轴和安装在轴杆上的制动元件之间。
在一些实施方式中，使用缆线释放系统接收从所述圆形轮接收被释放的缆线部分，并且朝向所述滚筒装置的缆线释放开口在向外方向上引导所述被释放的缆线部分，并且防止所释放的缆线向回运动到所述滚筒装置内。例如而不限于，所述缆线释放系统可以包括第一缆线释放单元，该第一缆线释放单元安装在所述缆线卷筒上方并且具有限定在其两个可旋转的辊轴之间以供被释放的缆线部分从中穿过的细长开口。可选地并且在一些实施方式中优选的是，所述第一缆线释放单元的两个可旋转的辊轴根据缆线的预定弯曲半径而设置成基本不同的直径。
所述缆线释放系统可以包括至少一个附加缆线释放单元，该至少一个附加缆线释放单元具有限定在两个可旋转的辊轴之间以供被释放的缆线部分从中穿过的细长开口，其中所述至少一个附加缆线释放单元基本平行于所述第一缆线释放单元安装在所述第一缆线释放单元的上方。可选地，并且在一些实施方式中优选的是，所述第一缆线释放单元的所述两个可旋转辊轴的取向基本垂直于所述至少一个附加缆线释放单元的所述两个可旋转的辊轴的取向。
在又一个方面中，提供了一种受控下降装置，该受控下降装置包括：可佩带的挽具；支撑结构，该支撑结构被附装至所述挽具，并且包括供缠绕的缆线的一部分从中穿过的缆线释放开口；以及滚筒装置，该滚筒装置包括缠绕的缆线和制动机构，该制动机构被构造成调节所述缆线从所述滚筒装置的释放速度。在一些实施方式中，所述制动机构包括：圆形轮，该圆形轮被构造成围绕其旋转轴线旋转并且包括圆形中央空腔；在所述中央空腔内沿着所述旋转轴线延伸并可围绕所述旋转轴线旋转的轮轴；附装至所述轮轴并且在所述空腔内基本垂直于所述旋转轴线延伸的两个或更多个平行轴杆；齿轮系统，该齿轮系统被构造成将所述轮的旋转转换成所述轮轴的反向旋转；以及安装在所述两个或更多个平行轴杆上的一个或多个制动元件。
可选地，并且在一些实施方式中优选的是，每个制动元件具有两个或更多个贯穿孔，以在所述中央空腔内沿着所述两个或更多个平行轴杆可滑动地移动。两个或更多个弹簧在所述制动元件和所述轮轴之间安装在所述轴杆中的至少一个轴杆上，所述一个或多个制动元件被构造成响应于所述轮轴的反向旋转而在所述平行轴杆上朝向所述轮的环绕所述空腔的内壁径向滑动。
在一些实施方式中，所述受控下降装置包括被构造成响应于所述轮的角速度的增加而增加所述制动元件和所述轮的内壁之间的摩擦力的摩擦增强机构。所述摩擦增强机构被构造成使用一个或多个圆形轨道和可与所述一个或多个轨道接合的对应的一个或多个弯曲凹槽来提供所述圆形轮和所述制动元件之间的附加接合，以由此响应于所述轮的角速度的增加而逐渐增加所述制动元件和所述轮的内壁之间的摩擦。因而，摩擦增强机构进一步大大利于防止对套在受控下降装置上的下降的使用者造成悬吊外伤。
在一些应用中，该受控下降装置包括缆线释放系统，该缆线释放系统被构造成从所述圆形轮接收被释放的缆线部分，并且朝向所述滚筒装置的缆线释放开口在向外方向上引导被释放的缆线部分，并且防止被释放的缆线向回运动到所述滚筒装置内。可选地，并且在一些实施方式中优选的是，所述缆线释放系统包括平行地安装在所述圆形轮上方的第一和第二缆线释放单元，每个缆线释放单元具有限定在其两个可旋转的辊轴之间以供被释放的缆线部分从中穿过的细长开口。可选地，第一缆线释放单元的可旋转的辊轴的取向基本垂直于第二缆线释放单元的可旋转辊轴的取向。
附图说明
为了理解本实用新型并且了解如何在实践中执行本实用新型，现在将参照附图仅仅以非限制性示例的方式描述实施方式。附图中所示的特征是指本实用新型的仅仅一些实施方式的例示，除非另有明确说明。在附图中，使用相同的附图标记表示对应的部分，其中：
图1举例说明了根据一些可能实施方式的从多层建筑物下降的被营救者对CDD 的使用；
图2示出了根据一些可能实施方式的CDD的滚筒装置的立体图；
图3示出了滚筒装置的立体图，其中该滚筒装置的一个覆盖板没有示出；
图4示出了滚筒装置的剖视图，其中该滚筒装置的覆盖板没有示出；
图5A和5B是从滚筒装置的两个不同侧示出滚筒装置的内部部件的分解图；
图6示出了滚筒装置的缆线卷筒以及其安装在内部的内部部件的高位立体图；
图7示出了滚筒装置的顶部立体图，其中该滚筒装置的其中一个侧覆盖板和缆线卷筒没有示出；
图8示出了根据一些可能实施方式的缆线卷筒的内壁和制动蹄的侧剖视图；
图9示出了根据一个可能实施方式的滚筒装置的可能布置的立体图；以及
图10A和10B示出了滚筒装置的另一个可能实施方式，其中图10A是容纳在壳体内部的滚筒装置的立体图，而图10B在没有壳体的情况下示出了滚筒装置的分解立体图。
具体实施方式
下面参照附图描述本实用新型的各种实施方式，这些附图在所有方面都将被认为仅仅是例示性的，而不是以任何方式进行限制。附图中所示的元件不一定是按比例的，重点在于清楚地图示出本实用新型的原理。在不脱离这里描述的本质特征的情况下，可以以其它具体形式和实施方式提供本实用新型。
图1举例说明了根据一些可能实施方式的CCD 9的使用。在该非限制示例中，从高建筑物3(例如，大楼)逃生的被营救者通过受控释放缠绕在CDD 9中的缆线4 而从该结构安全地下降。CDD 9包括由被营救者7穿戴的挽具6(例如，可调节的快速装配挽具类型)以及在被营救者7的上后背区域处(例如，在被营救者7的肩胛骨之间)附装至挽具6的背侧(背部件)的滚筒装置5。滚筒装置5包括缠绕的缆线4、缠绕缆线4的缆线滚筒(在这里还被称为缆线卷筒)47以及离心制动机构5m，该离心制动机构5m被构造成调节缆线从滚筒装置5释放的速率，并由此确保被营救者7 安全下降到地面2。缠绕的缆线4在一端附装至缆线卷筒47，并且包括附装至其自由端的锚固紧固件4h(例如，卡合钩)。
如图1所示，(例如紧急情况诸如火灾蔓延的情况下)从建筑物3逃生，被营救者7穿戴挽具6，将锚固紧固件4h固定至锚固构件3r(优选为固定地附装至建筑物3 的锚固夹具诸如锚固环)，并且通过开口3W诸如窗户、出口/逃生门等退出建筑物3。在退出建筑物3之后，被营救者7被重力(如箭头1所示)朝向地面2向下拉，并且缠绕的缆线4在被营救者7朝向地面2向下下降时从滚筒装置5逐渐地释放。在该非限制性示例中，挽具6和滚筒装置5的布置保证被营救者7在降落过程中的身体方位相对于地面2基本垂直。设置在滚筒装置5中的制动机构5m被构造成以预先限定的释放速率可控地释放缠绕的缆线4，由此使被营救者7维持基本受控的下降速度(例如，对于在30到135kg的被营救者体重来说，下降速度大约为0.7至2m/s)，直到安全到达地面2。
图1所示的CDD 9举例说明了可能的实施方式，其中滚筒装置5基本垂直于挽具6的背部件安装，从而使得缆线卷筒7的旋转平面基本驻留在(或平行于)被营救者7的正中面。然而，应该注意，在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，挽具 6和滚筒装置5的其他布置也是可行的。例如，并且不限制地，在一些可能的实施方式中，滚筒装置5可以基本平行于背部件安装(即，使得缆线卷筒47的旋转平面基本平行于被营救者7的正平面)并且/或者安装在挽具的下背部区域上(例如，低于使用者的肩胛骨)。另选地，在一些可能实施方式中，滚筒装置5安装在挽具的前部件上，使得缆线卷筒47的旋转平面基本平行(或垂直)于被营救者7的正平面。
图2示出了根据一些可能实施方式的滚筒装置5的立体图。在该非限制性示例中，该滚筒装置5包括缆线卷筒47，该缆线卷筒47机械地联接至沿着缆线卷筒47的旋转轴线47a穿过的轮轴(轴)60。轮轴60可操作地安装以在滚筒装置5的支撑结构 45内旋转。支撑结构45包括两个泪滴状侧覆盖板45f和45r以及分别在其端部处固定地附装至覆盖板45f和45r的上和下支撑元件(例如，杆)45b和45a。支撑元件 45b和45a的长度被构造成在两个侧覆盖板45f和45r之间限定一间隙g，该间隙g 足够宽以容纳缆线卷筒47并允许缆线卷筒47在该支撑结构45内自由地不受干扰地旋转。轮轴60的末端通过轴承45x附装至侧覆盖板45f和45r，从而允许该轮轴60 在基本平行于侧覆盖板的旋转平面中在支撑结构45内自由旋转。
泪滴状支撑结构45的上部包括用于引导缆线4从滚筒装置5释放并且防止缆线向回运动到支撑结构内的缆线释放机构。在该非限制性示例中，该缆线释放机构包括在覆盖板45f和45r的上部之间上下叠置的容纳的两个缆线释放单元48和49。缆线释放单元48和/或49被构造和操作成在朝向滚筒装置5的缆线释放开口Pc的向外方向上引导缆线释放，并且防止释放的缆线4向回运动到滚筒装置5中。在该具体非限制性示例中，缆线释放开口Pc由上部缆线释放单元48的开口限定。
如在图3中最佳所示，底部缆线释放机构49包括在覆盖板45f和45r之间垂直于覆盖板45f和45r彼此平行地可旋转地安装的两个辊轴。如图3中所示，在可能实施方式中，底部缆线释放机构49的这两个辊轴具有不同直径，并且被构造成提供期望的弯曲半径。例如而不限于，对于具有大约3mm直径和大约32mm的弯曲直径的缆线4来说，底部缆线释放机构49的第一辊轴49u可以相对于其具有更大直径(例如，大约32mm)的第二辊轴49v具有更小直径(例如，大约16mm)。平行的辊轴49u和49v略微间隔开地安装在缆线卷筒47上，在它们之间留出细长间隙，该间隙足以供缆线4在其间通过，同时缆线4接触辊轴并由于它们之间产生的摩擦力而在预定方向上旋转辊轴。
平行的辊轴49u和49v可以被构造成例如而不限于通过使用棘轮机构(未示出) 来防止缆线4朝向缆线卷筒47运动(即防止缆线返回到支撑结构45内)，该棘轮机构被构造成防止轴辊在相反方向上旋转。附加地或另选地，还可以通过如下方式防止缆线4向回运动到支撑结构内：将缆线4的弹性适当地设置成期望的合适水平，以允许缆线在穿过辊轴之间的细长间隙时发生变形，并且在离开辊轴时快速恢复其形状；以及/或者通过在缆线4和缆线释放机构49的辊轴之间施加粘性材料；以及/或者将接触缆线4的辊表面的摩擦设置为期望的合适水平。
上部缆线释放机构48包括可旋转地彼此平行地安装在扁平框架48f内的两个辊轴48s和48t。在该具体的非限制性示例中，上部缆线释放机构48的辊轴48s和48t 具有基本相同的直径(例如，大约16mm)。上部缆线释放机构48的框架48f在覆盖板45f和45r之间垂直于该覆盖板45f和45r地安装在底部缆线释放机构49上方。框架48f在与底部缆线释放机构49的轴辊49u和49v所驻留的平面基本平行的平面内安装在支撑结构45内。
如在图3中所见，在该非限制性示例中，上部缆线释放机构48的辊轴48s和48t 的旋转轴线基本垂直于底部缆线释放机构49的轴辊49u和49v的旋转轴线。辊轴48s 和48t间隔开地安装在框架48f内，在它们之间留出细长间隙，该间隙足以供缆线4 在其间穿过，同时该缆线4接触辊轴并且由于它们之间发生的摩擦力而在预定方向上旋转辊轴。辊轴48s和48t可以被构造成使用以上参照底部缆线释放机构49描述的一种或多种技术(例如，使用被构造成防止轴辊在相反方向上旋转的棘轮机构)来防止缆线4朝向缆线卷筒47旋转(即，防止缆线移动到支撑结构45内)。
在一些实施方式中，使用附装至支撑倒钩45的紧固元件5s(例如，钩环)将滚筒装置5固定地附装值挽具6。紧固元件5s可以通过紧固构件5r(例如，金属环或带孔件)附装至支撑结构45，该紧固构件5r适合于将紧固元件5s附装至下支撑元件 45a，同时允许紧固元件5s围绕其进行一些旋转运动。
图3示出了滚筒装置5，其中没有示出其侧覆盖板45f，由此暴露出缆线卷筒47 及其卷筒凸缘47f在支撑结构45内的布置。图4是滚筒装置的剖视图，没有示出覆盖板45f以及位于其旁边的卷筒凸缘47f，由此示出安装在缆线卷筒47内的元件。
如在图5A和5B中最佳所见，轮轴60包括固定地附装的太阳齿轮64，覆盖板 45r包括可旋转地附装的行星齿轮系统65(例如，包括三个行星齿轮)，并且环形齿轮67与覆盖板45r相邻地形成在缆线卷筒47的内壁47w的一部分上。附装在覆盖板45r上围绕其中心轴线自由旋转的每个行星齿轮65机械地联接至固定安装在轮轴60 上的太阳齿轮64以及形成在缆线卷筒47的内壁47w上的环形齿轮67。
可选地，并且在一些实施方式中优选的是，行星齿轮系统65被设计成在缆线释放过程中将缆线卷筒47的旋转传递至轮轴60，并且致使轮轴60以大于缆线卷筒47 的角速度Vr的角速度(图6中的Vx)进行反向旋转(即，在相反方向上旋转)。例如，在使用中，当缆线4被从滚筒装置5释放时，缆线卷筒47围绕旋转轴线47a旋转，并且形成在缆线卷筒47的内壁47w上的环形齿轮67使机械地联接至该环形齿轮67的行星齿轮65在相同旋转方向上旋转。实际上，联接至太阳齿轮64的行星齿轮65使轮轴60在与缆线卷筒47的旋转方向相反的方向上旋转。
可选地，并且在一些实施方式中优选的是，行星齿轮系统65可以被构造并操作成使轮轴60在缆线释放过程中旋转，并且致使轮轴60以值大于或等于缆线卷筒47 的角速度Vr的值的角速度(图6中的Vx)进行反向旋转(即，在相反方向上旋转)。例如而不限于，行星齿轮系统65可以被构造成提供大约1到5.3的齿轮比。
在可能的实施方式中，环形齿轮67的直径可以为大约140到150mm，行星齿轮 65的直径可以为大约50到70mm，并且太阳齿轮64的直径可以为大约25到35mm。轮轴60、杆臂67r、齿轮元件和缆线卷筒47以及其他部件可以由能够承受在下降过程中在装置中产生的力的任何合适的金属或塑料类型的材料制成。例如而不限于，在可能的实施方式中，制动蹄62可以由铁、铝、铜、不锈钢或它们的组合制成；缆线卷筒47可以由铝、塑料、玻璃纤维增强尼龙或它们的组合制成，而齿轮系统的嵌齿轮可以由任何合适的材料或塑料材料制成。缆线4可以由防火材料诸如金属(例如钢) 制成。另选地，缆线4可以由工程塑料诸如Kevlar碳纤维或其它高强度材料制成。缆线的长度可以为大约50到500米，并且其直径可以为1到4毫米。
例如而不限于，在一些可能实施方式中，滚筒装置以及缠绕在其中的大约50m 缆线的重量可以为大约5公斤；滚筒装置以及缠绕在其中的大约100m缆线的重量可以为大约7.5公斤；而滚筒装置以及缠绕在其中的大约200m缆线的重量可以为大约 12公斤。使用根据本实用新型的实施方式的CDD，对于用户抬起并放置其后背上来说，具有这些重量范围的滚筒装置可能是合适的重量。
图6是没有卷筒凸缘47f的缆线卷筒47的正视图，示出了操作地安装在内部的制动机构5m的部件。可以看到，沿着缆线卷筒47的旋转轴线47a穿过的轮轴60包括一个或多个贯穿孔60b，并且穿过这些贯穿孔60b的一个或多个杆67固定地附装至轮轴60。附装至轮轴60的每个杆67从轮轴60径向地延伸而形成朝向缆线卷筒47 的内壁47w在相反方向上从轮轴67向外延伸的两个杆臂(在图7和图8中为67r)。可滑动地安装在杆臂67r上的一个或多个制动蹄62通过复位弹簧63机械地联接至轮轴60，并且被构造成在轮轴由行星齿轮系统65旋转时由于施加在制动蹄62上的离心力而朝向缆线卷筒47的内壁47w在杆臂60r上向外滑动。因而，在该非限制性示例中，制动系统实现了“正常分离”机构，这是因为当不施加离心力时，复位弹簧使制动蹄62朝向轮轴60径向缩回。
在该具体且非限制性示例中，两个平行杆67被附装至轮轴60以形成从轮轴60 朝向缆线卷筒47的内壁47w在相反方向上延伸的两对杆臂67r。制动蹄62安装在每一对杆臂67r上，并且被构造成克服由安装在杆臂67r上的两个复位弹簧63施加在制动蹄上的拉力而在杆臂67r上朝向缆线卷筒47的内壁47w径向滑动。可选地，并且在一些实施方式中优选的是，弹簧63放置在杆臂67r上而不附装至制动蹄62或轮轴60。这样，弹簧63用作防止制动蹄62和轮轴60之间接触的分隔元件，并且在制动蹄62朝向缆线卷筒47的内壁47w径向滑动时不在制动蹄62上施加力。
图7在没有缆线卷筒4的情况下示出了处于休止状态下的离心制动机构5m，其中制动蹄62和复位弹簧63都位于与轮轴60相邻的缩回位置。当缠绕的缆线4从滚筒装置释放时，缆线卷筒47传递至行星齿轮65的旋转致使轮轴60以及附装至该轮轴60的杆臂67r围绕旋转轴线47a反向旋转。杆臂67r的反向旋转在制动蹄62上施加离心力，致使制动蹄62例如克服复位弹簧63的复位力而朝向缆线滚筒47的内壁 47w径向移动，直到制动蹄62接触缆线卷筒47的内壁47w。
如图所示，制动蹄62的外端面(这里也称为前端面)62e(即面向内壁47w)具有与缆线卷筒47的内壁的曲率匹配(即互补)的弯曲表面，以由此使得在制动蹄62 被离心力压靠在内壁47w上时它们之间的表面接触最大，并由此使这些表面之间的摩擦力最大。这样，随着在降落过程中CDD 9的用户7的下降速度的增加，位于缆线卷筒47内的杆臂67r的反向旋转也增加，因而增加了将制动蹄62压靠在缆线卷筒 47的内壁47w上的离心力。结果。制动蹄62的外表面62e和缆线卷筒47的内壁47w 之间产生的摩擦力分别被增加，而这实际上降低了缆线卷筒47的角速度。相应地，缆线卷筒47的角速度的降低也使得缆线从滚筒装置的释放速度减慢，这进而减慢了被营救者的下降速度。因而，可以通过适当设置行星齿轮系统65的齿轮比来保证缆线卷筒47的角速度不超过预定极限(例如，大约150rpm)，并且由此保证下降速度保持在预定范围(例如，大约1至2m/s)内。
在一些可能实施方式中，制动蹄62的外表面62e覆盖有一个或多个摩擦增强层(垫)，所述摩擦层(垫)被构造成增加制动蹄62的摩擦系数，并由此增加在制动蹄 62和缆线卷筒47的内壁47w之间产生的摩擦力，由此进一步减慢下降过程中缆线卷筒47的旋转速度。在其它可能实施方式中，制动蹄62被构造成直接接触缆线卷筒 47的内壁47w，即没有任何摩擦增强层。
另外或另选地，制动机构5m可以包括摩擦增强(减速)机构，该摩擦增强(减速)机构被构造成显著地增加在制动蹄62和缆线卷筒47的内壁47w之间产生的摩擦力。例如，在一些实施方式中，每个制动蹄62包括沿着其外端面62e即面向缆线卷筒47的内壁47w并且基本平行于缆线卷筒47的旋转平面形成的一个或多个弯曲 (例如，弧形)凹槽68(在图中仅示出了一个弯曲凹槽)。所述一个或多个弯曲凹槽68被设计成接收从缆线卷筒47的内壁47w朝向旋转轴线47a向内突出并基本平行于缆线卷筒47的旋转平面的一个或多个圆形轨道66并与这些轨道66配合。这样，制动蹄62和缆线卷筒47的内壁47w的接触表面积在圆形轨道66在弯曲凹槽68中接合的过程中显著增加。因而，当制动蹄62被离心力向外推靠在缆线卷筒47的内壁 47w上时，除了在制动蹄62的前端面62e和缆线卷筒47的内壁47w之间获得摩擦力之外，随着圆形轨道66逐渐接合在弯曲凹槽68内而产生了更大摩擦力。实际上，获得了更强的旋转速度阻尼效果，这又有效地减缓了CDD的下降速度。
注意，弯曲凹槽68及其相应的圆形轨道66进一步用作引导装置，该引导装置防止制动蹄62在轨道66接合在凹槽68的过程中在不期望的方向上运动，并且将在装置操作过程中可能施加在制动蹄上的滚动/倾斜力矩转换成阻尼摩擦力的增加。
在一些实施方式中，通过向一个或多个弯曲凹槽68和一个或多个圆形轨道66 增设一个或多个倾斜面来进一步增加阻尼摩擦力。例如而不限于，至少一个弯曲凹槽 68可以包括渐缩区段，其中弯曲凹槽的侧面朝向旋转轴线47a逐渐渐缩，对应的至少一个圆形轨道66包括对应的渐缩区段，该对应的渐缩区段被构造成与至少一个弯曲凹槽68的渐缩区段配合。
在一些实施方式(未示出)中，一个或多个圆形轨道形成在制动蹄62的前表面62e上，并且一个或多个对应的弯曲凹槽形成在滚筒47的内壁中。另选地，在一些可能的实施方式中，每个制动元件包括一个或多个轨道和一个或多个凹槽，并且缆线滚筒47的内壁包括与其配合的对应的一个或多个凹槽和一个或多个轨道。
图8示出了根据一些可能实施方式的缆线卷筒47的壁和制动蹄62的侧剖视图。在该非限制性示例中，制动蹄62包括被构造成接收两个相应平行杆臂67r以使制动蹄62在该杆臂67r上可滑动地运动的两个间隔开的平行贯通孔62r。安装在杆臂67r 上的复位弹簧63被构造成在作用在制动蹄62上的离心力小于某个预定水平时使制动蹄62朝向旋转轴线47a径向缩回。凹槽68可以包括渐缩部分68s，随后是一狭缝68e，并且从内壁47w的表面突出的圆形轨道66可以包括被构造成接收在凹槽68的渐缩部分68s内的对应渐缩结构66s。凹槽68的渐缩部分68s和圆形轨道66的渐缩结构 66s可以具有相同锥角α(例如，大约30°到90°)。然而，注意，在可能的实施方式中，凹槽68的渐缩部分68s和圆形轨道66的渐缩结构66s可以使用不同(或略微不同)的锥角。
凹槽68的狭缝部分68e可以被构造成允许渐缩轨道66响应于施加在制动蹄62 上的离心力的增加而进一步前进到狭缝部分68e内。例如而不限于，制动蹄62的外端面62e的层和/或缆线卷筒47的内壁47w的层在下降过程中可以被研磨，这样，渐缩轨道66的顶点可以进一步前进到凹槽68的狭缝部分68e内，由此通过允许凹槽 68扩张而对研磨层进行补偿并实际上增加制动蹄62和内壁47a之间的摩擦。
另如在图8中看到的，从缆线卷筒47的内壁47w突出的圆形轨道66形成了被构造成接收制动蹄62的相应台肩结构62a和62b的两个圆形凹槽7a和7b。在该具体而非限制性示例中，台肩结构62a和62b相对地对称并且具有直梯形横截面形状。
图9示出了根据一些可能实施方式的滚筒装置5”的可能布置的立体图。在该非限制性示例中，附加缆线释放单元80分开地安装在滚筒装置5”的缆线释放开口Pc 上方。具体而言，附加缆线释放单元80安装在支撑构件81上，并且间隔开地放置在滚筒装置5”的顶部缆线释放单元48上方。如看到的，该附加缆线释放单元80基本平行于顶部缆线释放单元48并且与该顶部电缆释放单元48对齐，并且其两个辊轴 80s和80t的取向基本平行于顶部缆线释放单元48的两个辊轴48s和48t的取向，以由此竖直地/向上地引导被释放的缆线4，并且防止缆线4接触挽具6和/或被营救者7。辊轴48s和48t平行于背部件的这种布置还基本防止了被释放的缆线朝向被营救者身体运动。
例如而不限于，可以在CDD的挽具布置中使用图9中所示的滚筒装置布置。滚筒装置5”可视固定至挽具的背部件(例如，在用户的肩胛骨之间)，并且支撑构件81 可以在滚筒装置5”(例如，肩胛骨上方)安装在背部件上。在该构造中，附加缆线释放单元80安装在分开的支撑构件81上，因此它能够相对于滚筒装置5”移动，并由此便于吸收冲击和分散降落能量。
图10A示出了安装在壳体96内的滚筒装置5’的可能实施方式。如以上或以下在这些附图中的任一附图中以举例方式描述的，壳体96被构造成容纳具有缠绕的缆线 4的滚筒装置。壳体96包括供被释放的缆线部分通过的缆线释放开口Pc和设置在附装至滚筒装置5’的支撑板98的边界处的若干紧固孔98f。
图10B在没有壳体96并且覆盖板45r略微升起的情况下示出了滚筒装置5’的分解立体图。如所见的，在该非限制性示例中，在滚筒装置5’中使用一个缆线释放单元 49，其中缆线释放单元49的辊轴附装至覆盖板45f和45r，位于缆线释放开口Pc下面并且基本垂直于覆盖板。在该可能实施方式中，缆线卷筒47安装在限定于两个三顶点星形板93a和93b之间的间隙g内，这两个星形板93a和93b通过连接在它们的相应顶点区域之间的支撑元件(例如，杆)45b而附装至彼此，轮轴60通过轴承45x 附装至星形板93a和93b，以允许轮轴60围绕其旋转轴线在滚筒缆线卷筒内旋转。
滚筒装置5’包括齿轮系统(未示出)和制动元件(未示出)，如以上举例说明和描述的，所述齿轮系统和制动元件被构造成在下落过程中调节缆线释放。然而，在该实施方式中，每个行星嵌齿轮被附装成在设置在三顶点星形板93b的其中一个壁上的相应枢轴92上旋转。
如以上所述并在相关附图中所示的，本实用新型提供了一种用于CDD的离心制动机构。尽管已经描述了本实用新型的具体实施方式，然而，将理解，本实用新型不限于此，这是因为特别是鉴于上述教导，本领域技术人员可以进行修改。如本领域技术人员将认识到的，本实用新型可以采用来自以上描述的那些技术中的多于一种的技术以各种方式执行本实用新型，所有都不超出本实用新型的范围。

Claims (17)

1.一种用于受控下降装置的离心制动机构，该离心制动机构被构造成附装至能由下降的使用者佩带的挽具，并且包括：
被构造成附装至所述挽具的支撑结构；
圆形轮，该圆形轮位于所述支撑结构内并且被构造和操作成围绕其旋转轴线旋转，所述圆形轮包括圆形中央空腔和环绕该中央空腔的内壁；
安装在所述中央空腔内的轮轴，所述轮轴在所述中央空腔内沿着所述旋转轴线延伸并能围绕所述旋转轴线旋转，并且两个或更多个平行轴杆附装至所述轮轴并且在所述中央空腔内基本垂直于所述旋转轴线延伸；
齿轮系统，该齿轮系统被构造和操作成将所述圆形轮的旋转转换成所述轮轴的反向旋转；
安装在所述两个或更多个平行轴杆上的一个或多个制动元件，每个制动元件具有两个或更多个贯穿孔，以在所述中央空腔内沿着所述两个或更多个平行轴杆能滑动地移动，并且两个或更多个弹簧在所述制动元件和所述轮轴之间安装在所述轴杆中的至少一个轴杆上，所述一个或多个制动元件被构造并操作成响应于所述轮轴的反向旋转而在平行的所述轴杆上朝向所述圆形轮的环绕所述中央空腔的内壁径向滑动；以及
响应于所述圆形轮的角速度的增加而增加摩擦力的摩擦增强机构，所述摩擦增强机构被构造成用于提供所述圆形轮和所述制动元件之间的附加接合，并且包括一个或多个圆形轨道和能与所述一个或多个圆形轨道接合的对应的一个或多个弯曲凹槽，以由此响应于所述圆形轮的角速度的增加而逐渐增加所述制动元件和所述圆形轮的内壁之间的摩擦。
2.根据权利要求1所述的制动机构，其特征在于，所述一个或多个弯曲凹槽在所述制动元件的外端面中形成台肩结构，并且所述一个或多个圆形轨道均由形成在所述内壁内的两个圆形凹槽形成，每个圆形凹槽被构造和操作成在所述制动元件接触所述内壁时接收所述制动元件的所述台肩结构中的一个台肩结构，以由此增加所施加的摩擦力。
3.根据权利要求1所述的制动机构，其特征在于，所述弯曲凹槽中的至少一个弯曲凹槽的几何形状以及所述圆形轨道的被构造成接收在该至少一个弯曲凹槽中的相应一个圆形轨道的几何形状适合于响应于所述圆形轮的角速度的增加而逐渐增加所述摩擦力。
4.根据权利要求3所述的制动机构，其特征在于，所述一个或多个弯曲凹槽中的至少一个弯曲凹槽包括其中所述弯曲凹槽的相对两侧朝向所述旋转轴线渐缩的渐缩凹槽区段，并且所述一个或多个圆形轨道中的至少一个圆形轨道包括被构造成接收在所述渐缩凹槽区段内的对应渐缩轨道区段。
5.根据权利要求1所述的制动机构，其特征在于，所述齿轮系统是行星齿轮系统，该行星齿轮系统被构造和操作成在所述圆形轮的旋转过程中以值大于所述圆形轮的角速度的值的角速度旋转所述轮轴。
6.根据权利要求5所述的制动机构，其特征在于，所述行星齿轮系统的速度比为大约1到5.3。
7.一种滚筒装置，该滚筒装置用于受控释放缠绕在其中的缆线，并且借助所述缆线的自由端锚固至外部支撑件，所述滚筒装置被构造和操作成套在下降的使用者上以确保该使用者连续下降同时防止悬吊外伤，该滚筒装置包括根据权利要求1的制动机构，并且所述滚筒装置的所述支撑结构具有供被释放的缆线部分从中穿过的缆线释放开口。
8.根据权利要求7所述的滚筒装置，该滚筒装置包括缆线释放系统，该缆线释放系统被构造和操作成从所述圆形轮接收被释放的缆线部分并朝所述滚筒装置的所述缆线释放开口在向外方向上引导所述被释放的缆线部分，并且防止被释放的缆线向回运动到所述滚筒装置内。
9.根据权利要求8所述的滚筒装置，其特征在于，所述缆线释放系统包括第一缆线释放单元，该第一缆线释放单元安装在所述圆形轮上方并且具有限定在其两个可旋转的辊轴之间以供所述被释放的缆线部分从中穿过的细长开口。
10.根据权利要求9所述的滚筒装置，其特征在于，所述第一缆线释放单元的所述两个可旋转的辊轴的直径基本不同；并且所述可旋转的辊轴中的一个辊轴的直径根据所述缆线的预定弯曲半径来设置。
11.根据权利要求9所述的滚筒装置，其特征在于，所述缆线释放系统包括至少一个附加缆线释放单元，该至少一个附加缆线释放单元具有限定在两个可旋转的辊轴之间以供所述被释放的缆线部分从中穿过的细长开口，所述至少一个附加缆线释放单元基本平行于所述第一缆线释放单元安装在所述第一缆线释放单元上方。
12.根据权利要求11所述的滚筒装置，其特征在于，所述第一缆线释放单元的所述两个可旋转的辊轴的取向基本垂直于所述至少一个附加缆线释放单元的所述两个可旋转的辊轴的取向。
13.一种受控下降装置，该受控下降装置包括：
可佩带的挽具；
支撑结构，该支撑结构被附装至所述挽具，并且具有供缠绕的缆线的一部分从中穿过的缆线释放开口；以及
滚筒装置，该滚筒装置包括缠绕的所述缆线和制动机构，该制动机构被构造成调节所述缆线从所述滚筒装置释放的速度，所述制动机构包括：圆形轮，该圆形轮被构造成围绕其旋转轴线旋转并且包括圆形中央空腔；在所述中央空腔内沿着所述旋转轴线延伸并能围绕所述旋转轴线旋转的轮轴；附装至所述轮轴并且在所述中央空腔内基本垂直于所述旋转轴线延伸的两个或更多个平行轴杆；齿轮系统，该齿轮系统被构造成将所述圆形轮的旋转转换成所述轮轴的反向旋转；以及安装在所述两个或更多个平行轴杆上的一个或多个制动元件，每个制动元件具有两个或更多个贯穿孔，以在所述中央空腔内沿着所述两个或更多个平行轴杆能滑动地移动，并且两个或更多个弹簧在所述制动元件和所述轮轴之间安装在所述轴杆中的至少一个轴杆上，所述一个或多个制动元件被构造并操作成响应于所述轮轴的反向旋转而在平行的所述轴杆上朝向所述圆形轮的环绕所述中央空腔的内壁径向滑动。
14.根据权利要求13所述的受控下降装置，该受控下降装置包括响应于所述圆形轮的角速度的增加而增加摩擦力的摩擦增强机构，所述摩擦增强机构被构造成用于提供所述圆形轮和所述制动元件之间的附加接合，并且包括一个或多个圆形轨道和能与所述一个或多个圆形轨道接合的对应的一个或多个弯曲凹槽，以由此响应于所述圆形轮的角速度的增加而逐渐增加所述制动元件和所述圆形轮的内壁之间的摩擦，并且防止悬吊外伤。
15.根据权利要求13所述的受控下降装置，该受控下降装置包括缆线释放系统，该缆线释放系统被构造成从所述圆形轮接收被释放的缆线部分，并且朝向所述滚筒装置的所述缆线释放开口在向外方向上引导所述被释放的缆线部分，并且防止被释放的缆线向回运动到所述滚筒装置内。
16.根据权利要求15所述的受控下降装置，其特征在于，所述缆线释放系统包括平行地安装在所述圆形轮上方的第一缆线释放单元和第二缆线释放单元，每个缆线释放单元具有限定在其两个可旋转的辊轴之间以供所述被释放的缆线部分从中穿过的细长开口。
17.根据权利要求16所述的受控下降装置，其特征在于，所述第一缆线释放单元的所述可旋转的辊轴的取向基本垂直于所述第二缆线释放单元的所述可旋转的辊轴的取向。
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