本文描述了一種能量吸收裝置和使用方法。更具體地，描述了利用裝置構(gòu)件之間的不同能量吸收關(guān)系來吸收能量輸入的裝置和方法。

背景技術(shù)：

能量吸收裝置可以采取各種形式，在最廣泛的意義上，目的在于通過以某種不同的形式轉(zhuǎn)換能量來吸收和/或轉(zhuǎn)化能量輸入。一種非限制性示例可以是通過將扭力轉(zhuǎn)化為熱能、另一構(gòu)件的移動、引起重力能變化、引起機械變形等等來分散施加在軸上或聯(lián)軸器上的扭力。

出于下文描述和簡潔的目的，將對安全裝置進行參考，特別地是自動收回式救生索(srl)，然而，這不應(yīng)被視為限制性的。注意，srl也可以稱為墜落限制器、個人墜落限制器、溜溜球(yo-yos)、路障、路障端部和座椅安全帶。

srl在工業(yè)安全應(yīng)用中用于防止從高空墜落。srl通常包括纏繞在線軸上的可延伸和可縮回的繩。用戶通常經(jīng)由具有連接點的保護帶將繩的一端連接至他們的身體。在正常移動的情況下，srl允許繩延伸和縮回。如果出現(xiàn)超出預(yù)定速率的繩延伸力，則srl起作用以減緩和/或停止繩進一步延伸。繩快速延伸可能是由墜落所致，而srl的減緩/停止性能起作用以防止用戶受傷。

為了使srl有效，必須快速檢測出繩延伸產(chǎn)生的驟力，并且要快速吸收/轉(zhuǎn)化該力，并且可能地，減少至能量完全轉(zhuǎn)化(如，減少至中止運動)。已存在許多現(xiàn)有設(shè)備，通常在構(gòu)件之間使用閂扣或其它機械互作用裝置來吸收能量并減緩/停止墜落。現(xiàn)有srl設(shè)備的潛在問題可能在于可靠性，能量吸收中使用的現(xiàn)有機構(gòu)容易遭受污染、環(huán)境衰退、變形和磨損，這些可能在制造過程或現(xiàn)場使用中產(chǎn)生。這些可靠性問題要求進行麻煩的檢查和檢修，而且可能進一步傷害這些現(xiàn)有設(shè)備的用戶。本文所描述的裝置可以解決這些潛在問題中的一些或者至少向大眾提供一種選擇。

根據(jù)下面僅以示例的方式給出的描述，能量吸收裝置和使用方法的其它方面和優(yōu)點將變得明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文描述了裝置和使用方法，其利用裝置構(gòu)件之間的不同能量吸收關(guān)系特別地經(jīng)由各種金屬成型過程來吸收能量輸入。

在第一方面，提供了一種能量吸收裝置，包括：

第一能量產(chǎn)生構(gòu)件；

第二能量吸收構(gòu)件；并且

當由第一能量產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生超過預(yù)定閾值的能量輸入時，第二能量吸收構(gòu)件經(jīng)由材料成型過程吸收第一構(gòu)件能量的至少部分。

在第二方面，提供了一種吸收能量的方法，通過下述步驟進行：

(a)選擇基本上如上所述的能量吸收裝置；

(b)在第一能量產(chǎn)生構(gòu)件上施加超過預(yù)定閾值的能量輸入，從而觸發(fā)第二能量吸收構(gòu)件經(jīng)由材料成型過程吸收第一構(gòu)件能量的至少部分。

發(fā)明人已證實，材料成型過程可以提供有效的能量吸收方式。上述吸收可以用作抑制力，減緩或停止第一能量產(chǎn)生構(gòu)件的移動。

取決于最終配置，上述材料成型過程的優(yōu)點可能不同，但可以包括：

-快速疏散超過預(yù)定閾值的吸收力；

-快速吸收/轉(zhuǎn)化，從部分至能量完全轉(zhuǎn)化；

-所描述的裝置具有固有可靠性，因為它們機械簡單并且依靠材料的已知和可預(yù)測的性質(zhì)；

-通過材料選擇和設(shè)計可以避免可能由現(xiàn)有閂扣設(shè)備產(chǎn)生的驟停；

-可以吸收高密度力；

-在激發(fā)后可以更換能量吸收構(gòu)件或能量吸收構(gòu)件的零件，允許在激發(fā)后重新設(shè)置裝置；以及

-能量吸收構(gòu)件或能量吸收構(gòu)件的零件具有長的可變形長度(高應(yīng)變能力)。

附圖說明

根據(jù)下文僅以示例的方式給出并參考附圖的描述，能量吸收裝置和使用方法的其它方面將變得明顯，在附圖中：

圖1示出了拉線實施方案的實施例；

圖2示出了利用拉線的可能srl實施方案；

圖3示出了利用拉線的替代的可能srl實施方案；

圖4示出了線性運動擠壓的實施方案；

圖5示出了旋轉(zhuǎn)運動擠壓的實施方案；以及

圖6示出了摩擦焊接實施方案。

具體實施方式

如上所述，本文描述了一種裝置和使用方法，其利用裝置構(gòu)件之間的不同能量吸收關(guān)系特別地經(jīng)由各種金屬成型過程來吸收能量輸入。

為了本說明書之目的，術(shù)語“約”或“大致”及它們的語法變體是指相對于參考數(shù)量、參考水平、參考程度、參考值、參考數(shù)字、參考頻率、參考百分比、參考尺寸、參考大小、參考量、參考重量或參考長度變化了差不多30％、25％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％的數(shù)量、水平、程度、值、數(shù)字、頻率、百分比、尺寸、大小、量、重量或長度。

術(shù)語“基本上”或其語法變體指的是至少約50％，例如75％、85％、95％或98％。

術(shù)語“包括”及其語法變體應(yīng)當具有包含的意思，即，該術(shù)語將被認為是指不僅包括直接提及的所列部件，而且包括其他未指定的部件或元件。

術(shù)語“桿”、“線”和“條”可以互換使用。為了簡潔起見，下文的描述可能提及大體上圓形或環(huán)形截面的桿、線或條，然而，這不應(yīng)被視為限制性的，因為可以使用其它截面，諸如正方形、長方形(oblong)或橢圓形(elliptical)截面，并且仍然可以實現(xiàn)相同或類似的功能。此外，桿、線、條或類似物可能是以單數(shù)語境被提及，然而，將理解的是，本發(fā)明還可以具有這些元件的復(fù)數(shù)，同樣實現(xiàn)期望的功能，并因此落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這些復(fù)數(shù)相對于其它的可以各自具有不同的形式、面積和材料，可以被選擇為用于實現(xiàn)期望的功能和性能特征。

術(shù)語‘構(gòu)件’可以指一個零件或元件或者一起實現(xiàn)所述功能的多個零件或元件。

在第一方面，提供了一種設(shè)備，包括：

至少一個移動塊；

至少一個能量吸收構(gòu)件；并且

當該至少一個移動塊達到預(yù)定閾值時，該至少一個能量吸收構(gòu)件接合該至少一個移動塊并對該至少一個移動塊的移動施加阻滯力，通過與該至少一個能量吸收構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的材料的塑性變形將來自該至少一個移動塊的動能轉(zhuǎn)化為工作能。

發(fā)明人已證實，材料成型過程可以提供有效的能量吸收方式。上述吸收可以用作抑制力，減緩或停止第一能量產(chǎn)生構(gòu)件的移動。

上述預(yù)定閾值可以是移動塊移動的距離和/或移動塊移動的速度/速率。

上述接合可以通過該至少一個移動塊與該至少一個能量吸收構(gòu)件的耦接進行。

雖然阻滯力可以造成該至少一個移動塊的移動中止，但是阻滯也可以指移動的速度或速率減緩而并不是移動完全中止。

在接合之前，該至少一個移動塊可以相對于該至少一個能量吸收構(gòu)件自由移動。例如，移動塊可以是繩的線軸，該線軸在達到預(yù)定閾值之前自由旋轉(zhuǎn)，例如，將繩從線軸上快速展開，此時發(fā)生耦接和吸收。

外力可以使該至少一個移動塊運動。

該至少一個移動塊可以沿線性方向移動，并且施加至該至少一個移動塊的阻滯力可以是線性力?？商娲兀撝辽僖粋€移動塊旋轉(zhuǎn)，并且施加至移動塊的阻滯力可以是扭力。

可以沿與該移動塊的行進方向基本上相反的方向施加阻滯力。

該至少一個能量吸收構(gòu)件可吸收動能的速率可能與下述各項相關(guān)：

(a)從該至少一個移動塊施加至該至少一個能量吸收構(gòu)件的力或扭矩；以及/或者

(b)該至少一個移動塊行進或旋轉(zhuǎn)的距離。

上述塑性變形可以通過選自下述項中的方法實現(xiàn)：拉線、深拉、翻管及其組合。

拉線是這樣一種工業(yè)過程，其中，通過將條拉動穿過縮徑構(gòu)件(諸如具有縮小腰部或肩部的模具)，可以減小線或條的直徑。

深拉或翻管是在方式上與拉線類似的過程，即，拉拔金屬穿過模具，然而，深拉指對板進行拉拔，而翻管指對管進行拉拔。這些過程可以以與如上所述類似的方式適用于如上所述能量吸收裝置。

在上述方法中所使用的線、片或管可以具有基本上一致的材料特性，導(dǎo)致基本上線性的阻滯力被施加至該至少一個移動塊。

上文所用的術(shù)語“一致的特性”指達到基本上不變的阻滯力，但可選地包括至少一個有限持續(xù)時間(如在接合時)的阻滯力變化，允許施加阻滯力時的最初增加。

可替代地，所使用的線、片或管可以具有不一致的材料特性，導(dǎo)致非線性的阻滯力被施加至該至少一個移動塊。

材料特性可以沿線長度的部分或全部變化，該特性可替代地選自下述項：線/片/管直徑或?qū)挾?、線/片/管成分、成型前的線/片/管材料處理；及其組合。

將線/片/管拉伸穿過模具所需的力可為能夠預(yù)測的，并且與使材料在模具內(nèi)變形所需的應(yīng)變能相關(guān)。通過選擇材料，可以調(diào)節(jié)將線拉伸穿過模具所需的力。該過程還能夠吸收高能量密度力。這可能是因為：

·在材料穿過模具時材料被拉緊的總體積；

·被處理的材料被限制在模具內(nèi)，并遭受圍壓壓縮力，因此可以經(jīng)受高應(yīng)力；

·被變形的材料可以具有高強度，使得可以從小體積的材料中產(chǎn)生大量應(yīng)變能。

如上所述，通過使線預(yù)成型可以調(diào)整抑制力曲線，即繩延伸速度減緩或停止的速率。例如，最初進入模具的線的截面可以在有限長度上從完全成型的直徑逐漸減小至未成型直徑。另外，通過例如使用不同的材料、使用不同的直徑、在成型前進行材料處理等可以調(diào)整拉拔線穿過模具所需的力。由于上述變型，取決于各種預(yù)定方面，可以以線性或非線性的方式控制施加在第一能量產(chǎn)生構(gòu)件(如線軸)上的扭矩。

在可替代的實施方案中，可以通過選自下述項中的方法進行塑性變形：條彎曲或受控屈曲，其中，線、桿、條或板以預(yù)定方式彎曲或屈曲，以吸收動能并施加阻滯力。在旋轉(zhuǎn)的實施方案中，彎曲或屈曲可以是通過扭曲線、桿或條的動作進行的扭轉(zhuǎn)變形。

線、桿、條或板可以具有基本上一致的材料特性，從而向移動塊施加基本上一致的阻滯力。

可替代地，線、桿、條或板可以具有不一致的材料特性，從而向移動塊施加一個或多個非線性的阻滯力。

不一致的特性可以包括多個材料層，這些層具有不同的變形模量，因此提供不同的能量吸收特性。

可替代地，材料成型過程可以是條彎曲或受控屈曲。在這些實施方案中，當施加超過預(yù)定水平的第一構(gòu)件力時，線、桿、條或板可以以預(yù)定方式彎曲或屈曲。在另一種形式中，這可以是在旋轉(zhuǎn)意義上通過扭曲線、桿或條的動作進行的彎曲，通常稱為扭轉(zhuǎn)變形。材料應(yīng)變的程度可以管理(govern，控制)能量吸收的速率。在該實施方案中，在材料的厚度上，應(yīng)變量可以變化，因此，可以調(diào)節(jié)能量吸收的程度。例如，可以使用多層材料，因此具有不同彈性模量的材料提供不同的能量吸收特性。

在另一可替代實施方案中，可以通過切割或剪切進行塑性變形，在切割或剪切中，線或者條被切開或剪開，以吸收動能并施加阻滯力。在該實施方案中，在向第二能量吸收構(gòu)件施加預(yù)定力的情況下，線、桿或條可以被切開或剪開。

在另一實施方案中，可以使用在室溫下再結(jié)晶的材料通過擠壓進行塑性變形。此外，可以使用在能量加載下變得可變形的材料通過擠壓進行塑性變形。在這兩種實施方案中，方法單獨或一起吸收動能并施加阻滯力。用于變形的材料可以取決于示例項是單次使用設(shè)備還是多次使用設(shè)備。單次使用設(shè)備可以使用永久變形的材料，示例包括金屬或金屬合金和/或塑料。如果目的是設(shè)計多次使用設(shè)備，則可能有用的是具有保持不變的性質(zhì)或在變形后恢復(fù)至原初狀態(tài)(例如經(jīng)由材料記憶(memory，彈性復(fù)原性))的性質(zhì)的材料。多次使用材料的示例可以包括再結(jié)晶的金屬、橡膠或凝膠。在一個實施方案中，材料可以為鉛或鉛合金。

材料可以形成為具有凸出元件的線，該凸出元件穿過相對于可擠壓材料的形狀和大小而言狹窄的體積。在線性運動實施方案中，凸出部分為包在殼體中的桿，并且當桿與殼體之間發(fā)生相對移動時，迫使凸出部分進入殼體的更狹窄區(qū)域中。可替代地，在旋轉(zhuǎn)運動實施方案中，凸出部分形成在殼體內(nèi)部，殼體由共同旋轉(zhuǎn)的不同速度的元件或反向旋轉(zhuǎn)的元件以及旋轉(zhuǎn)元件之間的環(huán)形開口形成，其中容納可擠壓材料；并且其中，當元件之間發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)時，迫使可擠壓材料進入更狹窄的空間，導(dǎo)致發(fā)生材料成型并阻滯元件之間的相對運動。

在另一實施方案中，可以通過摩擦焊接進行塑性變形?？梢酝ㄟ^例如下述方式實現(xiàn)摩擦焊接：所述至少一個移動塊為可經(jīng)由軸向加載與用作能量吸收構(gòu)件的靜止反作用條接合的旋轉(zhuǎn)條，并且當塊與構(gòu)件接觸時，由軸向加載在這二者的表面之間引起的摩擦導(dǎo)致足夠的熱，用以將這兩個部件焊接在一起，并且通過焊接過程中吸收構(gòu)件的粘附獲得阻滯力。向移動塊施加阻滯力的速率可以是基本上一致的?？商娲兀ㄟ^改變所使用的材料和至少一個移動塊移動的速率或者軸向負載的施加程度可以將施加至該至少一個移動塊的阻滯力的速率實現(xiàn)為不一致的。例如在srl實施方案中，墜落檢測機構(gòu)通過觸發(fā)彈力的施加可以激發(fā)焊接部件的軸向加載。為了使得能容易地重置srl，該實施方案可能是有用的，例如通過在墜落事件后移除或更換焊接部件。

在第二方面，提供了一種吸收能量的方法，通過下述步驟進行：

(a)選擇基本上如上所述的設(shè)備；

(b)在該至少一個移動塊上施加引起超過預(yù)定閾值的能量輸入的運動，從而觸發(fā)該至少一個能量吸收構(gòu)件經(jīng)由材料成型過程吸收該至少一個移動塊動能的至少部分。

用于本文描述的設(shè)備的最終實施方案可以進行變化。例如，自動栓繩或自動收回式救生索(srl)實施方案可以使用能量吸收機構(gòu)。在srl實施方案中，繩可以從srl設(shè)備延伸和收回，并且當繩以超過預(yù)定閾值的速率從srl設(shè)備延伸時，能量吸收構(gòu)件與之接合并向繩延伸的速率施加阻滯力，通過與能量吸收構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的材料的塑性變形將來自繩的動能轉(zhuǎn)化為工作能。srl和自動栓繩應(yīng)用不應(yīng)被視為限制性的，因為所描述的設(shè)備可以用于各種其它應(yīng)用，非限制性示例包括對下述項的速度控制或負載控制：

·旋轉(zhuǎn)渦輪機中的轉(zhuǎn)子；

·鍛煉設(shè)備，如，劃船機、周轉(zhuǎn)訓(xùn)練器、舉重訓(xùn)練器材；

·過山車和其它游樂設(shè)施；

·升降機和自動扶梯系統(tǒng)；

·疏散下降器和火災(zāi)逃生設(shè)備；

·傳送系統(tǒng)；

·工廠生產(chǎn)設(shè)施中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置；

·材料搬運設(shè)備，諸如傳送帶，或者斜槽中的制動裝置；

·路邊安全系統(tǒng)，如，可以在系統(tǒng)中連接的能量吸收器，以經(jīng)由能量吸收器通過能量耗散提供撞擊衰減，如，路障或路障端部；

·車輛中的座椅安全帶；

·飛索；

·用于手推車和拖板的制動機構(gòu)；

·運輸應(yīng)用中的緩沖限制器；

·吊車應(yīng)用中的緩沖限制器；

·機械驅(qū)動鏈中的限矩或限力設(shè)備；

·風(fēng)力渦輪機中的結(jié)構(gòu)過載保護裝置；

·構(gòu)筑物、建筑物和橋梁中的負載限制和能量耗散裝置。

取決于最終配置，上述材料成型過程的優(yōu)點可能不同，但可以包括：

-超過預(yù)定閾值的吸收力的快速疏散；

-快速吸收/轉(zhuǎn)化，從部分至完全轉(zhuǎn)化；

-所描述的裝置具有固有可靠性，因為它們機械簡單并且依靠材料的已知和可預(yù)測的性質(zhì)；

-通過材料選擇和設(shè)計可以避免可能由現(xiàn)有閂扣設(shè)備產(chǎn)生的驟停；

-可以吸收高密度力；以及

-在激發(fā)后可以更換能量吸收構(gòu)件或能量吸收構(gòu)件的零件，允許在激發(fā)后重新設(shè)置裝置。

上述實施方案還可以被廣泛地說成包括單獨地或共同地在本申請的說明書中提及或指出的零件、元件和特征，以及任何兩個或更多個所述零件、元件或特征的任何一種或所有組合。

另外，在本文提及在實施方案所涉及的領(lǐng)域中具有已知等同物的具體整體的情況下，這些已知的等同物被認為如同單獨闡述的一樣被并入本文。

工作實例

現(xiàn)在通過參考具體實例描述上述能量吸收裝置和使用方法。

實例1

圖1示出了拉線的原理。通常由箭頭1指的能量吸收構(gòu)件可以是具有不同直徑2a、2b的線或桿2。當在線2上施加能量輸入時，線2沿x方向穿過縮腰模具3，這樣，通過縮腰模具3發(fā)生對線2的拉拔，通過模具3導(dǎo)致線2發(fā)生直徑減小的變形。通過線的變形而在面積上的減少會吸收能量。

實例2

圖2示出了srl實施方案，其中，實例1所示的線或條2附接至盤11的邊緣10，在線軸(未示出)的延伸/縮回操作期間該盤通常靜止，在該線軸上附接有繩(未示出)。如果發(fā)生墜落，繩(第一能量產(chǎn)生構(gòu)件)延伸速率的快速增加會引起線軸的移動。激發(fā)機構(gòu)將線軸連接至盤11(第二能量吸收構(gòu)件)，導(dǎo)致盤11轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)而拉拔線2穿過模具12。產(chǎn)生的材料成型過程吸收墜落能量，從而減緩(或停止)繩的放出。

實例3

可替代地，如圖3所示，srl可以具有旋轉(zhuǎn)盤20，并且模具21形成旋轉(zhuǎn)盤20的一部分/整合入旋轉(zhuǎn)盤。未成型的線2盤繞在盤20上，并且自由端固定至srl殼體22。當向旋轉(zhuǎn)盤20施加超過預(yù)定水平的能量輸入時，迫使線2穿過模具21，從而使得發(fā)生材料成型。

實例4

作為替代可以經(jīng)由擠壓完成金屬成型。圖4示出了使用支撐在殼體30a中的第一能量產(chǎn)生構(gòu)件30的擠壓實施方案。殼體30a和第一能量產(chǎn)生構(gòu)件30包住第二能量吸收構(gòu)件31，第二能量吸收構(gòu)件在圖4中示出為具有凸出32區(qū)域的細長桿。可以由可鍛材料(諸如鉛)制造第一能量吸收構(gòu)件30。

可以由殼體30a在遭受作用力時通過移動而產(chǎn)生能量輸入。當該輸入在預(yù)定閾值之下時，能量吸收構(gòu)件30不會變形，并因此防止殼體30a在凸出32區(qū)域周圍移動。如果能量輸入超出預(yù)定閾值，則第一能量吸收構(gòu)件30(鉛)在凸出32周圍變形。這迫使凸出32材料進入殼體內(nèi)30a更狹窄的空間，從而經(jīng)由材料成型過程吸收第一構(gòu)件30和殼體30a能量中的至少部分。

實例5

圖5示出了可替代實例4的擠壓實施方案。上述實例4和圖4示出了殼體30的線性或大體線性移動方向。作為替代可以使用如圖5所示的旋轉(zhuǎn)方法，該旋轉(zhuǎn)方法使用支撐在殼體40內(nèi)的第一能量產(chǎn)生構(gòu)件41。殼體40和第一能量產(chǎn)生構(gòu)件41包住第二能量吸收構(gòu)件42，第二能量吸收構(gòu)件在圖5中示出為圍繞周長具有兩個凸出部分43的環(huán)形物?？梢杂煽慑懖牧?諸如鉛)制成能量吸收構(gòu)件42?？梢杂蓺んw40在遭受作用力時通過旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生能量輸入。當該輸入在預(yù)定閾值之下時，第一能量吸收構(gòu)件42不變形，因此防止殼體40的移動。如果能量輸入超出預(yù)定閾值，則第一能量吸收構(gòu)件42在凸出43周圍變形。這迫使凸出43材料進入殼體40內(nèi)更狹窄的空間，從而經(jīng)由材料成型過程吸收第一構(gòu)件41和殼體40能量中的至少部分。

實例6

可替代地，可以經(jīng)由摩擦焊接進行材料成型過程。圖6示出了用于實現(xiàn)金屬成型的一種裝置。如圖6所示，將其上具有可延伸繩51的線軸50(第一能量產(chǎn)生構(gòu)件)連接至與靜止條53軸向?qū)实男D(zhuǎn)條52，旋轉(zhuǎn)條52和靜止條53是能量吸收構(gòu)件。

在正常操作中，旋轉(zhuǎn)條52和靜止條53不連接。在達到預(yù)定閾值的情況下，旋轉(zhuǎn)條52通過靜止條53或旋轉(zhuǎn)條52的軸向移動而被軸向地加載抵靠靜止條53。當旋轉(zhuǎn)條52和靜止條53表面接觸時，這兩個表面之間的摩擦可以通過材料選擇、構(gòu)件52、53的移動速率等等導(dǎo)致足夠的熱，從而將這兩個部件52、53焊接在一起。隨著焊接發(fā)生，旋轉(zhuǎn)部件52將經(jīng)歷因與靜止部件53附著而造成的制動力，因此在焊接過程期間能量被吸收。在srl實施方案中，墜落檢測機構(gòu)可以例如經(jīng)由彈力通過觸發(fā)軸向移動來激發(fā)部件52、53的軸向負載。焊接后，可以移除部件52、53并用新的單獨零件52、53替換。

已經(jīng)通過僅示例的方式對能量吸收裝置和使用方法的各個方面進行了描述，并且應(yīng)當理解的是，在不脫離本文的權(quán)利要求范圍的情況下，可以對上述方面進行修改和添加。