АМОРТИЗАТОР Российский патент 2005 года по МПК A62B35/00 

Изобретение относится к классу удовлетворения жизненных потребностей человека, и в частности к способам и средствам спасения человеческой жизни.

Известен предохранительный пояс, предназначенный для индивидуальной защиты от падения человека с высоты и содержащий поясной ремень с пряжкой, прикрепленный к нему строп с карабином, кушак и амортизатор, который выполнен в виде перепускающей гильзы, опресованный тарированным усилием, сквозь которую пропущен строп и которая снабжена силовой связью с поясным ремнем; при этом перепускающая гильза выполнена, например, в виде изогнутой трубки, с внешней стороны изгиба которой выполнено отверстие для пропуска стропа, а на отогнутом конце закреплено кольцо разъемной силовой связи с поясным ремнем [1].

Однако описанный выше известный предохранительный пояс с амортизатором имеет достаточно существенные недостатки:

- основной параметр амортизатора - величина перепускающего усилия - зависит от качества опрессовки гильзы тарированным усилием; при этом возможная неоднородность металла гильзы, наличие раковин или включений приводят к нестабильности основного параметра амортизатора - величины перепускающего усилия;

- круговой охват перепускаемого гибкого элемента (полиамидной ленты) цилиндрической гильзой, опрессованной тарированным усилием, приводит к изменению величины перепускающего усилия при изменении температуры внешней среды в процессе эксплуатации пояса с амортизатором, за счет температурных деформаций металла гильзы амортизатора; это приводит к нестабильности величины перепускающего усилия, т.е. к нестабильности работы амортизатора в целом;

- при испытании пояса с амортизатором на статическую прочность, в соответствии с действующими нормативными документами, необходимо приложить достаточно большую нагрузку (не менее 15,0 кН), которую должна выдерживать вся силовая цепь предохранительного пояса, включая гильзу амортизатора. При этом нормируемая динамическая нагрузка, воздействующая на падающего человека и соответственно на гильзу амортизатора, не превышает 4000 или 6000Н (в зависимости от типа пояса). Таким образом, прочность перепускающей гильзы должна быть рассчитана на величину статической испытательной нагрузки, что приводит к увеличению габаритов и массы перепускающей гильзы амортизатора.

Известен амортизатор для снижения динамической нагрузки, воздействующей на падающего человека, содержащий металлическую перепускающую планку с набором расположенных по ее длине отверстий, гибкий элемент, выполненный в виде ленты, пропущенной через отверстия планки с запасом на протравливание и шириной, равной или близкой к ширине указанных отверстий, причем один из концов ленты выполнен в виде силовой петли [2]. Такое конструктивное решение обеспечивает более стабильную величину перепускающего усилия, в том числе при разнице температур окружающего воздуха при эксплуатации изделия.

Однако и это техническое решение также не лишено определенных недостатков. Устройства такого класса, как амортизаторы, должны (как было указано выше) проходить обязательные испытания на проверку их механической прочности статической нагрузкой; по нормативным документам и стандартам на средства страховки человека от падения с высоты величина динамической нагрузки, воздействующей на человека при его возможном падении с высоты, не должна превышать 4000 или 6000 Н, что зависит, как было указано выше, от типа пояса (безлямочный, лямочный). При этом такой амортизатор, при его постановке на производство, должен быть испытан статической нагрузкой, величина которой должна быть не менее 15,0 кН. При этом испытанию должна быть подвергнута вся силовая цепь амортизатора, включая перепускающую планку. Последнее обстоятельство приводит к тому, что масса перепускающей планки, а соответственно и амортизатора в целом, будут достаточно велики. Помимо этого, в такой конструкции амортизатора существенным недостатком является то, что в случае, если запас на протравливание ленты меньше, чем может быть необходимо для гашения динамической нагрузки, возникающей, например, в экстраординарных случаях, возникает динамическое взаимодействие между заделкой ленты и перепускающей пряжкой, а сама перепускающая пряжка подвергается полной (повышенной по сравнению с допустимой) величине динамической нагрузки. Это приводит к необходимости увеличения габаритов и массы амортизатора.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному амортизатору является амортизатор, содержащий гибкий элемент, выполненный в виде ленты с запасом на протравливание, причем один из концов ленты выполнен в виде силовой петли, и второй конец ленты выполнен в виде дополнительной силовой петли (US 3444957 А, 13.12.1976).

Недостатком данного амортизатора является недостаточная надежность и стабильность в работе, а также неудобство устройства в использовании.

Авторы и заявитель ставили перед собой задачу спроектировать более надежный и стабильный в работе, а также более удобный в практическом использовании амортизатор, обеспечивающий страховку человека при падении его с высоты. Приоритетными целями при этом ставились повышение надежности и снижение массы амортизатора. Указанный технический результат достигается за счет совокупности существенных конструктивных признаков предложенного амортизатора, а именно: амортизатор для снижения динамической нагрузки, воздействующей на падающего человека, содержащий металлическую планку с набором расположенных по ее длине отверстий, гибкий элемент, выполненный в виде ленты с запасом на протравливание и шириной, равной ширине указанных отверстий, причем один из концов ленты выполнен в виде силовой петли; второй конец ленты выполнен в виде дополнительной силовой петли, жестко закрепленной на металлической планке и являющейся продолжением участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание, выполненного в форме петли, которая пропущена через, по крайней мере, два отверстия ленты, при этом длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание, выбирается из соотношения:

,

где l - длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание; g - ускорение свободного падения; Н - высота падения человека с учетом удлинения амортизатора (разность высот между первоначальным положением человека или испытательного груза и его положением после зависания на стропе пояса); m - нормативная масса человека; Р - усилие, возникающее в ленте амортизатора при её протравливании (перепускании) через щели планки; оба конца ленты выполнены в виде силовых петель, а участок ленты, обеспечивающий запас на протравливание, выполнен в виде петли, пропущенной через два средних отверстия металлической планки и перепущенных в соседние отверстия в направлении каждой из силовых петель указанной ленты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид амортизатора, выполненного согласно настоящему изобретению, вид спереди; на фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид сверху; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - то же, что на фиг.1, два вида аксонометрических проекций амортизатора до приложения к нему динамической нагрузки; на фиг.5 - то же, что на фиг.2, положение амортизатора после приложения к нему динамической нагрузки (гашения амортизатором динамической нагрузки); на фиг.6 - то же, что на фиг. 5, два вида аксонометрических проекций амортизатора; на фиг.7 - то же, что на фиг.1, амортизатор при приложении к нему статической испытательной нагрузки, вид спереди и аксонометрическая проекция; на фиг.8 - общий вид амортизатора, выполненного согласно настоящему изобретению по 2-му пункту формулы, вид спереди, до приложения к нему динамической нагрузки; на фиг.9 - то же, что на фиг.8, вид сверху; на фиг.10 - то же, что на фиг.8, аксонометрическая проекция; на фиг.11 - то же, что на фиг.8, вид сверху, амортизатор после приложения к нему динамической нагрузки (гашение амортизатором динамической нагрузки); на фиг.12 - то же, что на фиг.8, вид спереди, показывающий взаимное расположение металлической планки и ленты при приложении к амортизатору статической испытательной нагрузки; на фиг.13 - то же, что на фиг.12, вид сверху; на фиг.14 - разрез Б-Б на фиг.12; на фиг.15 - то же, что на фиг.12, два вида аксонометрических проекций.

Заявляемый амортизатор представляет собой устройство, состоящее из металлической планки 1 и гибкого элемента 2 в форме ленты определенной ширины и длины с запасом на протравливание; на металлической планке 1 делается набор расположенных друг за другом отверстий 3 по ширине одинаковых с шириной ленты 2. Лента 2 делается из синтетической ткани, обладающей необходимой, с точки зрения обеспечения безопасности человека, гибкостью и прочностью материала. Лента 2 пропускается через отверстия 3 металлической планки 1 и с одного конца выполняется в виде силовой петли 4 для чего свободный конец 5 ленты 2 и ее прямой отрезок 6, выходящий из петли 4, прошиваются вместе специальными нитями 7 продольным, поперечным или каким-то иным шовным рисунком. Лента 2 имеет участок в форме петли 8, который предназначен для обеспечения запаса на протравливание, и она пропущена через два, например, крайних отверстия 3 металлической планки 1. Участок 8 заканчивается второй силовой петлей 9 ленты 2; концы 10 второй силовой петли 9 также прошиваются нитевыми прошивками 11 таким образом, что петля 9 оказывается жестко закрепленной к металлической планке 1.

Как вариант, лента 2 может быть выполнена с двумя силовыми петлями 12 и 13 на своих концах, силовая заделка которых осуществлена зашивками 14. В этом варианте участок 15, обеспечивающий запас на протравливание ленты 2 и выполненный в виде петли, пропускается через средние отверстия 3 планки 1 так, что он как бы делит амортизатор на две симметричные части. В этом случае участок 15 может быть дополнительно прошит тарированной (по прочности) строчкой 18, а эффект амортизации осуществляется как за счет расходования кинетической энергии падающего тела на преодоление сил трения, возникающих при протравливании ленты сквозь щели пряжки, так и за счет расходования энергии на разрыв ниток тарированной строчки 18. При этом длина планки 1, количество отверстий 3, а соответственно и масса планки 1 могут быть существенно меньше, чем в первом варианте выполнения амортизатора.

Оптимальная длина петель 8 и 15 в обоих конструктивных вариантах амортизатора выбирается расчетным путем из следующего математического соотношения:

,

где l - длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание; g - ускорение свободного падения; Н - высота падения человека с учетом удлинения амортизатора (разность потенциальных уровней положения человека или испытательного груза до падения и после зависания на стропе); m - нормативная масса человека; Р - усилие, возникающее в ленте амортизатора при её протравливании через щели планки. Если взять в качестве исходных данных следующие величины вышеуказанных параметров: Н=5 м, m=100 кг, g=9,8 м/с², Р=6000 H, то получим значение I=0,82 м, что является оптимальной величиной запаса на протравливание, при которой будет обеспечиваться суммарное усилие трения - торможения при срыве человека с высоты в пределах 6000Н(600 кгс), то есть допустимая величина по принятым стандартным нормам безопасности для человеческой жизни.

Амортизатор собирается следующим образом.

Берется металлическая планка 1 и через отверстия 3, сделанные в ней, одним своим концом пропускается лента 2; с одной стороны ленты 2 делается силовая петля 4, концы 5, 6 которой прошиваются нитями 7. Через два крайние отверстия 3 пропускается петля 8 на точно рассчитанную длину по вышеприведенной формуле, затем на продолжении петли 8 лента 2 вытягивается, формируется вторая силовая петля 9, а свободный конец 16 ее пропускается через отверстие 3, в которое была пропущена одна ветвь 17 петли 8 и концы 10 и 16 прошиваются нитями 11. Аналогичным образом собирается амортизатор, выполняемый по второму зависимому пункту предложенной формулы изобретения. При этом петля, образующая запас на протравливание, может быть прошита дополнительными тарированными строчками 18. После того как амортизатор собран, он одной силовой петлей 4 крепится к предохранительному поясу (не показан) человека, а другой силовой петлей 9 к стропу с карабином (не показан), который в свою очередь крепится к опорной конструкции.

Перед запуском амортизатора в серийное производство он проходит испытания на воздействие статической испытательной нагрузки, величина которой (по существующим стандартам 22,0 кН) в несколько раз превышает нагрузку, возникающую в силовой цепи амортизатора при гашении динамической нагрузки. Предложенная конструкция амортизатора позволяет практически исключить из силовой цепи планку 1, силовой расчет прочности которой, в этом случае, можно производить, исходя из величины усилия, возникающего в ленте при её протравливании через пряжку, а не из величины статической испытательной нагрузки. Указанный фактор позволяет уменьшить толщину, а следовательно, массу планки 1, снизить расход материала на изготовление амортизатора.

Источники информации

[1] Патент Российской Федерации № 2113258, класс А 62 В 35/00,1/16, заявлено 20.06.98 г. Бюллетень № 17.

[2] Приемы и средства страховки с использованием альпинистской веревки. Методические рекомендации. Центральное рекламно-инфрмационное бюро “Турист”, Москва, 1989 г., стр. 65, рис. 82 (амортизатор Штихта).

Предложенный амортизатор относится к средствам спасения человеческой жизни. Амортизатор для снижения динамической нагрузки, воздействующей на падающего человека, содержит металлическую планку с набором расположенных по ее длине отверстий, гибкий элемент, выполненный в виде ленты с запасом на протравливание и шириной, равной ширине указанных отверстий, причем один из концов ленты выполнен в виде силовой петли. Второй конец ленты выполнен в виде дополнительной силовой петли, жестко закрепленной на металлической планке и являющейся продолжением участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание, выполненного в форме петли. Петля пропущена через, по крайней мере, два отверстия ленты, при этом длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание, выбирается из соотношения: , где l - длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание; g - ускорение свободного падения; Н - высота падения человека с учетом удлинения амортизатора; m - нормативная масса человека; Р - усилие, возникающее в ленте амортизатора. Данная конструкция устройства позволяет повысить надежность амортизатора и снизить его массу. 1 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Амортизатор для снижения динамической нагрузки, воздействующей на падающего человека, содержащий металлическую планку с набором расположенных по ее длине отверстий, гибкий элемент, выполненный в виде ленты с запасом на протравливание и шириной, равной ширине указанных отверстий, причем один из концов ленты выполнен в виде силовой петли, в котором второй конец ленты выполнен в виде дополнительной силовой петли, жестко закрепленной на металлической планке и являющейся продолжением участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание, выполненного в форме петли, которая пропущена через, по крайней мере, два отверстия ленты, при этом длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание, выбирается из соотношения

,

где l - длина участка ленты, обеспечивающего запас на протравливание; g - ускорение свободного падения; Н - высота падения человека с учетом удлинения амортизатора; m - нормативная масса человека; Р - усилие, возникающее в ленте амортизатора.