一種機械緩沖裝置在安全帶中的應用

摘 要：自安全帶面世以來至今，已生產有長達超過1000萬公里的安全帶。然而，普通安全帶基本沒有緩沖特性，使其只能保護人員基本安全，卻容易在巨大的沖擊力下，造成肌肉拉傷、甚至肋骨骨折等嚴重傷害。這就迫切需要通過各種緩沖裝置使其更加的安全可靠，對此筆者有針對性的設計了一種專門的機械緩沖結構，其結構簡單合理，可靠性高。通過試驗表明該緩沖裝置能夠預定緩沖保護的目的。

關鍵詞：機械緩沖裝置 安全帶 瞬間沖擊 能量轉換

中圖分類號：TH137文獻標識碼:A文章編號：1674-098X(2011)02(c)-0095-01

隨著國民經濟的發展，安全帶的使用場合也越來越多，其中個人墜落防護安全帶和汽車安全帶是人們最常用的兩種，以個人墜落防護安全帶為例，理想的緩沖安全帶要滿足兩個條件：首先是在事故發生時瞬間將沖擊力峰值吸收，避免因沖擊力過大而對人身體造成沖力損傷；其次是在瞬間沖擊力被吸收后，安全、快速的使人停止下降，以免出現碰傷等二次意外事故。如何通過簡便、可靠的機械緩沖裝置使安全帶達到上述效果呢？本文將從結構、原理和實際實驗對比三個方面來對一種新的安全帶緩沖裝置進行闡述。

1 機械緩沖裝置的工作原理

1.1 機械緩沖裝置的理論原理

為了滿足個人墜落安全帶的安全緩沖條件和實際使用方便，易于攜帶等條件，針對已有的各種緩沖裝置的原理以及使用情況，筆者自行設計了事故條件觸發方式啟動緩沖功能的重量大約0.5kg，工人可以背在背上的機械緩沖裝置，它通過在裝置中的滑動鍵所受銷離心力大小和安全銷所受沖擊力大小來共同判斷是否發生事故。當離心力和沖擊力同時滿足設定條件，即安全帶速度超過設定值，并且滿足安全帶的拉出力量超過安全銷的設定安全值，安全銷將瞬間被拉斷，此時緩沖裝置出現一個瞬間極值，通過鍵的斷裂這種方式將瞬間沖擊能量轉化為機械能，剩余沖擊力將被阻力彈簧將其轉化為彈性勢能的方式抵消。毫無疑問，這種思路是合理的，在使用中也是可行的，它極大的保證的高空作業人員的生命安全。

1.2 機械緩沖裝置的結構原理

該緩沖裝置結構(如圖1)分為3個部分，第一部分由安全帶、安全帶繞輪、大齒輪和小齒輪組成，其作用是纏繞安全帶并將安全帶線速度二級放大至小齒輪的角速度，以為下一離合器系統中滑動鍵提供足夠的離心力。第二部分由離合軸、離合軸蓋、離合軸蓋凹槽部、滑動鍵、止退鍵及彈簧和拉力彈簧組成離合器系統，它的作用是實現判斷安全帶的拉出速度是否處于正常范圍內并確定是否傳遞力矩給下一系統中的安全銷。當安全帶被拉出繞論，其速度將被放大傳遞到離合軸，若該移動速度超過設定安全值(通過拉力彈簧設定)，滑動鍵將克服拉力彈簧的拉力，做離心運動至離合軸蓋凹槽部處，止退鍵同時在止退彈簧作用卡入滑動鍵凹槽部分，將滑動鍵固定在這一位置，此時離合軸與離合軸蓋聯接，傳遞力矩至下一阻力系統的安全銷。第三部分由安全銷、固定螺旋蓋、螺旋軸和壓縮彈簧組成阻力系統。其作用是結合第二部分速度判斷，對沖擊力進行判斷，若沖擊力達到或超過設定安全值，則該系統通過能量轉化，將瞬間沖擊力轉化為彈簧勢能和其它形式的能量。當力矩傳達到安全銷時，說明安全帶的拉出速度已經超過設定值，如果安全帶是人為的快速拉出或者其它原因，其力矩將不會將安全銷拉斷，如果沖擊力沒有達到危害人身安全的情況也不會將安全銷拉斷，當發生嚴重事故，危害到高空工作人員生命安全時，安全銷將瞬間折斷，緩沖裝置將出現一個瞬間的阻力，將瞬間沖擊消除一部分，當安全銷折斷后，螺旋軸將旋入固定螺旋軸蓋中，在旋入過程中將不斷的壓縮彈性系數較大的壓縮彈簧，在旋入的過程中阻力逐步增加，剩余沖擊力將轉化為彈性勢能。

2 機械緩沖裝置的實際運用實驗效果

在個人墜落防護安全帶運用上，工作人員只需要將該緩沖裝置背在背上即可，經過理論計算和實驗證明該安全帶緩沖性好，在進行仿真模擬實驗時，當仿真人體做自由落體運動墜落3m、4m、5m后分別瞬間停下，根據電子儀器記錄(表1)統計證明，在遭受到相同的沖擊力與采用化纖安全繩的安全繩相比其瞬間沖擊值可以設定為一個固定安全值，不會因為高度和人體質量的增加而增加；其平均沖擊力也可大大降低；人體受到的殘余沖擊在安全范圍之內。

3 結語

該緩沖裝置設計思路新穎，結構簡單，可靠性好，根據實驗結果表明其緩沖效果明顯。根據其工作原理，結合高空安全帶和汽車安全帶的工作原理，其既可以在高空安全帶使用中廣泛推廣，也可略加以改進作為汽車安全帶緩沖裝置使用。

參考文獻

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