專利名稱：一種具有新型緩沖減震結(jié)構(gòu)的安全帽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全頭盔的技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種具有的新型緩沖結(jié)構(gòu)的安全帽。該緩沖結(jié)構(gòu)可以有效抵擋徑向沖擊力(頂部和側(cè)向)，也可以在一定程度上減小由斜向撞擊引起的切向沖擊力。
背景技術(shù)：
在日常生產(chǎn)生活中，頭部的防護(hù)一直非常重要。在機(jī)械、建筑、礦山、冶金、電力等行業(yè)中，作用于頭頂部和側(cè)向的沖擊載荷是人體受傷的重要因素之一。目前對(duì)于頭部防護(hù)最主要方式是佩戴安全帽?，F(xiàn)在常見的安全帽的防護(hù)原理是:先由安全帽的硬質(zhì)外殼承受外部沖擊，防止其穿透。然后由與外殼相連的帶狀的帽襯緩沖掉部分沖擊能量，并將剩余的能量傳遞到整個(gè)頭部。這部分能量最后由頭皮和頸椎吸收?，F(xiàn)在常見的安全帽在設(shè)計(jì)上存在一些不足。首先，緩沖效果不佳。安全帽中起緩沖作用的主要是帽襯。由于大量使用塑料等較硬的材料，并且與外殼多采用剛性的連接方式，帽襯的緩沖作用小。而且現(xiàn)在的帽襯多使用條帶結(jié)構(gòu)，與頭部的接觸面積小，接觸應(yīng)力大。其次，側(cè)向防護(hù)不夠?，F(xiàn)有的安全帽比較注重對(duì)頂部沖擊載荷的防護(hù)，對(duì)于來自側(cè)向的沖擊的防護(hù)不夠。實(shí)際上，側(cè)向想沖擊載荷對(duì)于頭部的損傷也是巨大的。另外，對(duì)于切向沖擊力(平行于頭皮的切線方向)的防護(hù)不夠。切向沖擊力會(huì)使頭部瞬間產(chǎn)生較大的角加速度。這被認(rèn)為是導(dǎo)致頭部損傷的原因之一。運(yùn)用生物力學(xué)研究手段，對(duì)啄木鳥頭部解剖結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):在啄木過程的回彈階段，舌骨獨(dú)特的結(jié)構(gòu)延緩了過度后伸，吸收了沖擊載荷，起到了“安全帶”的作用使腦組織免受損傷。本發(fā) 明將啄木鳥舌骨對(duì)頭部的防護(hù)機(jī)理應(yīng)用于安全帽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提高了安全帽的抗沖擊性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有安全帽在抵抗沖擊方面的不足，利用仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)了一種具有新型緩沖減震結(jié)構(gòu)的安全帽，以改善安全帽的防護(hù)性能。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:安全帽采用雙殼體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)殼體之間采用彈性連接。具體結(jié)構(gòu)包括:外殼3，內(nèi)殼4，連接外殼和內(nèi)殼的彈性緩沖體5，用于固定安全帽與頭部的下頦帶6。其中內(nèi)殼4由硬層41和內(nèi)襯42用膠粘接成一體結(jié)構(gòu)。外殼和硬層都由剛度較大的材質(zhì)構(gòu)成，比如=ABS塑料、碳纖維復(fù)合材料或金屬材料。外殼3的內(nèi)表面和硬層41的外表面為球面,二者之間留有25mm以上空隙,用于緩沖減震。外殼3和硬層41在下部邊緣和殼體的中間位置分別設(shè)有六組以上對(duì)應(yīng)的連接頭7(圖3所示)，通過連接頭可以將彈性緩沖體5剛性地連接在外殼3和硬層41上。連接頭處的剛性連接，可以采用鉚釘，螺栓等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。彈性緩沖體5內(nèi)部由三組相互垂直的彈簧組成。通過這三組彈簧，每個(gè)彈性緩沖體5都可在各個(gè)方向上提供彈性緩沖?？紤]到不同的應(yīng)用情況，內(nèi)襯42的結(jié)構(gòu)可以選擇為連通的分塊氣囊，或者由泡沫、海綿等軟質(zhì)材料和織物構(gòu)成的貼合頭部的實(shí)心結(jié)構(gòu)。下頦帶6與硬殼41通過剛性連接，可以采用鉚釘，螺栓等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。采用上述技術(shù)方案，安全帽外殼3將撞擊點(diǎn)的沖擊力擴(kuò)散到較大的面積上，并阻止沖擊穿透外殼。連接外殼3和內(nèi)殼4的彈性緩沖體5,可以延緩沖擊從外殼傳遞到內(nèi)殼4的時(shí)間，從而減小內(nèi)殼4受到的沖擊力。其原理和沖擊過程中啄木鳥舌骨對(duì)腦部的防護(hù)機(jī)理一致。內(nèi)殼4的硬層41采用剛度較大的材料，一方面可以將傳遞過來的沖擊力分散到更大的面積上并通過內(nèi)襯結(jié)構(gòu)將其吸收，另一方面可以防止安全帽穿透的發(fā)生。內(nèi)襯42采用連通分塊氣囊或者軟質(zhì)材料，可以作為安全帽緩沖、減震功能的補(bǔ)充，同時(shí)也可以提高使用的舒適度。下頦帶6的作用是將頭部和安全帽的內(nèi)殼緊密的固定在一起，避免因?yàn)槎呦鄬?duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的附加傷害。彈性緩沖體5可以提供各個(gè)方向上的彈性緩沖，因此安全帽的頂部方向和側(cè)向都有良好的緩沖性能。在遭受切向沖擊載荷時(shí) ，彈性緩沖體5組合在一起，可以提供一定的切向彈性力，減小旋轉(zhuǎn)沖擊帶來的損傷。另外，外殼3的內(nèi)表面和硬層41的外表面為球面，可以減小兩個(gè)殼體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的干涉。這也在一定程度上提高本發(fā)明所述安全帽抵抗切向沖擊的性能。本發(fā)明是對(duì)安全帽緩沖結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，不涉及安全帽的具體構(gòu)型。因此本發(fā)明可以應(yīng)用于不同設(shè)計(jì)構(gòu)型的安全帽。


圖1是啄木鳥腦部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述安全帽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述彈性緩沖體的位置分布示意圖；圖4是本發(fā)明所述彈性緩沖體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明所述安全帽受到徑向撞擊時(shí)的工作方式示意圖；圖6是本發(fā)明所述安全帽受到切向撞擊時(shí)的工作方式示意圖。圖中:1啄木鳥腦組織；2啄木鳥的舌骨；3外殼；4內(nèi)殼；41硬層；42內(nèi)襯；5彈性緩沖體；51剛性連接體；52彈簧；6下頦帶；7連接頭；8徑向沖擊載荷；9切向沖擊載荷；10變形后的彈性緩沖體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:如圖2所示，本發(fā)明由外向內(nèi)依次為:外殼3、彈性緩沖體5、內(nèi)殼4以及下頦帶6。其中內(nèi)層又由硬層41和內(nèi)襯42組成。外殼3和硬層41采用硬質(zhì)材料制成。彈性緩沖緩沖體5的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其結(jié)構(gòu)由剛性連接體51和彈簧52構(gòu)成。彈性緩沖體5的內(nèi)部分布有三組相互垂直的彈簧52。通過這三組彈簧的組合，彈性緩沖體可以提供各個(gè)方向上的彈性緩沖。這就使得本發(fā)明所述的安全帽具備頂部和側(cè)向的緩沖能力，同時(shí)也可以對(duì)切向沖擊起到一定緩沖作用。剛性連接體51通過鉚接、螺栓連接等方式可與連接頭7剛性連接，從而實(shí)現(xiàn)彈性緩沖體與外殼3以及硬層41的相連，連接的位置分布如圖3所示。內(nèi)襯42與人體頭部直接接觸，采用連通的分塊氣囊結(jié)構(gòu)或者由軟質(zhì)泡沫、海綿等材料和織物構(gòu)成的實(shí)心結(jié)構(gòu)。硬層41和內(nèi)襯42之間通過膠粘連接成一個(gè)整體。如圖5所示，當(dāng)本發(fā)明所述的安全帽受到來自徑向沖擊載荷8時(shí)，瞬間外殼3將會(huì)相對(duì)與內(nèi)殼4向下運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)過程中，外殼3受到來自彈性緩沖體5的彈性阻力，向下的加速度將迅速減小。由于彈簧的緩沖作用，延長(zhǎng)了沖擊載荷的作用時(shí)間。這就減小的傳遞到內(nèi)殼的力。傳遞過來的這部分力將由內(nèi)襯繼續(xù)緩沖。最后只會(huì)有很小一部分沖擊力傳遞到頭部。如圖6所示，當(dāng)本發(fā)明所述的安全帽受到來自切向向沖擊載荷9時(shí)，外殼3在瞬間會(huì)產(chǎn)生較大角加速度。由于彈性緩沖體5發(fā)生變形，產(chǎn)生的切向彈性阻力，將阻礙外殼的的旋轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)沖擊 載荷的作用時(shí)間。從而減小了傳遞到頭部的旋轉(zhuǎn)力矩。
權(quán)利要求
1.一種有新型緩沖減震結(jié)構(gòu)的安全帽，其特征在于，它為雙殼體結(jié)構(gòu)，外殼和內(nèi)殼之間留有25mm以上空隙，二者采用彈性連接方式。
2.一種有新型緩沖減震結(jié)構(gòu)的安全帽，其特征在于，它通過下頦帶與頭部進(jìn)行固定。
3.如權(quán)利要求1所述的彈性連接方式，其特征在于，它通過彈性緩沖體實(shí)現(xiàn)彈性連接。
4.如權(quán)利要求3所述的彈性緩沖體，其特征在于，它內(nèi)部由三組相互垂直的彈簧組成，可以在各個(gè)方向上提供彈性緩沖。
5.如權(quán)利要求3所述的彈性緩沖體，其特征在于，它通過連接頭分別于剛性的固結(jié)在外殼和內(nèi)殼上。剛性固結(jié)可以通過鉚釘，螺栓等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1所述的雙殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外殼采用的材料是硬質(zhì)材料，比如ABS塑料、碳纖復(fù)合材料或金屬材料等。
7.如權(quán)利要求1所述的雙殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)殼又可以分為硬層和內(nèi)襯，二者通過膠粘形成一體結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)殼的硬層采用硬質(zhì)材料，比如ABS塑料、碳纖復(fù)合材料或金屬材料等；所述內(nèi)殼的內(nèi)襯采用連通的分塊氣囊結(jié)構(gòu)，也可采用由泡沫、海綿等軟質(zhì)材料和織物構(gòu)成的貼合頭部的實(shí)心結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的雙殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，夕卜殼的內(nèi)表面和內(nèi)殼硬層的外表面都為球面。
10.如權(quán)利要求2所述的下頦帶，其特征在于，它通過鉚釘，螺栓等結(jié)構(gòu)剛性的固結(jié)在內(nèi)殼的硬 層上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有新型緩沖減震結(jié)構(gòu)的安全帽。該安全帽采用雙殼體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)殼體之間采用彈性連接。具體結(jié)構(gòu)包括外殼3，內(nèi)殼4，連接外殼和內(nèi)殼的彈性緩沖體5，用于固定安全帽與頭部的下頦帶6。本發(fā)明所述安全帽采用了啄木鳥啄木過程中的減震緩沖機(jī)理。彈性緩沖體5內(nèi)部由三組相互垂直的彈簧組成。這樣的設(shè)計(jì)使得彈性緩沖體5可以提供各個(gè)方向上的彈性緩沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于徑向沖擊載荷(頂部和側(cè)向)和切向沖擊載荷的防護(hù)。本發(fā)明可以提高安全帽抵抗沖擊的性能，保護(hù)頭部不遭受損傷。
文檔編號(hào)A42B1/08GK103238973SQ20131018625
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者樊瑜波, 王麗珍, 徐鵬, 孫嘉懌, 倪義坤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)