專利名稱：速度響應嚙合裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種速度響應嚙合裝置，且尤其涉及一種應用于防墜落裝置
(fall arrest apparatus )中的速度響應嚙合裝置。
背景技術：
公知地，與旋轉部件一起使用的速度響應嚙合裝置用于，當所述旋轉部 件的轉速超過了某一臨界值時選擇性地使所述旋轉部件與其他構件嚙合。
這樣的速度響應嚙合裝置主要有兩種類型。第一種速度響應嚙合裝置是 離心式離合器型的裝置，圖1示出了這種離心式離合器的示意圖。所述離心 式離合器具有棘爪1，所述棘爪1在固定的環(huán)形棘輪(retchet) 3中旋轉并安 裝在旋轉構件2上。所述棘爪l設置為進行樞轉運動，以使其能夠在內部非 嚙合位置和外部嚙合位置之間移動，在所述內部非嚙合位置處，棘爪1不與 棘輪3嚙合，從而構件2能夠自由地旋轉，在所述外部嚙合位置處，棘爪1 與棘輪3嚙合，從而阻止構件2相對于棘輪3轉動。通常借助彈性裝置(例 如彈簧4)而使棘爪1向內朝著非嚙合位置偏移，并且棘爪1設置為當構件 2旋轉時借助離心力而向外偏移。通過適當?shù)剡x擇尺寸和構件，能夠將所述 離心式離合器設置為在構件2處于期望轉速時使棘爪1與棘輪3嚙合。
第二種速度響應嚙合裝置是搖擺棘爪(rocking pawl)型的裝置。圖2A 和圖2B示出了這種搖擺棘爪型的裝置的示意圖。該搖擺棘爪型的裝置具有 一棘輪機構，該棘輪機構的構成形式為附著于旋轉構件12上的外齒棘輪11 以及與該棘輪11接觸的棘爪13。棘爪13能夠在第一非嚙合位置和第二嚙合 位置之間樞轉；圖2A示出了所述第一非嚙合位置，該位置中棘爪13未與棘 輪11嚙合，從而構件12能夠自由旋轉；圖2B示出了所述第二嚙合位置， 該位置中棘爪13與棘輪11嚙合，阻止構件12相對于該棘爪13所附著的結 構旋轉。借助彈性裝置14使棘爪13朝向所述第一非嚙合位置偏移。當構件 12旋轉、并且使棘輪11相對于棘爪13旋轉時，則該棘輪11的每個齒依次擊打(strike)棘爪13的第一端部，并將該第一端部向外推離棘輪ll，以使 棘爪13朝向嚙合位置樞轉。棘爪13朝向所述第一非嚙合位置彈性偏移，因 此，棘爪13被棘輪齒的這種向外推動致使該棘爪13進行從非嚙合位置朝向 嚙合位置、并朝向非嚙合位置返回的擺動運動。隨著構件12和該棘齒11的 轉速增大時，該棘爪13的擺動幅度增大，直至該擺動幅度大到足以使該棘 爪13進入嚙合位置。隨后，該棘爪13與該棘輪11嚙合，并阻止構件12相 對于棘爪13以及該棘爪13所附著的結構進行旋轉。同樣地，能夠選擇構件 的尺寸以將驅動該棘爪13與該棘輪11嚙合的臨界轉速設定成期望值。
上述兩種公知類型的速度響應嚙合裝置都應用于防墜落系統(tǒng)中，該防墜 落系統(tǒng)將高空作業(yè)的人員拴到圍繞巻筒(drum)纏繞的安全繩索上。該巻筒 具有自動回繞機構以及上文所披露類型的速度感應附屬機構，所述速度感應 附屬機構響應于該巻筒的高于預定臨界值的轉速而鎖止該巻筒，以防止該巻 筒相對于該巻筒支撐結構或其他固定結構進一步旋轉。
在使用中，這種類型的防墜落系統(tǒng)允許人員借助安全繩索而在工作區(qū)域 周圍自由移動，這種移動包括在該區(qū)域內上下移動，所述安全繩索在自動回 繞機構的控制下根據(jù)需要而從該巻筒自動地拉出以及纏繞到該巻筒上，以允 許所述人員移動并保持安全繩索張緊。當發(fā)生人員掉落時，安全繩索以比正 常移動所需的速度更快的速度被拉出，且該巻筒的轉速升高到速度感應嚙合 裝置的臨界值，該速度感應嚙合裝置鎖止該巻筒以防止該巻筒進一歩旋轉， 從而阻止墜落。
實踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些公知類型的防墜落系統(tǒng)存在著一個問題，即在降 落被阻止之后，速度感應嚙合裝置可能松開嚙合而使人員再次開始墜落，直 至巻筒的轉速再次達到所述臨界值，并再次阻止墜落。
已發(fā)現(xiàn)，這一循環(huán)可以重復進行，使得人員以一連串短程墜落的方式下 落，直至他們到達地面或某些其他的支撐表面。
這一問題通常被稱為跳動(bounce)。
由于很多的理由，跳動是很危險的，并會造成嚴重的問題。首先，在多 次降落過程中，人員可能會由于與其他物體的碰撞而受傷。此外，防墜落系 統(tǒng)通常設計為使經(jīng)歷防墜落事件的使用者僅承受安全級別的力。然而，所述 安全級別是基于單次墜落事件的假設而計算出來的。即使對使用者施加一次
5墜落制動力(fall arrest force)是安全的情況下，對使用者重復地施加相同的 力仍可能會導致其受傷。很多防墜落系統(tǒng)都包括一次性使用的能量吸收裝置 或振動限制裝置，但是跳動所導致的連續(xù)墜落和制動可能會因系統(tǒng)中的這些 一次性使用的能量吸收裝置或振動限制裝置的負載量己經(jīng)用盡而致使人員 承受比預期級別更大的力，這使得上述問題變得更加嚴重。此外，因跳動而 導致的重復墜落和防墜落系統(tǒng)上的制動載荷可能導致防墜落系統(tǒng)的構件或 這些構件所附著的支撐結構的失效或損壞。最后，當跳動導致人員以一連串 短程墜落的方式一直下降到地面或其他支撐結構上時，人員可能會以足以導 致受傷的高速度最后沖擊地面或其他支撐結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是嘗試提供一種克服上述問題的速度感應嚙合裝置。 在第一方案中，本發(fā)明提供了一種速度響應嚙合裝置，該速度響應嚙合
裝置包括輪，其設置為圍繞第一軸線旋轉并具有多個向外凸出的、間隔開 的齒，每一對相鄰的齒被具有固定半徑的圓周面分隔；棘爪，其設置為圍繞 第二軸線而在第一非嚙合位置和第二嚙合位置之間進行樞轉運動，在第二嚙 合位置處，該棘爪與所述齒的其中一個嚙合并接觸該圓周面；以及彈性裝置， 其設置為當該棘爪未與該圓周面接觸時將所述棘爪推向所述第一非嚙合位 置；這樣，當該輪沿著第一方向旋轉時，每個齒均觸碰該棘爪，使該棘爪產(chǎn) 生從所述第一非嚙合位置朝向所述第二嚙合位置的擺動運動，所述擺動運動 的幅度取決于轉速，而且，當轉速達到預定值時，所述擺動運動使該棘爪進 入嚙合位置，從而阻止該輪沿著所述第一方向進一步旋轉。
本發(fā)明是基于這樣的認識跳動的問題是由如下的事實所導致的，艮P， 當公知的速度感應嚙合裝置處于嚙合狀態(tài)時，棘爪向非嚙合狀態(tài)被偏壓，且 僅通過由棘齒抵抗所述偏壓來支持棘爪保持在嚙合狀態(tài)。當將這些嚙合裝置 用于防墜落系統(tǒng)中、并且發(fā)生墜落制動時，由于被制動的人員在安全繩索的 末端跳動，安全繩索會伸長或被張緊，隨后安全繩索的張力會瞬間減小到零。 在該張力瞬間減小的過程中，自動回繞機構使巻筒沿著回繞方向略微旋轉， 使棘爪與棘齒脫離嚙合。隨后，由于該偏壓而致使棘爪移動到非嚙合位置， 從而將巻筒釋放，并使人員再次開始墜落。而在本發(fā)明中，由于棘爪在處于與圓周面接觸的嚙合狀態(tài)中時并未被偏壓，并且?guī)喭惭刂乩@方向的略微旋轉將不足以使棘爪移動到圓周面的端部而導致棘爪從嚙合狀態(tài)移動到非嚙合狀態(tài)，所以在根據(jù)本發(fā)明的速度感應嚙合裝置中將不會發(fā)生上述問題。


現(xiàn)在將僅通過參照附圖的實例來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中
圖1示出了第一種公知類型的速度響應嚙合裝置；
圖2A和圖2B示出了第二種公知類型的速度響應嚙合裝置；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的速度響應嚙合裝置在處于第一非嚙合位置時的
操作部件的視圖4示出了圖3的速度響應嚙合裝置處于第二嚙合位置時的視圖5示出了圖3的速度響應嚙合裝置處于在使用中可能會遇到的另一個
嚙合位置的視圖6示出了完整的圖3的速度響應嚙合裝置處于第二嚙合位置時的視
圖7示出了圖6的速度響應嚙合裝置的側視圖。
具體實施例方式
參閱圖3至圖6的示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的速度響應嚙合裝置20的操作部件。該速度響應嚙合裝置20響應于軸21相對于固定支撐結構22沿順時針方向旋轉的轉速。
棘輪23安裝在軸21上。該棘輪23包括圓周面29以及多個相同的齒24，所述齒24圍繞圓周面29均勻地間隔布置并從圓周面29向外凸出。每個齒24具有內凹(undercut)的內側前傾表面24a以及外側后傾表面24b。所述齒24的形狀和間距被構造為使得在相鄰的齒24之間余留有輪23的圓周面29的一部分。每個齒24的外側后傾表面24b終止于臺階24c，該臺階24c降到圓周面29。每個齒24的內側前傾表面24a被設置為用于限定位于前傾表面24a和該輪23的圓周面29之間的凹部28。
棘爪25安裝為圍繞軸線26進行樞轉運動，該軸線26位于與棘輪23相
7鄰的支撐結構22上。棘爪25能夠在圖3所示的第一非嚙合位置和圖4所示的第二嚙合位置之間移動，在所述第一非嚙合位置處，棘輪23和軸21能夠相對于固定支撐結構22旋轉，在所述第二嚙合位置處，該棘爪25與該棘輪23嚙合，從而阻止該棘輪23和該軸21相對于該支撐結構22順時針旋轉。
棘爪25和棘輪23之間的嚙合僅阻止該軸21沿著一個方向的旋轉(在圖中為順時針方向)。與現(xiàn)有技術的裝置類似，該軸21在相反方向(在所描述的實施例中為逆時針方向)上的旋轉能解除該棘爪25和該棘輪23之間的嚙合。根據(jù)本發(fā)明的速度響應嚙合裝置可以制作為反向干預(oppositehanded)以響應沿逆時針方向的旋轉。
棘爪25設置為圍繞軸線26樞轉，并具有分別設置在該軸線26的相對兩側的第一端部25a和第二端部25b。當棘爪25處于嚙合位置時，該棘爪25的第一端部25a的形狀構造為能夠與棘輪23的齒24嚙合，如圖4所示。棘爪25的第二端部25b具有平滑彎曲的凹進的內表面25c，從而當棘爪25處于如圖3所示的非嚙合位置且棘輪23順時針旋轉時，該棘爪的第二端部25b被該棘輪23的每個齒24的尖端觸碰，從而當該棘輪23旋轉時，棘爪25的第二端部25b被向外推動。片簧27連接固定支撐結構22上的位置點(point) 27a與該棘爪25上的位置點25f。片簧27保持為壓縮狀態(tài)，以使其傾向于推動棘爪25朝向圖3所示的非嚙合位置順時針旋轉。由片簧27驅動的棘爪25的順時針旋轉受限于棘爪25的與該棘輪23的齒24接觸的第二端部25b。
因此，當軸21和所連接的棘輪23順時針旋轉時，棘輪23的每個齒24依次觸碰棘爪25的第二端部25b并且抵制片簧27的偏壓而向外推動棘爪25的第二端部25b。因此，棘爪25沿循著離開圖3所示的非嚙合位置、朝向圖4所示的嚙合位置、以及隨后返回圖3所示的非嚙合位置的路徑進行擺動運動。
軸21和棘輪23的轉速越高，棘爪25的擺動幅度將會越大。當軸21和該棘輪23順時針旋轉的轉速增大到臨界速度時，棘爪25的擺動幅度將足以使棘爪25的第一端部25a與棘輪23的齒24接觸。
當棘爪25位于圖3所示的非嚙合位置、且棘輪23逆時針旋轉時，棘爪25的第二端部25b被棘輪23的每個齒24的外表面觸碰，從而當該棘輪23旋轉時，使該棘爪25的第二端部25b抵制該片簧27的偏壓被向外推動。由此，該棘爪25沿循著離開圖3所示的非嚙合位置、朝向圖4所示的嚙合位置、以及隨后返回圖3所示的非嚙合位置的路徑進行擺動運動。該棘爪25的第一端部25a具有平滑彎曲的凹進的內表面25g，以便當該棘爪25已經(jīng)朝圖4所示的嚙合位置移動時，由于該棘輪23逆時針旋轉，使得該棘爪的第一端部25a被該棘輪23的每個齒24的尖端碰觸，從而當該棘輪23旋轉時，該棘爪25的第一端部25a被向外推動，以將該棘爪25朝向圖3所示的非嚙合位置回推。所以，當該棘輪23逆時針旋轉時，該棘爪25不可能與齒24嚙合。
如上文所述，軸21和棘輪23沿著兩個方向中的任一個方向旋轉都會引起每個齒24依次觸碰該棘爪25。這些觸碰產(chǎn)生咔嗒聲，該咔嗒聲為使用者提供該嚙合裝置20正常操作的聲響提示。
棘爪25的第一端部25a具有外端面25d，該外端面25d的形狀與齒24的前傾表面24a相配合，以便在外端面25d觸碰齒24的前傾表面24a時，將棘爪25的第一端部25a推入到該凹部28內。因此，當軸21和棘輪23的轉速增大到臨界值時，棘爪25將被推入圖4所示的嚙合位置，在該嚙合位置處，棘爪25的第一端部25a盡可能地插入凹部28中，并接觸齒24的前傾表面24a和棘輪23的在相鄰齒24之間延伸的圓周面29。這種嚙合將使棘輪23抵靠著棘爪25鎖定，從而阻止該軸21和該棘輪23相對于固定支撐結構22進一步順時針旋轉。
棘爪25設置為，當該棘爪25的尖端25e接觸圓周面29時，使得該軸線26、以及該片簧27的附著位置點25f和27a都處于直線30上，由圖4可見。這種幾何結構的結果是，當尖端25e接觸圓周面29時，該片簧27處于中性位置(neural position)，在該中性位置處，片簧27不對棘爪25施加任何力矩。
因此，當棘爪25位于圖4所示的嚙合位置，且棘輪23少量地逆時針旋轉時，由于沒有力矩作用在棘爪25上，所以棘爪25不會圍繞該軸線26旋轉，并且將保持與圓周面29接觸。當該棘輪23繼續(xù)逆時針旋轉，則將到達圖5所示的位置，在該位置處該棘爪25與相鄰齒24的臺階24c接觸。作為對比，圖5以虛線示出位于圖4的位置處的棘輪23。棘輪23越過該接觸位置進一步逆時針旋轉，這將致使臺階24c沿逆時針方向推動棘爪25，使該棘 爪25的第二端部25b移離該棘輪23。當棘爪25逆時針運動時，該片簧27 將移離中性位置并將該棘爪25沿逆時針方向推向非嚙合位置?？蛇x地，棘 輪23從圖5所示的接觸位置開始的順時針旋轉將使該棘爪25返回到圖4的 嚙合位置。
因此，相鄰齒24之間的圓周面29的長度設定了使該棘爪25與齒24脫 離嚙合所需的反向旋轉(本實施例中為逆時針旋轉)的臨界值。小于這一臨 界值的反向旋轉不會使該棘爪25與齒24脫離嚙合。
因此，當本發(fā)明的速度響應嚙合裝置20應用于防墜落系統(tǒng)中時，如果 墜落導致安全繩索以等于或高于該臨界速度的速度從巻筒上展開，則棘爪25 將與棘輪23的齒24嚙合，使巻筒停止旋轉并制動所述墜落。這樣，如果由 于被阻止墜落的人員在安全繩索端部的跳動或其他短暫的影響因素而使安 全繩索中的張力暫時降低到較小值或零，所導致的由自動回繞機構產(chǎn)生的棘 輪23的小幅度的逆時針旋轉不會使該棘爪25與齒24脫離嚙合以及允許人 員繼續(xù)降落。因此，克服了跳動帶來的問題。
在任一種特定的防墜落系統(tǒng)中，可將速度響應嚙合裝置20設置為使 得相鄰齒24之間的圓周面29的長度足以容許在執(zhí)行墜落制動事件過程中產(chǎn) 生不會使該速度響應嚙合裝置20脫開的一定量的反向旋轉。
圖6和圖7示出了用于防墜落系統(tǒng)中的、根據(jù)本發(fā)明的完整的速度感測 裝置20。
該速度感測裝置20設置為控制其上纏繞有安全繩索41的巻筒40的旋 轉。棘輪23附著到巻筒40上，且一對棘爪25設置在棘輪23的沿直徑相對 的兩側的位置上。使用一對棘爪25以多余度地(redundancy)提高安全性。 各棘爪25能夠各自獨立地使棘輪23和巻筒40停止旋轉。
巻筒40安裝為在一對側板42a和42b之間旋轉。速度感測裝置20位于 該對側板中的一個側板42a和另一個側板42c之間，所述另一側板42c設置 為平行于側板42a并通過一對根壁(endwall) 42d固定到側板42a上。所述 棘爪25安裝為在側板42a和42c之間進行樞轉運動。將棘爪25安裝在兩個 側板42a和42c之間有助于穩(wěn)定所述棘爪25。
每一棘爪25具有從棘爪25的第二端部25b的背面(即，沿遠離棘輪23
10的方向)延伸出的凸起25h。如果嚙合的裝置20過載到足以使棘爪25和側 板42a及42c之間的樞轉連接斷開的話，棘爪25的凸起25h將觸碰根壁42d 的其中之一，從而棘爪25將楔入到該棘輪23和該根壁42d之間，阻止該棘 輪23脫離嚙合。
如圖3所最佳示出的，棘爪25和棘輪23的形狀被設置為使得棘爪25 的第二端部25b不能接觸圓周面29。這是優(yōu)選的，但是非必要的。
在上述對優(yōu)選實施例的說明中，提到了使用安全繩索纏繞在巻筒上。這 并不是必要的，并且作為替代，可以使用例如纜繩或幅狀條帶等其他形式的 細長的維持物(support)。
上述說明提到了用于制動使用者的墜落的防墜落系統(tǒng)。這是防墜落系統(tǒng) 的最常見的應用。但是，本發(fā)明還可以用于高空安全系統(tǒng)以便制動物體(例 如在高處使用或移動的裝備)的降落。
上文論述的各實施例僅為示例，而非本發(fā)明的詳盡內容。本領域技術人 員可以在所附的權利要求書限定的本發(fā)明的范圍內構思出多種其他的變型。
權利要求
1.一種速度響應嚙合裝置，包括輪，該輪設置為圍繞第一軸線旋轉并具有多個向外凸出的、間隔開的齒，每一對相鄰的齒被具有固定半徑的圓周面分隔；棘爪，該棘爪設置為圍繞第二軸線而在第一非嚙合位置和第二嚙合位置之間進行樞轉運動，在該第二嚙合位置處，該棘爪與所述齒的其中一個嚙合并接觸圓周面；以及彈性裝置，該彈性裝置設置為當該棘爪未與圓周面接觸時將所述棘爪推向該第一非嚙合位置；這樣，當該輪沿著第一方向旋轉時，每個齒均觸碰該棘爪，使該棘爪產(chǎn)生從所述第一非嚙合位置朝向所述第二嚙合位置的擺動運動，所述擺動運動的幅度取決于轉速，而且，當該轉速達到預定值時，所述擺動運動使該棘爪進入該嚙合位置，從而阻止該輪沿著所述第一方向進一步旋轉。
2. 根據(jù)權利要求1所述的速度響應嚙合裝置，其中該彈性裝置設置為當 該棘爪與圓周面接觸時不對該棘爪施加推力。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的速度響應嚙合裝置，還包括位于每一圓周 面的端部處的凸起，當該棘爪位于該嚙合位置并且該輪沿著與該第一方向相 反的第二方向旋轉時，該凸起使該棘爪移動脫離該嚙合位置。
4. 根據(jù)權利要求3所述的速度響應嚙合裝置，其中每個凸起都由齒的一 部分形成。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的速度響應嚙合裝置，其中每個凸起都是-一 臺階。
6. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的速度響應嚙合裝置，其中該彈性裝置 連接到該棘爪上的第一位置點和一固定的第二位置點，該彈性裝置設置為 當該棘爪與圓周面接觸時，該第一位置點、該第二位置點和該第二軸線都位 于一條直線上。
7. 根據(jù)權利要求6所述的速度響應嚙合裝置，其中該彈性裝置是壓縮彈簧。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的速度響應嚙合裝置，其中該彈性裝置是片
9. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的速度響應嚙合裝置，其中每個齒都具 有內凹表面，該內凹表面設置為將該棘爪推入該嚙合位置。
10. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的速度響應嚙合裝置，其中當該輪沿 著兩個方向中的任一方向旋轉時，每個齒都會依次碰觸該棘爪，并產(chǎn)生可聽 見的聲音。
11. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的速度響應嚙合裝置，其中該裝置包 括有多個棘爪。
12. —種防墜落裝置，其包括根據(jù)前述任一項權利要求所述的速度響應嚙 合裝置、以及圍繞巻筒纏繞的細長的維持裝置，該速度響應嚙合裝置設置為 響應于該巻筒沿著展開該細長維持裝置的方向的旋轉。
全文摘要
一種速度響應嚙合裝置，包括輪，其設置為圍繞第一軸線旋轉并具有多個向外凸出的、間隔開的齒，每一對相鄰的齒被具有固定半徑的圓周面分隔；棘爪，其設置為圍繞第二軸線而在第一非嚙合位置和第二嚙合位置之間進行樞轉運動，在所述第二嚙合位置處，該棘爪與所述齒的其中一個嚙合并接觸圓周面；以及彈性裝置，其設置為當該棘爪不與圓周面接觸時將所述棘爪推向所述第一位置。當該輪沿著第一方向旋轉時，每個齒均觸碰該棘爪，使該棘爪產(chǎn)生從所述第一位置朝向所述第二位置的擺動運動，所述擺動運動的幅度取決于轉速。當轉速達到預定值時，所述擺動運動使該棘爪進入嚙合位置，從而阻止該輪沿著所述第一方向進一步旋轉。
文檔編號A62B35/04GK101495191SQ200780026712
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權日2006年7月14日
發(fā)明者卡爾·瓊斯, 大衛(wèi)·克羅利 申請人:拉奇韋斯公開有限公司