安全背带 【发明领域】
本发明涉及一种安全装置,尤其涉及一种穿在人身上的防止人跌落时受伤的安全背带。
【发明背景】
安全背带一般用作有可能从高处跌落的人身跌落保护系统的一部分。在工作场地,一般要用全身安全背带。这种通常包括肩部带的背带有多种可供选择的方案进行设计。例如,可见第5,531,292、5,329,844和5,203,829号美国专利。
目前可买到的全身安全背带一般是由柔性的但相对无弹性的编织材料如尼龙和聚酯制成。这种材料在约10磅的拉伸负荷下的弹性伸长率一般约为1%或更小。当然,即使在约100磅的拉伸负荷下,这样的材料一般表现出弹性伸长率约为2.5%或更小。尽管这种材料的强度适合于跌落保护,但当工人带上由这种材料制成的背带时,它会妨碍工人的活动。妨碍活动往往导致工人感觉不舒服,降低了工人使用背带的有效性,令工人迅速疲劳。由目前的安全背带所引起的活动范围的限止、感觉上的不舒服和疲劳可能导致对工人的安全性下降。人们在重新设计安全背带时进行了多种尝试,以提供更舒适和活动范围更广的安全背带,但这些尝试获得了极其有限的成功。
因此,就有必要研制没有上述缺陷的安全背带。
发明概要
概括而言,本发明提供一种人们佩带地安全背带。这种安全背带包括在人体的一部分上伸展的以将人保持在安全背带内的带子部分。带子部分的至少一部分或一段在约20磅的拉伸负荷下,最好在约10磅的的拉伸负荷下具有至少3%的弹性伸长率,由此有助于在安全背带中的人的活动。较好的是,带子部分的至少一部分适合在约20磅的拉伸负荷下,较佳的是在约10磅的拉伸负荷下具有约3%至20%范围的弹性伸长率。更好的是,在这种拉伸负荷下,弹性伸长率在约3%至15%的范围内。最好的是,在这种拉伸负荷下,弹性伸长率在约7%至11%的范围内。较好的是,整个带子部分基本上由弹性伸长率在上述范围内的材料制成。
本文中用的在一特定拉伸负荷下的弹性伸长率百分比用如下公式计算:
(长度伸长后-长度最初的)/长度最初的×100%
在整个弹性伸长率范围内,当一拉伸负荷去掉时,本发明带子部分中使用的弹性材料最好能从弹性伸长率范围内的伸长后长度基本上回到其原来的(未伸长)长度。
在本文中所使用的术语“非弹性”总的指在约10磅的拉伸负荷下其弹性伸长率小于约3%的材料。
本发明人还发现,在安全背带的一处或多处支承带部分使用某些能在约10至20磅的拉伸负荷下其弹性伸长率至少约为3%的材料能够大大减少(即使不是消除)目前所用的安全背带所带来的活动限止和疲劳的问题。此外,在本发明的一处或多处支承带部分采用这样的弹性材料有助于形成贴身的配合而不会限制活动。
不象目前所用的安全背带,本发明的安全背带基本上不需要经常重新调整其配合。此外,本发明安全背带贴身的配合基本上防止了带子部分的诸分段松开或脱离人体,由此减小了这样松开的带子部分可能绊住工作区域中的某些物体或机器的危险。
总的来讲,不希望带子部分的伸长率大于约20%(不受是否弹性材料),因为这会增加使用者可能从背带中滑出的危险。在正常工作条件下和要阻止跌落的情景下,当支承带上的拉伸负荷相当大时,最好避免如此大的伸长率。因此,最好是,本发明的弹性支承带在这样的条件下不具有大于20%的弹性伸长率。本发明的支承带即使在高达约100磅的拉伸负荷、最好是在高达约1000磅的拉伸负荷下也不具有大于约20%的伸长率。
除了上述弹性特征之外,本发明的弹性带子部分必须能够承受一般使用中和阻止跌落时所遭受的拉伸力。最好是,本发明弹性带子部分具有约5000磅的最小极限拉伸强度。5000磅的极限拉伸强度是一般的工业标准。
在有关一个实施例中,本发明提供了一全身体的安全背带,它包括一具有在人体各肩部上伸展的肩部带部分的上躯干部分。如上所述,肩部带的至少一部分的弹性伸长率在约20磅的拉伸负荷下,较好的是在约10磅的拉伸负荷下至少是3%。最好是,肩部带部分的至少一部分在约20磅的拉伸负荷下,更好的是在约10磅的拉伸负荷下,其弹性伸长率在约3至20%的范围内。
附图简要说明
图1示出了本发明一全身安全背带的一实施例的后视图。
图2示出了穿戴图1安全背带的人的前视图。
图3示出了穿戴图2安全背带的人的后视图。
图4A示出了适用于本发明使用的机织织带的普通双层平纹组织的剖视图。
图4B示出了适用于本发明的一复合带分段。
图5示出了本发明全身安全背带的另一实施例的后视图。
图6示出了本发明全身安全背带又一实施例的后视图。
发明的详细描述
参阅图1,下面详述本发明的全身安全背带10的一个实施例。图1的整体结构设计基本上和宾夕法尼亚州弗兰克林的密勒设备公司的650型安全背带相一致。安全背带10包括一上躯干部,该上躯干部包括在使用者的各个肩部上延伸的第一和第二肩部带20和30,和一在使用者的部分胸部上延伸的胸部带40(见图2)。
如图3所示,各肩部带20和30的的第一端在使用者的后背朝下延伸,以分别形成基本上是纵向的第一和第二后背带22和32。和已有技术相似,肩部带20和30的纵向后背带22和32交叉通过并连接到一典型的D环50。D环50包括一背带的连接部52和一锚定部54。背带连接部52能够通过纵向后背带22和32将D环50紧固到安全背带10上。锚定部54用来连接于尼龙绳索、链条、带状织物或其它连接件上,用以锚定佩带安全背带10的使用者。
在图1实施例中,肩部带20和30交叉和穿过D环50之后,就经过一基本上纬向的后背带60相互连接在一起。如图3所示,纬向后背带60总的在纬度方向通过使用者的部分后背,并最好由相对非弹性的材料如尼龙和/或聚酯制成。
各肩部带20和30的第二端在使用者的前面朝下延伸,如图2所示,以分别形成基本是纵向的第一和第二前背带24和34。第一胸部带分段42最好连接于前背带24上,第二胸部带分段44连接于前背带34上。各第一和第二胸部带42和44的端部具有相互结合的紧固件46和48,以便能将第一和第二胸部带42和44连接起来形成胸部带40。从已有技术中知道,第一和第二胸部带最好通过一包括结合紧固件46和48的可调匹配扣环机构而连接起来。
第一和第二前背带24和34还朝下延伸并较佳地包括调整件26和36(例如,可调整的扣环),如已有技术那样可调整安全背带10贴合使用者的上躯干。第一和第二前背带24和34如图1所示继续朝下延伸,一般在中心汇合一起,形成一座位部或骨盆底部70。如图2和3所示,第一和第二前背带24和34通向使用者的后面,座位部70在使用者的臀部之下通过。
连接到座位部70和从其延伸的分别是第一和第二腿部带80和90。第一和第二腿部带80和90在使用者的上腿部周围通过而分别连接到第一和第二纵向后背带22和32的末端。这样,第一和第二腿部带80和90的末端以及各纵向后背带22和32的末端较好地组成结合紧固件(分别是82和92以及28和38),如已有技术中的调整扣环件。
肩部带20和30(包括纵向后背带22和32和第一和第二前背带24和34)以及第一和第二腿部带80和90能较好地适用于在约10磅的拉伸负荷中具有弹性伸长率约在3%至15%的范围内。最好这些带子适用于在约10磅的拉伸负荷下弹性伸长率约在7%至11%的范围内。虽然如此,这些带子分段最好具有至少约5000磅的最小极限拉伸强度。
在图1的结构中,安全背带10的底部由一单独的整体长度的弹性材料制成。这样,上述弹性材料的长度开始于腿部带90上的第一端部94a。材料通过紧固件92朝下伸去,然后向上朝座位部70伸去,由此形成腿部带90。当材料到达座位部70时,它沿座位部70的左侧认定的通道伸展,形成其后侧。材料伸展到调整件36,材料在该处最好围绕或穿过调整件36形成环圈。然后材料在纵向前背带34的下部和座位部70的左侧朝下伸展(材料本身绕两圈)。材料在座位部70的中央交叉伸展,并沿座位部70的右侧构成的通道朝上伸展。当该材料到达调整件26时,它最好围绕或穿过调整件26形成环圈。穿过调整件26形成环圈之后,材料朝下伸展(材料本身绕两圈)到纵向前背带24和座位部70的右侧之下。材料到达座位部70的中央之前摆脱座位部70的通道朝下延伸,以形成腿部带80。材料最好是穿过紧固件82形成环圈并终止在第二端部94b。材料经过这些区域双重环绕后,最好通过例如几个缝合区域(96a-96k)固定在一起。
本领域的技术人员清楚,本发明安全背带的不同部分的弹性伸长率范围可选择成不同的,从而在保持足够安全的前提下提供足够的活动范围和足够的舒适性。例如在图1的设计中,胸部带40和一般是纵向的后背带60可由相对非弹性的材料如聚酯和/或尼龙做成。用弹性材料制造这些部分使安全背带10的使用者的运动方便不是主要的。此外,这些部分制造成非弹性的可以提供额外的安全保障,以防使用者发生不希望有的脱离背带,然后,例如肩部带20和30却适于具有前述弹性伸长率的上部范围。
为了使本发明安全背带的各带子分段具有弹性和拉伸强度特征的独特组合,最好使用一种包括至少一种弹性材料和至少一种相对非弹性高强度材料的复合材料。整个带子分段可由这样一种复合材料构成,或只是带子分段的一部分由这样一种复合材料构成。例如可将一段这种弹性材料缝纫到原来可能由传统的相对非弹性的材料如尼龙和/或聚酯制成的带子分段中。如果将一部分弹性材料缝纫到带子分段中,那么缝合必须能使本发明的诸带子分段满足上述的极限拉伸负荷标准。
在一个实施例中,本发明安全背带的弹性部分(即弹性伸长率至少约为3%的那些部分)最好包括至少一段是诸如机织织带(woven webbing)材料的复合材料,这种材料由一种或多种相对非弹性的相当强的材料(即具有高拉伸强度),与一种或多种拉伸强度较低、但有较大弹性的材料编织而成。例如,在本发明一实施例中,使用可从美国罗得岛的中央瀑布公司的Murdoch织带公司获得的2434织带,它的宽度为英寸。在另一实施例中,一种组织(双层平纹组织)包括约71%尼龙、约16%的聚酯和约13%的斯潘德克斯(Spandex)(71/16/13)。另一种来自Murdoch织带公司的2434织带材料具有62/23/15的组织。一种来自Murdoch织带公司的2436织带材料具有78/9/13的组织。
这种复合材料具有约6000磅的最小的拉伸强度,适用于全身安全背带中,同时在约10至20磅的拉伸负荷下具有最佳的约7至11%范围内的弹性伸长率。在这个实施例中,弹性体斯潘德克斯纱线提供了在所需范围之上相当大的弹性,但高拉伸强度和相对非弹性的纱线如尼龙和/或聚酯纱线防止了超出所需范围的弹性伸长率。
图4A以横剖面示出了一复合双层平纹组织的一个例子,它有2上2下接结线(binder),用在Murdoch织带公司的2434和2436织带中。在这图示中,2a-2j代表横穿织带宽度的纬纱。经纱或地纱4沿纵向编织在纬线2a-2j周围。接结线6从织带的顶面或表面8编织到织带的底面或后面9。接结线6将表面8和后面9锁扣在一起。在安全背带中所使用的目前可获得的织带材料中,地纱4和接结线6是尼龙和/或聚酯长丝纱(continuous filament yarn)。但是,在本发明带子分段中所使用的织带中,接结线6是用弹性纱如斯潘德克斯,这种弹性纱还把表面8和后面9固定在一起,但允许织带伸长或弹性伸长。伸长量由在每单位长度(例如每英寸)引入的纬纱2a-2j的数量所控制。每英寸中的纬纱越多弹性伸长率越小。每英寸纬纱越少,弹性伸长率越大。极限拉伸强度和弹性伸长率的上限由地纱4支配,而地纱最好选择无弹性的高强度长丝纱如尼龙或聚酯。
将适用于本发明中的弹性织带(如图4A所示)与两种标准尼龙织带材料(来自Greenville,South Carolina的西南织造厂)对于多种拉伸负荷的伸长率比较列在下面的表1和2中。在表1和2中所列的实验中,一定长度的测试材料通过一TiniusOlsen拉伸仪受到一给定的拉伸负荷。伸长之前,在距离12英寸的两个位置上各做上标记。在每一指示的拉伸负荷,测量两位置之间的距离,并如前述算出伸长率百分比。
表1拉伸负荷(磅) 2434弹性织带1010RN织带 998MN织带距离(英寸)伸长率百分比 距离(英寸)伸长率百分比 距离(英寸)伸长度百分比 0 20 40 60 80 100 12 12 3/4 12 7/8 12 15/16 13 13 1/16 0 6.25 7.29 7.81 8.33 8.85 12 12 1/16 12 1/8 12 3/16 12 1/4 12 1/4 0 0.53 1.04 1.56 2.08 2.08 12 12 1/8 12 3/16 12 1/4 12 1/4 12 5/16 0 1.04 1.56 2.08 2.08 2.6
表2拉伸负荷(磅)2434弹性织带1010RN织带998MN织带距离(英寸)伸长率百分比 距离 (英寸)伸长率百分比 距离 (英寸)伸长度百分比 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 13 3/4 14 1/2 15 15 1/4 15 1/2 15 3/4 16 16 1/16 14.58 18.66 25 27.08 29.17 31.25 33.33 33.85 12 3/8 12 3/4 13 1/8 13 3/8 13 1/2 13 3/4 13 7/8 14 3.12 6.25 9.38 11.46 12.5 14.58 15.65 16.67 12 7/8 13 1/2 13 5/8 14 14 1/8 14 1/4 14 3/8 14 1/2 7.29 12.5 13.5 16.67 17.7 18.7 19.7 20.8
本发明的弹性织带能伸长的容易度进一步表达在下面表3的数据中。在表3所示的实验中,一100英寸长的材料连接在一50磅的拉伸仪上。该样品延伸到表3中所示的伸长率百分比,并记录下对应的力。
表3 伸长率百分比 长(磅) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.9 3.6 4.1 4.7 5.1 5.7 6.6 7.6 9.4 14.9
图4B示出了另一实施例,它用于本发明中的复合带分段100。带子分段100包括一非弹性、高强度带子102(例如,标准的尼龙和/或聚酯织带)和一弹性带子104(可以有低拉伸强度),它们通过缝合区域106a和106b连接于带子102内部。以肩部带分段作为例子,带子分段100被吊在使用者肩部上,使弹性带子104较好地与肩部形成贴身的配合,而高强度带子在上述带子102中可以有3至20%范围的弹性伸长率或“游动”。由此,使用者能相当容易的活动。但是,高强度带子分段102(可以是标准的/聚酯织带材料)将带子分段104的弹性伸长率限制在约20%,从而提供了在阻止跌落时所需的拉伸强度。在有些场合悬挂松驰的背带具有钩住各种物体的危险,在图4B的实施例中采用图4A的弹性织带可能是较好的,因为图4B的实施例需要有点松驰的高强度带子102。
用在本发明安全背带中的扣环可由其最小拉伸强度约为4000磅的锻钢制成。这种扣环最好镀上镉或锌,以满足ASTM五十小时的盐雾喷射测试要求。本发明安全背带中所用的D环最好其最小拉伸强度约为5000磅的钢环。这种D环也最好镀上镉或锌,以满足ASTM五十小时的盐雾喷射测试要求。缝合最好用诸如VT-295E,Ⅱ型,A级,尺寸为415和F号的尼龙线来进行。缝纫用415号线时最好每英寸有四至六个针迹,用F号线时每英寸有六至八个针迹。所有的针迹结束时最好有至少两针的回针针迹。
本发明的全身背带总的能满足或超过所有有关的OSHA、CSA(加拿大标准协会)和ANSI标准。此外,在本发明的安全背带中采用弹性材料所得到的好处对某些其它安全背带的设计是不受限制的。事实上,任何已知的安全背带都可进行改型,或任何新的安全背带可设计采用这种弹性材料。例如,图5和6示出了结合图1至3描述的安全背带结构的两种替换型式。
图5示出了一结构类似于图1所示的全身安全背带。安全背带110总体结构设计类似于密勒设备公司的850型。但是,图5的安全背带110包括一对接带分段170的非弹性座位部。包括上纵向前背带分段124a和134a的肩部带120和130最好是由上述的弹性织带制成的。第一和第二胸部带分段142和144最好是由诸如尼龙和/或聚酯的非弹性材料制成。下部的前背带分段124b和134b最好是由弹性织带制成。非弹性座位部带分段170最好通过缝合连接于下部的前背带分段124b和134b。安全背带110最好包括一背部D环和一非弹性后背带160。安全背带110还包括另外的D环150b和150c,以便如已有技术可以调整位置。
图6示出了一包括带扣眼的非弹性皮带265的安全背带210。安全背带210的总体结构设计类似于密勒设备公司的8095型。非弹性皮带265连接于肩部带220和230的下部。肩部带220和230最好是由上述的弹性织带制成。如同上述的结构,安全背带210最好包括由非弹性织带制成的第一和第二胸部带分段242和244。安全背带210还包括连接于肩部带分段220和230下部的座位部带分段270。座位部带分段270最好是由弹性织带制成的。连接于座位部带分段270的是腿部带分段280a、280b、290a和290b,它们最好是由上述的弹性织带制成的。安全背带210通过D环250锚定。
虽然结合上述例子详细描述了本发明,但应知道,这些细节仅仅是为举例说明,除了以下的权利要求书所限定的以外,在不脱离本发明的基本精神下,本领域的技术人员可进行多种改变。