运动自控降落装置 本发明涉及一类高空运输器械—运动自控降落装置，是一种在紧急情况下把物资和人员从高空安全输送到地面的装置，也可用作汽车、电梯、缆车等运输工具中的节能装置。
在高空运输领域中经常会出现一些特殊而又紧急的情况，以致无法用正常的运输手段把急需疏散的高空物资和人员安全输送到地面，如高楼火警、电梯缆车滞留空中等均属此类情况。面对此类紧急情况，目前尚未有安全可靠的应急办法，以致酿成重大生命财产损失的事件时有所闻。
另一方面，在许多运输过程中，运输工具的运动路径往往出现反复的升高、降低现象，如汽车、电梯、缆车等的运输过程。这些过程中，物体下落所获得的机械能非但不能加以利用，往往还要用机器的动力将它们消耗掉，造成大量的能量浪费。
本发明的目的在于提供一类无须利用外来动力的平稳降落装置，以将被困在高空中的人员物资快速而又安全地输送到地面，同时提供一种能用于汽车、电梯、缆车等运输工具上的节能装置。
用作降落装置的发明的整体包括系物袋〔21〕、吊索〔22〕和运动自控器〔23〕三部分。系物袋用于系接人或物，它可以由普通安全带和/或挂物钩构成，也可以由具有防护装置的安全袋和挂物钩构成，这种具有防护装置的安全袋的实施例见图2，它被做成连衣裤形式：具有两只封口的裤筒〔16〕、两只封口的袖筒〔17〕、拉链〔18〕、面罩〔19〕、吊带〔20〕等，根据不同地防护要求，采用不同的材料制成。也可制成多人合用的安全袋。
吊索用于悬挂并传送人或物，可以由钢丝绳等较柔软而又具有较大的抗拉强度、能耐较大温升的材料充任，具体参数需根据传送物的重量、传送距离、加速度等要求决定。考虑到风吹摆动等情况，它的长度应稍长于直线传送距离。
发明中的运动自控器是关键部分。它既要能控制下落物体的速度和加速度，为了应付意外情况，还不能使用外来的动力。这两项技术指标实际上都能解决。因为运输方向是从高空到地面，因而可利用下落物本身所提供的动力作为开动运动自控器的动力，而对下落物的速度和加速度的控制则可借助简单机械实现。运动自控器的工作原理是利用作用在简单机械上的阻力(由下落物提供的动力产生)去抗衡下落物的重力，适当选择阻力参数和不同下落阶段的机械利益，就能使下落物按规定的方式运动。
一种轮轴型的运动自控器的设计方案包含外壳〔1〕和轮轴两个部件，其中轮轴由特殊设计的绕索轴〔2〕(轴的部分〕和阻尼盘〔3〕(轮的部分，至少一个，可含离心叶片〔4〕等附件)构成。当阻尼盘相对于外壳转动时，盘上便会出现阻力矩，其大小随阻尼盘的转速增大而增大。阻尼盘的角速度ω与下落物体的线速度v、吊索在绕索轴上的缠绕半径r之间存在关系：v＝ωr。轮轴的机械利益随r而变，而r又取决于绕索轴的形状构造。因此，物体的下落速度和加速度受阻尼盘的参数和绕索轴的形状制约，这些因素是实现运动自控的基础。
阻尼盘产生的阻力矩可分为电磁型和机械型两类。电磁阻力矩的产生机制的第一种实施方案是在外壳上固定若干对永久磁体，当处于通路状态的阻尼盘在永磁极间转动时，因切割磁力线而产生感应电流(或涡电流)，从而产生电磁阻尼，这种阻力矩与阻尼盘的角速度ω成正比。第二种实施方案是将阻尼盘和外壳设计成一个自激磁式发电机，在它们将下落物体的机械能转变成电能的同时，阻尼盘上将出现反抗转动的电磁阻力矩，其大小与ω的关系随设计而定。后一方案的优点是能够避免运动自控器产生大的温升；它还可以用作节能装置：将所产生的电能储存起来加以利用，此时系物袋和吊索便由传动带取代。
机械型阻力矩产生机制的一个实施方案是在阻尼盘边缘附加数个可绕固定在阻尼盘上的固定轴〔5〕摆动的离心叶片〔4〕，当阻尼盘转动时，离心叶片在惯性离心力作用下，向外摆动而压迫外壳，因而产生摩擦力矩，其大小与ω2成正比。
下面说明速度和加速度控制的理论根据和实施例。设阻尼盘与外壳的参数已确定，其阻力矩与ωn成正比。对这种运动自控器，若质量为M的物体的最大下落速度为v，相应的吊索最大缠绕半径为R，则对质量为m的下落物体，当它的吊索缠绕半径为r时，它的稳定下落速度υ等于υ=(mM)1n·(rR)1+1n·v]]>实际速度与此相差不大，因而上面的公式可作为绕索轴的形状设计的理论依据。绕索轴的形状设计中需要解决的问题就是实现对下落物体的速度和加速度的控制。这种控制一般分为三个阶段。第一阶段是起始阶段。这一阶段的控制所针对的输送对象是人或其它动物，当他们加速下落时，应尽量避免产生较明显的失重感。若输送对象是一般的物资，则无须考虑这一阶段的失重控制。第二阶段是中间阶段，这一阶段开始时物体已达最大的下落速度。在这一阶段中，物体的下落速度应保持不变，或作缓慢的减速运动。第三阶段是着地阶段。在着地前应将物体下落速度尽量减小(越小越好)，以免对地面产生大的撞击，同时又要避免由于减速太快出现过大的超重现象。这三个阶段的速度、加速度的控制可由一根具有特殊形状的绕索轴实现。下面介绍绕索轴的四种实施例及其性能。
图3所示的绕索轴〔2〕是一根粗细均匀的园轴，其半径由着地速度要求和材料强度决定。这种绕索轴结构筒单，缺点是不能进行起始阶段的加速度控制。适用于高、低空传送物资和低空传送人员。当用于高空传送人员时，起始阶段会有短时的失重感。
图4所示的绕索轴〔2〕的一头具有起始阶段运动控制面〔6〕(筒称控制面，一般为旋转曲面，随起始阶段的加速度的要求而定。可用园锥面代替)，其上刻有螺线形浅槽以防止吊索打滑；另一头是粗细均匀的园轴，其半径由着地速度要求和材料强度决定。控制面底面半径应略大于园轴上绕满吊索时最外层吊索的缠绕半径。这种设计适用于高或低空传送人员和物资。
图5所示的绕索轴〔2〕的一头具有着地阶段运动控制园槽〔7〕(其右边的界面一般是旋转曲面)，槽底半径取决于着地速度的要求和材料强度，槽宽则与该阶段的加速度要求有关，增加槽宽可以减小超重现象：另一头是粗细均匀的园轴，其半径由所希望的运输速度决定。这种设计的缺点是不能进行起始阶段加速度控制，一般用于高空快速传送物资。
图6所示的绕索轴〔2〕的一头具有着地阶段运动控制园槽〔7〕，中段是粗细均匀的园轴，另一头是刻有螺线形浅槽的起始阶段运动控制面〔6〕。适用于高空快速传送人员和物资。
上述四种绕索轴的长度取决于吊索的直径、长度和最大缠绕半径。
整个发明的安装使用情况如下。吊索的一端固接在绕索轴或阻尼盘上。运动自控器可以固定在高空物体上，此时吊索的另一端便与系物袋连接；若运动自控器与系物袋相连接随物体一起下落，则吊索的另一端固定在高空物体上。平时，吊索缠绕在绕索轴上，使用时，物体(包括入)系在系物袋上，自高空投下，在运动自控器的控制下，物体按设计速度和加速度降落；着地前，物体速度被减小到近于零，因而能平稳地着陆；而由于起始阶段的运动控制，下落人员也无失重感。
当发明被用作胆小者的救生器时，可以让运动自控器随人一起下落，并在运动自控器上设置附加的控制闸，使下落的人能够随意减慢下落速度，而此时运动自控器只起保护性的控制作用。附加的控制闸的实施例是由摩擦盘〔8〕、离合摩擦片〔9〕、握力杆〔10〕、借力杆〔11〕、弹簧〔12〕和握力杆支座〔13〕组成。
为了卷缠吊索，绕索轴的一端应露出外壳约20mm，并制成横断面为正多边形形状或上面刻槽沟。
为了能控制起动时刻，可在运动自控器上装设起动插梢。只有当插梢被松开后，物体才开始下落。
本发明结构简单，体积小，造价低廉，物体下降的速度和加速度以及载重量可随意设计，使用时不需要任何外来动力，同时具有平稳、安全方便、可靠等特点。特别适用于电源被切断、正常运输设备遭破坏或运输通道被堵塞而又出现危急情况时，抢救被困在高空中的物资和人员。还能用作气车、电梯、缆车等运输工具中的节能装置。
附图说明：
图1是一种具有附加控制闸的机械阻尼型的运动自控器的装配图。其中1是外壳，2是绕索轴，3是阻尼盘，4是离心叶片，5是阻尼盘上的固定轴(用开口梢闭锁)，6是起始阶段运动控制面(上刻螺线形浅槽)，7是着地阶段运动控制园槽，8是摩擦盘，9是离合摩擦片，10是握力杆，11是借力杆，12是弹簧，13是握力杆支座(8～13组成附加控制闸)，14是吊索固接点，15是外壳缺口(吊索出口)。外壳悬臂未画出。
图2是一种具有防护装置的安全袋，其中16是两只封口的裤筒，17是两只封口的袖筒，18是拉链，19是面罩，20是吊带，尺寸大小应是大人小孩均能使用，也可制成多人合用的。
图3～图6是各种形状绕索轴的设计例。
图7、图8为运动自控降落装置的运行情况，其中21为系物袋，22为吊索，23为运动自控器，24为输运对象，25为外壳悬臂。