技术领域
本文描述的是用以控制构件之间的相对速度的系统、使用方法和使用该系统的自回缩式救生索(Self Retracting Lifeline，SRL)设备。
背景技术
申请人在涡流相关装置领域的共同未决专利和授权专利包括US8,851,235、US 8,490,751、NZ619034、NZ627617、NZ627619、NZ627633、NZ627630及其他等同专利，其全部通过引用并入本文。具体而言，NZ627617描述了一种实现元件之间的闭锁操作的方法，其内容通过引用并入本文。虽然NZ627617中描述的装置可能是有用的，但是控制相对运动和/或制动的其他方法也可以实现或至少为公众提供选择。
根据仅通过示例给出的后续描述，上述系统、使用方法和自回缩式救生索(SRL)设备的其他方面和优点应变得明了。
发明内容
本文描述的是一种系统、使用方法和使用该系统的自回缩式救生索(SRL)设备，其控制构件之间的动态响应，从而使构件之间的相对运动停止。磁相互作用、涡流拖曳力以及离心力和/或惯性力可以提供各种控制移动的机制。
在第一方面，提供了一种具有处于运动学关系的至少两个构件的系统，该系统包括将第一构件耦接至至少一个其他构件并且在这样做时引起构件之间的同步相对运动的装置，其中，耦接响应于规定的系统状态响应发生，动态响应选自以下中的至少一种：
(a)上述构件中的一个或多个的特定速度活动；
(b)一个或多个元件的特定加速度活动；
(c)一个或多个元件的特定加加速度活动。
在第二方面，提供了通过以下步骤控制构件之间的相对运动的方法：
(a)选择基本上如本文所描述的系统；
(b)对系统施加动力，使系统中的至少一个构件移动；
(c)当规定的系统动态响应发生时，使构件之间耦接。
在第三方面，提供了一种结合基本上如本文所描述的系统的自回缩式救生索(SRL)。
所描述的系统、使用方法和SRL装置给出了提供实现移动控制的可替代方式或至少为公众提供选择的优点。
附图说明
根据下面仅以示例方式并参照附图给出的描述，上述系统、使用方法和SRL装置的其他方面将变得明了，在附图中：
图1例示了结合制动元件与移动元件之间的磁相互作用的一个实施方案的简化正视图；
图2例示了可替代的双稳态实施方案的简化正视图；
图3例示了示出上述双稳态实施方案的磁力相互作用的曲线图；
图4例示了采用齿槽转矩方法的可替代实施方案的立体图和正视图；
图5例示了示出齿槽转矩方法中的速度相关结果的两个曲线图；
图6例示了制动元件和移动元件的齿槽转矩方法的简化正视图；
图7例示了利用旋转自由度的可替代实施方案的简化正视图；
图8例示了可替代凸轮路径实施方案的正视图；
图9例示了可替代凸轮路径实施方案的正视图；
图10例示了可替代凸轮路径实施方案的立体图；
图11例示了可替代凸轮路径实施方案的简化立体图；
图12例示了可替代凸轮路径实施方案的简化的立体图和正视图；
图13例示了可替代凸轮路径实施方案的简化正视图；
图14例示了使用凸轮、几何结构、惯性响应和涡流的组合的可替代实施方案的各种正视图；
图15例示了本领域使用棘爪的速度敏感型装置的简化正视图；
图16例示了本领域使用棘爪的加速度敏感型装置的简化正视图；
图17例示了加加速度敏感型装置的简化正视图；
图18例示了处于变化的对准的图17的加加速度敏感型装置的简化正视图；
图19例示了图17和图18的实施方案中的磁相互作用的简化正视图；以及
图20例示了可替代加加速度敏感型装置的简化正视图。
具体实施方式
如上所述，本文描述的是一种系统、使用方法和使用该系统的自动回缩式救生索(SRL)设备，其控制构件之间的动态响应，从而使构件之间的相对运动停止。磁相互作用、涡流拖曳力以及离心力和/或惯性力可以提供各种控制移动的机制。
为了本说明书的目的，术语“约”或“近似”及其语法变型意指量、水平、程度、值、数量、频率、百分比、尺寸、大小、总量、重量或长度相对于参考量、水平、程度、值、数量、频率、百分比、尺寸、大小、总量、重量或长度变化多达30％、25％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、或1％。
术语“基本上”或其语法变型是指至少约50％，例如75％、85％、95％或98％。
术语“包括”及其语法变型应具有包容性意义，即，将其视为不仅包括其直接引用的所列出的组件，而且包括其他未指明的部件或元件。
术语“加加速度”或其语法变型是指加速度的变化，通常是加速度的与正常操作参数相比的快速和突然的变化。
在第一方面，提供了一种具有处于运动学关系的至少两个构件的系统，该系统包括将第一构件耦接至至少一个其他构件并且在这样做时引起构件之间的同步相对运动的装置，其中，耦接响应于规定的系统状态响应发生，动态响应选自以下中的至少一种：
(a)上述构件中的一个或多个的特定速度活动；
(b)一个或多个元件的特定加速度活动；
(c)一个或多个元件的特定加加速度活动；
本发明人实际上已创作出与基于系统动态响应将构件耦接在一起相关的系统。目的在于使构件在预定条件下进行同步运动。构件之间的耦接可以通过以下方式实现：
(a)机械地；
(b)磁力地；
(c)机械地和磁力地相组合。
耦接可以被动地发生，并且一旦耦接，构件就可以保持耦接或者可以可释放地耦接。作为替代，耦接可以通过主动装置来实现。
同步运动可以是零绝对速度或停止效应。例如，当需要停止例如坠落安全装置中的所有运动时，这种效应可能是有用的。
耦接也可以基于涡流诱发拖曳或者至少受涡流诱发拖曳影响。在发明人的经验中，这不是必要的，但是可能有助于进一步调整动态响应特性。
在一个具体实施方案中，构件之间的耦接可以经由连接至第一构件的至少一个棘爪与至少一个闭锁构件之间的机械耦接实现，该棘爪具有振荡移动活动，上述至少一个闭锁构件在至少一个其他构件上或是至少一个其他构件，其中耦接以根据所述规定的系统动态响应的速度阈值发生。
在棘爪与闭锁构件之间可以存在偏置关系，该偏置是通过使用布置成用于棘爪的吸引、排斥或者交替地吸引和排斥的至少一个磁体实现的。
至少一个磁性元件可以位于棘爪和第一构件两者上，并且当发生棘爪和第一构件的旋转时，产生变化的偏置，并且因此，振荡的棘爪移动发生。棘爪可以轴向地安装在第一构件上，并且棘爪重心可以偏离于棘爪旋转轴线，从而进一步影响振荡效应。
如可以理解的，棘爪的振荡程度可以根据例如第一构件和棘爪(或第一构件和至少一个其他构件)的相对运动速率而变化。
还可以通过改变棘爪的惯性调整棘爪动态响应。如上所述，假定棘爪以这种方式连接到第一构件，棘爪的质心可以与棘爪旋转轴线偏离。可以使棘爪的一个或多个部分加重，以便将棘爪的惯性调整为移动，从而调整系统的动态响应。
系统可以如下作用：
(a)当棘爪移动到展开位置达足够的时间段时耦接可以以预定速度发生，使得棘爪与闭锁构件耦接；以及
(b)在低于预定速度的速度下，棘爪可以不耦接。
可以通过使棘爪略过闭锁构件来避免耦接，即，棘爪可能未充分地展开以抵触闭锁构件。略过可以持续直到棘爪的惯性效应被克服，并且棘爪展开地足够远以与闭锁构件耦接。
系统还可以作用使得：
(a)当运动速度不足以克服棘爪的惯性效应时，棘爪可以保持耦接；以及
(b)当运动速度足以克服棘爪的惯性效应时，可能会发生去耦接。
上述引起振荡的偏置度可以被配置成提供棘爪的期望动态响应行为。
在可替代的具体实施方案中，构件之间的耦接可以由基于惯性力和/或施加的拖曳力的反作用效应的机械凸轮系统根据规定的系统动态响应实现。
在上述系统中，可以将第一构件和至少一个其他构件对准在一起，并且凸轮部件可以位于第一构件和至少一个其他构件之间。实际上，该系统具有至少两个独立但移动的构件。
该至少一个其他构件可以被配置成由于运动而具有惯性特性和/或减速拖曳中的任一个或两者，使得当对系统施加动力时，该至少一个其他构件经受相对于第一构件变缓的运动。
第一构件和至少一个其他构件之间的相对速度可以提供构件之间的位移，并且可以促使构件由于凸轮轮廓规定的移动路径而分离。分离是指构件相对于彼此移开。
该至少一个其他构件的移动可以引起与第一构件上或周围的闭锁构件耦接，将至少一个其他构件上的至少一个锚固件耦接至闭锁构件。
如可以理解的，其他构件与闭锁构件的耦接也会导致第一构件与其他构件之间的间接耦接。
耦接可以通过以下方式实现：
(a)几何闭锁联接装置；
(b)磁极的吸引；或者
(c)几何闭锁联接装置和磁极的吸引的组合。
在另一具体实施方案中，耦接可以依赖于构件之间的磁力，其中构件之间的磁力被配置成实现构件之间的吸引力，该吸引力足以减缓和停止构件之间的相对运动，从而导致根据规定的系统动态响应的同步相对运动。磁力可以通过在构件之间作用的磁极元件施加。为了本说明书的目的，磁极作用被称为“齿槽”。考虑到所连接系统和任何外围能量吸收装置的动态行为，齿槽系统可以被设计成使得系统在预期条件下实现停止和保持活动。磁极元件可以被配置成在预定条件下无效或无作用。磁极作用的变化可以例如通过改变构件之间或者构件的包含一个或多个磁体的部分之间的间隔距离实现，从而减小磁相互作用力。
上述系统可以是连续耦接的系统，其中，外部施加的动力导致构件的初始移动，但是倘若该动力足以诱发规定的系统动态响应，那么构件之间将立即发生减缓和停止活动。
可以理解，在上述第一方面和所描述的具体实施方案中，构件可以以基本上线性的运动学关系运动。可替代地，构件可以以基本上旋转的运动学关系运动。取决于系统中可以使用的装置，这两种活动都是可能的且是适当的。在旋转实施方案中描述了本文给出或使用的实施例。线性等效实施方案对于本领域技术人员将是明显的。
在其他的具体实施方案中，构件可以处于基本上旋转的运动学关系，并且构件之间的耦接可以通过基于离心的系统实现，该系统被设计成使得在被施加预定大小的动力时，构件根据规定的系统动态响应耦接在一起。作用在构件上的离心力可能由于至少一个重量元件或加重元件或其一部分的使用而受影响。
第一构件和至少一个其他构件可以对准在一起，并且可以在第一构件与至少一个其他构件之间定位一个或多个离心部件。
构件的速度可以促使一个或多个离心部件发生位移，一个或多个离心部件的位移转而又促使构件由于作用在至少一个其他构件上的离心力而分离。
至少一个其他构件的移动可以引起与第一构件上或周围的闭锁构件耦接，从而将至少一个其他构件的至少一个锚固件耦接至闭锁构件。如可以理解的，其他构件与闭锁构件的耦接也会致使第一构件与其他构件之间的间接耦接。
耦接可以通过以下方式实现：
(a)几何闭锁联接装置；
(b)磁极的吸引；或者
(c)几何闭锁联接装置和磁极的吸引的组合。
如上所述，动态响应可以是三种方式中之一。更详细地，如何使这三种活动发生的具体示例可以如下：
-可以使用由对抗偏置元件的约束的向心力激活的棘爪来配置速度敏感型装置；
-加速度敏感型装置可以利用棘爪的惯性行为，从而响应于棘爪安装板的加速度，使棘爪围绕其枢轴旋转；
-可以通过利用存在于一对磁极之间的非线性剪切力能力来配置加加速度敏感型装置。
应当理解，配置可以是变化的，并且上述选项仅应被视为非限制性示例。
在第二方面，提供了一种通过以下步骤控制构件之间的相对移动的方法：
(a)选择基本上如本文所描述的系统；
(b)对系统施加动力，使得系统中至少一个构件移动；
(c)当规定的系统动态响应发生时，使构件之间耦接。
在第三方面，提供了一种结合基本上如本文所描述的系统的自回缩式救生索(SRL)。
如上所述，所描述的装置可以在SRL设备中使用。检测和激活制动元件的能力对于SRL设备而言是重要的。
对坠落事件的检测通常由响应绳索的状态变化的机制触发。机制可以潜在地由绳索的位移、速度、加速度或加加速度(加速度变化率)或这些信号的组合来触发。
现有的SRL常常使用速度或加速度机制，通常使用棘轮和棘爪布置将线轴(spool)耦接至制动器。棘轮板或棘爪组可以附接至旋转的线轴。
线性配置可以包括感测承载件(移动元件)的加速度变化(加加速度)的装置。该承载件可以以给定惯性附接至具有已知质量的制导件(制动元件)。当将接触力施加到承载件时，制导件和承载件保持耦接并对准。施加于承载件的力的变化(加加速度)使制导件由于惯性效应相对于承载件滑动。然后可以通过承载件与制导件之间的位移跟踪惯性效应。当承载件加速度变化时，制导件与承载件之间的相对位移也发生变化。
在旋转方面可以使用相同的原理。制导件可以随着承载件自由旋转。施加于承载件的角加速度的变化可以被解析为承载件与制导件之间的相对角位移。
除了SRL应用，上述装置和方法可以用于各种其他应用，非限制性实施例包括对以下项的速度控制或负载控制：
·自动保护装置；
·旋转涡轮机中的转子；
·运动器材，例如划船机、行星式训练器、重量训练器材；
·过山车和其他游乐设施；
·电梯和自动扶梯系统；
·疏散下降器和安全梯装置；
·输送系统：
·工厂生产设施中的旋转驱动器；
·材料处理装置，诸如斜槽中的输送带或制动装置；
·路侧安全系统，例如可以在系统中连接能量吸收器以通过经由能量吸收器的能量耗散实现碰撞衰减；
·车辆中的安全带；
·高空滑索；
·有轨电车和车厢的制动机构；
·运输应用中的碰撞缓冲限止器；
·起重机应用中的碰撞缓冲限止器；
·机械传动系中的扭矩或力限制装置；
·风力涡轮机中的结构性过载保护；
·结构、建筑物和桥梁中的载荷限制和能量耗散。
上述系统、使用方法和SRL装置给出了提供除例如仅依赖于离心和/或涡流力实现移动控制的替代方式的优点。此外，使用本文描述的实施方案也可以影响部件之间的关系和移动控制发生的速率。
上述实施方案也可以广义地包括在本申请的说明书中单独地或共同地引用或指出的零件、元件和部件以及任何两个或多个所述零件、元件或部件的任何或所有组合，并且其中，在本文中提及的具体整数在实施方案涉及的领域中具有已知的等同物的情况下，这些已知的等同物被认为并入本文中，如同单独阐述一样。
在本文中提及的具体整数在本发明所涉及的领域中具有已知的等同物的情况下，这些已知的等同物被视为并入本文中，如同单独阐述一样。
工作实施例
现在通过参照具体实施例描述上述系统、使用方法和使用该装置的自回缩式救生索(SRL)设备的实施例。
实施例1
下面提供了由制动元件的移动引起的磁性闭锁的一般示例。
图1示出了由棘爪的移动引起的磁性闭锁的实施例。以作为激活线轴12(第一构件)与同轴外部元件13(其他构件)之间的棘爪11的手段，由永磁体10施加的直接吸引力可以用于增加或替代涡流拖曳力(如果使用涡流力的话)。当棘爪11与同轴外部元件13闭锁在一起时，线轴12与同轴外部元件13之间的移动是同步的。
实施例2
双稳态布置可以与在申请人的共同未决申请NZ619034中描述的管和气缸(柱塞)方法结合使用。在该实施例中，如图2所示，示出了作为延迟主动制动元件/柱塞50与导螺杆51之间的初始相对运动装置和/或在柱塞轴向行进冲程52、53的端部处锁定和锁住制动器50的手段的柱塞50的涡流制动器配置。在图3中绘制了力/移动相互作用的输出，其中图3示出了在行进冲程52、53中的任一端处的力有多大，并且其随后通过柱塞冲程52、53的行进阶段下降。注意到术语“力”是指将柱塞侧向平移所需的力，并且移动是柱塞的横向移动。
实施例3
在另一实施方案中，图4示出齿槽实施例。齿槽转矩由大体上如箭头60指示的相对于彼此旋转的磁极产生。这产生在图5所示的曲线图中最好地看出的速度相关转矩关系，在图5中，F是指力/振荡程度，并且o是指可以实现依靠涡流制动(最高闭锁力在低速下发生)的制动器的低速锁定的移动路径。
图6示出了磁体60如何以低速对准从而停止进一步运动。该实施方案允许在没有零件干扰或摩擦的情况下使零件之间的相对移动完全停止，即制动是无摩擦的。
图6还示出了离心实施方案。该构件中的一个包括沿定义路径移动的加重球。在最大旋转力下，球移动以改变重心，从而改变系统的动态响应。
实施例4
制动元件的磁闭锁也可以围绕与主驱动轴线垂直的旋转自由度进行配置，在该实施例中，主驱动轴线是制动元件71相对于移动元件72(转子)的旋转轴线70。图7示出了这种类型的系统的三个实施方案。在图7的实施方案中还示出了使用进一步调整系统的动态响应的偏置装置(磁体和/或弹簧)。
实施例5
移动元件和制动元件之间的相对旋转还可以通过使用惯性力或离心力而进一步受到影响，导致元件之间的速度差。在一个实施方案中，可以使用速度差以经由凸轮路径100驱动轴向位移，如图8至图13所示。可以使用不同的轮廓来控制球的移动，从而改变作用在零件上的离心力及这些零件的移动特性。
在图8至图13所示的实施方案中保持两个半部之间的接触所需的轴向载荷可以通过弹簧力、磁性排斥力产生或由于通过凸轮100角度作用的涡流拖曳转矩产生。关于该力的产生的另外的细节在图12和图13中示出。
实施例6
图14示出了利用凸轮几何结构、惯性响应和涡流拖曳力-速度关系的组合的另一种布置。
实施例7
如上所述，检测和激活制动元件的能力对于SRL设备是重要的。
坠落事件的检测通常由响应绳索的状态变化的机制触发。这样的机制可以潜在地由绳索的位移、速度、加速度或加加速度(加速度变化率)或这些信号的组合触发。
现有的SRL常常使用速度或加速度机制，通常使用棘轮和棘爪装置将线轴耦接至制动器。棘轮板或棘爪组可以附接至旋转的线轴。
现有技术速度敏感型装置可以使用棘爪(制动元件)110进行配置，该棘爪由对抗偏置元件(弹簧)111的约束的向心力来激活，如图15所示。
本领域加速度敏感型装置可以利用棘爪112的惯性行为，使得棘爪112响应于棘爪112安装板的加速度而围绕其枢轴113旋转。这种方法在图16中示出。
实施例8
加加速度敏感型装置可以通过利用存在于一对磁极之间的非线性剪切力能力进行配置。
在图17至图19中示出了线性配置。该配置示出了感测承载件的加速度的变化(加加速度)的装置。承载件120以给定惯性附接至具有已知质量的制导件130。当将接触力施加到承载件120时，制导件130和承载件120保持耦接并对准。施加于承载件120的力的变化(加加速度)使制导件130由于惯性效应相对于承载件120滑动。然后可以通过位移“d”跟踪惯性效应。当承载件120的加速度变化时，制导件130与承载件120之间的相对位移也发生变化。
已经仅通过示例的方式描述了上述系统、使用方法和使用该系统的自回缩式救生索(SRL)设备的各方面，并且应当理解，在不脱离本文的权利要求的范围的情况下，可以对其进行修改和添加。