[发明专利]一种基于剪切增稠液的安全绳制动器及制动方法

说明书

本发明一种基于剪切增稠液的安全绳制动器及制动方法，属于被动制动技术领域；包括底座、腔体壁、活塞、螺栓、内壁、剪切增稠液、中心轴、中心轴圆盘、弹簧、密封圈、盖子；腔体壁与底座固定安装形成的腔体内充满剪切增稠液，活塞的活塞头端面上开有盲孔，套装于底座的中心轴上，弹簧套装于活塞杆上；并在中心轴的中心轴圆盘和底座内壁上开有多个通孔。底座固定于安全绳连接器或系绳线轴轴芯上，活塞杆的端头穿过腔体壁与安全绳的根部固定连接。本发明具有被动制动作用，首先通过活塞压缩弹簧产生的阻尼力进行初步缓冲，随后剪切增稠液能够根据活塞移动速度变化实现制动；将弹簧的阻尼力和剪切增稠液的固化制动结合，增强了安全绳的可靠性。

技术领域

本发明属于被动制动技术领域，具体涉及一种基于剪切增稠液的安全绳制动器及制动方法。

背景技术

安全绳是防止高处作业人员坠落的防护用品。安全绳在强度方面通常考核两个强度指标，即抗拉强度和抗冲击强度。国家标准要求安全带及其串件的抗拉强度(极限拉力)，必须大于人体重量向坠落方向造成的纵向拉力。因为坠落的高度愈大，受到的冲击力愈大，因此，安全绳必须具备下面两个基本条件：(1)必须有足够的强度来承受人体掉下时的冲击力。(2)可防止人体坠落到能致伤的某一限度；该条件需要再解释的是，人体由高处向下坠落时，如超过某一限度，即使把人用绳拉住，但因所受的冲击力太大，也会使人体内脏损伤而死亡。

传统的安全绳用合成纤维编织而成，用于保护可能坠落的人员物品，主要依赖于绳子本身的抗拉强度，以及安全绳与连接器或系绳线轴轴芯之间的连接强度；因系在绳端的坠落物体或人体受重力影响速度极快，因此当安全绳完全展开时对连接器或系绳线轴轴芯产生的拉力也很大，且会产生瞬间的冲击力。不能完全保证坠落物体或人体的安全。

剪切增稠液是一种智能材料，其粘度会随着剪切速率变化，在液体承受了一定的剪切速率后，液体粘度会突然大幅度增加，在短时间内由液相转变为固相，即发生了剪切增稠行为，这种变化可逆，当承受的剪切速率撤销后，液体又能由固相恢复为液相。将该材料应用于安全绳的缓冲，可以为安全绳提供了被动制动，相变吸能的新特性，进一步提高安全性。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于剪切增稠液的安全绳制动器及制动方法，安全绳制动器利用剪切增稠液这种承受的剪切速率超过一定值时粘度激增的特点，起到制动保护的作用。

本发明的技术方案是：一种基于剪切增稠液的安全绳制动器，其特征在于：包括底座、腔体壁、活塞、螺栓、内壁、剪切增稠液、中心轴、中心轴圆盘、弹簧、密封圈、盖子；所述腔体壁为一端封闭的套筒结构，其封闭端和开口端的外周面均设置有法兰盘，所述封闭端的中心处开有通孔；

所述底座通过螺栓与腔体壁开口端的法兰盘同轴固定连接，由腔体壁与底座组成的腔体内充满剪切增稠液；底座朝向腔体壁内的一侧端面上同轴设置有圆环结构的内壁和中心轴；所述内壁外径小于腔体壁的内径，轴向高度小于腔体壁内的轴向高度，内壁靠近底座的周面上开有多个通孔；所述中心轴靠近底座一端的外周面上设置有环形凸台，作为中心轴圆盘，中心轴圆盘的端面上沿周向开有多个孔；所述底座的外端面与安全绳连接器或系绳线轴轴芯固定；

所述活塞的活塞头为圆盘结构，活塞杆为垂直设置于圆盘端面中心处的光轴；所述圆盘同轴安装于底座的内壁内，其外端面中心处开有盲孔，该盲孔同轴套装于底座的中心轴上，并为间隙配合；所述活塞杆的端头穿过腔体壁封闭端的通孔，与安全绳的根部固定连接；

所述弹簧同轴套装于活塞杆上，并位于圆盘与腔体壁的内底面之间；

所述盖子为开有中心孔的圆板，通过螺栓与腔体壁封闭端的法兰盘固定，其中心孔位于腔体壁一侧开有环形槽，用于放置密封圈，实现活塞杆的运动密封。

本发明的进一步技术方案是：所述制动器的承受力利用牛顿粘性流动实验公式计算得到：