一种用于攀岩的安全缓冲机构的制作方法

本发明属于缓冲技术领域，尤其涉及一种用于攀岩的安全缓冲机构。

背景技术：

目前攀岩人员的安全保护依靠自身上的钢丝并通过滑轮将钢丝引导到地面，地面上有人员拖拉，当攀岩人员遇险下坠后，地面人员对钢丝施加力，制止钢丝的滑动，确保攀岩人员的安全。每个攀岩人员需要5-6个人来对其的钢丝进行地面拖拉，但是当攀岩人员很多时，地面配合人员将会很多，造成地面拥挤以及相互干扰，引起不必要的安全事故；对于多个攀岩人员使用同一根安全钢丝，受同一组地面人员的保护是很有必要的。另外当攀岩人员突然下坠后，如果地面人员无法快速制止钢丝的滑动，随着钢丝滑动加快，钢丝的制止就会越难，这就要求地面人员时刻处于紧张状态，但越紧张越容易发生二次事故，如何缓冲钢丝的突发拉动，预留出一点时间给地面人员反应，具有一定的研究意义。

本发明设计一种用于攀岩的安全缓冲机构解决如上问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种用于攀岩的安全缓冲机构，它是采用以下技术方案来实现的。

一种用于攀岩的安全缓冲机构，其特征在于：它包括缓冲机构、保护钢丝、安全钢丝、分钢丝机构，其中攀岩的人员通过保护钢丝连接在山顶上的分钢丝机构上，分钢丝机构与山下的缓冲机构之间使用安全钢丝连接，山下人员手握从缓冲机构中拉出的安全钢丝。

上述分钢丝机构包括第一滑轮、外齿轮、第一固定板、第一转轴、第二转轴、第二钢丝轮、第二滑轮支撑、第二滑轮转轴、第二滑轮、轴套、第一滑轮转轴、第一滑轮支撑、第一钢丝轮、第一固定柱、第二固定板、第二固定柱、第三固定板、涡卷弹簧、涡卷弹簧固定柱、中心齿轮、第一转轴孔、第二转轴孔、涡卷弹簧固定结构，其中第一固定板上周向均匀地开有五个第一转轴孔，中间开有第二转轴孔，第二固定板通过五个周向均匀分布的第一固定柱安装在第一固定板下侧，且第二固定板具有与第一固定板相对应的五个第一转轴孔；五个第一固定柱与五个第一转轴孔交叉排列；第三固定板通过第二固定柱与第二固定板连接；对应于第一固定板和第二固定板上的第一转轴孔，第三固定板上安装有五个涡卷弹簧固定柱，每个涡卷弹簧固定柱上安装有一个涡卷弹簧，且涡卷弹簧的外侧安装有第一滑轮支撑，第一滑轮通过第一滑轮转轴安装在第一滑轮支撑上；第二滑轮通过第二滑轮转轴安装在第二滑轮支撑上，第二滑轮支撑安装在第一固定板上；每个第一转轴孔中安装有第一转轴，外齿轮安装在第一转轴上且位于第一固定板与第二固定板之间；第一钢丝轮通过单向传动轴承安装在第一转轴上且位于第二固定板和第三固定板上；第二转轴安装在第一固定板上，中心齿轮安装在第二转轴上且位于第一固定板和第二固定板之间，中心齿轮与五个外齿轮同时啮合；涡卷弹簧通过涡卷弹簧固定结构安装在第一钢丝轮的下侧；五条保护钢丝经过第一滑轮缠绕在第一钢丝轮上，安全钢丝经过第二滑轮缠绕在第二钢丝轮上。

上述缓冲机构包括飞轮底座、飞轮支撑、飞轮、传动机构、飞轮转轴、横板、背板，其中飞轮安装在飞轮转轴上，飞轮转轴安装在飞轮两侧的飞轮支撑上，飞轮支撑均安装在飞轮底座上，背板通过横板安装在飞轮底座上，四个飞轮齿轮等距地安装在飞轮转轴上，对于每一个飞轮齿轮均安装有传动机构。

上述传动机构包括导轨、齿环、侧板、钢丝轮、刹片、侧板连接块、飞轮齿轮、挡块、往复弹簧、导条、方孔、弹簧顶块，其中侧板上开有方孔，两个侧板通过上下分布的侧板连接块对称地安装在一起，两个侧板之间的缝隙宽度等于侧板连接块的宽度，两个侧板上端外侧对称地分别安装有一个导条，每个侧板上的方孔一端安装有弧形的刹片；钢丝轮外缘面上具有钢丝槽，齿环安装在钢丝轮内缘面的中间，钢丝轮安装在两个侧板的外缘面上，且齿环位于两个侧板缝隙之间；钢丝轮可以在侧板上带动齿环做周向滑动；两个导轨均安装在背板上，对于任意一个导轨，导轨上开有凹槽，导轨凹槽的一端安装有挡块，另一端安装有弹簧顶块，导条安装在导轨凹槽中，且位于挡块和弹簧顶块之间；往复弹簧安装在导轨凹槽中且位于导条和弹簧顶块之间；齿环内缘面上的内齿与飞轮齿轮啮合，刹片与飞轮转轴配合；相对于整个传动机构的方向，刹片安装方向与挡块安装方向相同。

上述安全钢丝一端缠绕在第二钢丝轮上；中间经过钢丝轮变向，另一端被人拉着，安全钢丝牵引方向为背板的法向方向，在第一滑轮处的保护钢丝牵引方向为竖直向下，在第二滑轮处的安全钢丝的牵引方向为竖直向上，在安全钢丝使用过程中在缓冲机构和分钢丝机构之间的沿程需要通过设立常规滑轮控制安全钢丝走向。

作为本技术的进一步改进，上述往复弹簧为拉伸弹簧。

作为本技术的进一步改进，上述刹片面向飞轮转轴的方向具有圆弧，且圆弧半径与飞轮转轴的半径相同。

作为本技术的进一步改进，上述飞轮转轴上与刹片摩擦配合的位置处做渗碳处理。

作为本技术的进一步改进，上述作为传动机构数目为4个的替换方案，其传动机构的数目为1个或者2个或者3个或者5-10个之间的任意一个。

相对于传统的缓冲技术，本发明中攀岩人员通过缠绕在第一钢丝轮上的保护钢丝将自己保护起来，攀岩过程中攀岩人员向上攀爬，保护钢丝在涡卷弹簧弹性恢复力作用下收回到第一钢丝轮中，保证了保护钢丝时刻处于绷紧状态；当攀岩人员遇险坠落时，保护钢丝受向下的拉力，第一钢丝轮受力旋转，通过外齿轮带动中心齿轮旋转，中心齿轮带动第二钢丝轮旋转，第二钢丝轮将会收回缠绕在其上的安全钢丝，安全钢丝通过第二滑轮转向后与地面连接，受到地面人的拉动，确保第二钢丝轮转动快速停止，致使第一钢丝轮停止，保证攀岩人员的安全；分钢丝机构中，第一滑轮和第二滑轮起到钢丝的导向目的，保护钢丝因为攀岩人员使用，其受力的方向为向下，通过第一滑轮的导向使保护钢丝能够缠绕在水平放置的第一钢丝轮上；安全钢丝受到地面的拉力，通过第二滑轮的导向使安全钢丝能够缠绕在第二钢丝轮上。第一钢丝轮通过单向传动轴承安装在第一转轴上，在非传动方向上，涡卷弹簧的恢复力能够带动第一钢丝轮旋转，旋转过程中将因攀岩人员上升造成松弛的保护钢丝拉紧，因为在非传动方向，第一钢丝轮的运动不会影响第一转轴的转动。攀岩人员遇险下坠，第一钢丝轮受到钢丝拉力旋转，此刻的旋转在单向传动轴承传动方向，使得第一转轴被带动，然后通过传导反馈到安全钢丝中，本发明中的分钢丝机构能够同时缠绕五条保护钢丝，并通过一根安全钢丝与地面连接，可以利用地面有限的人员同时为很多的攀岩的人员提供保护。

安全钢丝之后经过地面上的缓冲机构，缓冲机构中飞轮依靠惯性起到对旋转运动的缓冲作用，飞轮固定在飞轮底座上，飞轮可以通过飞轮转轴驱动而转动，飞轮底座上通过横板固定有背板，背板上通过安装导轨而安装着几个传动机构，传动机构通过驱动飞轮转轴上各自对应的飞轮齿轮转动而驱动飞轮转动；传动机构通过安全钢丝驱动，并相互之间能够通过安全钢丝独立驱动飞轮转轴，而且非驱动飞轮转轴的传动机构不受飞轮转轴转动的影响。传动机构中通过两侧的侧板上的导条将侧板安装在导轨上，两侧板与侧板连接块组成一个整体，能够沿着导轨一起滑动运动；当钢丝轮受到钢丝轮上的安全钢丝的拉力时，因为拉力方向与背板的法向平行，安全钢丝拉力会对钢丝轮产生远离背板的力，此时侧板将会沿着导轨滑动，同时导条与弹簧顶块的间距增大，往复弹簧被拉伸；当导条接触到挡块停止后，此时两侧板外缘面上安装的钢丝轮内缘面上齿环会与飞轮转轴上的飞轮齿轮啮合，钢丝轮的旋转必然通过飞轮转轴带动飞轮旋转，此时钢丝轮在挡块的限位作用和安全钢丝拉力的作用下保持一定的位置用来保证传动的顺利进行。之后飞轮被驱动产生的惯性阻力会传递到钢丝轮上，钢丝轮初速度和加速度越快，飞轮产生的惯性阻力越大，起到的缓冲作用越明显。当钢丝轮上的安全钢丝拉力消失后，导条会在复位弹簧的拉力作用下运动，同时带动侧板、钢丝轮向背板方向滑动，并且在回复过程中，侧板和钢丝轮等具有一定的惯性，他们会在往复弹簧提供的初始速度和加速消失后，也就是往复弹簧自由状态所处的位置，之后带动往复弹簧继续向背板方向运动，同时对往复弹簧施加拉力，直到侧板上的圆弧形刹片与飞轮转轴接触，刹片与飞轮转轴接触产生摩擦将迅速制止飞轮的转动，以被其他传动机构随时使用；刹片与飞轮接触后，紧接着在往复弹簧作用下重新向远离背板的方向移动，直到速度停止。侧板稳定后刹片与飞轮转轴具有一定的间隙，钢丝轮的齿环也与飞轮齿轮具有一定的距离，飞轮转轴与钢丝轮完全分离。本发明中挡块起到对导条的定位作用，当导条滑动到挡块位置处将会碰撞停止，同时齿环与飞轮齿轮完全充分的啮合；弹簧顶块起到固定弹簧的作用；两侧板组成的钢丝轮架体起到即满足辅助钢丝轮移动的目的又能起到齿环与飞轮齿轮传动时的定位作用。刹片起到对飞轮转轴刹停的目的，刹片设计成与飞轮转轴半径相同的圆弧，意在刹片刹飞轮转轴时能够与飞轮转轴充分的接触，达到最高的刹停效率。飞轮转轴上每个传动机构上的钢丝轮上绕着安全钢丝，每个安全钢丝有且仅有一个安全钢丝产生瞬间拉力时，飞轮均能对其缓冲，并且当该安全钢丝的拉力停止后，飞轮转轴被该传动机构的刹片迅速刹停；然后等待着下一个钢丝轮上的安全钢丝产生拉力。在其中一个钢丝轮产生拉力带动飞轮转动的过程中，其他传动机构因为齿环与飞轮转轴上的飞轮齿轮处于脱离状态，飞轮转轴的转动并不会影响其他传动机构。当有两个传动机构中的安全钢丝同时作用时，飞轮因为受到两个钢丝轮的驱动，其缓冲作用会打一定的折扣，所以使用时需要确定使用场合的合理性。本发明利用飞轮的惯性来达到缓冲的作用，拉力越大，飞轮转速越大，使得传动的安全钢丝内部受力不会超过安全钢丝的抗拉极限，保护了安全钢丝，提高了装置的安全性和稳定性，具有一定的实用性。

缓冲机构能够对安全钢丝的瞬间拉力实现缓冲，使经过缓冲机构的安全钢丝的拖拉人能够有时间反应，然后对安全钢丝用力确保安全钢丝停止运动。

附图说明

图1是缓冲机构分布示意图。

图2是缓冲机构剖视图。

图3是飞轮齿轮安装示意图。

图4是传动机构结构示意图。

图5是传动机构剖视图。

图6是齿环安装示意图。

图7是侧板安装示意图。

图8是刹片安装示意图。

图9是导轨结构示意图。

图10是传动机构运行示意图。

图11是分钢丝机构结构示意图。

图12是分钢丝机构结构剖视图。

图13是固定板安装结构示意图。

图14是分钢丝机构传动示意图。

图15是涡卷弹簧安装示意图。

图16是钢丝缠绕方式示意图。

图17是整体部件示意图。

图中标号名称：1、飞轮底座，2、飞轮支撑，3、飞轮，4、传动机构，5、飞轮转轴，6、横板，7、背板，8、导轨，9、齿环，10、侧板，11、钢丝轮，12、刹片，13、侧板连接块，14、飞轮齿轮，15、挡块，16、往复弹簧，17、导条，18、方孔，19、弹簧顶块，21、第一滑轮，22、外齿轮，23、第一固定板，24、第一转轴，25、第二转轴，26、第二钢丝轮，27、第二滑轮支撑，28、第二滑轮转轴，29、第二滑轮，30、轴套，31、第一滑轮转轴，32、第一滑轮支撑，33、第一钢丝轮，34、第一固定柱，35、第二固定板，36、第二固定柱，37、第三固定板，38、涡卷弹簧，39、涡卷弹簧固定柱，40、中心齿轮，41、第一转轴孔，42、第二转轴孔，43、涡卷弹簧固定结构，44、缓冲机构，45、人，46、保护钢丝，47、分钢丝机构，48、安全钢丝。

具体实施方式

如图17所示，它包括缓冲机构、保护钢丝、安全钢丝、分钢丝机构，其中攀岩的人员通过保护钢丝连接在山顶上的分钢丝机构上，分钢丝机构与山下的缓冲机构之间使用安全钢丝连接，山下人员手握从缓冲机构中拉出的安全钢丝。

如图11、12所示，上述分钢丝机构包括第一滑轮、外齿轮、第一固定板、第一转轴、第二转轴、第二钢丝轮、第二滑轮支撑、第二滑轮转轴、第二滑轮、轴套、第一滑轮转轴、第一滑轮支撑、第一钢丝轮、第一固定柱、第二固定板、第二固定柱、第三固定板、涡卷弹簧、涡卷弹簧固定柱、中心齿轮、第一转轴孔、第二转轴孔、涡卷弹簧固定结构，其中如图13所示，第一固定板上周向均匀地开有五个第一转轴孔，中间开有第二转轴孔，第二固定板通过五个周向均匀分布的第一固定柱安装在第一固定板下侧，且第二固定板具有与第一固定板相对应的五个第一转轴孔；五个第一固定柱与五个第一转轴孔交叉排列；第三固定板通过第二固定柱与第二固定板连接；对应于第一固定板和第二固定板上的第一转轴孔，第三固定板上安装有五个涡卷弹簧固定柱，每个涡卷弹簧固定柱上安装有一个涡卷弹簧，且涡卷弹簧的外侧安装有第一滑轮支撑，第一滑轮通过第一滑轮转轴安装在第一滑轮支撑上；第二滑轮通过第二滑轮转轴安装在第二滑轮支撑上，第二滑轮支撑安装在第一固定板上；如图12、14、15所示，每个第一转轴孔中安装有第一转轴，外齿轮安装在第一转轴上且位于第一固定板与第二固定板之间；第一钢丝轮通过单向传动轴承安装在第一转轴上且位于第二固定板和第三固定板上；第二转轴安装在第一固定板上，中心齿轮安装在第二转轴上且位于第一固定板和第二固定板之间，如图14所示，中心齿轮与五个外齿轮同时啮合；如图15所示，涡卷弹簧通过涡卷弹簧固定结构安装在第一钢丝轮的下侧；如图16所示，五条保护钢丝经过第一滑轮缠绕在第一钢丝轮上，安全钢丝经过第二滑轮缠绕在第二钢丝轮上。

如图1、2所示，上述缓冲机构包括飞轮底座、飞轮支撑、飞轮、传动机构、飞轮转轴、横板、背板，其中飞轮安装在飞轮转轴上，飞轮转轴安装在飞轮两侧的飞轮支撑上，飞轮支撑均安装在飞轮底座上，背板通过横板安装在飞轮底座上，如图3所示，四个飞轮齿轮等距地安装在飞轮转轴上，对于每一个飞轮齿轮均安装有传动机构。

如图4、5所示，上述传动机构包括导轨、齿环、侧板、钢丝轮、刹片、侧板连接块、飞轮齿轮、挡块、往复弹簧、导条、方孔、弹簧顶块，其中如图8所示，侧板上开有方孔，如图7、8所示，两个侧板通过上下分布的侧板连接块对称地安装在一起，两个侧板之间的缝隙宽度等于侧板连接块的宽度，两个侧板上端外侧对称地分别安装有一个导条，每个侧板上的方孔一端安装有弧形的刹片；如图6所示，钢丝轮外缘面上具有钢丝槽，齿环安装在钢丝轮内缘面的中间，钢丝轮安装在两个侧板的外缘面上，且齿环位于两个侧板缝隙之间；钢丝轮可以在侧板上带动齿环做周向滑动；如图1、9所示，两个导轨均安装在背板上，对于任意一个导轨，导轨上开有凹槽，导轨凹槽的一端安装有挡块，另一端安装有弹簧顶块，导条安装在导轨凹槽中，且位于挡块和弹簧顶块之间；往复弹簧安装在导轨凹槽中且位于导条和弹簧顶块之间；齿环内缘面上的内齿与飞轮齿轮啮合，刹片与飞轮转轴配合；相对于整个传动机构的方向，刹片安装方向与挡块安装方向相同。

上述安全钢丝一端缠绕在第二钢丝轮上；中间经过钢丝轮变向，另一端被人拉着，安全钢丝牵引方向为背板的法向方向，在第一滑轮处的保护钢丝牵引方向为竖直向下，在第二滑轮处的安全钢丝的牵引方向为竖直向上，在安全钢丝使用过程中在缓冲机构和分钢丝机构之间的沿程需要通过设立常规滑轮控制安全钢丝走向。

上述往复弹簧为拉伸弹簧。

如图10中的a所示，上述刹片面向飞轮转轴的方向具有圆弧，且圆弧半径与飞轮转轴的半径相同。

上述飞轮转轴上与刹片摩擦配合的位置处做渗碳处理。

上述作为传动机构数目为4个的替换方案，其传动机构的数目为1个或者2个或者3个或者5-10个之间的任意一个。

综上所述，本发明中攀岩人员通过缠绕在第一钢丝轮上的保护钢丝将自己保护起来，攀岩过程中攀岩人员向上攀爬，保护钢丝在涡卷弹簧弹性恢复力作用下收回到第一钢丝轮中，保证了保护钢丝时刻处于绷紧状态；当攀岩人员遇险坠落时，保护钢丝受向下的拉力，第一钢丝轮受力旋转，通过外齿轮带动中心齿轮旋转，中心齿轮带动第二钢丝轮旋转，第二钢丝轮将会收回缠绕在其上的安全钢丝，安全钢丝通过第二滑轮转向后与地面连接，受到地面人的拉动，确保第二钢丝轮转动快速停止，致使第一钢丝轮停止，保证攀岩人员的安全；分钢丝机构中，第一滑轮和第二滑轮起到钢丝的导向目的，保护钢丝因为攀岩人员使用，其受力的方向为向下，通过第一滑轮的导向使保护钢丝能够缠绕在水平放置的第一钢丝轮上；安全钢丝受到地面的拉力，通过第二滑轮的导向使安全钢丝能够缠绕在第二钢丝轮上。第一钢丝轮通过单向传动轴承安装在第一转轴上，在非传动方向上，涡卷弹簧的恢复力能够带动第一钢丝轮旋转，旋转过程中将因攀岩人员上升造成松弛的保护钢丝拉紧，因为在非传动方向，第一钢丝轮的运动不会影响第一转轴的转动。攀岩人员遇险下坠，第一钢丝轮受到钢丝拉力旋转，此刻的旋转在单向传动轴承传动方向，使得第一转轴被带动，然后通过传导反馈到安全钢丝中，本发明中的分钢丝机构能够同时缠绕五条保护钢丝，并通过一根安全钢丝与地面连接，可以利用地面有限的人员同时为很多的攀岩的人员提供保护。

安全钢丝之后经过地面上的缓冲机构，缓冲机构中飞轮依靠惯性起到对旋转运动的缓冲作用，飞轮固定在飞轮底座上，飞轮可以通过飞轮转轴驱动而转动，飞轮底座上通过横板固定有背板，背板上通过安装导轨而安装着几个传动机构，传动机构通过驱动飞轮转轴上各自对应的飞轮齿轮转动而驱动飞轮转动；传动机构通过安全钢丝驱动，并相互之间能够通过安全钢丝独立驱动飞轮转轴，而且非驱动飞轮转轴的传动机构不受飞轮转轴转动的影响。传动机构中通过两侧的侧板上的导条将侧板安装在导轨上，两侧板与侧板连接块组成一个整体，能够沿着导轨一起滑动运动；如图10中的a所示，当钢丝轮受到钢丝轮上的安全钢丝的拉力时，因为拉力方向与背板的法向平行，安全钢丝拉力会对钢丝轮产生远离背板的力，此时侧板将会沿着导轨滑动，同时导条与弹簧顶块的间距增大，往复弹簧被拉伸；当导条接触到挡块停止后，如图10中的b所示，此时两侧板外缘面上安装的钢丝轮内缘面上齿环会与飞轮转轴上的飞轮齿轮啮合，钢丝轮的旋转必然通过飞轮转轴带动飞轮旋转，此时钢丝轮在挡块的限位作用和安全钢丝拉力的作用下保持一定的位置用来保证传动的顺利进行。之后飞轮被驱动产生的惯性阻力会传递到钢丝轮上，钢丝轮初速度和加速度越快，飞轮产生的惯性阻力越大，起到的缓冲作用越明显。当钢丝轮上的安全钢丝拉力消失后，导条会在复位弹簧的拉力作用下运动，同时带动侧板、钢丝轮向背板方向滑动，并且在回复过程中，侧板和钢丝轮等具有一定的惯性，他们会在往复弹簧提供的初始速度和加速消失后，也就是往复弹簧自由状态所处的位置，之后带动往复弹簧继续向背板方向运动，同时对往复弹簧施加拉力，直到侧板上的圆弧形刹片与飞轮转轴接触，刹片与飞轮转轴接触产生摩擦将迅速制止飞轮的转动，以被其他传动机构随时使用；刹片与飞轮接触后，紧接着在往复弹簧作用下重新向远离背板的方向移动，直到速度停止。侧板稳定后刹片与飞轮转轴具有一定的间隙，钢丝轮的齿环也与飞轮齿轮具有一定的距离，飞轮转轴与钢丝轮完全分离。本发明中挡块起到对导条的定位作用，当导条滑动到挡块位置处将会碰撞停止，同时齿环与飞轮齿轮完全充分的啮合；弹簧顶块起到固定弹簧的作用；两侧板组成的钢丝轮架体起到即满足辅助钢丝轮移动的目的又能起到齿环与飞轮齿轮传动时的定位作用。刹片起到对飞轮转轴刹停的目的，刹片设计成与飞轮转轴半径相同的圆弧，意在刹片刹飞轮转轴时能够与飞轮转轴充分的接触，达到最高的刹停效率。飞轮转轴上每个传动机构上的钢丝轮上绕着安全钢丝，每个安全钢丝有且仅有一个安全钢丝产生瞬间拉力时，飞轮均能对其缓冲，并且当该安全钢丝的拉力停止后，飞轮转轴被该传动机构的刹片迅速刹停；然后等待着下一个钢丝轮上的安全钢丝产生拉力。在其中一个钢丝轮产生拉力带动飞轮转动的过程中，其他传动机构因为齿环与飞轮转轴上的飞轮齿轮处于脱离状态，飞轮转轴的转动并不会影响其他传动机构。当有两个传动机构中的安全钢丝同时作用时，飞轮因为受到两个钢丝轮的驱动，其缓冲作用会打一定的折扣，所以使用时需要确定使用场合的合理性。本发明利用飞轮的惯性来达到缓冲的作用，拉力越大，飞轮转速越大，使得传动的安全钢丝内部受力不会超过安全钢丝的抗拉极限，保护了安全钢丝，提高了装置的安全性和稳定性，具有一定的实用性。

缓冲机构能够对安全钢丝的瞬间拉力实现缓冲，使经过缓冲机构的安全钢丝的拖拉人能够有时间反应，然后对安全钢丝用力确保安全钢丝停止运动。