CN102300608B - 具有自动和手动控制的下降装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例的下降装置包括：外壳；进口绞盘；驱动轮，其被联接到离心制动器，驱动轮可绕着轴线相对于外壳旋转，驱动轮包括沿着其外周界形成的凹槽，该凹槽具有第一内侧壁、第二内侧壁和底部，第一和第二内侧壁之间的距离沿着朝向轴线的方向从外周界向底部减小，其中，内侧壁的径向范围的至少一部分包括突出体的图案，所述突出体的图案位于内侧壁之间以沿着凹槽形成不规则绳索路径；出口绞盘；以及绳索，其延伸通过绳索进口、环绕进口绞盘、环绕驱动轮、环绕出口绞盘并通过绳索出口。

Description

具有自动和手动控制的下降装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年1月6日提交的美国临时专利申请序列号61/142,873和2009年2月17日提交的美国临时专利申请序列号61/153,213的权益，所述美国临时专利申请被出于一切目的整体地通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及救护装置，并且更具体地涉及用于快速下降的系统和方法。

背景技术

人能够通过使用绳索和快速下降装置从一定高度快速地下降，所述快速下降装置提供致动力以抵消人在绳索上的重量。例如，此类装置可以在例如所有其它出口被封锁或不再可用时被平民用于经由建筑物的外部撤出建筑物。例如，此类装置还可以被消防队员和/或救援工作者用于从燃烧的建筑物快速地下降，和/或被在高处工作的任何人使用。

现有的快速下降装置常常包括能够被以相当于绳速的单个速度驱动的简单驱动轮。因此，对于任何给定绳速而言，由此类快速下降装置施加的制动力对于非常重的负荷和非常轻的负荷而言是相同的。此类装置在冲击负荷或手动绳索提升期间通常也不允许绳索滑动。

发明内容

根据本发明的一些实施例，一种下降装置具有多个制动元件（其包括诸如离心制动器的绳索驱动自动能量消散装置（RDAEDD））、根据欧拉摩擦方程来消散能量的多个战略地布置的绞盘以及在绳索上产生进口摩擦的系统。

根据本发明的一些实施例，与在RDAEDD两侧的绞盘相组合地使用RDAEDD，使得RDAEDD之前的绞盘用于增加被连接到RDAEDD的绳索驱动单元上的有效摩擦以使绳索与驱动轮之间的滑动最小化，而RDAEDD之后的绞盘充当RDAEDD的效果的倍增器。根据本发明的一些实施例，两个绞盘本身充当制动器；进入绳索上的张力被每个绞盘倍增，为操作员提供仅取决于存在于装置的进口侧中的任何摩擦的制动力。根据本发明的实施例，RDAEDD对于向最后的绞盘提供可变反张力从而使装置的下降速度局限于可接受水平是有益的。

根据本发明的一些实施例，与RDAEDD之前的绞盘相组合地使用RDAEDD以防止绳索与驱动轮之间的滑动。根据本发明的一些实施例，与RDAEDD之后的绞盘相组合地使用RDAEDD以充当RDAEDD的效果的倍增器。本发明的一些实施例包括绳索进口张紧装置。

根据本发明的一些实施例，绳索进口张紧装置工作而使得在进入和退出绳索基本上相互平行且平行于装置中心线时进入或退出装置的绳索端部上的拉动促使进入绳索张力实质地减少和/或消失，使得人可以用非常小的努力沿着任一方向手动地拉动绳索通过装置。更一般地，根据本发明的一些实施例，绳索进口张紧装置工作而使得如果以当装置被加载时将不会发生的方式来旋转装置或拉动绳索，则能够将进入绳索张力实质地减少和/或使其消失，使得人可以不费力地手动地拉动绳索通过装置。根据本发明的一些实施例，这可以沿着任一方向进行，并且在其它实施例中，这可以沿着一个方向进行。

根据本发明的一些实施例，在绳索上产生摩擦的绞盘和/或装置中的其它元件由具有明显比装置主体的热传递系数小的热传递系数的材料制成，使得由于绳索在绞盘上行进而产生的热量被传递至绳索中而不是装置中，这将装置保持在相对凉的工作温度。根据本发明的一些实施例，装置中的绞盘由钛制成以在整个下降过程中具有一致的摩擦系数（COF），因此静态COF和动态COF之间的差几乎是相同的。根据本发明的一些实施例，装置中的绞盘由钛制成以在整个下降过程中具有一致的摩擦系数（COF）并甚至具有温度波动，使得静态COF和动态COF之间的差被最小化。

根据本发明的一些实施例，绞盘上的绳索表面是平的或碟状的，具有是绳索半径的至少两倍的半径。根据本发明的一些实施例，下降装置中的驱动轮用来驱动RDAEDD。驱动轮可以包括V形槽，V形槽具有到V形槽中的突出体，所述突出体迫使或促进绳索进入蛇形路径，这使得在较重负荷条件下的绳索与驱动轮之间的潜在滑动最小化。根据本发明的实施例，V形槽导致绳索在较大负荷的情况下更深地推入驱动轮中。根据本发明的实施例，当绳索在较大负荷的情况下被更深地驱动到驱动轮中时，对于给定绳速而言驱动轮的角速度增加，并且更快的角速度增加了RDAEDD的制动力。根据本发明的实施例，结果是增加的负荷独立于绳速而增加RDAEDD的制动力。

虽然公开了多个实施例，但通过示出并描述本发明的说明性实施例的以下详细说明，本发明的其它实施例将对于本领域的技术人员来说变得明显。因此，应将附图和详细说明视为本质上说明性的而非限制性的。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的快速下降装置100的概念图的前视图。

图2示出根据本发明的实施例的快速下降装置的前透视图。

图3示出根据本发明的实施例的图2的快速下降装置的前视平面图。

图4示出滑动凸轮机构。

图5示出根据本发明的实施例的滑动凸轮机构。

图6示出根据本发明的实施例的驱动轮的前视平面图。

图7示出根据本发明的实施例的驱动轮的前透视图。

图8示出一图表，其示出根据本发明的实施例的用于RDAEDD的制动力对比负荷。

图9示出根据本发明的实施例的滑动凸轮的放大透视图。

图10A示出根据本发明的实施例的打开的下降装置的顶视图，绳索通过该打开的下降装置被供给。

图10B示出根据本发明的实施例的打开的下降装置100的侧透视图。

图11示出根据本发明的实施例的闭合的下降装置的顶视图，示出了盖的外部。

图12示出根据本发明的实施例的闭合的下降装置的底视图，示出了RDAEDD的外部。

图13示出根据本发明的实施例的替代性驱动轮的前视立面图。

图14示出根据本发明的实施例的图13的替代性驱动轮的前透视图。

图15示出根据本发明的实施例的沿着图3的线A-A截取的具有在绳索行进表面上形成的碟状部的绞盘的部分截面图。

虽然本发明可以有各种修改和替代形式，但在附图已经以示例的方式示出了特定实施例，并且下面进行详细描述。然而，意图不是使本发明局限于所述特定实施例。相反，本发明意图覆盖落在由所附权利要求定义的本发明的范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的快速下降装置100的概念图的前视图。根据本发明的实施例，图2示出快速下降装置100的前透视图，其具有底座（例如壳体）202、被刚性地附接到底座202的绞盘110、112、被用绳索102开口206、208铰接到底座202的盖204、被用通过底座202突出的轴210和被附接到轴210的驱动轮114（使得驱动轮114的旋转速度与轴210的匹配）安装到底座202的RDAEDD、被刚性地联接到底座202的砧座116、以及具有左凸轮106和右凸轮108的滑动凸轮组件。根据本发明的实施例，驱动轮114绕着驱动轮轴线302（参见图3）相对于底座202旋转。

根据本发明的实施例，可以将开口208称为绳索进口208，并且可以将开口206称为绳索出口206。基于本文提供的公开，本领域普通技术人员将认识到根据本发明的实施例，可以通过使RDAEDD的制动力的方向相反和/或通过使用可逆RDAEDD来使绳索进口208和出口206互换。根据本发明的实施例，可以将绞盘110称为进口绞盘110，并且可以将绞盘112称为出口绞盘112。

还可以将底座202称为外壳202；外壳202可以由刚性材料制成。根据本发明的实施例，可以将绞盘110、112联接到外壳；例如，可以用例如螺栓、螺钉、胶粘剂和/或焊接将绞盘110、112刚性地联接到外壳。

如本文所使用的，术语“联接”在其最广泛意义上用来指示被直接地或整体地或经由其它元件间接地以及永久性地、暂时地或可去除地连接、附接和/或接合的元件。如本文所使用的，术语“可旋转地联接”在其最广泛意义上用来指示被以允许一个元件相对于另一元件旋转的方式联接的元件。如本文所使用的，术语“可滑动地联接”在其最广泛意义上用来指示被以允许一个元件相对于另一元件滑动或平移的方式联接的元件。

根据本发明的实施例，可以与外壳202可滑动地联接的滑动凸轮组件104可以包括进口面218和出口面220；进口面218可以形成绳索进口208的至少一部分且出口面220可以形成绳索出口206的至少一部分。进口面218可以包括沿着基本上垂直于绳索行进方向RTD的方向PD从进口面218延伸至绳索进口208中的进口突出体212（如图3所示）。出口面220可以包括沿着基本上垂直于绳索行进方向RTD的方向PD从出口面220延伸到绳索出口206中的出口突出体216（如图3所示）。可以将每个突出体212、214配置为在手动地拉动绳索通过下降设备时减少其各自的面218、220与绳索之间的摩擦。根据本发明的实施例，每个突出体212、214还可以包括基本上沿着绳索行进方向形成的碟状部214（如图2和8所示），其可以帮助绳索在突出体212、214上的放置。虽然示出了突出体212、214，但根据本发明的实施例，可以替代性地形成沿着基本上垂直于绳索行进方向RTD的方向PD延伸到各进口面218和出口面220中的缺口（未示出）。还可以与突出体类似地配置此类缺口，以在手动地拉动绳索通过下降设备时减少其各自的面218、220与绳索之间的摩擦。

图3示出根据本发明的实施例的图2的快速下降装置100的前视平面图。根据本发明的实施例，进口绞盘110可以包括进口绳索行进表面308和进口绞盘轴线304。进口绳索行进表面308是绞盘110的表面，当绳索在绳索进口208中、环绕绞盘110和环绕驱动轮114行进时，进口绳索行进表面308接触绳索102。根据本发明的一些实施例，进口绞盘轴线304基本上与驱动轮轴线302平行，并且进口绳索行进表面308包括绕着进口绞盘轴线304的曲率半径。根据本发明的实施例，进口绳索行进表面308可以跨越约两百度（例如从点312至点314），并且进口绳索行进表面308可以包括从进口绞盘轴线304等距的点。

图15示出根据本发明的实施例的沿着图3的线A-A截取的绞盘110的部分截面图。根据本发明的实施例，如图15所示，进口绳索行进表面308可以包括碟状部。根据本发明的实施例，绳索102在图15中被示为具有半径R；在进口绳索行进表面308中形成的碟状部1502包括曲率半径2R或绳索半径的两倍。根据本发明的其它实施例，进口绳索行进表面308包括具有3R或绳索半径的三倍的曲率半径的碟状部1504。根据本发明的其它实施例，进口绳索行进表面308包括具有4R或绳索半径的四倍的曲率半径的碟状部1506。根据本发明的一些实施例，进口绳索行进表面308不包括任何碟状部，并因此沿着其长度是基本上平的（绕着绕绞盘轴线304的曲率半径）。

基于本文提供的公开，本领域普通技术人员将认识到可以赋予在进口绳索行进表面308中形成的碟状部各种曲率半径。根据本发明的实施例，出口绞盘112可以包括出口绳索行进表面310和出口绞盘轴线306。出口绳索行进表面310是绞盘112的表面，当绳索从驱动轮114、环绕出口绞盘112和通过绳索出口206行进时，出口绳索行进表面310接触绳索102。根据本发明的一些实施例，出口绞盘轴线306基本上与驱动轮轴线302平行，并且出口绳索行进表面310包括绕着出口绞盘轴线306的曲率半径。根据本发明的实施例，出口绳索行进表面310可以跨越约两百度（例如从点316至点318），并且出口绳索行进表面310可以包括从出口绞盘轴线306等距的点。根据本发明的实施例，出口绳索行进表面310可以是基本上平的和/或包括如上文关于图15所述的碟状部。

根据本发明的实施例，从驱动轮轴线302到进口绞盘轴线304与出口绞盘轴线306之间的另一虚线段322的中点324所画的虚线段320（参见图3）以直角与虚线段322相交。这样，根据本发明的实施例，进口绞盘110和出口绞盘112可以是从驱动轮轴线302基本上等距的。根据本发明的实施例，进口绞盘110还可以与出口绞盘112相同。根据本发明的实施例，使进口绞盘110和出口绞盘112相同和/或被放置在相对于驱动轮轴线302及绳索进口和出口206、208的对称位置允许下降装置100是可逆的（例如对于绳索102行进的两个方向而言相同地操作）。

如图10A所示，根据本发明的实施例，绳索102延伸通过绳索进口208、部分地环绕进口绞盘110、部分地环绕驱动轮114的凹槽612、部分地环绕出口绞盘112并通过绳索出口206。

RDAEDD和战略地布置的绞盘

根据本发明的实施例，可以将装置中的绞盘110、112战略地布置为a）使绳索相对于被附接到RDAEDD的驱动轮114的滑动最小化，和b）充当RDAEDD的制动力的倍增器。

滑动凸轮104在绳索102的进口上产生少量的张力。根据本发明的一些实施例，取决于置于装置上的负荷，由滑动凸轮104产生的绳索102上的进口张力的量可以低到零或基本上为零和高达100磅；根据本发明的实施例，绳索102上的进口张力通常在5磅与50磅之间的范围内。根据本发明的实施例，具有约200度的卷绕的进口绞盘110充当10磅的进口张力的约2:1倍增器，使得驱动轮114的进口侧上的张力约为50磅，这足以防止绳索102与驱动轮114之间的滑动。根据本发明的实施例，RDAEDD的制动力可与进口张紧装置104和进口绞盘110的制动力加和。下降速度取决于负荷且RDAEDD的制动力取决于下降速度。根据本发明的实施例，RDAEDD的制动力在低速下可以小到零。在单人下降装置中，RDAEDD的制动力可以使用由德国Keplerstrasse 12-14, 74321 Bietigheim-Bissingen的SUCO Robert Scheuffele GmbH制造的F01离心制动器作为RDAEDD向绳索102添加高达130磅的张力。

根据本发明的实施例，其它离心制动装置可以与驱动轮114配对并被配置为根据驱动轮114的旋转和/或平移速度来提供制动力。例如，可以使用发电机、风向标和/或排水叶轮作为RDAEDD。当该RDAEDD制动力被与离心制动器的进口侧上的50磅的张力相加时，离心制动器的出口侧上的绳索102力能够高达180磅。然后，根据本发明的实施例，此张力被出口绞盘112倍增近似2:1，使得锚定点处的绳索102张力在约3米/秒的下降速度时为约360磅。根据本发明的其它实施例，装置100以更高或更低的下降速度操作。基于本文提供的公开，本领域普通技术人员将认识到通过改变结构的材料、形状或绳索102的卷绕度数来调整绞盘110、112的摩擦特性能够急剧地改变下降装置100的有效负荷范围和速度。因此，在本示例中使用的数字用于说明而不是限定或限制装置100的实施例的操作。

根据本发明的一些实施例，可以消除绞盘112以产生修改的快速下降系统，其中由RADAEDD来供应主制动力。根据此类实施例，可以包括也可以不包括绳索进口张紧系统（部分106、108、116）。

根据本发明的其它实施例，可以消除绞盘110以产生修改的快速下降系统，其使用其它装置来防止绳索102相对于连接到RDAEDD的驱动轮114滑动。根据本发明的实施例，防止绳索与驱动轮之间的滑动的其它装置包括将绳索主动地压靠驱动轮的压缩辊或凸轮。根据此类实施例，驱动轮114（与RDAEDD相连）用来建立初始制动力，该初始制动力随后被绳索出口绞盘112倍增。根据此类实施例，可以包括也可以不包括绳索进口张紧系统（部分106、108、116）。

绳索进口张紧装置

如下所述，本发明的实施例的滑动凸轮104元件以多种方式不同于现有滑动凸轮装置。

根据本发明的一些实施例，接触绳索102的滑动凸轮104的内面不是平的。与绳索102接触的两个面包含一个或多个凸起波纹（dimple）或突出体212、216。替代性地，根据本发明的实施例，两个面可以包括凹陷波纹、凹陷突出体和/或扇形凹口（未示出）。根据本发明的实施例，除了从滑动凸轮104的内面218、220突出之外，突出体212、216还可以包括沿着突出体212、216的轻微的谷槽214以在突出体212、216上进一步引导和/或放置绳索。根据本发明的实施例，这些突出体212、216急剧地减少绳索102相对于滑动凸轮104的面的摩擦，同时绳索102中的张力低到足以不会有意义地使绳索102的形状变形。滑动凸轮104组件的此特性使得在所谓的“爬窗测试”期间易于手动地拉动绳索102通过装置100。根据本发明的实施例，当绳索102中的张力足以使绳索102变形而使得绳索的纤维符合滑动凸轮104的突出体212、216而不是绞合在突出体212、216上时，绳索102与滑动凸轮的面218、220之间的摩擦急剧地增加并帮助产生必要的进口制动力，其随后被绞盘110和112倍增以控制下降速度。图9示出根据本发明的实施例的具有波纹212的替代角度视图的滑动凸轮104的透视图。相反地，在滑动凸轮104的面中形成的扇形凹口（未示出）能够急剧地增加绳索的进口张力。根据本发明的实施例，由装置100的最终使用的目的来确定是用滑动凸轮104来增加还是减小绳索102上的进口张力。

什么是“爬窗测试”？其对于要设立距离实际逃生点有点距离的锚定点的消防队员或其它救援人员而言并不罕见。在这种情况下，消防队员设置其锚定点且随后必须从锚定点爬到窗口以逃生。为了进行此爬行，常常必须手动地拉动绳索通过下降装置100。根据本发明的实施例，在爬到窗口时手动地拉动绳索102通过下降装置100所需的张力的量理想地小于约40磅。根据本发明的另一实施例，在爬到窗口时手动地拉动绳索102通过装置100的张力的量小于二十磅。根据本发明的其它实施例，在爬到窗口时手动地拉动绳索102通过装置100的张力的量小于十磅。根据本发明的实施例，在以这种方式使绳索行进通过装置时使过大的反张力最小化允许用户更容易且方便地移动至准备下降的位置。根据本发明的实施例，在爬窗测试期间和/或在手动拉动绳索102通过装置100期间，通过例如使装置100旋转而使得滑动凸轮104的效果被中和和/或通过手动地通过按在滑动凸轮104的端部上使滑动凸轮104居中来使滑动凸轮104居中。

根据本发明的一些实施例，滑动凸轮104由阳极氧化铝构造而成。根据本发明的其它实施例，滑动凸轮104由钢或钛构造而成。根据本发明的一些实施例，钛和钢更加坚固，不那么易于磨损，具有较低的COF并提供如本文所述的更好的热量管理性质。根据本发明的一些实施例，绞盘110、112由阳极氧化铝构造而成。根据本发明的其它实施例，绞盘由钢、钛或铜构造而成。每种材料针对绳索具有不同的COF。钛具有最低COF，后面是钢，然后是铝，然后是铜。根据本发明的实施例，用于绞盘的材料的选择影响装置100的负荷范围和下降速度。

如在图4中看到的，一些存在的装置包括迂回的绳索进口路径；例如，图4的装置包括在滑动凸轮104和砧座116前面的绳索路径引导件402。结果是来自绳索102的出口侧上的锚定点的任何张力迫使滑动凸轮104滑动，其在绳索上施加进口张力。此进口张力充当装置中的所有其它制动元件的力倍增器（为了明了起见，将其它制动元件从图4和5中省略）。解除此进口张力以用此类装置通过爬窗测试的一种方式是手动地使滑动凸轮居中。在滑动凸轮104和砧座116前面所存在的绳索路径引导件402允许此类设计在绳索上的负荷非常大时产生相对大的绳索进口张力。

根据本发明的实施例，图5示出没有在滑动凸轮前面的绳索路径引导件402的装置。根据本发明的实施例，进入和退出绳索是平行或几乎平行的。根据本发明的实施例，此设计使在绳索处于负荷下时能够产生的绳索进口张力的量最小化。根据本发明的实施例，当手动地使如图5所示的装置倾斜而使得退出绳索中的张力与装置的中心线交叉时，在没有手动地使滑动凸轮居中的情况下，所有或几乎所有进口张力被解除。根据本发明的实施例，当以此类方式来解除进口张力时，以绳索中的小到2磅的张力通过了爬窗测试。根据本发明的实施例，取决于所使用的绳索类型，以绳索中的小到五至十磅力的张力通过了爬窗测试。

热量管理

对下降装置设计的一个常见挑战涉及热量。登山运动下降期间的标准操作程序是一旦开始则绝不停止，因为下降装置可能变得如此热，以至于其将通过绳索熔化。存在各种方式处理下降期间的热量：1）一旦开始就不停止，因此，绳索中没有哪个部分与热的下降装置进行长期接触；2）构建一种下降装置，其具有足够的质量以吸收热量并保持足够低的装置温度以防止损坏绳索；3）将不直接接触绳索的能量消散装置构建到下降装置中；4）使将与用户接触的那部分下降装置绝热；和/或5）设计一种下降装置，其将在下降期间产生的大部分的热量随着热量产生而直接送入绳索中，使得只有最少的热量积聚在下降装置中。

根据本发明的一些实施例，装置100的主体202由铝构造而成且绞盘110、112由钛构造而成，以产生热量管理的优点。铝传导热量比钛快约十五倍。在用装置100下降期间，绳索直接摩擦钛绞盘110、112并产生热量。钛绞盘110、112中的热量做几件事：a）其将绞盘110、112加热；b）其被传导回至移动的绳索102，这使绞盘110、112冷却；以及c）其被传导至装置110的铝主体202中并快速地分散遍布整个铝主体202，这使绞盘110、112冷却。

当下降停止时，可能发生其它几件事：1）来自钛绞盘110、112的热量被传导回至绳索102，提高绳索102的温度并降低绞盘110、112的温度；以及2）来自铝主体202的温度未被传导回至钛绞盘110、112，因为回到钛中的热传导的速率是非常缓慢的。根据本发明的实施例，钛绞盘110、112是小的，具有仅约30克的质量，因此，其不能储存足以损坏绳索102的热量，只要其温度被保持在低于约250℉。实际上，由钛来构造绞盘110、112促使其充当单向热阀。装置100的铝主体202快速地从钛绞盘110、112去除热量，但是由于钛的导热率非常低，来自铝主体202的热量未被传导回至钛绞盘110、112中。因此，本发明的实施例提供显著的热量管理。当绞盘110、112和主体202两者都由铝制成时，停止下降有时可能导致热绳索损坏，因为装置100的铝主体能够将大量的热相对快速地传导至铝绞盘中。

根据本发明的实施例，管理在下降期间产生的热量的另一方式是使用铜绞盘，其或者与下降装置100的主体202热绝缘，或者不与下降装置的主体202热绝缘。如果被热绝缘，则在下降期间产生的热量被送回至绳索102中而不是下降装置的主体202中。因此，根据本发明的实施例，当停止下降时，装置中不存在将熔化绳索102的有意义的量的热。相反，根据本发明的实施例，如果下降装置100的质量如此大，以至于其在停止下降的情况下不会被加热至能够损坏绳索102的程度，则提升绞盘110、112与下降装置100的主体202之间的高传导性避免热量损坏绳索102。

摩擦系数

阳极氧化铝提供相对稳定的摩擦系数（“COF”）。然而，当阳极氧化磨损并向绳索102呈现裸露的铝时，其不再向绳索102呈现稳定的COF。铝非常迅速地（在几秒内）氧化并具有高COF。未氧化的铝具有较低COF。当在未阳极氧化铝绞盘上拉动绳索102时，绳索首先经历氧化铝的高COF，并且可能难以开始下降。然后，随着绳索102摩擦绞盘的表面，其将氧化铝磨损且绳索102经历引起快速下降的未氧化铝的较低COF。下降一停止，氧化铝就重新形成，并且可能难以重新开始下降。此COF的变化使自动下降装置处理难于操作。根据本发明的实施例，用钛来替代绞盘110、112和绳索摩擦的其它表面（例如驱动轮114）。根据本发明的实施例，钛的COF不改变，因为其不经历在下降期间发生变化的动态氧化过程。

平的绞盘

碟状绞盘的优点是其帮助引导绳索102并将绳索保持在绞盘的中心处，使得绳索不摩擦装置的其它部分。因此，绞盘中的一些碟状部常常是期望的。在一些人看来绞盘凹陷至近似与绳索相同的半径将产生最小量的摩擦。然而，平的绞盘具有比碟状绞盘明显低的摩擦。本发明的实施例可以采用平的或仅略微凹陷的绞盘110、112以使低负荷摩擦最小化，以便增加爬窗测试期间的性能。根据本发明的实施例，为了使摩擦最小化以便增加爬窗测试中的性能，下降装置中的绞盘110、112的表面中的任何碟状部是绳索半径的至少两倍。根据本发明的其它实施例，绞盘110、112的表面中的任何碟状部是绳索半径的三倍。根据本发明的其它实施例，绞盘110、112的表面中的任何碟状部是绳索半径的四倍或更多。

驱动轮

在使用RDAEDD的下降装置中，期望的是防止在稳态操作期间绳索102与被附接到RDAEDD的驱动轮114之间的滑动。还期望的是允许绳索102在受到冲击负荷时滑动以解除绳索102和下降的人/物体两者上的应变。并且，期望的是当在绳索102与驱动轮114之间发生滑动时，绳索102不被损坏。根据本发明实施例的驱动轮114可以实现这三个目标中的一个或多个。

图6和图7示出根据本发明实施例的驱动轮114的放大图。根据本发明的实施例，驱动轮114包括V形槽（参见图6，凹槽侧壁601的下端602比侧壁601的上端604更接近于侧壁601之间的中心线603，赋予大体上V形槽形状）。根据本发明的实施例，随着绳索102上的张力增加，绳索102更深地进入V形槽中，这增加绳索上的侧压力并增加绳索102与驱动轮114之间的摩擦。

换言之，根据本发明的实施例，驱动轮114包括外周界610和沿着外周界610形成的凹槽612。根据本发明的实施例，凹槽612包括第一内侧壁606和第二内侧壁608以及底部614，其中，第一内侧壁606与第二内侧壁608之间的距离D沿着朝向驱动轮轴线302的径向RD从外周界610向底部614减小。根据本发明的实施例，第一内侧壁606和第二内侧壁608的径向范围（例如在驱动轮轴线302与外周界610之间测量的凹槽612的范围）的至少一部分包括突出体605的图案，其交替地位于第一内侧壁606与第二内侧壁608之间以沿着凹槽612形成蛇形绳索路径。

根据本发明的实施例，驱动轮包括一系列交替且相对的条块605，其在绳索缠绕在驱动轮114周围时迫使绳索进入蛇形路径。根据本发明的实施例，蛇形路径紧紧地抓住绳索102并防止滑动和/或使滑动最小化。根据本发明的实施例，驱动轮114中的纹理在不损坏绳索102的情况下增加对绳索102的抓持。可以仔细地控制这三个特征的各种组合，使得在稳态操作负荷下防止驱动轮114与绳索102之间的滑动和/或使该滑动最小化。然而，根据本发明的实施例，可以将装置100配置为允许在超过安全设计参数的操作负荷下滑动。根据本发明的实施例，可以将由条块605形成的蛇形路径称为不规则路径，其是用于绳索的路径，与规则绳索路径相反，其促使绳索顺从侧壁606、608上的一个或多个突出体和/或缺口，而规则绳索路径将更加类似于绳索沿着转动的滑轮或光滑轮子移动时的绳索路径。

根据本发明的实施例，对于针对大范围的负荷自动地（例如不用手地）操作且仍将下降速度保持在窄操作范围（0～4米/秒）内的下降装置而言，期望的是提供用于接合RDAEDD的自动可变装置。根据本发明的实施例，RDAEDD本身提供取决于其旋转速度的可变制动能量。根据本发明的实施例，包括仔细设计的V形槽的绳索102驱动的驱动轮114提供用于对RDAEDD的自动可变速度控制的附加机构。根据本发明的实施例，在轻负荷下，绳索102骑乘在驱动轮114中的V形槽的外径处，并且在重负荷下，绳索102骑乘在驱动轮114中的V形槽的内径处。效果是，轻负荷促使RDAEDD缓慢地自旋，这促使RDAEDD产生最小的制动力，而在重负荷下，绳索102被更深地推入驱动轮114的V形槽中，这促使驱动轮114更快地旋转，甚至在与轻负荷的情况下相同的绳速时。根据本发明的实施例，这促使RDAEDD更快地自旋并产生较大的制动力。图8所示的图表说明了该概念。根据本发明的一些实施例，驱动轮上的低负荷与高负荷之间的RDAEDD旋转速度的差在25%与400%之间；根据其它实施例，该差在50%与200%之间；并且根据其它实施例，该差在75%与150%之间。

根据本发明的实施例，驱动轮114包括第一半体1和第二半体2，第一半体1包括第一内侧壁606，第二半体2包括第二内侧壁608，其中，第一半体1与第二半体2是相同的，并且其中，第一半体1被以一定的角偏移结合到第二半体2，使得第一半体1上的突出体605的图案不直接与第二半体2上的突出体的图案对准。根据本发明的实施例，突出体605在形状上大致为梯形，较长的顶部部分接近外周界610且较短的底部部分接近底部614，较长的顶部部分和较短的底部部分被基本上相等长度的侧边连接。因此，根据本发明的实施例，以类似的方式，突出体605之间的侧壁中的空隙也大致上是梯形的。

虽然突出体605的图案被描述为交替地位于第一和第二内侧壁606、608之间，但突出体605的图案也可以替代性地同时位于（未示出）第一和第二内侧壁606、608之间。在这种情况下，不规则绳索路径是其中绳索102的直径被沿着凹槽612在绳索102的纵向间隔处在突出体的图案的两个突出体605之间被压缩的绳索路径。

替代性驱动轮

图13和图14示出根据本发明的实施例的替代性驱动轮1314。类似于驱动轮114，驱动轮1314也包括了大体上V形槽结构。根据本发明的实施例，随着绳索102上的张力增加，绳索102被更深地推入V形槽中，这增加绳索上的侧压力并增加绳索102与驱动轮1314之间的摩擦。

根据本发明的实施例，驱动轮1314包括了一系列交替且相对的条块1305，其在绳索缠绕在驱动轮1314周围时迫使绳索进入蛇形路径。根据本发明的实施例，这些交替且相对的条块1305可以类似于驱动轮114的交替且相对的条块。根据本发明的实施例，蛇形路径紧紧地抓住绳索102并防止滑动和/或使滑动最小化。根据本发明的实施例，驱动轮1314中的纹理在不损坏绳索102的情况下增加对绳索102的抓持。可以仔细地控制这三个特征的各种组合，使得在各种操作负荷下控制驱动轮114与绳索102之间的滑动。

制动驱动轮1313可以用于绳索或缆绳驱动的下降装置，并且可以包括自动“抓持”和“滑动”特性。制动驱动轮具有大体上V形槽结构，使得较大的负荷将绳索较深地推入驱动轮1314中，这在绳索102上施加较大的压力并施加较高水平的摩擦以防止滑动。制动驱动轮1314的内部绳索碰触表面还包括从驱动轮1314的外径1380处的平滑（低摩擦）表面到驱动轮1314的内径1382处的多样化（高摩擦）表面的逐渐或阶跃过渡。

制动驱动轮1314将来自绳索102的力传送至制动器以便控制下降。根据本发明的实施例，制动驱动轮1314使正常下降情况下的制动驱动轮1314与绳索102之间的滑动最小化。然而，存在一些情况，根据这些情况，制动驱动轮1314与绳索102之间的一定程度的滑动是有利的。例如，当系统受到冲击负荷时，制动驱动轮1314与绳索102之间的一定程度的滑动可能是有利的。冲击负荷可能损坏设备并增加受伤的风险。

根据本发明的一些实施例，如果下降装置100受到冲击负荷，则绳索102在制动驱动轮1314上滑动，直至力被减小至将不会损坏装置100也不会伤害用户的水平。作为另一示例，当系统具有非常轻的负荷时，制动驱动轮1314与绳索102之间的一定程度的滑动可能是有利的。在非常轻的负荷（诸如孩子、宠物或小物体）下，在下降系统中可能存在足以防止负荷下降的摩擦。允许绳索102在非常轻的负荷下相对于制动驱动轮1314滑动因此能够有助于下降。并且，在多种情况下手动地拉动绳索102通过系统100，例如当系统100没有负荷时手动地拉动绳索102通过系统100。最常见的是，当在距下降点一定距离处建立锚定点时，拉动绳索102通过装置100以允许用户从锚定点移动至下降点。在此类条件下，使系统100中的摩擦最小化是有利的，并且绳索102在制动驱动轮1314上的滑动是使摩擦最小化的一种方式。

轻负荷或无负荷促使绳索102停留在制动驱动轮1314的外周界1380处，因为要求相当大的力以将绳索102深入地拉到驱动轮1314的V形槽中。根据本发明的实施例，由于制动驱动轮1314的外径1380故意地是低摩擦表面，所以绳索被故意地允许在这些轻负荷或无负荷情况下相对于驱动轮1314滑动。

根据本发明的实施例，在高负荷下，负荷的力将绳索102深入地拉到制动驱动轮1314的V形槽中，在那里，其遇到由于驱动轮1314的增加的表面摩擦和/或由于交替的条块105所施加的蛇形路径而引起的增加的摩擦。由于V形槽的作用，绳索还遇到增加的压力并因此遇到增加的摩擦。然而，本发明的实施例控制驱动轮1314的增加的表面摩擦的程度，使得其在正常下降期间抓住绳索102，但是在冲击负荷下相对于绳索102滑动。

根据本发明的实施例，V形槽与制动驱动轮1314在其最小直径1382处（绳索在高负荷下骑乘在那里）的表面摩擦的组合被设计为在高达约1000磅力的负荷下抓住绳索102，并在大于约1000磅力的负荷下滑动。根据本发明的其它实施例，在高达约700磅力的负荷下保持抓持，并且在大于约700磅力的负荷下允许绳索102滑动。根据本发明的其它实施例，在高达约600磅力的负荷下保持抓持，并且在大于约600磅力的负荷下允许绳索102滑动。图13和图14示出了驱动轮1314，其包括从低摩擦表面到高摩擦表面的阶跃过渡。然而，根据本发明的其它实施例，可以有许多其它种类的阶跃过渡，并且还可以有其它可变过渡。

根据本发明的实施例，驱动轮1314包括外周界1310和沿着外周界1310形成的凹槽1312。根据本发明的实施例，凹槽1312包括第一内侧壁1306和第二内侧壁1308以及底部1314，其中，第一内侧壁1306与第二内侧壁1308之间的距离D沿着朝向驱动轮轴线302的径向方向从外周界1310向底部1314减小。根据本发明的实施例，第一内侧壁1306和第二内侧壁1308的径向范围（例如在驱动轮轴线302与外周界1310之间测量的凹槽1312的范围）的至少一部分包括突出体1305的图案，其交替地位于第一内侧壁1306与第二内侧壁1308之间以沿着凹槽1312形成蛇形绳索路径。根据本发明的实施例，突出体的图案沿着凹槽1312的部分径向范围从底部1314延伸至底部1314与外周界1310之间的预定径向距离M，其中，第一和第二内侧壁在预定径向距离M与外周界1310之间的区域A中基本上是平滑的。根据本发明的实施例，预定径向距离M是底部1314与外周界1310之间的径向距离的一半。

根据本发明的实施例，与上述驱动轮114类似，驱动轮1314可以包括同时位于第一和第二内侧壁1306、1308之间的突出体的图案，并且其中，不规则绳索路径是其中绳索102的直径沿着凹槽1312在绳索的纵向间隔处在突出体图案的两个突出体605之间被压缩的绳索路径。

根据本发明的实施例，在装置100中可以包括驱动轮稳定器（未示出）。根据本发明的实施例，驱动轮稳定器是金属元件，其附接到外壳202，在驱动轮114之上且在绳索102的路径之外。根据本发明的实施例，如果在冲击负荷下，驱动轮114和/或驱动轮轴210经历偏转，则驱动轮114碰撞并被驱动轮稳定器防止进一步的偏转。根据本发明的实施例，驱动轮稳定器防止驱动轮114偏转太远而损坏，和/或根据本发明的实施例，通过在使用之后在驱动轮114上留下能够检测的标记，驱动轮稳定器充当指示驱动轮114已经经历冲击负荷的指示器。

在不脱离本发明的范围的情况下，可对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，虽然上述实施例参考了特定的特征，但本发明的范围还包括具有特征的不同组合的实施例以及包括不包括所有所述特征的实施例。因此，本发明的范围意图涵盖落在权利要求范围内的所有此类替换、修改和变更及其所有等同物。

Claims (11)

1.一种下降装置，包括：

刚性外壳，其具有绳索进口和绳索出口；

被联接到离心制动器的驱动轮，所述驱动轮能绕着驱动轮轴线相对于所述刚性外壳旋转，所述驱动轮包括沿着其外周界形成的凹槽，所述凹槽具有第一内侧壁、第二内侧壁和底部，其中，所述第一和第二内侧壁之间的距离沿着朝向所述驱动轮轴线的径向方向从所述外周界向所述底部减小，其中，所述第一和第二内侧壁的径向范围的至少一部分包括突出体的图案，所述突出体的图案位于所述第一和第二内侧壁上以沿着所述凹槽形成不规则绳索路径；

绳索路径，其延伸通过所述绳索进口、部分地环绕所述驱动轮的凹槽并通过所述绳索出口；

砧座，其被刚性地联接到所述刚性外壳，所述砧座形成所述绳索进口的至少一部分和所述绳索出口的至少一部分；以及

滑动凸轮，所述滑动凸轮被可滑动地联接到所述刚性外壳，所述滑动凸轮包括形成所述绳索进口的至少一部分的进口面和形成所述绳索出口的至少一部分的出口面，所述进口面被配置为当所述进口面朝着所述砧座滑动时在所述进口面与所述砧座之间压缩绳索。

2.权利要求1的下降装置，包括被刚性地联接到所述刚性外壳的进口绞盘，其中，所述绳索路径延伸通过所述绳索进口、部分地环绕所述进口绞盘、部分地环绕所述驱动轮的凹槽并通过所述绳索出口。

3.权利要求1的下降装置，包括被刚性地联接到所述刚性外壳的出口绞盘，其中，所述绳索路径延伸通过所述绳索进口、部分地环绕所述驱动轮的凹槽、部分地环绕所述出口绞盘并通过所述绳索出口。

4.权利要求2的下降装置，其中，所述进口绞盘包括进口绳索行进表面和进口绞盘轴线，其中，所述进口绞盘轴线与所述驱动轮轴线平行，所述进口绳索行进表面具有绕着所述进口绞盘轴线的曲率半径。

5.权利要求3的下降装置，其中，所述出口绞盘包括出口绳索行进表面和出口绞盘轴线，其中，所述出口绞盘轴线与所述驱动轮轴线平行，所述出口绳索行进表面具有绕着所述出口绞盘轴线的曲率半径。

6.权利要求1的下降装置，其中，所述进口面包括沿着垂直于绳索行进方向的方向从所述进口面延伸到所述绳索进口中的进口突出体，并且其中，所述进口突出体被配置为当手动地拉动所述绳索通过所述下降装置时减少所述进口面与所述绳索之间的摩擦。

7.权利要求1的下降装置，其中，所述出口面包括沿着垂直于绳索行进方向的方向从所述出口面延伸到所述绳索出口中的出口突出体，并且其中，所述出口突出体被配置为当手动地拉动所述绳索通过所述下降装置时减少所述出口面与所述绳索之间的摩擦。

8.权利要求2的下降装置，其中，所述进口绞盘由第一材料形成，其中，所述刚性外壳由第二材料形成，并且其中，所述第一材料具有比所述第二材料更低的导热率。

9.权利要求3的下降装置，其中，所述出口绞盘由第一材料形成，其中，所述刚性外壳由第二材料形成，并且其中，所述第一材料具有比所述第二材料更低的导热率。

10.权利要求1的下降装置，其中，所述突出体的图案交替地位于所述第一和第二内侧壁之间，并且其中，所述不规则绳索路径是蛇形绳索路径。

11.一种供在下降装置中使用的驱动轮，其中，所述驱动轮被配置为被联接到绳索驱动自动能量消散装置，并且其中，所述驱动轮被配置为接纳绳索，所述驱动轮被配置为能绕着驱动轮轴线相对于所述下降装置旋转，所述驱动轮包括：

沿着外周界形成的凹槽，所述凹槽具有第一内侧壁、第二内侧壁和底部，其中，所述第一和第二内侧壁之间的距离沿着朝向所述驱动轮轴线的径向方向从所述外周界向所述底部减小，其中，所述第一和第二内侧壁的径向范围的至少一部分包括突出体的图案，所述突出体的图案位于所述第一和第二内侧壁上以沿着所述凹槽形成用于所述绳索的不规则路径，其中，所述驱动轮包括第一半体和第二半体，所述第一半体包括所述第一内侧壁，所述第二半体包括所述第二内侧壁，其中，所述第一半体与所述第二半体是相同的，并且其中，所述第一半体被以一角偏移结合到所述第二半体，使得所述第一半体上的突出体的图案不直接与所述第二半体上的突出体的图案对准，其中，所述不规则路径是蛇形路径。

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