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一種具有新型緩沖減震結構的安全帽.pdf

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一種 具有 新型 緩沖 減震 結構 安全帽
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摘要
申請專利號:

CN201310186252.3

申請日:

20130520

公開號:

CN103238973B

公開日:

20150902

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A42B1/08 主分類號: A42B1/08
申請人: 北京航空航天大學
發明人: 樊瑜波,王麗珍,徐鵬,孫嘉懌,倪義坤
地址: 100191 北京市海淀區院路37號
優先權: CN201310186252A
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310186252.3

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種具有新型緩沖減震結構的安全帽。該安全帽采用雙殼體結構,兩個殼體之間采用彈性連接。具體結構包括:外殼3,內殼4,連接外殼和內殼的彈性緩沖體5,用于固定安全帽與頭部的下頦帶6。本發明所述安全帽采用了啄木鳥啄木過程中的減震緩沖機理。彈性緩沖體5內部由三組相互垂直的彈簧組成。這樣的設計使得彈性緩沖體5可以提供各個方向上的彈性緩沖,從而實現對于徑向沖擊載荷(頂部和側向)和切向沖擊載荷的防護。本發明可以提高安全帽抵抗沖擊的性能,保護頭部不遭受損傷。

權利要求書

1.一種具有新型緩沖減震結構的安全帽,其特征在于:帽體采用雙殼體結構,外殼和內殼之間僅通過一定數量的彈性緩沖體進行連接,所述的彈性緩沖體內部由三組相互垂直的彈簧構成。2.如權利要求1所述的具有新型緩沖減震結構的安全帽,其中,彈性緩沖體的特征在于:在殼體的中間位置和下部邊緣分別設置有六組以上的彈性緩沖體。

說明書

技術領域

本發明涉及安全頭盔的技術領域,具體是指一種具有的新型緩沖結構的安全帽。該緩沖結構可以有效抵擋徑向沖擊力(頂部和側向),也可以在一定程度上減小由斜向撞擊引起的切向沖擊力。

背景技術

在日常生產生活中,頭部的防護一直非常重要。在機械、建筑、礦山、冶金、電力等行業中,作用于頭頂部和側向的沖擊載荷是人體受傷的重要因素之一。目前對于頭部防護最主要方式是佩戴安全帽。現在常見的安全帽的防護原理是:先由安全帽的硬質外殼承受外部沖擊,防止其穿透。然后由與外殼相連的帶狀的帽襯緩沖掉部分沖擊能量,并將剩余的能量傳遞到整個頭部。這部分能量最后由頭皮和頸椎吸收。

現在常見的安全帽在設計上存在一些不足。首先,緩沖效果不佳。安全帽中起緩沖作用的主要是帽襯。由于大量使用塑料等較硬的材料,并且與外殼多采用剛性的連接方式,帽襯的緩沖作用小。而且現在的帽襯多使用條帶結構,與頭部的接觸面積小,接觸應力大。其次,側向防護不夠。現有的安全帽比較注重對頂部沖擊載荷的防護,對于來自側向的沖擊的防護不夠。實際上,側向想沖擊載荷對于頭部的損傷也是巨大的。另外,對于切向沖擊力(平行于頭皮的切線方向)的防護不夠。切向沖擊力會使頭部瞬間產生較大的角加速度。這被認為是導致頭部損傷的原因之一。

運用生物力學研究手段,對啄木鳥頭部解剖結構及運動學參數進行分析發現:在啄木過程的回彈階段,舌骨獨特的結構延緩了過度后伸,吸收了沖擊載荷,起到了“安全帶”的作用使腦組織免受損傷。本發明將啄木鳥舌骨對頭部的防護機理應用于安全帽的結構設計中,提高了安全帽的抗沖擊性能。

發明內容

本發明的目的是針對現有安全帽在抵抗沖擊方面的不足,利用仿生學原理,設計了一種具有新型緩沖減震結構的安全帽,以改善安全帽的防護性能。

為了解決以上技術問題,本發明是通過以下技術方案實現的:安全帽采用雙殼體結構,兩個殼體之間采用彈性連接。具體結構包括:外殼3,內殼4,連接外殼和內殼的彈性緩沖體5,用于固定安全帽與頭部的下頦帶6。其中內殼4由硬層41和內襯42用膠粘接成一體結構。外殼和硬層都由剛度較大的材質構成,比如:ABS塑料、碳纖維復合材料或金屬材料。外殼3的內表面和硬層41的外表面為球面,二者之間留有25mm以上空隙,用于緩沖減震。外殼3和硬層41在下部邊緣和殼體的中間位置分別設有六組以上對應的連接頭7(圖3所示),通過連接頭可以將彈性緩沖體5剛性地連接在外殼3和硬層41上。連接頭處的剛性連接,可以采用鉚釘,螺栓等結構實現。彈性緩沖體5內部由三組相互垂直的彈簧組成。通過這三組彈簧,每個彈性緩沖體5都可在各個方向上提供彈性緩沖。考慮到不同的應用情況,內襯42的結構可以選?擇為連通的分塊氣囊,或者由泡沫、海綿等軟質材料和織物構成的貼合頭部的實心結構。下頦帶6與硬殼41通過剛性連接,可以采用鉚釘,螺栓等結構實現。

采用上述技術方案,安全帽外殼3將撞擊點的沖擊力擴散到較大的面積上,并阻止沖擊穿透外殼。連接外殼3和內殼4的彈性緩沖體5,可以延緩沖擊從外殼傳遞到內殼4的時間,從而減小內殼4受到的沖擊力。其原理和沖擊過程中啄木鳥舌骨對腦部的防護機理一致。內殼4的硬層41采用剛度較大的材料,一方面可以將傳遞過來的沖擊力分散到更大的面積上并通過內襯結構將其吸收,另一方面可以防止安全帽穿透的發生。內襯42采用連通分塊氣囊或者軟質材料,可以作為安全帽緩沖、減震功能的補充,同時也可以提高使用的舒適度。下頦帶6的作用是將頭部和安全帽的內殼緊密的固定在一起,避免因為二者相對滑動而產生的附加傷害。

彈性緩沖體5可以提供各個方向上的彈性緩沖,因此安全帽的頂部方向和側向都有良好的緩沖性能。在遭受切向沖擊載荷時,彈性緩沖體5組合在一起,可以提供一定的切向彈性力,減小旋轉沖擊帶來的損傷。另外,外殼3的內表面和硬層41的外表面為球面,可以減小兩個殼體相對轉動過程中的干涉。這也在一定程度上提高本發明所述安全帽抵抗切向沖擊的性能。

本發明是對安全帽緩沖結構的改進,不涉及安全帽的具體構型。因此本發明可以應用于不同設計構型的安全帽。

附圖說明

圖1是啄木鳥腦部結構示意圖;

圖2是本發明所述安全帽的結構示意圖;

圖3是本發明所述彈性緩沖體的位置分布示意圖;

圖4是本發明所述彈性緩沖體的結構示意圖;

圖5是本發明所述安全帽受到徑向撞擊時的工作方式示意圖;

圖6是本發明所述安全帽受到切向撞擊時的工作方式示意圖。

圖中:1啄木鳥腦組織;2啄木鳥的舌骨;3外殼;4內殼;41硬層;42內襯;5彈性緩沖體;51剛性連接體;52彈簧;6下頦帶;7連接頭;8徑向沖擊載荷;9切向沖擊載荷;10變形后的彈性緩沖體。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述:

如圖2所示,本發明由外向內依次為:外殼3、彈性緩沖體5、內殼4以及下頦帶6。其中內層又由硬層41和內襯42組成。外殼3和硬層41采用硬質材料制成。彈性緩沖緩沖體5的具體結構如圖4所示。其結構由剛性連接體51和彈簧52構成。彈性緩沖體5的內部分布有三組相互垂直的彈簧52。通過這三組?彈簧的組合,彈性緩沖體可以提供各個方向上的彈性緩沖。這就使得本發明所述的安全帽具備頂部和側向的緩沖能力,同時也可以對切向沖擊起到一定緩沖作用。剛性連接體51通過鉚接、螺栓連接等方式可與連接頭7剛性連接,從而實現彈性緩沖體與外殼3以及硬層41的相連,連接的位置分布如圖3所示。內襯42與人體頭部直接接觸,采用連通的分塊氣囊結構或者由軟質泡沫、海綿等材料和織物構成的實心結構。硬層41和內襯42之間通過膠粘連接成一個整體。

如圖5所示,當本發明所述的安全帽受到來自徑向沖擊載荷8時,瞬間外殼3將會相對與內殼4向下運動。運動過程中,外殼3受到來自彈性緩沖體5的彈性阻力,向下的加速度將迅速減小。由于彈簧的緩沖作用,延長了沖擊載荷的作用時間。這就減小的傳遞到內殼的力。傳遞過來的這部分力將由內襯繼續緩沖。最后只會有很小一部分沖擊力傳遞到頭部。

如圖6所示,當本發明所述的安全帽受到來自切向向沖擊載荷9時,外殼3在瞬間會產生較大角加速度。由于彈性緩沖體5發生變形,產生的切向彈性阻力,將阻礙外殼的的旋轉,延長沖擊載荷的作用時間。從而減小了傳遞到頭部的旋轉力矩。

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