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一、为什么要研发新型防坠器 防坠器投放市场已有十多年时间，用于承载人体的绳索(保险绳)有带式、尼龙绳和钢丝绳三种，但近些年几乎全改成钢丝绳，防坠器使用中最大问题是保险绳太短，采用钢丝绳后，可延长保险绳长度也仅增加了几米，长度还是不足，该产品的安全性问题到目前一直没解决，这与其使用的机构有关。 注：目前的防坠器：防坠器又被称为速差防坠器，是一种能在高空坠落时，对人员起到保护作用的产品。高空防坠器主要利用物体下坠速度差进行自控，高挂低用，一旦我们发生高空坠落事故，内部的制动系统就可以进行制动，迅速的锁止绳索，从而防止我们继续下降发生危险。 研发一种新型防坠保护器，主要解决安全绳的长度问题及防坠器的可靠性和安全性问题，使其故障率控制百万分之一，甚至为零，解决方案，将目前已非常成熟的恒速式缓降器与单向转动的棘轮机构结合，用于防坠保护，其安全绳采5毫米高强不锈钢绳用于人体防坠承载，当人体失控坠落发生时，由恒速缓降器将人体缓降至地面，而不是吊挂在空中。 恒速式缓降器，在央视《我爱发明》中有多次报道，该缓降器可超载、浸水、高温中使用，有极高的安全性能，通过应急部TH-50级别检测，并经过欧洲百米高承载百公斤级别检测， 新型防坠器空转机构由棘轮及多个棘爪机构组成，保证该机构的强度。 当人体向上攀爬时，钢绳另一端1.5公斤配重可以轻松快速提拉直人体承载钢丝绳，时刻保证人体坠落瞬间，擒纵机构可吸收人体产生的冲击力，保证防坠器的强度，同时也控制增速齿轮机构转速，从而控制人体坠落速度，防坠器的可靠性安全性得到保证。 二、传统防坠器存在的问题 目前高空作业及攀高训练所用的防坠保护器，均采用机械速差机构，也称为速差式防坠器，其工作原理如同汽车安全带的止动控制机构一样，慢速拉动时机构不起作用，快速拉动瞬间骤停，这种利用速度差别启动的锁止机构，若用在汽车安全带上，问题不大（拉出距离短人体造成的冲击力不大）。 若用于高空作业及攀高训练保护就存在很多问题，在人体突然失控坠落过程中，人体产生的冲击力对该机构的强度是一种考验，对吊挂在半空中的人员，也带来救助麻烦。 若该速差防坠保护器用于部队、消防官兵训练，存在使用高度不足，难以被采用。 速差机构同时存在安全性，可靠性的隐患，这些缺陷与其采用机构和力学原理分不开，其上承载人体使用钢丝绳是利用发条弹簧（蜗簧）缠绕在防坠器内，长度有限，为配合发条弹簧的回弹力，承载钢绳则要求轻，以致钢绳直径一般不会超过4毫米，造成钢绳破断强度有限，一般承载钢绳长度与发条簧展开长度相同，不然发条簧无法将钢丝绳缠进防坠器体内，限制该产品使用高度。 使用该速差式防坠器，启动该机构必需要有一定快的转速，棘轮对棘爪的冲击力要达到一定数值，棘爪方可卡入棘轮齿槽内，卡住棘轮转动，突然停止的下坠人体，会对整个机构产生超过体重多倍的冲击力，若此时棘爪摆动不到位，及受外界粉尘和油污的影响摆角不够或者棘爪强度不足，会造成断齿和部件损坏，都会使防坠器失控，达不到保护作用，造成人员伤亡事故。 三、速差式防坠器机构工作原理 速差式防坠器主要由棘轮、棘爪、及缠绳轮发条及外壳组成，结构非常简单。棘轮与缠绳轮紧固为一体，棘爪固定在壳体上，拉动钢绳棘轮顺时针转动，发条簧回转棘轮逆时针转动。见下图，介绍棘轮与棘爪的工作原理，棘爪分A、B两端，棘爪B端是冲击驱动端，A端是锁定端，B端比A端重，用于保证棘爪B端依靠自身重力时刻接触到棘轮。 这种机构工作原理，造成在棘轮在其左右及下方不能配置棘爪，以致该机构的强度非常有限，没有安全余量。 从该速差式防坠器结构可见，只有一个棘爪能配置在棘轮的正上方，因为棘爪B端的重量必须超过A端，该机构才可以在转速有差别的情况下，冲击棘爪摆动制造摆幅，使A端卡入棘轮的棘齿内，起到骤停作用，使缠绳轮停止转动，钢丝绳则将坠落人体拉住，这种机构用在汽车安全带上，人体上半身产生的冲击力不会超过200公斤，难以对机构的强度造成损坏，此时机构仅存在可靠性的问题，一般不会危及生命。 若用在高空防坠，其可靠性和强度指标必须达到设计要求，用于生命保障的产品，若按军标规定，故障率为百万分之一，强度指标则要求最大载重产生的冲击力下，该机构不能变形损坏，操控速差式防坠器，能发现可靠性指标很难保证，并不是每一次快速拉动机构都能锁住，同时，还会出现棘爪摆速太快，A端与棘轮碰撞被快速弹开，并未卡入棘齿内止动的现象。 从这种机构的工作原理可见，棘爪的摆动一定要灵活可靠，不能受外界粉尘进入，及使用后机件变形的影响，出现棘爪卡滞而锁不住，同时，棘轮齿距与棘爪尺寸配合要到位，不可造成棘爪反弹，又出现锁不住的问题。还存在速差机构中棘爪冲击摆幅不可控制，导致棘爪（A）端与棘轮上棘齿碰撞卡止面积过小（啮合深度浅），导致齿尖强度存在问题，出现断齿隐患，造成失控事故。 棘轮上棘齿与棘爪的钢材及热处理工艺要达到设计要求，由于未采用多余度强度技术，安全系数一定要高，仿制品很难保证其可靠性和安全性，与他们理论分析能力不足有关。 四、新型防坠器的原理和优点 现在消防人员及军人攀爬登高训练时，会看到两种为保护攀爬者的保护方法，一种是依靠人员采用手拉脚踩安全绳的方法，另一种是环别钢丝绳的方法（作者见过特种训练身上吊环未别住钢绳坠落事故的视频），显然，这两种方法不可靠，都出现过事故。用什么方法来解决训练中的防坠问题比较实用呢？ 显然，一种新型不怕水不怕油的擒纵式缓降器与棘轮结构结合，能很好解决这类难题，见下图： 将擒纵式缓降器与棘轮棘爪机构结合起来，将擒纵式缓降器往复式工作原理设计成为一个方向为缓降，另一个方向为空转的方式，即可解决此难题。 解决方法，钢绳缠绕在卡绳轮上，卡绳轮一面紧固有多个棘爪，空转时棘爪绕棘轮顺时针转动，该棘爪在扭簧作用下完全卡入棘轮齿槽内，保证啮合深度，从而保证棘爪的工作强度，棘轮的一面紧固有多个行星轮，采用行星轮系增速传动（三对齿轮同时啮合，安全系数高），同时加大其传动比，可将产生的冲击力大幅减小，该转速被擒纵机构控制，工作时，擒纵式防坠器悬挂在训练人员攀爬大楼上方，人体承载钢丝绳上固定有安全带用于人体固定，而擒纵式防坠器另一端悬挂1.5公斤沙袋，人员向上攀爬时沙包会轻快拉下钢绳，机构中卡绳轮及棘爪空转，棘爪不推动棘轮转动，使固定攀爬人员这一边的钢绳及安全带持轻微拉紧状态,向下爬动时拉力为4.5公斤，当攀爬人员失控坠落时，卡绳轮反向转动，棘爪逆时针推动棘轮转动，行星轮系增速工作，转速被擒纵机 构控制，见下图： 擒纵轮中心齿轮被行星轮驱动增速转动，擒纵轮推动两组卡瓦摆上的两个滚轮，卡瓦摆开始摆动，对擒纵轮产生擒纵功能，该机构能很好的吸收人体坠落时对防坠器产生的冲击力（冲击力按400公斤计算）。 擒纵式缓降器工作时，多个棘爪在弹簧作用下，一直与棘轮啮合，保证整个机构工作的可靠性和安全性，这时，攀爬人员会被缓降至地面，不会吊挂在半空中。 五、新型防坠器应用前景 新型攀爬防坠器，可根据使用者的要求，配置不同长度安全钢绳，其长度可根据要求定制，同时，也能解决失控人体对防坠器的冲击破坏，采用新型擒纵机构缓冲，同时将训练人员缓降至地面，无需再次救助，由于该新型攀爬训练防坠器，各部件的采用多余度安全技术，其安全性极高，如擒纵轮采用多层含金钢板制造，不会出现同时断齿事故，行星轮上的内齿圈也采用同种工艺制造，极大提高了防坠器的安全性，由于新型防坠器解决了安全绳的长度问题，也解决了冲击破坏问题，能广泛应用于部队攀高训练保护，同时该防坠器能广泛运用于建筑、桥梁、电力、油田等高空作业的安全防护。 擒纵式防坠保护器的好处是采用多余度安全（部分部件损坏不影响机构安全性能）技术设计，缓降器工作安全可靠，且不存在发条簧缠绕钢轮过短的局限，可不受攀爬楼房高度限制，使用的缓降技术也非常安全可靠，擒纵式缓降器在央视《我爱发明》中有多期展示，主要见2018年1月19日《高楼逃生记》，并在广州市东塔大型消防演练为期多天的演练中，均有良好的演示。 技术参考数据：不锈钢钢丝绳直径5毫米，破断拉力大于1.7吨；不锈钢挂钩变形拉力大于1.5吨；擒纵机构工作时拉力大于4.5公斤；擒纵式防坠器空转拉力大于1.5公斤；配置钢丝绳长度3米---100米；擒纵机构安全使用距离累计超过3000米。 视频：  附： 探讨：
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