帶有預測性故障前預警指示器的吊索的製作方法
2023-06-13 13:35:16 3
專利名稱：帶有預測性故障前預警指示器的吊索的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及用於起重、移動和運輸重物的工業吊索，並且更特別地 涉及通知使用合成吊索的操作員/起重工可能導致吊索斷裂的超載或損壞情 況的裝置。
背景技術：
工業上普遍使用由多股金屬線編織在一起製成的並且被大型金屬套或 套環保護的鋼纜吊索。在過去的三十年裡，工業金屬吊索在撓性和強度上都 有了進步。但是，與非金屬或合成纖維吊索相比，金屬吊索相對較硬且沒有撓性。
在過去的十五年中合成纖維吊索普遍使用並且在許多情況下取代了金 屬吊索。合成吊索通常包括由多股合成纖維編織而成的起重芯和保護起重芯 的外殼。合成吊索最普通的設計是圓形吊索，其中起重芯形成連續的環並且 吊索具有圓形或橢圓形的外觀。
合成吊索的優點在於它們具有極高的起重性能強度-重量比，提供了與 更重且更大的金屬吊索相比更輕且更有撓性甚至更堅固的吊索。即便在吊索 製造的現有技術中具有這些優點，使用這些改進的合成吊索的起重工仍然遭
受並且容忍 一些由於吊索斷裂導致的突然故障和負載損失而沒有發出預警 的老問題，因為之前遭遇的超載情況導致吊索疲勞(或過度拉伸)。在吊索 疲勞後，它通常不會提供任何被損壞的實際暗示-甚至對於受過訓練的眼睛 來說亦如此。(金屬吊索優於非金屬吊索的寥寥幾個原因之一在於可獲得用 於對金屬進行非破壞性測試的設備。例如類似的設備通常用於確定飛機的機 翼是否疲勞)。
已經建立了標準斷裂測試來確定吊索可承受多大的負載。吊索被連接於 測試儀器，該儀器對吊索施加穩定但增加的力直至其不能承受施加於其上的 力並且吊索最終斷裂。這樣的斷裂測試使得工業吊索的製造商能夠評估吊索 的負載承受能力。負載能力被確定為剛好低於用於斷裂吊索的負載的點並且 低於吊索疲勞或損壞的點。大多數吊索製造商會在吊索上附加一些類型的標
籤提示，指出特定吊索的負載能力(額定負載能力(rated capacity ))。該額 外負載能力給出吊索可承受的最大負載量並且仍然認為吊索可以安全使用。 不幸的是，甚至不使用非安全簡化操作和以安全可靠方式操作的負責的 操作員/起重工有時也會驚訝於本以為在額定負載能力的範圍內使用的吊索 在使用中的斷裂。例如，當工業吊索超過三班倒連續被過度使用時，下一班 的操作員也許沒有意識到前一班的某人已經使吊索承受可能導致吊索的起 重芯線嚴重損壞的嚴重超載。當合成纖維吊索超載超過其拉伸強度或最大拉 伸的起重能力時，認為它處於疲勞狀態並且不會回復正常的強度和負載承受 能力。
當承受的負載超過額定負載能力時，如果負載拉伸負載承受芯材的纖維 超過其屈服點，圓形吊索會永久性地受到損傷/變形。超負荷的吊索容易在 應力點斷裂。這種情形類似將橡皮筋拉伸超過其正常彈性點，從而當負載或 拉力被移除或緩解時，橡皮筋不會再回復其正常構型並且其線尺寸可能永久 地被拉伸，導致其在負載低於其拉伸強度負載時發生斷裂。如前所述，幾乎 不可能根據草率的視覺觀測就確定吊索已被損傷，因為這樣的吊索尺寸4艮大 (一般6英尺或更大)並且因為承重芯隱藏在外殼內。
一旦合成吊索的起重芯被拉伸超過其屈服點，其物理結構實際上發生變 化並且被限制在應力點。迄今為止，還沒有精確的方法或儀器能夠讓操作員 或起重工來確定帶有保護外殼的吊索是否遭受超載或導致損壞的情況。如果
圓形吊索已經疲勞或發生結構變化，吊索不再根據其最大額定負載能力起重 負載，並且最重要的是，對使用吊索的操作員和起重工造成嚴重威脅。
成千上萬的圓形吊索正在每天廣泛用於多種重型起重應用，從普通建築 物(如摩天大樓和橋梁)、工廠和設備操作到造船業(如石油鑽塔)、核能工 廠及類似物。這種圓形吊索的起重芯纖維可源於自然或合成材料如聚酯、聚 乙烯、尼龍和類似物。儘管合成吊索的外殼被設計用於減少損傷，芯纖維仍 然容易被磨損、被銳邊切割或因暴露於熱、冷、紫外線、腐蝕性化學物質或 氣體材料或其他環境汙染物而受到損害。
在一定情形下，當遭受高溫或長時間暴露於紫外線或化學物質時，合成 吊索的包芯紗會弱化、熔解或分解。當吊索不再旋轉時包芯紗由於磨損被損 傷並且相同的磨損點長時間與用於起重(如起重機上的掛鈎)的裝置保持接 觸或位於負載自身的邊緣上，此時仍然存在其它源自使用者的濫用的安全問 題。這樣的磨損對於一定類型的合成纖維材料來說是加速的，特別是如果負 載接觸部分受壓或擠在一起。本領域的起重工關注的是圓形吊索的內部起重 包芯紗可能在內側損壞而他們沒有穿過吊索外殼檢測這種故障的裝置。即使 外殼被移除，也不可能辨認起重芯是否被損傷到不能起重其額定負載的程
因必須移除僅懷疑被損壞的合成吊索。
當被隱藏在使得起重包芯紗不能被觀測的不透明材料的保護性外殼內 部時，圓形吊索起重芯材料的結構完整性很難被確定。被拉伸或疲勞的圓形 吊索可能經歷突然的災難性斷裂而不警示起重工，這就可能導致生命和財產 的損失。業內人士已經尋求對起重工安全的吊索，以避免身體損傷、財產損 失和產品質量投訴。
已知具有故障指示器的幾種圓形吊索結構。例如，現有技術已知包括故 障指示器合成線作為起重芯或承重芯的整體部件。現有技術構造中的故障指 示器線常常是包芯紗的擴展。
現有技術的圓形吊索的普通構造是將多股紗線扭纏在一起形成單股線；
接著線被巻成形成芯的環形平行線圈，然後被包裹在保護性外殼材料中。如 果吊索被設計有現有技術的故障指示器，那麼指示器線將被引入包芯紗並且
和包芯紗一同被扭纏。指示器線的兩端(有時稱為指示尾(tell-tail))自由
延伸穿過外殼材料內的開口。當吊索遭遇超載的情形，指示尾就部分縮回外 殼內並且自由延伸的指示尾末端明顯比未損傷的吊索的指示尾更短；如果超 載情形超出了吊索的最大額定負載， 一個或兩個指示尾通常全部縮回外殼 內。不管怎樣，起重工都因一個或兩個指示尾的缺失或至少一個指示尾明顯 縮回外殼內部而對吊索的可能損傷有了警覺。但是就算吊索在相同條件下制 造出來，激發時指示尾的反應通常也不一致。
基於指示器線的現有技術的故障指示器的缺陷在於沒有預測方法來確 定故障指示器何時被激發。合成吊索具有被設計在其構造內的安全係數。例
如，如果吊索額定承重6000磅，它通常不會受到損傷，除非吊索承受比額 定負載能力大5倍的力(例如，約30000磅，5:1的設計係數)；當吊索承受 額定負載能力的4至5倍之間的力(例如約24000磅)時指示尾可被激發縮 回吊索外殼內並且指示超載情況。因此，指示尾在吊索實際上遭遇下述情形 前提供視覺指示吊索已被損傷或遭遇對吊索的整體狀況有害的情形。不幸 的是，沒有確保指示尾在約24000磅時始終縮回外殼內的方法。換句話說， 在相同條件下同時製造的、具有現有技術的故障指示器線的兩個吊索可能有 兩個不同的激發點(例如， 一個吊索可能在約22050磅時激發並且另一個可 能在約26000磅時激發)。此外， 一個吊索可能對激發事件的反應是完全縮 回一個指示尾，但另一個吊索的反應可能是部分縮回兩個指示尾。
如果指示尾沒有完全縮回外殼內， 一個起重工對朝外殼內的開口 "顯著 縮回"的看法可能與另一個起重工不同。因此，由於經常使用和操作吊索， 一個或兩個指示尾的"微小"移動可能對一個起重工來說指示了超載情形的 到來但實際上吊索沒有遭遇超載情形。因此，對現有技術的故障指示器的指 示尾的視覺檢測和激發事件的最終確定成為主觀測驗。
另 一個現有技術的圓形吊索構造使用能夠使操作員/起重工測試它的光 學纖維線，測試方法是通過在光學纖維的一端閃光來確定是否在光學纖維的 另一端可以看見光。在Dennis St. Germain的美國專利No. 5651572中，教 導將撓性纖維光學"信號"光纜併入圓形吊索的起重芯線內。
如前所述，在圓形吊索中，起重芯被構造為環形平行線圈，然後將其包 裹在保護性外殼材料內。外殼將具有纖維光學信號線的兩端從其內伸出的開 口或狹縫。前述的纖維光纜的末端被設計為自由穿過吊索外殼內的狹縫因此
它們可被起重工輕易地接觸。
光學信號線部件將光從一端的光源傳至在相對端觀察的觀察者，從而測 試芯紗的完整性和連續性。藉助穿過起重芯的纖維光學部件的光通路，將纖 維光纜合併在吊索的起重包芯紗內能夠將不能到達的內芯區域變為可觀察 的檢測查看區域。
纖維光學材料能夠將光轉換為與起重包芯紗的纖維的環形平行關係。纖 維光學信號線包括允許光傳播的纖維或杆材，所述光從一端進入纖維材料且 在光學纖維線的整個長度上從纖維壁反覆地向內完全反射，所述傳播使得光 在纖維光纜內從纖維光纜的一端被傳導至另一端。如果光在纖維光纜的另一 端出現，就意味著貫穿圓形吊索起重芯束通道的纖維光纜完整無缺，可推理 得知起重包芯紗也完整無缺。
因為纖維光纜部件被併入美國專利No. 5651572公開的圓形吊索的起重 芯內，它趨於發展與起重芯纖維材料類似的斷裂或折斷特性。如果起重包芯 紗的纖維斷裂或折斷，則纖維光纜也被損傷，這就阻止了光從露出的纖維光 纜的一端傳至另一端。如果光不能從信號纖維光纜的一端傳至另一端，那麼 起重工就意識到起重芯線可能被損傷了 ，並且從圓形吊索上將保護外殼移除 從而進一步檢查。如果檢查後，確定圓形吊索被損傷，它就立刻被移除不再 使用，並且更換新的吊索。
儘管美國專利No. 5651572公開的裝置目前是確定合成吊索的起重包芯 紗是否折斷或被損傷的主流產品，但是在吊索已遭遇超載情形的階段，纖維 光學信號線仍然不具有與起重包芯紗相同的拉伸特性。因此，如果纖維光纜 沒有完全斷裂，某些光仍然能夠穿過纖維光纜的整個長度，從而光強度的降 低對肉眼來說可能不易察覺。
可選地，比合成芯材更易碎的纖維光纜可能被吊索的普通操作(和拋落 (dropping))或被比吊索的額定負載能力更低的力所損傷。在這種情形下， 穿過纖維光纜的光傳導可能被中斷從而導致纖維光纜指示超載情形，而此時 實際上沒有達到超載情形。
最終，在其它極端或導致損傷的情形下(例如過熱，過酸或化學暴露下 以及紫外線暴露下)，預期纖維光纜將與起重芯合成線受到的影響不同。如 果，例如帶有光學纖維信號線的吊索被暴露於某些化學物質中，纖維光學信
號線可相對不受影響(或僅其外表受影響而穿過光纜中心的光通道無礙)， 而起重芯被損壞到不再符合負載額定值的程度。因此，如前所述，仍然需要 精確確定合成吊索的承重芯是否遭遇極端或導致損傷的情形。
發明內容
本發明公開了 一種用於吊索的故障前預警指示器，比現有技術的指示器 更為精確和具有預測性。在本發明中，故障指示器線獨立於承重包芯紗並且 與承重包芯紗分開。
圓形吊索的最普遍的設計之一就是將多股紗線扭纏在一起形成單股；接 著線被巻成形成芯的環形平行線圈。根據本發明，故障前預警指示器包括單 獨的專用材料線、由特定選擇材料製成的環，以及具有細長的指示器索端的 單獨的預警纖維。
專用線大概基本上與吊索芯線的線圈平行放置；專用線的末端彼此非常 接近(在一個優選實施例中為幾個英寸)並且在能夠固定環的孔眼或其它構 造內收尾。環穿過兩個孔眼末端或固定於其上，從而連接了專用線的末端之 間的間隙，並且通常形成橢圓形的環。預警纖維的一個末端被連接於專用線 孔眼之一，並且預警纖維的自由端沿環放置並且穿過相對孔眼；於是預警纖 維的自由端接著沿環的長度對摺。管狀外殼材料包裹起重芯和故障前預警指 示器。預警纖維的自由端延伸穿過外殼材料內的開口並且被稱為指示器索端。
在特定實施例中，所述線(以及優選終止孔眼之一)被貼上標籤並且標 籤穿過狹縫從而自由地延伸到外殼的外部。標籤被設計用於提供吊索已被損 傷或破壞的指示。
環被設計為當吊索遭遇極端或導致損傷的情形時發生斷裂。普通的導致 損傷的情形是當吊索超載時。當吊索處於超載情形下，環將破裂，從而導致 終止孔眼分離，導致索端完全縮回外殼內。
通過仔細地選擇環，可對激發纖維報警所需的力做出相對精確的預測。 此外，環可被選擇為發生斷裂，從而當吊索在不尋常的環境條件下(例如過 熱，過酸或來自例如陽光的紫外線)使用時傳達損傷情形。
之前的不論是光學纖維特性還是指示尾類型的指示器都可能給出超載 或其他內部損傷的錯誤指示。對於光學纖維，傳導光的能力可受到灰塵、油
脂和其它通過堵塞末端而妨礙光穿過纖維光纜的碎屑的阻礙。對於指示尾， 吊索的外殼在負載作用下的摩擦運動能夠給出指示尾在外殼下拉動的錯誤 指示，實際上是外殼在指示尾上移動。在本發明中，這些混淆區域可通過對 外部報警指示器的簡單視覺識別被消除。此外，專用線可通過永久性連接於 外殼被鎖定到位。如果外殼移動，本發明的整個組件與其一同移動從而消除 了超載的錯誤指示。
本領域技術人員將在閱讀下面的詳述後更為清楚本發明的其它目的和 優點。
併入且形成說明書 一部分的附圖示出了本發明的實施方案，並且與下面 的描述一起來解釋本發明的原理。為了示出本發明，附圖中示出了優選實施
附圖中
圖1為單道圓形吊索的立體圖，其引入了本發明的預測性故障前預警指 示器；
圖2為圖1的圓形吊索沿直線2-2的截面放大圖3為根據本發明的故障前預警指示器的側視圖4為根據本發明的另 一個實施方案的故障前預警指示器的側視圖，其 中使用多個彼此連接的環；
圖5為根據本發明的另一個實施方案的用於雙道吊索的故障前預警指 示器的側視圖6為引入圖5所示的故障前預警指示器的雙道吊索的立體圖； 圖7為根據本發明的還引入破壞指示器裝置的故障前預警指示器的側 視圖；並且
圖8為引入圖3所示的預測性故障前預警指示器和圖7所示的破壞指示 器的單道圓形吊索的透視圖。
具體實施例方式
在描述本發明的優選實施方案中，為清楚表述將選擇特定的術語。但是,
本發明不局限於選擇的特定術語，應當理解每個特定術語包括以類似方式實 現類似功能的所有技術等價物。
本發明的目的是提供以下裝置和方法，所述裝置和方法用於確定合成纖 維吊索是否已被損傷(由於超載或其它可能消弱吊索承重芯的情形)到應當 被移除不再使用和返回製造商進行內部檢查並且必要時修理或丟棄的程度。 本發明的優選實施方案將參照附圖被詳述，其中具有根據本發明的故障前預 警指示器的圓形吊索通常用IO表示。各種優選實施方案將參照形成說明書 的 一部分的附圖進行描述，其中相同的附圖標記始終代表相同的元件。
圖1為根據本發明的圓形吊索的立體圖。圖1具體地示出了單道圓形吊
索，但是此處公開的原理可適用於其它吊索，包括多道吊索。圖2為圖1 所示圓形吊索沿直線2-2的橫截面，並且示出典型的圓形吊索的主要內部部件。
參照圖1和2，圓形吊索10包括包裹在外部保護性外殼25內的內芯12。 圖2所示的外殼25意圖表示外殼25比承重芯12更大並且相對於承重芯12 相對自由地移動並且外殼25不必要具有橢圓形橫截面。芯12被設計為承受 將被起重的負載的所有重量。外殼25的主要目的在於防止磨損、負載上的 銳邊等對芯造成的物理損傷；外殼25也有助於減少在遭遇惡劣環境如熱、 紫外線、腐蝕性化學物質、氣體材料或其它環境汙染物下使用時對吊索的損 傷。下面將解釋，外殼25也可被設計為當外殼發生物理損傷時提醒使用者。
起重芯12優選由單股線17或由多個環形平行線圈構成的多股線17制 成以形成單芯或多芯，所述芯都包含在保護性外殼材料25內部。在該構型 中單股線或多股線的使用在構造圓形吊索中是非常典型的。
這種圓形吊索的起重芯12可源自 一種或多種天然或合成材料如聚酯， 聚乙烯，尼龍，K-Spec (享有專有權的纖維共混物)，HMPE, LCP，對位 芳綸(para-ammid )或其它類型的合成材料。芯材的材料選擇主要取決於吊 索被設計起重的最大重量和使用吊索IO的環境。這樣的吊索構造與鋼纜或 金屬鏈吊索相比具有更高的起重和斷裂強度、更輕的重量、高溫耐受性和高 耐久性。
現在來看圖3，示出根據本發明的故障前預警指示器11的側視圖並且 未示出外殼25和芯12。在優選實施方案中，吊索10可被製造為僅具有故
障前預警指示器11，或具有故障前預警指示器11以及明顯損傷裝置35。最
初將公開故障前預警指示器11的操作；隨後根據圖7描述明顯損傷裝置35。
單獨的(優選單股)紗線20被專用於故障前預警指示器11。專用預警 線20位於外殼25內；優選位於芯12附近並且圍繞芯12的承重線被扭纏或 恰好位於芯12旁邊，如圖2所示。
在不同的實施方案中，希望永久性地將專用線20固定於外殼25的內部。 當吊索使用一段時間後，外殼將在特定位置產生磨損點，例如從起重機的鉤 子上懸掛吊索的位置。因此，通常建議相對承重芯12旋轉外殼。通過將專 用線20固定於內殼，外殼的移動(有意或無意地)將不會影響故障前預警 指示器11的操作。
專用線20的第一端22和第二端24分別終止於孔眼32、 34內。專用線 20和孔眼32、 34優選由與芯線17相同的材料製成。
孑L眼32、 34由環26連接，因此與專用線20形成環形線圏。單獨的專 用線2 0的形狀通常與芯線17形成的環形線圏的形狀(即，通常圓形或橢圓 形)相匹配。
儘管術語"環"表示環形物品，此處的"環"被定義為連接專用線末端的任 何閉合連接物或條帶。
在一個優選實施方案中，環26被選擇具有比芯12更低的拉伸強度。吊 索製造商可選擇用多種方法來這樣做，例如通過用與專用線20不同的材料 製造環26,在環上製造一個或多個切口從而物理上削弱其強度，或通過用 與芯線17相同但直徑更小的材料來製造環26。當環26被選擇具有更低的 拉伸強度時，故障前預警指示器11被設計為受到激發並且從而提示起重工 或吊索的其它使用者吊索10已遭遇超載情形(即，吊索遭遇了預定的損傷 吊索完整性的力，並且該力有時被確定為約比吊索的額定負載能力大四倍)。
連接於第一終止孔眼32的是預警指示纖維29。預警指示纖維29為與 環幾乎平行放置的細長線，其穿過第二終止孔眼34,接著沿環26朝第一孔 眼32對摺，並且從吊索外殼25的開口導出。(延伸穿過吊索外殼25的預警 指示纖維29的外端40有時稱為"索端"。)儘管吊索外殼25在圖3中未示出， 但是示出了預警指示纖維29的優選定向，即，在吊索外殼25內其基本上形 成"J"形狀。再看圖1，預警指示器29的索端40自由延伸穿過外殼25。儘管不必要， 但是蓋片30可連接於(優選通過縫紉連接於)外殼從而保護預警指示器29 的索端40從其伸出的開口。
專用線20優選由與承重芯12的線17類似的材料製成；這有助於吊索 10的所有部件相對等量的拉伸。在優選實施方案中，環26具有比用於製造 芯線的材料更低的預選拉伸強度；在該實施方案中，環26在起重芯12被拉 伸或疲勞前將發生斷裂。替代地或額外地，26可被設計為對磨損、熱、冷 和/或化學暴露具有更低的抵抗性。通過仔細地選擇環26的特性，吊索製造 商能夠控制故障前預警指示ll將被激發的條件。
在一個實施例中，吊索製造商可設計環26在達到內芯拉伸強度的70% 時斷裂。因此，可以選擇製造環26的材料和/或其橫截面厚度，以符合預選 的拉伸強度。
當吊索10被置於超過推薦額定值的負載之下時，環26將會在對形成芯 12或專用線20的承重芯線17造成損傷之前斷裂。當環26斷裂時，終止孔 眼32、 34開始彼此朝相反方向遠離，並且孔眼32、 34和/或專用線20的末 端22、 24之間的物理距離增加。
當孔眼32、 34移動分開時，預警指示纖維29的索端40 (即，自由延 伸到外殼25外部的末端)縮回外殼25內部直至不再延伸穿過外殼。如果預 警指示器29的索端40不可見，檢查員或起重工能夠立即確定吊索10可能 已遭遇阻止起重芯12起重其最大額定負載的情形並且因此將吊索10移除進 行進一步檢查。指示纖維29的對摺構型確保了索端40的移動距離為孔眼 32、 34的分隔距離的兩倍，保證每次發生激發事件時索端40將完全消失。 (要注意，預警指示器29的索端40可由高度可視顏色顯示或用其他方式標 記，這樣其可見性或其缺失更為明顯。)
一個重要特徵在於環26被設計為在對起重芯造成損傷之前斷裂，從而 提醒起重工必須停止以正在使用的方式使用吊索10或如果他們繼續使用， 吊索IO將受到永久性損傷。如果起重工停止使用吊索，起重芯12的完整性 仍然未受到破壞。這樣，可以將吊索IO返回製造商並且可以更換或修理預 警指示器ll;通常只需更換環26。
根據本發明的故障前預警指示器11的一個主要優點在於環26可被設計
為更精確地在受控點斷裂(不論它是否處於特定強度、磨損、溫度等)。通
過使環26比單個的芯線17更為薄弱，環26可用作超載情形的指示器。在 第二個實施方案中，環26可由因紗之間磨損而發生斷裂的材料製成。在第 三個實施方案中，可使環26由於極端溫度(熱或冷，或兩者皆有)發生斷 裂。在第四個實施方案中，環26可由在化學物質以低於可損傷預警指示器 11芯線17的濃度下存在時裂化的材料製成。在另一個實施方案中，環26 可由遭遇超過一種以上預定情形(如超載和過熱)時斷裂的材料或其組合制 成。
在上述所有情形下，環26優選被設計為在預定或期望情形下在相對精 確的點斷裂。例如，如果吊索額定可承重6000磅(具有5:1的設計係數)， 環26可被設計為在每次相對接近24000磅時斷裂。因此，可使環26在內置 的30000磅安全係數前和恰好在吊索IO發生任何損傷前斷裂。預測性故障 前預警指示器11的使用在此處公開，給吊索製造商提供了一種更具預測性 和更精確地將故障提示裝置引入其設計或製造的任一種吊索內的方法。換句 話說，本發明為圓形吊索的製造引入了一定程度的可預測性，因為可以選擇 並且持續地再現環26的斷裂點。在現有技術的指示尾指示器中，斷裂點不 可預測並且不能持續再現。
為符合下面要求製造了模型
4立伸強度30000磅；
垂直評估能力=6000磅，設計係數5:1;
在20000- 25000磅下激發超載預警指示器，設計係數在3&4:1之間； 輕質6'模型重1.7磅；
雙對比色外殼外部綠色內部紅色從而容易切開檢查； 低拉伸；
不透鹽水和大多數化學物質包括油，稀酸和i鹹； 用高性能紗線的K-Spec⑧專用共混物製造。
上述模型被測試並且確定故障前預警指示器11的索端40在23000和 24000磅之間始終消失(意味著環26始終斷裂)並且吊索IO的最終拉伸強 度為32860磅。
當預警指示器29的索端40不再可見，吊索IO應當被返回吊索製造商
進行檢查和/或修理。環26在專用線20或承重芯12發生損傷前始終斷裂。 在許多情形下，吊索製造商將僅需更換環26從而整修吊索並且返回再用。 (在上述實施例中，環26在24000磅左右斷裂並且吊索10沒有達到其最大 拉伸強度30000磅。)
在某些情形下，即使環26可被設計為先斷裂，吊索10可能已經受損到 必須完全拋棄不用的程度。例如，如果吊索10長期暴露於酸性環境下，特 別是環26斷裂後，吊索10 (特別地，以及構成承重芯的線17)可能已被損 壞至不再符合其額定負載能力的程度。(芯材料的選擇是確定吊索是否不易 受海水、油、酸和其它化學物質影響的重要因素。此外，外殼25在保護芯 特別是不受磨損或銳邊損傷方面也非常重要。)
要注意，本領域技術人員在閱讀了本發明的公開內容後可想出等同的實 施方案。例如，即使幾乎所有的合成吊索都具有被外殼保護的承重芯，吊索 製造商仍然能夠去除外殼(或縮短外殼)從而使環26可見。在該實施方案 中，不需要專用線並且操作員能夠通過觀察環26的完整性來確定吊索遭遇 了超載情形(或其它故障情形)。
現在參照圖4，公開了另一個優選實施方案。在該實施方案中，故障前 預警指示器lla在終止孔眼32與終止孔眼34之間引入彼此連接在一起(即 鏈中的連接物)的多個環26a、 26b、 26c等。這樣，吊索10a可被設計為指 示是否遭遇了多種極端情形-任何一種都能夠造成連接環26a、 26b、 26c等 之一的受控損壞並且可以以與僅有一個環26的情況類似的方式激發預警指 示器lla。(儘管該實施例使用了三個環26a、 26b和26c,但是也可根據吊 索製造商希望引入吊索中的故障情形的數量而使用兩個、四個或多個環)。
預警指示纖維29具有固定端和索端。固定端連接於一個終止孔眼32; 其餘指示纖維29沿所有的環26a、 26b、 26c放置；指示纖維接著穿過另一 個終止孔眼34,沿所有環對摺，最終被引導穿過操作員可以看見索端的外 殼25內的狹縫。
例如圖4所示，環26a可被設計為當吊索遭遇超載(過重)情形時斷裂， 環26b可被設計為在過熱情形斷裂，並且環26c可被設計為在暴露於特定濃 度的特定化學物質時斷裂。因此，如果吊索遭遇任何一種預定故障情形，環 26a、 26b、 26c之一將斷裂，導致終止孔眼32、 34彼此脫離，從而導致預
警指示器29的索端40完全縮回外殼25內部。這樣，單個的預測性故障前 預警指示器llc可用於通知多個可能的故障情形之一。通過在組裝吊索前標 記各個環，可以確定吊索遭遇導致故障前預警指示器被激發的確切情形。因 此，例如如果環26b斷裂(並且環26a和環26c仍然完整無缺)，則吊索制 造商將得知吊索遭遇了長時間的高溫。
具有多芯的改進的合成圓形吊索由Slingmax， Inc.製造，並且在Dennis St.Ge腿in的美國專利No. 4850629中公開。美國專利No. 4850629公開的 一個實施方案是雙芯圓形吊索(售賣商標為TWIN-PATH ),在單個外殼內 具有兩個起重芯。外殼也被分為兩個單獨的通道。美國專利No. 4850629在 此完全引用作為參考。
與具有單芯(以及單個故障前預警指示器)的吊索類似，在多芯或多通 道圓形吊索50內，每個芯均包括預測性故障前預警指示器lla、 llb。現在 看圖5，第一專用線20a與雙道吊索50的第一芯12a相關聯並且第二專用 線20b與雙道吊索的第二芯相關聯。分別地，專用線20a在終止孔眼32a、 34a終止，並且專用線20b在終止孔眼32b、 34b終止。如同前面所述的單 道吊索IO,環26d、 26e被引入雙道吊索50的各個通道內。
現在參照圖6,索端40a與吊索50的第一通道內的預測性故障前預警 指示器lla相關聯，並且索端40b與第二通道內的預測性故障前預警指示器 llb相關聯。(要注意，預警指示纖維29a連接於一個終止孔眼32a,穿過另 一個終止孔眼34a,並且索端40a穿過外殼25a,並且以與圖l-3所示的使 用僅一個環26的"基礎"單道吊索10類似的方式操作。類似地，預警指示 線29b連接於一個終止孔眼32b，穿過另一個終止孔眼34b，並且對應的索 端40b穿過外殼，以與僅一個環26的情況類似的方式操作。)
吊索50包括雙道芯；如圖6所示，預警指示索端40a和40b穿過外殼 25a並且自由延伸出外殼25a。該實施方案提供了用於每個通道的故障前指 示器，當TWIN-PATH 吊索的任何一個芯遭遇超過其拉伸強度或額定能力 的負載時所述指示器能夠傳遞吊索損傷或超載的信號。當此情況發生時，伸 出外殼材料25a外部的延伸預警指示器索端40a和/或40b的一個或兩者將 完全縮回外殼內，從而警示操作員或起重工吊索超載的情形。
在具有正好兩個芯的TWIN-PATH⑧吊索中，兩個芯相同。再看圖5,
兩芯吊索的有趣變型能夠將兩個不同的獨立的損傷指示參數併入單個吊索
內。例如，在第一通道內，環26d可被設計為僅在低於芯12的拉伸強度下 斷裂；而第二通道內，環26e可被設計為僅當吊索暴露於環境中的特定化學 物質的情形下斷裂。預警指示器29a和2%的索端40a、 40b可被標記或編 碼從而指示哪個索端與哪個環相關聯，從而如果環斷裂，起重工將得知是因 為超過了哪個條件(即，如果環26d斷裂，就是因為TWIN-PATH 吊索遭 遇了接近其最大負載額定值的負載；或者，如果環26e斷裂，是因為 TWIN-PATH⑧吊索暴露於化學物質達一定時間因此裂化了吊索的完整性)。 因此，如果製造三芯吊索，可使用此處教導的預測性故障前預警指示器11 同時獨立測試三種單獨的情形；可使用四芯吊索同時測試四種單獨的情形，等等。
這樣，如果雙道吊索50遭遇預選的情形之一達到導致環26d或26e之 一斷裂的程度，起重工將警覺並且得到比通過其他方式可獲得的信息更多的 信息。設計環26d、 26e在不同情形下斷裂也有助於當把吊索返回進行檢查 或修理時吊索製造商分析吊索或進一步改進吊索。但是，有些情形下需要設 計環26d和26e在相同條件下斷裂(如超載條件)。
根據本發明的故障前預警指示器11被設計為具有激發機構，其當符合 任何一種預選情形並且環斷裂時對外部預警指示器29的索端40產生放大的 力從而幾乎瞬間將索端40移到視野以外。預警指示纖維29的索端40上的 力被放大的原因在於預警指示纖維29穿過終止孔眼32、 34的對摺設計。在 環26斷裂後，終止孔眼32和34以一定速度分離；但是，因為預警指示纖 維29被連接於一個孔眼32,穿過相對孔眼34,並且在穿出外殼25前沿環 對摺，所以預警指示器的索端40的移動速度(以及距離)是孔眼32、 34 彼此移動開的速度(以及距離)的兩倍。因此，索端40完全縮回外殼內部， 因此毫無疑問發生了激發事件。
另一個要指出的特徵在於因為預警指示器29的索端40移動的如此之
快，就產生了操作員可聽見的聲音。因此，本發明不僅給出了吊索達到臨界 損傷點的視覺指示，還給出了聽覺警示。當吊索被設置在操作員無法看見索 端40的位置時(例如，當吊索懸掛在空中30英尺處時)，聽覺警示特別重要。 故障前預警指示器11的另一個顯著特徵在於警示起重工超載和其它危 險情形而不影響圓形吊索10的整體強度的能力。如果預警指示器11被激發 後起重工迅速停止起重負載，吊索10保留了 100%的殘餘強度。
本發明的色碼安全特徵可通過將承重芯包裹在兩個單獨的外殼內來實 現，每個外殼具有不同的顏色。例如，外殼可為綠色或藍色，並且內殼可為
橙色或紅色；因為內殼與外殼的顏色不同，無論何時外殼被切開或磨穿都會
被顯示。這種雙殼特徵對吊索的任何使用者提供了發生通常不易察覺的磨損 或其它損傷的可視安全警示。
在本發明的另一個實施方案中，故障前預警指示器11可與破壞或明顯
損傷裝置相適應。現在參照圖7，明顯損傷標籤35連接於專用指示線20或 優選地，連接於孔眼32或34之一。明顯損傷標籤35的自由端通過狹縫穿 過外殼。所述狹縫可與索端40穿過的狹縫是同一個。
如果故障前預警指示器11被激發(例如超載的情形下)，這就意味著環 26已經斷裂，專用線20的末端22、 24被釋放，導致索端40完全縮回外殼 內。檢查後，當故障前預警指示器ll已被激發，明顯損傷標籤35可以連同 專用線20的一部分一同被輕易地從外殼25內部拉出，如圖8所示。如果預 警指示器的索端40因為使用者的有意幹涉而不可見，明顯損傷標籤35將仍 然固定而不能從外殼25拉出。這樣，吊索10的破壞可被工作場所的監督者 所證實。(為避免工作，某些使用者會切斷預警指示器29的索端40,試圖 讓吊索看起來遭遇損傷情形，因此必須暫時停止工作，從而吊索被移除拿去 檢查並且如必要用新的吊索代替。)
作為檢查過程的一部分，檢查者可以猛拉明顯損傷標籤35。如果標籤 是固定的，那麼吊索10就可用；但是，如果明顯損傷標籤35可從外殼內部 拉出，則必須停止使用吊索10，因為故障前預警指示器ll已被激發。當然， 如果破壞者切斷索端40和明顯損傷標籤35的可見部分，檢查者將立即得知 吊索10已被損傷，並且應當移除吊索不再使用。
應當注意到，現有技術的預警指示器沒有迅速檢查圓形吊索情形的能 力。此外，現有技術的預警指示器沒有所述的預警指示器11那樣精確。如 果預警指示器的索端40可見並且外殼25完好無損，則圓形吊索可用於下一 次起重；如果預警指示器的索端40不可見，應當移除吊索不再使用並且對
齊進行檢查。所述的預警指示器是第一個完全合格/故障檢查系統，它完全 是客觀測試而非主觀的。
明提出的各種具體實施方案等同的變型。例如，終止線圈32、 34可被移除 並且專用線20的末端可直接連接於環26。(或者，可以使用滑結或其它裝 置將線20的末端固定於環26。)
儘管本發明已經參照具體實施方案予以描述和說明，本領域技術人員 應當了解，在本發明的範圍之內可做出各種改變、改進和等價物。本發明 要求在權利要求的精神和範圍內受到廣泛保護。
權利要求
1、一種圓形吊索，包括a)承重芯；b)故障前預警指示器裝置，包括i)線，其具有終止於第一孔眼的第一端和終止於第二孔眼的第二端，所述線接近起重芯設置；ii)適於將所述孔眼連接以形成環形線圈的環，其中所述環被設計為在一種或多種預定情形下斷裂並且所述斷裂在所述起重芯被損壞之前發生；以及iii)具有固定端和索端的預警指示纖維，所述預警指示器的固定端連接於所述線的第一孔眼，並且所述預警指示纖維的索端沿所述環被導向，穿過所述線的第二孔眼並且沿所述環對摺；以及c)用於覆蓋起重芯和故障前預警指示器的外殼裝置，所述外殼具有至少一個狹縫，預警指示纖維的所述索端從所述狹縫伸出並且延伸，從而粗略檢查時就可以看見索端。
2、 如權利要求1所述的圓形吊索，其中所述環具有比承重芯更低的拉 伸強度。
3、 如權利要求2所述的圓形吊索，其中在預定力下所述環恰好在承重 芯發生損壞之前斷裂，所述環斷裂導致第一孔眼和第二孔眼彼此分離並且 在外殼內部拉動預警指示器的索端使其不再可見。
4、 如權利要求3所述的圓形吊索，其中預警指示器的索端在其縮回外 殼內時迅速移動，以至於發出聲音指示。
5、 如權利要求2所述的圓形吊索，其中當圓形吊索遭遇大約其最大額 定負載的70%的力時，環斷裂，導致索端完全縮回外殼內，從而向任何觀 察者提供視覺提示吊索已經遭遇可能超載的情形並且可能已被損壞。
6、 如權利要求1所述的圓形吊索，其中所述環比承重芯更容易由於紗 -紗磨損損壞而斷裂。
7、 如權利要求1所述的圓形吊索，其中所述環比承重芯更容易由於過 高溫度而斷裂。
8、 如權利要求1所述的圓形吊索，其中所述環比承重芯更容易由於化 學物質的損害而斷裂。
9、 如權利要求1所述的圓形吊索，其中故障前預警指示器的所述線圍 繞承重芯扭纏。
10、 如權利要求1所述的圓形吊索，其中承重芯是通過將多根紗線扭纏在一起而形成單股線並且接著將單股線纏繞為環形平行線圈而形成的。
11、 如權利要求IO所述的圓形吊索，其中所述承重芯包括下面的材料 之一a) 芳綸材料線；b )K-Spec⑧線(享有專有權的高性能纖維共混物)；c) 聚酯線；d) 聚乙烯線；e) HMPE線；或f) LCP線。
12、 如權利要求11所述的圓形吊索，其中故障前預警指示器的所述線 由與承重芯相同的承重材料製成。
13、 如權利要求1所述的圓形吊索，包括圍繞所述外殼裝置的第二外 殼裝置，所述第二外殼裝置具有與被圍繞的外殼裝置不同的顏色。
14、 如權利要求1所述的圓形吊索，還包括明顯損傷指示裝置，該裝 置包括具有第一端和第二端的標籤，所述標籤的第一端連接於故障前預警 指示器的所述線，所述標籤的第二端穿過外殼內的狹縫，明顯損傷指示裝 置被設計為只要環依然完整就保持固定，並且如果吊索已遭遇預定情形從 而環斷裂，則明顯損傷指示裝置可從外殼內部被拉出。
15、 如權利要求14所述的圓形吊索，其中標籤的所述第一端連接於故 障前預警指示器的孔眼。
16、 一種用於工業吊索的故障前預警指示器，該故障前預警指示器包括a) 線，其具有終止於第一孔眼圈的第一端和終止於第二孔眼圏的第二二力，碼；b) 適於將所述孔眼連接以形成環形線圈的環，其中所述環被設計為在 一種或多種預定情形下斷裂；以及c) 具有固定端和索端的預警指示纖維，所述固定端連接於所述線的第 一孔眼，並且所述索端穿過所述線的第二孔眼。
17、 如權利要求16所述的故障前預警指示器，其中所述環被設計為在預定拉伸強度下斷裂。
18、 如權利要求16所迷的故障前預警指示器，其中所述環被設計為當 遭遇預定溫度時斷裂。
19、 如權利要求16所述的故障前預警指示器，其中所述環被設計為當 遭遇預定濃度的特定化學物質時斷裂。
20、 如權利要求16所述的故障前預警指示器，其中所述故障前預警指 示器被設計為當指示器被激發時發出聽覺指示。
21、 如權利要求16所述的故障前預警指示器，還包括損傷指示裝置， 該裝置包括具有第一端和第二端的標籤，所述標籤的第一端連接於故障前 預警指示器的所述線，所述標籤被設計為只要環依然完整就保持固定，並 且如果吊索已遭遇預定情形從而環斷裂，則損傷指示裝置可從外殼內部被拉出。
22、 如權利要求21所述的圓形吊索，其中標籤的所述第一端連接於故 障前預警指示器的孔眼。
全文摘要
提供一種用於吊索(10)的故障前預警指示器(11)。故障前預警指示器(11)在相對狹窄的範圍內的可預測點被激發，從而增加了被損壞的吊索(10)被免除使用的可能性。故障前預警指示器(11)包括與吊索(10)的承重包芯紗(17)緊挨著放置但仍然與包芯紗(17)分離並獨立的專用材料線(20)；該專用線的末端(22，24)通過犧牲「環」(26)連接。具有操作員/起重工可見末端的預警纖維(29)與犧牲線(20)和環(26)協同工作。環(26)被設計為當吊索(10)遭遇特定選擇的情形(如超載)時斷裂。環(26)的斷裂導致預警纖維(20)從起重工的視野縮回從而提醒起重工吊索(10)遭遇特定選擇的情形並且可能損壞。
文檔編號B66C1/12GK101180231SQ200680017605
公開日2008年5月14日 申請日期2006年5月19日 優先權日2005年5月23日
發明者丹尼斯·聖傑曼 申請人:史菱麥斯公司