阅读说明：本技术 包括摩擦制动器的坠落保护设备 (Fall protection device comprising a friction brake ) 是由 迈克尔·A·布拉斯 基思·G·马特森 于 2018-07-11 设计创作，主要内容包括：一种非机动坠落保护设备,包括卷筒和旋转触发的制动装置,该旋转触发的制动装置包括至少一个棘爪和至少一个棘轮,该至少一个棘轮具有可由所述至少一个棘爪的接合端接合的至少一个齿,其中旋转触发的制动装置包括使用受限的、恒定接触的摩擦制动器,该摩擦制动器包括具有摩擦制动表面的至少一个摩擦材料层和具有接触表面的至少一个可旋转构件,该接触表面与该摩擦材料层的摩擦制动表面接触。(A non-motorized fall protection device comprising a drum and a rotation-triggered braking arrangement comprising at least one pawl and at least one ratchet wheel having at least one tooth engageable by an engagement end of the at least one pawl, wherein the rotation-triggered braking arrangement comprises a limited-use, constant-contact friction brake comprising at least one layer of friction material having a friction braking surface and at least one rotatable member having a contact surface that contacts the friction braking surface of the layer of friction material.)

包括摩擦制动器的坠落保护设备

背景技术

诸如例如自回缩救生索的坠落保护设备通常可用于诸如建筑物建造等的应用中。

发明内容

概括地说，本文公开了一种坠落保护设备，其包括旋转触发的制动装置，该旋转触发的制动装置包括使用受限的摩擦制动器，该摩擦制动器包括摩擦材料层和可旋转构件。在以下

具体实施方式

中，这些方面和其它方面将显而易见。然而，在任何情况下，都不应当将此广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，不论此类主题是在最初提交申请的权利要求书中呈现还是在修订申请的权利要求书中呈现，或者另外是在申请过程中呈现。

附图说明

图1为示例性坠落保护设备的透视图。

图2为示例性坠落保护设备的各种部件的透视分解图，包括旋转触发的制动装置。

图3为示例性坠落保护设备的各种部件的分离透视分解图，包括旋转触发的制动装置的摩擦制动器。

图4示出了比较例坠落保护设备的力与时间数据。

图5示出了工作实施例坠落保护设备的力与时间数据。

在各附图中，类似参考标号指示类似元件。一些元件可能以相同或相等的倍数存在；在这种情况下，可能仅通过参考标号来指定一个或多个代表性元件，但应当理解，此类参考标号适用于所有此类相同的元件。除非另外指明，否则本文件中的所有图示和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施方案的目的。具体地，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应当从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管在本公开中可使用术语诸如“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、和“第一”和“第二”，但是应该理解，除非另有说明，否则这些术语仅以其相对意义使用。诸如“顶部”，“底部”，“上部”，“下部”，“下方”，“上方”，“水平”，“垂直”，“上”和“下”的术语将被理解为具有其通常相对于地球的意义。

如本文所用，作为对特性或属性的修饰语，除非另外具体地定义，否则术语“大致”意指将能容易被普通技术人员识别的特性或属性，而不需要高度近似(例如，对于可量化特性，在+/-20％以内)。除非另外具体地定义，否则术语“大体上”意指高度近似(例如，对于可量化特性，在+/-10％以内)。术语“基本上”意指高度近似(例如，对于可量化特性，在+/-2％内)；应当理解，短语“至少基本上”包括“精确”匹配的特定情况。然而，即使是“确切”匹配，或使用术语诸如例如相同、相等、一致、均匀、恒定等的任何其它特征描述的情况，也将被理解为在普通公差内，或在适用于特定情况的测量误差内，而不是需要绝对精确或完全匹配。术语“被构造成用于”和类似的术语至少与术语“适于”一样具有限制性，并且需要用于执行所指定的功能的实际设计意图，而不仅仅是执行这种功能的物理能力。本文所有对数值参数(尺寸、比率等)的引用均被理解为能够通过使用来源于参数的多次测量结果的平均值来计算的(除非另有说明)。

具体实施方式

本文公开了一种坠落保护设备，该设备是指在用户坠落的情况下用于可控地降低设备的使用者的速度的设备。根据定义，此坠落保护设备与用于升高或降低非人负载的装置诸如起重机、绞盘等是不同的。根据定义，此坠落保护设备为非机动设备。这意味着设备的安全绳索不通过电动马达的方式移动(即，从设备的外壳延伸或缩回)；换句话讲，该设备不用作使用一个或多个马达来升高或降低负载的系统(例如，电梯，起重机等)的一部分。

在许多实施方案中，此坠落保护设备为自回缩救生索(SRL)；即，包括外壳的减速设备至少部分地容纳卷筒卷绕安全绳索，该卷筒卷绕安全绳索可在设备的使用者的正常移动期间从外壳延伸并在轻微张力下缩回到外壳中，并且在用户坠落时，其自动地阻止(即，减慢至受控速率，或完全停止)用户的坠落。此设备可包括安全绳索，该安全绳索可延伸出设备的下端，其中该设备具有可例如连接到工作场所的安全锚固点的上部锚固端。通常，此设备可包括卷筒，该卷筒可旋转地安装在其中的外壳内，使得当绳索回缩到外壳中时，安全绳索可围绕卷筒卷绕。此设备还可包括旋转触发的制动装置。这是指被构造成在卷筒旋转超过预定值(需注意术语“值”涵盖速度、加速度、或它们的组合)时阻止卷筒的旋转的装置。在一些类型的坠落保护设备中，此旋转触发的制动装置可使卷筒达到“硬止动”(即，接近瞬时停止)；在许多此类情况下，设备的安全绳索可包括所谓的减震器(例如，撕裂幅材或撕裂条)，以最小化当使用者停止时该用户所受到的力。在本文所关注类型的坠落保护设备中，旋转触发的制动装置包括摩擦制动器，该摩擦制动器不是使卷筒达到“硬止动”，而是以更渐进的方式使卷筒停止，如本文稍后详细描述的。这可最小化使用者在坠落时所受到的力，例如，不需要在安全绳索中存在减震器。

自回缩救生索类型的示例性坠落保护设备100在图1和图2中示出。此设备可包括外壳111，该外壳例如由第一外壳件112和第二外壳件113提供，这些外壳件组装并紧固在一起以形成外壳。外壳件112和113可例如通过螺栓或通过任何其它合适的紧固件紧固在一起。应当指出的是，为了便于呈现主要关注的部件，在本文的附图中省略了许多辅助部件，诸如例如一个或多个螺母、螺栓、螺钉、轴、垫圈、衬套、沉淀、轴承等；普通技术人员将容易理解，任何此类项均可根据设备100的功能需要而存在。在一些实施方案中，外壳111可为承重的。在一些实施方案中，可存在负载托架44或类似部件，并且可提供设备的承载路径的至少一部分。

在至少部分由外壳111限定的内部空间中具有卷筒33，卷筒上卷绕(例如，螺旋形卷绕)一定长度的安全绳索229(术语“绳索”广义地涵盖任何细长的可卷绕的承载构件，包括例如由任何合适的合成或天然聚合物材料、金属等或它们的任何组合制成的带子、缆绳、绳子等)。在图示实施方案中，卷筒33包括主体和凸缘30，当接合到主体上时，该凸缘限定空间，绳索229可在该空间内被接收和螺旋缠绕。绳索229的近侧端部直接或间接连接到卷筒33(此连接包括其中绳索229的近侧端部连接至安装有卷筒33的轴的构型)。在各种实施方案中，此卷筒(例如，其主体和/或凸缘)可由金属(例如，机加工或铸造金属)、模制塑料或任何其它合适的材料制成。在一些实施方案中，此卷筒可由材料的单个整体件制成，其可为例如模制聚合物件或机加工或铸造金属件。卷筒33可旋转地连接到外壳111，例如通过可旋转地安装在轴上或通过安装在可相对于外壳旋转的轴上。扭转弹簧31可被设置在例如卷筒33的外部(并且在图2所示的实施方案中，通过隔离盘32与卷筒33分离)，其用于将卷筒朝向将安全绳索229回缩到卷筒上的方向偏压，除非例如通过使用者的移动来克服偏压力。

旋转触发的制动装置

在由外壳限定的空间内为旋转触发的制动装置102，如图2的示例性实施方案所示。此旋转触发的制动装置依赖于通常与卷筒33可共旋转的一个或多个棘爪20。与卷筒共旋转是指所述一个或多个棘爪能够与卷筒33一起旋转，其中(一个或多个)棘爪在轨道路径中围绕与卷筒的旋转轴线重合的轨道运动的中心移动。在图2的图示实施方案中，通过将两个此类棘爪20直接安装到卷筒33上使得它们与卷筒33一起旋转来实现此布置。然而，可以不必将(一个或多个)此棘爪直接安装到卷筒33上(例如，一个或多个棘爪可安装在连接到卷筒的棘爪支承盘)。

任何此类棘爪可被偏压(在所示实施方案中，这通过使用偏压弹簧21来执行)，使得在坠落保护设备的普通使用中，棘爪的接合端22被推压到非接合位置，在该非接合位置中，棘爪的接合端不与将限制卷筒旋转的任何部件(例如，棘轮齿)接合。这允许卷筒旋转以响应于坠落保护设备的使用者的移动而延伸和回缩安全绳索。在卷筒开始旋转超过预定值的情况下，至少一个棘爪被促动(克服弹簧21的偏压力)至接合位置，在该接合位置中棘爪的接合端22接合棘轮的齿以减慢和/或停止卷筒的旋转(如本文稍后详细描述)。在许多实施方案中，一个或多个棘爪可以可枢转地安装以能够在脱离位置和接合位置之间可枢转地移动(如图2的设计所示)。然而，在一些实施方案中，一个或多个棘爪可例如可滑动地安装以能够在脱离位置和接合位置之间可滑动地移动(例如，如美国专利8256574中所公开的布置所示。

在图2所示的示例性布置中，每个棘爪20包括与接合端22相对的重端，使得增大的旋转速度使重端径向向外移动，从而径向向内促动接合端22。此类布置可与径向面向外的棘轮一起使用，例如本文稍后参考图3所述的一般类型的棘轮盘。在一些实施方案中，棘爪可被构造成使得接合端为棘爪的被促动为径向向外移动以被接合的端部；此类布置可与径向面向内的棘轮(例如，上文引用的‘574专利的图4中所示的一般类型的棘轮圈)一起使用。一般来讲，可使用任何合适的设计的一个或多个棘爪，其由具有适当机械强度的任何材料(例如不锈钢)制成；各种棘爪设计和构型描述于例如美国专利7281620、8430206、8430208和9488235中。

在示例性坠落保护设备100的使用中，设备的上部锚固端108可(例如，通过连接特征部240)连接到工作场所结构(例如，桁架、梁等)的安全锚固点(固定点)。绳索229的远侧端部可随后(例如，通过钩230等)附接到工人佩戴的束具。当使用者远离固定锚固点移动时，绳索229从外壳111内延伸；随着用户朝向固定锚固点移动，卷筒33在扭转弹簧31的推压下旋转，使得绳索229在外壳111内自收缩并卷绕到卷筒33上。在此类用户活动期间，棘爪20被前述偏压弹簧21偏压，使得每个棘爪20的接合端22不接合旋转触发的制动装置的棘轮。在使用者坠落并使得绳索229从外壳111快速延伸的情况下，卷筒33的旋转增大至高于预定值(例如速度的预定值)，从而使至少一个棘爪20的接合端22与棘轮接合，由此在本文稍后详细讨论了工人的坠落被阻止。可选择旋转触发的制动装置的各种参数(例如，棘爪的重量和形状、偏压弹簧的弹簧常数等)，使得棘爪与棘轮的接合以预定的例如卷筒的旋转旋转速度发生。

在许多实施方案中，由棘爪的旋转(即，轨道)运动引起的离心力使得一个或多个棘爪从脱离位置过渡到接合位置。然而，在一些实施方案中，这种过渡可至少部分地通过棘爪来发生，同时沿着轨道运动的路径移动，从而冲击(如果棘爪正移动得足够快)使棘爪物理地移出其脱离位置并将其朝向接合位置推压的项。此项可为例如被定位成至少部分地位于移动棘爪的轨道路径中的棘轮(例如，固定棘轮)的齿。类似的效果可通过安装一个或多个棘爪来实现，使得它们无法沿着轨道路径旋转地移动，但能够在保持在适当位置的同时枢转(例如，摇摆)。然后可定位项诸如可旋转棘轮，使得如果该项以足够的速度旋转，则该项的一部分会冲击棘爪的一部分，以便将棘爪从脱离位置物理地移出并朝接合位置推压(例如枢转)棘爪。该一般类型的布置公开于例如授予Feathers的美国专利6279682中，该专利全文以引用方式并入本文。应当指出的是，利用至少一个棘爪和棘轮之间的相对旋转运动来触发制动的任何组件(包括在‘682专利中公开的那些)均落入本文所公开的旋转触发的制动装置的类别(需注意，在‘682专利中公开的类型的布置(其中棘爪不沿轨道路径以便与卷筒一起旋转)将是旋转触发的制动装置通常包括可与组件的卷筒共旋转的一个或多个棘爪的原理的例外情况)。

摩擦制动器

如本文所公开的旋转触发的制动装置将包括棘轮，该棘轮包括可由棘爪的上述接合端接合的至少一个齿。此棘轮可由任何材料制成，该材料表现出足够的强度以承受在接合/制动过程中产生的力；在许多实施方案中，此棘轮可由不锈钢(例如，选自300系列(奥氏体)类不锈钢)构成。下文将详细讨论各种棘轮设计和布置。

本文所公开的旋转触发的制动装置也将包括摩擦制动器。根据定义，摩擦制动器将包括至少一个摩擦材料层和至少一个可旋转构件，其中该摩擦材料层的摩擦制动表面与可旋转构件的接触表面接触(通常在正常使用坠落保护设备期间)。所谓可旋转构件是指被构造成使得当由于棘爪与旋转触发的制动装置的棘轮接合而将足够的差动扭矩施加到该摩擦材料层和可旋转构件上时，构件和该摩擦材料层可被设定为相对于彼此旋转运动的项(例如，盘、圈、转子等)。在许多实施方案中，该层摩擦制动材料的摩擦制动表面和可旋转构件的接触表面被按压在一起以提供足够的静态摩擦力，当使用者在设备的普通用途中围绕工作场所移动时，两个表面之间不存在相对运动。然而，当棘爪与旋转触发的制动装置的棘轮接合时，产生足够的差动扭矩以克服静摩擦力，使得可发生两个表面的相对运动(并且因此可发生可旋转构件和该摩擦材料层的相对运动)。可旋转构件和该摩擦材料层被构造成使得该摩擦材料层和可旋转构件的该相对旋转将通过该摩擦材料层的摩擦制动表面与可旋转构件的接触表面之间的摩擦力而减慢和/或停止。该相对旋转的减慢将有助于减慢(例如停止)具有安全绳索的卷筒的旋转。

在一些示例性实施方案中，旋转触发的制动装置102可包括图3的隔离分解图中所公开的一般类型的摩擦制动器103。此摩擦制动器103包括棘轮47(在该情况下，径向向外的齿盘)，该棘轮包括可由棘爪20的上述接合端22接合的至少一个齿147。在示例性设计中，棘轮47安装在键结合(例如，平坦)轴39上，该轴穿过外壳件112和负载带44中的互补键结合开孔，如图3所示。尽管轴39因此不能相对于设备的外壳旋转，但棘轮47能够相对于轴39并且因此相对于设备的外壳旋转。棘轮47夹置在第一摩擦材料层146和第二摩擦材料层148之间。每个摩擦材料层分别粘结到支撑板145和150(例如由金属诸如不锈钢制成)并由其支撑，该支撑板键结合至轴39，使得每个摩擦材料层都不能相对于轴39旋转。第一摩擦材料层146包括与棘轮47的第一接触表面142接触的第一摩擦制动表面144；第二摩擦材料层148包括与棘轮147的第二接触表面143接触的第二摩擦制动表面149。在摩擦制动器103的组装中，将锁紧螺母151(例如，通过使用扭矩扳手)螺纹连接到键结合轴39的螺纹末端部分上至所选择的程度，以在摩擦制动器上施加期望的压力大小。这使第一摩擦材料层146和第二摩擦材料层148的第一摩擦制动表面144和第二摩擦制动表面149被按压抵靠棘轮47的接触表面142和142，其中所选择的力对运动施加期望大小的摩擦阻力，从而提供期望的制动动力。例如，可选择该力以使得使用者的坠落将在适当的短时间内和/或在适当短的坠落距离内被阻止，同时不会使用户经受因制动动作而产生的不利的力。

应当理解，图3中所示的具体设计仅仅是摩擦制动器和棘轮布置的一个示例；许多其它结构也是可以的。例如，图3描绘了包括两个接触表面并且夹置在两个摩擦材料层之间的棘轮。在其它实施方案中，摩擦制动器的棘轮可仅包括可仅与单个摩擦材料层接触的单个接触表面。此外，棘轮可以是径向面向内的，而不是径向面向外的，如图3所示。包括径向面向内的齿圈形式的棘轮并且仅包括与单个摩擦材料层的摩擦制动表面接触的单个接触表面的摩擦制动器描述于授予Griffiths的美国专利8430206的图4中，该专利以引用方式全文并入本文。

在一些实施方案中，旋转触发的制动装置的棘轮可方便地用作制动装置的摩擦制动器的可旋转构件。应当理解，上文结合图2-3所述的旋转触发的制动装置和摩擦制动器属于该通用类别。在许多此类设计中，棘轮能够相对于设备的外壳旋转，但通常在设备的正常使用期间保持固定。即，当使用者围绕工作场所移动时，卷筒可相对于外壳(相对缓慢地)旋转以延伸和回缩安全绳索。然而，不受任何旋转力的影响，并且被键结合至如上所述的轴的一个或多个摩擦材料层以摩擦方式约束一个或多个摩擦材料层的棘轮不相对于外壳旋转。在卷筒开始快速旋转的情况下(例如，由于坠落)，棘爪(例如，卷筒安装棘爪)的接合端与棘轮的齿接合，并且克服了该摩擦约束并使棘轮相对于摩擦材料的(一个或多个)层并且因此相对于设备的外壳旋转。摩擦材料的摩擦制动表面与棘轮的接触表面之间的摩擦然后减慢或停止棘轮相对于设备外壳的旋转，从而减慢或停止可旋转卷筒相对于设备外壳的旋转。以商品名ULTRA-LOK得自明尼苏达州红翼的3M坠落保护公司(3M Fall Protection,RedWing,MN)的产品提供了坠落保护设备的示例，该设备包括旋转触发的制动装置，该旋转触发的制动装置具有以这种方式布置的摩擦制动器。

在其它实施方案中，旋转触发的制动装置的摩擦制动器的可旋转构件可不一定充当制动装置的棘轮。相反，在一些情况下，旋转触发的制动装置的棘轮和旋转触发的制动装置的摩擦制动器的可旋转构件可以是独立的项。在该一般类型的一种示例性布置中，摩擦制动器的可旋转构件可采取例如板、盘等的形式，制动装置的一个或多个棘爪安装在其上，其中可旋转构件的接触表面与摩擦材料层的摩擦制动表面接触。该摩擦材料层安装在支撑板上，该支撑板被键结合到设备的安全绳索接收卷筒上，使得该摩擦材料层不能相对于卷筒旋转。在一些此类实施方案中，制动装置的棘轮可相对于设备的外壳不可旋转(例如，棘轮可作为外壳的一体特征部提供，例如直接模塑到设备的外壳件中)。因此，棘爪的接合端与棘轮的齿的接合将使安装有棘爪的可旋转构件立即停止旋转，而可旋转构件和该摩擦材料层之间的差动扭矩允许摩擦材料层并且因此允许卷筒继续短暂旋转。可旋转构件的接触表面与该摩擦材料层的摩擦制动表面之间的摩擦力减缓或停止该摩擦材料层的旋转，从而减慢或停止卷筒自身的旋转。

以商品名REBEL得自明尼苏达州红翼的3M坠落保护公司(3M Fall Protection,Red Wing,MN)的产品提供了该一般类型的坠落保护产品的示例，其中旋转触发的制动装置包括可旋转构件和为独立项的棘轮。REBEL产品系列还提供摩擦制动器的示例，该摩擦制动器使用单个摩擦材料层而不是具有夹置在中间的可旋转构件的两个层。应当理解，可采用上述示例性布置的许多变型。例如，如果需要，可存在多层摩擦材料和/或多个可旋转构件。

在一些实施方案中，棘轮可例如作为设备外壳的整体(例如，模制、铸造或机械加工)特征部提供，而不是例如作为单独制备并***到坠落保护设备的外壳中的齿盘或圈提供。上述REBEL产品系列提供了该类型的棘轮的示例。棘轮设计的另一种可能变型呈现于美国专利9488235中，其中棘轮采用单个齿(“止动构件”)的形式，该单个齿(“止动构件”)作为坠落保护设备的托架(例如，承载托架)的整体部件提供。显而易见的是，‘235专利中所述的设备为其中旋转触发的制动装置在使棘爪与止动构件接合时使卷筒达到“硬”(接近瞬时)止动的装置；即，‘235旋转触发的制动装置不包括摩擦制动器。相反，在设备的安全绳索中提供减震器。因此，‘235专利不包括摩擦制动器，并且在本文中仅用于示出棘轮设计中可允许的变型。任何合适的棘轮设计(包括本文所述的棘轮设计和布置中的任一者)均可用于本文所公开的旋转触发的制动装置中。

从上述讨论中可以清楚地看出，旋转触发的制动装置的棘轮可以是呈现至少一个齿的任何部件(例如，齿盘或圈、或坠落保护托架或外壳的一部分)，该至少一个齿可被棘爪的接合端接合以启动旋转触发的制动装置的制动操作。应当强调的是，使用术语“棘轮”是为了方便描述；使用该术语不要求棘轮和(一个或多个)棘爪必须被布置成例如使得这些部件的相对旋转被允许在一个方向上进行，但排除在相反的方向上的相对旋转。(然而，棘轮和(一个或多个)棘爪可被布置成使得如果需要就提供此类功能。)还应当强调的是，本文所公开的布置和功能可用于任何设计的旋转触发的制动装置中。

如本文所公开的摩擦制动器包括至少一个摩擦材料层，该至少一个摩擦材料层包括至少一个摩擦制动表面，该摩擦制动表面被构造成接触摩擦制动器的可旋转构件的接触表面。在一些实施方案中，摩擦材料层可设置在(例如，层压或粘结到)支撑板上，如本文所述。在其它实施方案中，摩擦材料层可以是“独立的”，而不是粘结到支撑板。在一些实施方案中，摩擦材料层(例如，独立层)和可旋转构件(例如棘轮)可夹置在例如背衬板和压板之间，这可增强该摩擦材料层的摩擦制动表面和摩擦制动器的可旋转构件的接触表面被按压在一起的均匀性。该一般类型的布置描述于美国专利8430206中。

使用受限的制动器

根据定义，如本文所公开的坠落保护设备的旋转触发的制动装置，具体地其摩擦制动器，是使用受限项。使用受限是指在坠落保护设备的正常使用期间(例如，当装置的使用者正在执行工作场所操作和/或围绕工作场所移动时)，制动装置和摩擦制动器未被触发。相反，制动装置及其摩擦制动器仅在坠落开始时被触发。因此，根据定义，本文所公开的摩擦制动器与可移动车辆的摩擦制动器、机动机械的离心式制动器或离合器等不同。

在各种实施方案中，在坠落保护设备的使用寿命期间，使用受限的摩擦制动器可被触发不超过十次、五次或两次。在一些实施方案中，此摩擦制动器将为被触发不超过一次的单次使用项。也就是说，在许多此类坠落保护设备的普通使用中，旋转触发的制动装置及其摩擦制动器将保持处于准备就绪状态，但很少被触发。此外，在坠落的情况下(例如，使得设备的“冲击指示器”被启动或触发)，通常坠落保护设备停止服务(例如，运送回制造商)以便根据需要进行检查、修整和/或翻新(如例如美国专利7744063中所讨论)。因此，在坠落保护设备的摩擦制动器被触发的相对罕见的情况下，摩擦制动器的摩擦材料通常将在设备的任何后续使用之前被替换。

普通技术人员将会知道，设备诸如自回缩救生索的旋转触发的制动装置的准备就绪状态通常在现场进行检查，例如，通过在安全绳索上快速拉动以使(一个或多个)棘爪与棘轮接合来确认旋转触发的制动装置能够根据需要“锁定”。然而，由于在此类锁定测试中施加的力远低于实际阻止用户坠落时所遇到的力，因此此类锁定测试通常不会使摩擦制动器的可旋转构件(例如，棘轮)的接触表面相对于该摩擦材料层的摩擦制动表面的任何显著移动(并且，此类测试通常不会具有显著磨损效果或磨损该摩擦材料层的任何部分)。在这种情况下，在本文所考虑的上下文中，此类锁定测试不被视为是摩擦制动器的“使用”或“触发”。

从上述讨论中可以清楚地看出，坠落保护设备的摩擦制动器的使用方式与例如在可移动车辆、机械诸如离合器、差速器、扭矩转换器等中所用的绝大多数摩擦制动器的方式非常不同。后一种用途通常在其使用寿命期间涉及非常高数量(例如数千次)的摩擦制动器的触发。因此，此类摩擦制动器的制造商和用户考虑到确保摩擦材料不表现出过度磨损，确保其不会过度磨损其接触的表面(例如，车辆制动盘、转子或制动卷筒的表面)，并且摩擦材料的性能保持相对恒定，即使在反复使用时摩擦材料大部分被磨损掉时也是如此。相比之下，在设备的可用使用寿命的大部分或全部期间，坠落保护设备的摩擦制动器的摩擦材料可表现出与摩擦制动器最初安装在设备中时相同的摩擦制动表面。因此，在许多实施方案中，坠落保护设备的摩擦材料层将为非磨损物件，因此与例如车辆制动片等区别开。

恒定接触制动器

在许多实施方案中，如本文所公开的坠落保护设备的旋转触发的制动装置的摩擦制动器为恒定接触制动器。这是指在坠落保护设备的使用操作期间，该摩擦材料层的摩擦制动表面保持与可旋转构件的接触表面直接紧密接触。这还意味着，在设备的普通使用期间，除非发生用户坠落，否则两个表面之间不存在相对运动(滑动)。此恒定接触制动器不同于例如车辆或机动机械的制动器或离合器，其中摩擦制动表面和接触表面之间的相对运动/滑动在车辆或机械的普通操作期间经常且重复发生。具体地讲，恒定接触制动器可与摩擦制动器形成对比，该摩擦制动器花费大部分时间使该摩擦材料层从接触表面回缩，使得该摩擦材料层的摩擦制动表面和接触表面之间存在间隙。

应当理解，由于坠落保护设备(诸如例如自回缩救生索)的摩擦制动器很少被触发，并且通常在一秒的一小部分内(例如，在约0.2-0.3秒内)阻止了使用者的坠落，因此摩擦材料不太可能遇到问题，诸如需要在操作期间最小化噪音生成或需要确保在连续使用的延长时段期间或在快速连续的多次使用期间性能不劣化。此外，此类摩擦材料不太可能受到与在存在大量水或润滑油的情况下的性能有关的问题，或与摩擦材料磨损摩擦制动器的可旋转构件的接触表面的速度有关的问题的影响。这与在例如车辆制动片中、在机动机械的离合器和传动装置等中的摩擦材料的使用中产生的问题完全相反。此类考虑可能解释了为什么近年来似乎没有针对坠落保护设备的摩擦制动器的特定区域大力开发和优化摩擦材料。

以上讨论已呈现，在各种坠落保护设备中，摩擦制动器用于在一定程度上逐渐且轻柔地阻止使用者的坠落，而不是使用户突然停止。这可有利地最小化在阻止坠落的过程期间遇到的力。坠落保护行业中的一个持续需要在于，坠落保护设备的许多旋转触发的制动装置在制动操作期间不提供均匀的制动力。相反，制动力在制动操作的持续时间内通常变化很大，并且具体地讲可表现出相对较短持续时间的峰值制动力，该峰值制动力显著高于在制动操作的其它部分期间存在的制动力。由于非常高的制动力(即使在持续时间短的情况下)可以是不期望的，因此通常需要构造旋转触发的制动装置的摩擦制动器，使得在制动操作的持续时间内的平均制动力低于原本期望的，以便确保峰值制动力保持在指定的水平以下。

本发明的工作显示，在许多情况下，在坠落保护设备的旋转触发的制动装置的摩擦制动操作期间发生的峰值制动力是在旋转触发的制动装置的初始触发时产生的初始制动力。此类行为记录在图4中，其为比较例坠落测试，示出了用于由具有摩擦制动器的自回缩救生索来阻止坠落的典型的制动力对时间的曲线，该摩擦制动器使用的摩擦材料代表业内通常使用的摩擦材料。很明显，初始制动力显示出显著高于平均制动力(F_a，658磅的力)的尖峰(F_p，926磅的力)。

峰值制动力与平均制动力的比率

如图5的工作实施例坠落测试中呈现的力对时间的曲线所示，本文所公开的发明性坠落保护设备在旋转触发的制动装置的初始触发时表现出峰值制动力的显著降低趋势，该制动力显著高于在制动操作的剩余部分施加的制动力。事实上，图5示出，虽然可发生小的局部初始峰值，但该局部峰值力实际上可低于在大部分剩余的制动操作期间存在的力。该工作实施例表现出721磅的绝对峰值力F_p(其实际上是在制动操作结束时而不是在制动开始时发生的)和651磅的平均力F_a。因此，该工作实施例的峰值力与平均力的比率为大约1.1，而上述比较例的峰值力与平均力的比率为约1.4。在各种实施方案中，本文所公开的摩擦制动器可表现出小于约1.3、1.2、1.15、1.1、1.05或1.02的峰值力与平均力的比率。

在一些实施方案中，摩擦制动器的性能可通过在制动操作期间发生的峰值力处的力曲线的局部斜率来表征。出于此类表征的目的，可使用4毫秒的时间段(从峰值力的时间开始并且时间向前推进)或直到遇到显著的局部最小力。例如，对于图4的比较例，此局部斜率将为(926-655)/4，其对应于大约70磅力每毫秒制动时间的制动力的变化。就图5的工作实施例而言，此局部斜率将为(721-720)/4或大约0.2磅力每毫秒制动时间。因此应当理解，即使在力曲线中的局部峰值可在制动器的初始触发时出现(如图5所示)的情况下，最大力可在稍后例如在力曲线的相对平坦部分中发生可允许总制动力相对于存在的最大力最大化。在各种实施方案中，本文所公开的摩擦制动器可表现出每毫秒制动时间小于约40、20、10、4、2、1、0.5、0.3、0.2或0.1磅力变化的峰值力处的力曲线的局部斜率。

在一些实施方案中，摩擦制动器的性能可通过局部初始力峰值(如果存在)处的制动力与平均制动力的比率来表征。就图5的工作实施例而言，局部初始力峰值是明显的并且表现出680磅的力。因此，此比率将为680/658，或大约1.0。(由于在图4的比较例中，局部初始峰值力与绝对峰值力(926磅)相同，所以对于该实施例，比率将为926/658，或大约1.4)。因此，在各种实施方案中，本文所公开的摩擦制动器可表现出小于约1.3、1.25、1.15、1.10、1.05、1.0或0.95的局部初始峰值力与平均力的比率。

应当理解，(无论以何种特定的定量方式来表征坠落保护设备的旋转触发的制动装置的摩擦制动器的性能)提供不表现出显著高于在制动操作的其余部分期间所产生的力的初始峰值力的制动操作可允许实现较高的平均制动力，而不会使峰值制动力超过期望的值。这可有利地增强旋转触发的制动装置的制动效率，并且可提供例如期望的制动可在较短的持续时间和/或较短的坠落距离内实现。即，可实现更有效的制动动作，同时可更顺畅，并且具体地讲在旋转触发的制动装置第一次触发时不使用户经受相对较大的初始峰值力。在各种实施方案中，本文所公开的坠落保护设备将表现出小于1500磅、1200磅或900磅的峰值制动力。

上述讨论显示，在至少一些情况下，在制动操作期间显著超过总体平均制动力的峰值制动力问题可由大大超过后续制动力的初始制动力的存在引起。这可至少部分地归因于在摩擦制动器中使用的材料的静态摩擦行为和动态摩擦行为之间的差异。这也可至少部分地由在旋转触发的制动装置的初始触发时发生的惯性效应引起。利用这些发现提供的指导，可增强旋转触发的制动装置在坠落保护设备中的性能。

现已认识到，相对于在移动(动态)条件下摩擦材料层的摩擦制动表面和可旋转构件的接触表面之间的摩擦相互作用，最小化在不移动(静态)条件下这些表面之间的摩擦相互作用是有用的。换句话讲，与这些表面之间的动态摩擦相互作用相比，使这些表面之间的静态摩擦相互作用最小化与在制动操作的其余部分上发生的力相比可最小化当两个表面相对于彼此开始移动时所产生的力。这可允许在制动操作期间使用有利的高平均制动力，同时仍保持低于期望的峰值制动力。

在制动操作中遇到的峰值力的减小可例如通过构造将摩擦制动器的可旋转构件的接触表面与摩擦材料层的摩擦制动表面相组合来获得，以与制动操作的剩余部分期间存在的制动力相比优先降低在制动器初始接合时存在的制动力。(另选地，这可被视为相对于初始制动力优先增加制动操作的剩余部分期间存在的制动力)。在一些实施方案中，这可至少部分地通过相对于在静态(不移动)条件下存在的摩擦力增加在动态(移动)条件下存在的摩擦力来实现。常规参数诸如动态(动)摩擦系数和静态摩擦系数可提供对此类行为的指导。然而，普通技术人员将会知道，此类参数依赖于简单的摩擦现象模型(通常称为“库仑”模型或“标准”摩擦模型)，其不考虑本文稍后将讨论的各种因素。因此，应当理解，虽然测量摩擦系数的各种方法可用于筛选潜在可用的材料，但确定摩擦材料是否将在坠落保护设备的摩擦制动器中提供增强的制动性能的最合适的方式是将材料安装在坠落保护设备中，并且使设备经受本文所公开的坠落测试。

然而，测量摩擦系数的各种测试设备和过程可用于筛选潜在可用的材料。例如，摩擦系数测试可使用流变仪进行，例如，以商品名ARES-G2RHEOMETER从特拉华州新堡的TA器械公司(美国)(TA Instruments,New Castle,Delaware(USA))获得的产品，该流变仪配备有Tribo流变仪附件。(除非另外指明，本文提及的静态摩擦系数和动态摩擦系数的所有数值均将得自此类流变仪测试。)对于此类测试，可在支撑板上安装摩擦材料层以便于处理。使用此流变仪，摩擦材料样品的摩擦制动表面与具有指定力的可旋转构件的样品的接触表面接触，之后使样品相对于彼此以指定的速度移动。(方便的测试条件可提供在室温下以20N的标称法向力和4m/s的标称滑动速度进行测试。)摩擦材料和/或可旋转构件材料可根据需要设定尺寸和形状以适形于测试设备，需注意任何此类操纵的效果可为最小的，因为结果将通常以静态摩擦系数与使用相同样品格式和几何形状获得的动态摩擦系数的比率来计算。

潜在可用材料的筛选也可通过使用所谓的纳米压痕测试设备进行，例如，以商品名Nano Indenter G200得自加利福尼亚州圣罗莎的Keysight Technologies公司的产品，其配备有横向力测量(LFM)选项。在此类测试中，探针末端(例如，具有相对大的直径，例如1mm，并且选择材料例如不锈钢以表示摩擦制动器的可旋转构件的接触表面)与测试样本的表面以指定的力接触，之后以期望的速度相对于彼此移动探针末端和测试样本。也可通过使用ASTM测试方法D1894-14中所公开的一般类型的滑动、加重滑动件设备和过程来进行潜在可用材料的筛选。车辆制动片的摩擦特性通常通过使用惯性测力计或CHASE设备进行评估；如果需要，此设备可用于筛选潜在合适的材料。在任何此类测试中，可进行足够的重复以获得具有统计意义的结果。然而，(根据上述讨论，该摩擦材料层通常不是磨损物件)，为了提供最类似于实际使用条件的测试方法，不应使单个样品经受磨损掉该摩擦材料层的显著部分的重复测试。

因此，在一些实施方案中，摩擦材料层的摩擦制动表面和可旋转构件的接触表面的摩擦行为可通过测量该摩擦材料层的摩擦制动表面与可旋转构件的接触表面之间的静态摩擦系数，以及通过测量这两个表面之间的动态摩擦系数来评估。在一些实施方案中，这两个表面的静态摩擦系数可约等于或小于这些表面的动态摩擦系数。在这种情况下，“约等于”是指这些表面的静态摩擦系数与这些表面的动态摩擦系数的比率不超过1.09；在一些实施方案中，该比率小于1.04或1.01微米。

在本发明的工作中，应当理解，当第一次触发摩擦制动器时，由于(一个或多个)棘爪、卷筒和/或卷绕在卷筒上的安全绳索的任何部分的快速运动而产生的惯性效应也可有助于在第一次触发旋转触发的制动装置时发生的峰值力。在这种情况下，在一些实施方案中，有利的是规定上述两个表面的静态摩擦系数小于两个表面的动态摩擦系数。因此，在各种实施方案中，这两个表面的静态摩擦系数与动态摩擦系数的比率可小于1.00、0.99、0.97、0.95、0.92、0.90、0.85或0.80。

在一些实施方案中，与静态条件下的摩擦力相比，可选择旋转触发的制动装置的可旋转构件的至少接触表面的组成以在动态条件下促进升高的摩擦力。然而，在一些实施方案中(例如，如果可旋转构件是摩擦制动器的棘轮)，可旋转构件可用的选择可根据例如强度要求而有所限制。因此，在许多实施方案中，可旋转构件可由例如金属诸如不锈钢(例如，300系列钢)、黄铜、青铜等制成。在由此类要求施加的任何此类限制内，可改变可旋转构件的组成以促进本文所公开的效果。此外，可旋转构件的接触表面可被涂覆、处理等，例如有利地在动态条件下促进升高的摩擦力。

摩擦材料的组成

可选择该摩擦材料层的组成，以与静态条件下的摩擦力相比，在动态条件下促进升高的摩擦力。根据本文提供的指导，普通技术人员可从任何合适的摩擦材料中选择。摩擦材料层可采用任何合适的物理形式和几何形状。因此，在一些实施方案中，摩擦材料层可为例如整体材料层(例如圈或盘)。然而，在一些方便的实施方案中，摩擦材料可以是复合材料，其具有第一(基质)相并且具有包含一种或多种添加剂的第二相。在一些实施方案中，第一相包含有机聚合物粘结剂；例如交联的有机聚合物粘结剂，诸如例如固化的环氧树脂、苯酚甲醛树脂或氨基甲酸酯树脂。在许多方便的实施方案中，此粘结剂可采取被交联和/或固化以形成第一相的(其中添加有一种或多种添加剂的)液体或胶乳的形式；然而，在一些实施方案中，粘结剂可包括例如熔融的或以其它方式附聚的至少一些颗粒，并且如果需要，可进行交联或固化。在特定实施方案中，第一相可包括用粘结剂浸渍的纤维网(例如非织造幅材)。在各种实施方案中，第一相(例如粘结剂)可包含至少约5重量％、约10重量％、15重量％、20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、60重量％、70重量％或80重量％的总摩擦材料。在另外的实施方案中，第一相(例如粘结剂)可包含至多约85重量％、约75重量％、65重量％、55重量％、45重量％、35重量％、25重量％、18重量％、13重量％或8重量％的总摩擦材料。

在一些实施方案中，第二相的(一种或多种)添加剂可包含一种或多种颗粒材料，该术语广义使用，并且包括例如以颗粒、团粒、粉末、纤维等形式存在的任何材料。此类颗粒材料可具有任何形状、尺寸或纵横比，并且可作为分立的实体存在，或者可以此类量、尺寸和/或形式存在以便占据至少半连续的第二相。在各种实施方案中，任何此类颗粒材料可具有至少0.1微米、0.5微米、1.0微米、5.0微米、10微米、20微米、50微米或100微米的平均粒度。在另外的实施方案中，任何此类颗粒材料可具有至多约1000微米、500微米、400微米、300微米、200微米、120微米、80微米或40微米的平均粒度。(如果包含具有不同组成的多种颗粒材料，则可单独评估每种类型材料的粒度；就纤维添加剂而言，纤维的长度可用作粒度。)

添加剂可选自例如填料材料(例如，颗粒和/或纤维)、磨料(例如颗粒)、结构(例如增强)材料以及有时添加到例如车辆制动片中的各种性能添加剂中的任一种。一些此类材料可仅用作例如相对廉价的空间填料，而其它材料可赋予特定特性(例如，它们在性质上可为磨料，或可用于增强摩擦材料的结构完整性)。应当理解，此类功能类别之间的边界可能不是明确的界限，并且许多此类添加剂可起到多种功能。(还值得注意的是，许多材料在历史上已被包括在摩擦材料例如车辆制动片中，以赋予在本专利申请中很少或根本不受关注的特性(例如，长期使用中的耐磨性和性能均匀度。)

可包括在摩擦材料中的具体添加剂例如颗粒添加剂可包括例如无机颗粒，诸如例如矿物填料、石英、硫酸钡、氢氧化钙、碳酸钙、氧化铝、滑石、粘土、硅藻土、云母、二硫化钼、钛酸钾、金属硫化物、陶瓷微球和/或无机纤维诸如玻璃纤维或矿棉。可包括的其它成分为基于碳或含碳的材料，诸如例如炭黑、石墨、煤粉、磨碎的或粒状(例如，回收的)橡胶、磨碎的坚果外壳诸如例如腰果外壳、碳纤维、颗粒或纤维状芳族聚酰胺纤维、颗粒或纤维状芳族聚酰胺等。其它潜在成分包括金属材料，诸如例如铁或钢粉和颗粒铜。在一些实施方案中，可包含任何期望成分的液体或半液体材料(例如油、蜡或油灰)，例如作为润滑剂、稳定剂或用于任何其它功能。(已发现用于例如车辆制动片中的特定液体包括例如腰果壳液体、亚麻籽油等，需注意在一些情况下，一些此类添加剂可交联以形成上述组合物的第一相的一部分)任何此类添加剂可例如混合到可固化树脂(例如环氧树脂和/或苯酚甲醛树脂)中以形成混合物，该混合物随后可进行反应(固化)以形成复合材料。在一些实施方案中，可包含一种或多种附加的聚合物或树脂(无论是否可固化；例如可固化或不可固化的硅氧烷树脂)。

可包含在摩擦材料中的各种成分和添加剂描述于例如授予Lam的美国专利6630416、授予Rosenlocher的美国专利7441635和授予Chiddick的美国专利申请公布2014/0124310中，所有这些专利均以引用方式全文并入本文以用于此目的。这些来源中的一些可向普通技术人员提供关于各种成分和组成对摩擦材料的行为的影响的有用指导。然而，应当强调的是，此类文件主要涉及控制摩擦材料组成以解决问题(例如，最小化制动期间产生的噪音，或使快速耗散热的能力和/或在长时间暴露于高温时抵抗性能劣化的能力最大化)，这将不被认为与坠落保护设备中摩擦材料的使用相关。具体地讲，此类文档不引导普通技术人员控制摩擦材料组成，以相对于在制动操作的剩余部分上的制动力而降低在坠落保护设备的旋转触发的制动装置接合时的初始力峰值。

本文所呈现的发现显示，在制动操作的后一部分期间(即，在制动操作的初始开始之后)，增加摩擦材料的表面与可旋转构件的接触表面之间的摩擦相互作用的修改可有利地增强坠落保护设备的制动性能。虽然在一些情况下，此增强可通过如由上述测试方法中的一者测量的静态摩擦系数与动态摩擦系数的比率的增加来表现，但应当理解，此类方法可提供在坠落保护设备的摩擦制动操作期间实际发生的摩擦学现象的不完全或表面视图。也就是说，提供摩擦系数的方法基于如本文前面所指出的简化摩擦模型，并且可不考虑例如动态摩擦相互作用可随表面之间的剪切力的幅值和/或随剪切力的持续时间的变化而变化。此外，动态摩擦相互作用可随某个变量(例如局部温度)而变化，该变量本身随剪切力的幅值和/或持续时间而变化。

因此，可不必以常规测量的摩擦系数来捕获坠落保护的旋转触发的制动装置的摩擦制动器的制动性能的增强。例如，图5的工作实施例数据显示，在制动开始时轻微振荡之后，在制动操作的大部分剩余部分期间，制动力似乎有所增加。这表明可能发生了不能很好地表示(例如通过单个恒定的动态摩擦系数)的摩擦学现象；并且，仅基于所测量的静态摩擦系数与所测量的动态摩擦系数的比率观察到的增强的制动行为可能不是可解释的或可预测的。

在各种实施方案中，摩擦制动器的该摩擦材料层可包括一种或多种添加剂，该添加剂用于提供增强的制动性能，例如通过在摩擦制动操作的后阶段期间促进该摩擦材料层的摩擦制动表面与可旋转构件的接触表面的增大的动态摩擦相互作用。例如，在一些实施方案中，此添加剂可以是表现出被称为膨胀性的特性的粒状(颗粒)材料；即，当暴露于剪切力时其体积增加的材料。当暴露在摩擦材料的摩擦制动表面上并且当经受可旋转构件的接触表面上的剪切摩擦力时，此材料的颗粒添加剂可趋于以增加颗粒添加剂的表面与可旋转构件的接触表面之间的摩擦相互作用的方式抵靠可旋转构件的接触表面向外膨胀(例如溶胀)。因此，此类现象可使摩擦制动力在摩擦制动操作的后阶段期间增大。在一些实施方案中，可使用一种或多种颗粒添加剂，其由于例如在制动操作期间颗粒添加剂的软化而提供摩擦材料的摩擦制动表面与可旋转构件的接触表面的增加的摩擦相互作用。此类软化可例如由于摩擦相互作用的轻微局部加热效果(该加热效果可为足够局部的和短暂的，以致难以进行常规测量)，并且可例如允许颗粒添加剂的表面更彻底地抵靠可旋转构件的接触表面润湿，从而增加摩擦相互作用。

由于上述机制中的一者或多者而可具有有益效果的示例性颗粒添加剂可包括例如有机聚合物弹性体颗粒，诸如例如橡胶颗粒(无论是团粒、粉末等的形式，并且无论是否由天然橡胶或由可用的合成橡胶和弹性体中的任一者制成)。在各种实施方案中，此类弹性体颗粒可为热塑性的或可被交联至任何期望的程度，并且可具有其它组成和/或加工参数，其被选择以有利地控制特性诸如模量、弹性或粘弹性、粘性、软化点、熔点、玻璃化转变温度(如果存在)等。

也可使用其它方法，例如代替上述方法或与上述方法中的任一种结合使用。例如，摩擦材料层可包括为非牛顿、剪切增稠流体的添加剂。此流体可直接添加到用于制备摩擦材料的粘结剂；或者，其可例如吸附到分散到粘结剂中的多孔材料(例如泡沫)的颗粒中，使得其中的至少一些颗粒和流体存在于摩擦材料的所得层的摩擦制动表面处。在其它方法中，该摩擦材料层的第一(基质)相可以部分地或完全地由自身提供剪切增稠行为的粘结剂配制。例如，此粘结剂可包含剪切速率依赖性物理交联(例如，就包含聚(硅氧烷)和聚(乙烯醇)材料的某些硼酸而言)。如果需要，可组合使用上述方法中的任一者，以便增强坠落保护设备的制动性能。

如上所述，上述效果涉及在通过上述测试方法获得的常规摩擦系数中不一定被捕获或显示的现象(例如，动态摩擦相互作用的剪切方差和/或时间方差)。此类效果可有效地用于坠落保护设备的摩擦制动器中这一事实，例如鉴于此类摩擦制动操作的极短时间范围，此前可已被忽略和/或未被预期。

任何上述材料和成分可根据需要以任何组合使用。如所指出的，在一些实施方案中，所得摩擦材料可以是复合材料，例如多相材料。在一些实施方案中，所得摩擦材料可表现出至少0.1％、0.2％、0.5％、1.0％、2.0％、5.0％或10.0％的孔隙率。在其它实施方案中，所得摩擦材料可表现出小于8％、4％、1.5％、0.45％、0.25％、0.15％或0.05％的孔隙率。在一些实施方案中，摩擦材料可包括陶瓷材料(例如，其可包括作为颗粒添加剂或作为烧结粘结剂的碳化硅)。在其它实施方案中，摩擦材料可包含按重量计小于20％、10％、5％、2％、1％、0.5％或0.1％的陶瓷材料。在一些特定实施方案中，摩擦材料可包含按重量计小于20％、10％、5％、2％、1％、0.5％或0.1％的金属(元素或合金形式)。在一些实施方案中，摩擦材料不是陶瓷材料或烧结材料。

如所指出的，在一些实施方案中，摩擦材料可被设置为摩擦材料层，该摩擦材料层具有被暴露以提供摩擦制动表面的一个主表面和粘结到支撑板的另一个相对的主表面。此支撑板可增强该摩擦材料层的机械完整性和强度，并且/或者可允许该摩擦材料层例如定位并保持在坠落保护设备的外壳内的特定位置处(例如，定位到设备的轴或卷筒上)。在其它实施方案中，该摩擦材料层可如上所述为独立的。在一些实施方案中，该摩擦材料层的暴露的摩擦制动表面可例如被研磨、抛光等，例如以控制表面的光滑度。

由于摩擦制动器是在坠落保护设备的普通使用期间可以很少或不磨损摩擦材料的使用受限项，因此在一些实施方案中，该摩擦材料层可例如与车辆制动片相比相当薄。在各种实施方案中，该摩擦材料层可表现出等于或小于5.0mm、4.0mm、3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm或1.0mm的厚度。在一些实施方案中，该摩擦材料层可包括具有基层(例如，仅包含粘结剂，或包含粘结剂和填料，并且其自身可设置在金属支撑板上)的多层结构，以及提供该摩擦材料层的摩擦制动表面并且根据需要包括例如粘结剂和各种添加剂的相对薄的最外层，以促进本文所公开的效果。

如果需要，可将摩擦材料的摩擦系数的绝对值设定为任何期望的范围，只要允许本文所公开的效果即可。在各种实施方案中，摩擦材料的摩擦制动表面与可旋转构件的接触表面结合时的静态摩擦系数可为至少约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6；在另外的实施方案中，其可为至多约0.85、0.65、0.55、0.45、0.35或0.25。在各种实施方案中，摩擦材料的摩擦制动表面的动态摩擦系数可为至少约0.15、0.25、0.35、0.45、0.55或0.65；在另外的实施方案中，其可为至多约0.9、0.7、0.6、0.5、0.4或0.2。

坠落保护产品

本文所公开的布置可有利地用于任何坠落保护设备；具体地讲，用于自回缩救生索中。除了本文先前引用的文献之外，在美国专利8181744、8256574、8430206、8430207、8511434和9488235以及美国公布的专利申请2016/0096048中描述了可有利地利用本文所公开的布置的坠落保护设备诸如例如自回缩救生索。

在一些实施方案中，坠落保护设备是自回缩救生索，其满足ANSI Z359.14-2014的要求。一般来讲，本文所公开的布置可用于任何坠落保护设备中，其中需要在使峰值制动力相对于平均制动力最小化的同时阻止使用者坠落。在一些实施方案中，本文所公开的布置可用于坠落保护产品，在至少在一些操作模式下可用作降落器(例如，可允许自救援能力)或绳调节器。例如，坠落保护设备可包括完全阻止(停止)模式和下降模式两者，例如如美国公布的专利申请2010/0226748中所述。

在各种实施方案中，坠落保护设备与任何合适的坠落保护系统诸如例如水平救生索或可回缩水平救生索、定位系索、减震系索、绳调节器或抓绳器、垂直安全系统(诸如例如柔性线缆、刚性轨道、爬升辅助或固定梯子安全系统)、密闭空间救援系统或提升系统等一起使用或作为其一部分。在一些实施方案中，如本文所公开的坠落保护设备可包括外壳，该外壳被构造成使得所述设备的内部至少部分地被密封(诸如以商品名(SEALED-BLOK)从3M坠落保护公司(3M Fall Protection)获得的产品系列)，例如用于恶劣或海洋环境中。在一些情况下，本文所公开的坠落保护设备可适用于所谓的“前沿”工作场所环境。还应当指出的是，本文的讨论主要涉及包括外壳的设备(例如，自回缩救生索)，该外壳例如安装到高空锚固件并且包括具有远侧端部的安全绳索，该安全绳索可附接到使用者的束具。应当理解，本文所公开的布置也可用于例如“个人”自回缩救生索，该“个人”自回缩救生索包括可安装到使用者的束具的外壳，并且包括具有远侧端部的安全绳索，该安全绳索可例如附接到高空锚固件。此类设备由可以商品名TALON得自3M坠落保护公司(3M Fall Protection)的产品系列例示。

应当理解，任何此类坠落保护设备可包括各种辅助项或与其一起使用，这些辅助项在本文未详细描述。此类项可包括但不限于系索、减震器、撕条、束具、皮带、带、衬垫、工具皮套或小袋、冲击指示器、钩圈、D形圈、锚固连接器等中的一个或多个。许多此类设备、产品和部件例如在3M DBI-SALA全系列目录中(2016年秋季)进行详细描述。尽管在许多实施方案中，由于存在摩擦制动器而可以不是必需的，但在一些实施方案中，设备的安全绳索可包括本文先前所述类型的减震器。在其它实施方案中，将不存在此类减震器。应当理解，如本文先前所定义和描述的“非机动的”坠落保护设备还可包括此类项诸如一个或多个电动传感器、监测器、通信单元、致动器等。

示例性实施方案列表

实施方案1为一种非机动坠落保护设备，包括：卷筒，所述卷筒具有连接至所述卷筒的安全绳索并且能够相对于所述设备的外壳旋转；和，旋转触发的制动装置，所述旋转触发的制动装置包括至少一个棘爪和至少一个棘轮，所述至少一个棘轮具有能够与所述至少一个棘爪的接合端接合的至少一个齿，其中所述旋转触发的制动装置包括使用受限的恒定接触的摩擦制动器，所述摩擦制动器包括具有摩擦制动表面的至少一个摩擦材料层并且包括具有接触表面的至少一个可旋转构件，所述接触表面与所述摩擦材料层的所述摩擦制动表面接触，并且其中所述旋转触发的制动装置及其所述使用受限的恒定接触的摩擦制动器被构造成在其中峰值制动力与平均制动力的比率小于约1.2的制动操作中阻止所述可旋转卷筒的旋转。

实施方案2为根据实施方案1所述的设备，其中所述旋转触发的制动装置及其所述使用受限的恒定接触的摩擦制动器被构造成在其中峰值制动力与平均制动力的比率小于约1.1的制动操作中阻止所述可旋转卷筒的旋转。

实施方案3为根据实施方案1-2中任一项所述的设备，其中所述使用受限的摩擦制动器为单次使用的摩擦制动器。

实施方案4为根据实施方案1-3中任一项所述的设备，其中所述安全绳索包括至少一种减震器。

实施方案5为根据实施方案1-3中任一项所述的设备，其中所述安全绳索不包括减震器。

实施方案6为根据实施方案1-5中任一项所述的设备，其中所述设备为自回缩救生索，其中所述安全绳索包括连接到所述可旋转卷筒的近侧端部和可附接到所述设备的使用者的束具或可附接到工作场所的锚固件的远侧端部。

实施方案7为根据实施方案1-6中任一项所述的设备，其中所述至少一个棘爪被偏压，使得所述至少一个棘爪的所述接合端朝向脱离位置被推压；并且，其中所述旋转触发的制动装置被构造成使得当所述可旋转卷筒旋转超过预定值时，所述至少一个棘爪的所述接合端被推压到接合位置中，在所述接合位置中，所述接合端接合所述棘轮的齿。

实施方案8为根据实施方案1-7中任一项所述的设备，其中所述设备包括至少两个棘爪，所述至少两个棘爪各自安装在所述可旋转卷筒上，其中所述摩擦制动器的所述可旋转构件充当所述旋转触发的制动装置的所述棘轮，其中所述棘爪中的一者的接合端与所述棘轮的齿的接合使所述棘轮相对于所述设备的所述外壳旋转，并且其中所述至少一个摩擦材料层被构造为以摩擦方式阻止所述棘轮相对于所述设备的所述外壳的旋转，从而阻止所述可旋转卷筒相对于所述设备的所述外壳的旋转。

实施方案9为根据实施方案1-8中任一项所述的设备，其中所述设备包括将所述棘轮夹置在中间的第一摩擦材料层和第二摩擦材料层，所述第一摩擦材料层和所述第二摩擦材料层分别粘结到第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板各自键结合到轴以防止所述第一摩擦材料层和所述第二摩擦材料层相对于所述设备的所述外壳旋转。

实施方案10为根据实施方案1-7中任一项所述的设备，其中所述设备被构造成使得所述至少一个棘爪的接合端与所述棘轮的齿的接合停止所述可旋转构件相对于所述设备的所述外壳的旋转，并且其中所述一摩擦材料层被构造成以摩擦方式阻止所述可旋转卷筒相对于所述可旋转构件的旋转，从而阻止所述可旋转卷筒相对于所述设备的所述外壳的旋转。

实施方案11为根据实施方案1-7和10中任一项所述的设备，其中所述摩擦制动器包含单个摩擦材料层，所述单个摩擦材料层被键结合到所述可旋转卷筒从而不能够相对于所述卷筒旋转，其中所述摩擦制动器包括单个可旋转构件，所述单个可旋转构件能够相对于所述可旋转卷筒以及相对于所述设备的外壳旋转并且包括安装到所述单个可旋转构件上的至少两个棘爪，并且其中所述旋转触发的制动装置包括单个棘轮，所述单个棘轮不能够相对于所述设备的所述外壳旋转并且不是所述摩擦制动器的所述单个可旋转构件。

实施方案12为根据实施方案1-11中任一项所述的设备，其中所述至少一个棘轮被设置作为径向面向外的齿盘或作为径向面向内的齿圈，所述棘轮由钢制成。

实施方案13为根据实施方案1-7和10-11中任一项所述的设备，其中所述至少一个棘轮是设置作为所述设备的所述外壳的一体特征部或所述设备的承载托架的一体特征部的单个棘轮。

实施方案14为根据实施方案1-13中任一项所述的设备，其中所述摩擦材料层为非磨损物件。

实施方案15为根据实施方案1-14中任一项所述的设备，其中所述旋转触发的制动装置及其所述使用受限的恒定接触的摩擦制动器被构造成在下述制动操作中阻止所述可旋转卷筒的旋转，所述制动操作表现出制动力对时间的曲线，并且在所述曲线的峰值力处的所述曲线的局部斜率小于10磅制动力每毫秒制动时间。

实施方案16为根据实施方案1-15中任一项所述的设备，其中所述旋转触发的制动装置及其所述使用受限的恒定接触的摩擦制动器被构造成在局部初始峰值制动力与平均制动力的比率小于约1.15的制动操作中阻止所述可旋转卷筒的旋转。

实施方案17为根据实施方案1-16中任一项所述的设备，其中所述摩擦材料层的所述摩擦制动表面和所述可旋转构件的所述接触表面被构造成共同表现静态摩擦系数和动态摩擦系数，并且其中所述静态摩擦系数约等于或小于所述动态摩擦系数。

实施方案18为根据实施方案17所述的设备，其中所述静态摩擦系数与所述动态摩擦系数的所述比率小于或等于0.99。

实施方案19为根据实施方案17所述的设备，其中所述静态摩擦系数与所述动态摩擦系数的所述比率小于或等于0.95。

实施方案20为根据实施方案1-19中任一项所述的设备，其中所述摩擦材料为复合材料，所述复合材料包括包含有机聚合物粘结剂的第一相和包含至少一种颗粒添加剂的第二相。

实施方案21为一种操作坠落保护设备的方法，所述坠落保护设备包括旋转触发的制动装置，所述旋转触发的制动装置包括使用受限的摩擦制动器，所述方法包括：当所述设备的安全绳索承载卷筒旋转超过预定值时，使所述旋转触发的制动装置的至少一个棘爪与所述旋转触发的制动装置的棘轮的齿接合，从而使所述摩擦制动器的可旋转构件相对于所述摩擦制动器的摩擦材料层可旋转地移动；以及，通过所述摩擦材料层的摩擦制动表面与所述可旋转构件的接触表面之间的摩擦来阻止所述摩擦制动器的所述可旋转构件相对于所述摩擦制动器的所述摩擦材料层的旋转，从而在峰值制动力与平均制动力的比率小于约1.2的制动操作中阻止所述可旋转卷筒的旋转。

实施方案22为根据实施方案21所述的方法，其中峰值制动力与平均制动力的所述比率小于约1.1。

实施方案23为根据实施方案21所述的方法，其中所述制动操作表现出制动力对时间的曲线，并且在所述曲线的峰值力处的所述曲线的局部斜率小于10磅制动力每毫秒制动时间。

实施方案24为根据实施方案21所述的方法，其中在所述制动操作中，局部初始峰值制动力与平均制动力的比率小于约1.15。

实施方案25为根据实施方案21所述的方法，所述方法使用根据实施方案1-20中任一项所述的设备执行。

实施例

测试方法

在坠落保护设备(例如，自回缩救生索)的制动操作期间遇到的力可通过根据ANSIZ359.14-2014(个人坠落阻止和救援系统的自动回缩装置的安全要求)的4.2.1节(动态性能测试)中所述的设备和过程进行的下落测试来评估。制动力对时间的曲线可由所得数据生成。(也可评估相关参数，诸如随时间变化的位移、随时间变化的速度、总阻止距离等。)通过此类测试，可识别并报告(绝对)峰值力，并且可计算和报告平均力。(根据ANSI Z359过程，所报告的平均力是使用所有数据点计算的数均参数，其中存在超过500磅的力；本文档中提及的所有平均力均使用此过程获得。)对应于局部的初始峰值力的力值不作为标准ANSI Z359过程的一部分进行报告；然而，如果存在此局部初始峰值，则可容易地在力对时间的曲线上进行识别，并且可容易地获得对应的力。在制动操作期间出现的峰值力处的力曲线的局部斜率未被报告为标准ANSI Z359过程的一部分，但可容易地从力对时间的曲线获得。出于此类表征的目的，可使用4毫秒的时间增量(从峰值力的时间开始并且在时间上向前推进)或直到遇到显著的局部最小力。

比较例

自回缩救生索坠落保护设备以商品名ULTRA-LOK(产品编号3504430)得自明尼苏达州红翼的3M坠落保护公司(3M Fall Protection,Red Wing,MN)。该设备包括图3所示的一般类型的摩擦制动器，该摩擦制动器包括第一摩擦盘和第二摩擦盘，该第一摩擦盘和第二摩擦盘各自包括摩擦材料层，该摩擦材料层粘结到键结合到设备的轴的钢支撑板。

如上文所述，使用282磅的落锤对所接收的坠落保护设备进行下落测试。为了执行测试，将落锤附接到设备的安全绳索的远侧端部，然后经由绞盘降低并远离设备，直到已延伸大约三英尺的安全绳索。从那里快速释放以从绞盘缆线释放落锤以发起测试。记录力、位移、速度和相关参数。图4中示出了随时间的变化的力(以磅为单位，单位在Y轴左侧)以及位移(即坠落距离，以英寸为单位，单位在Y轴右侧)。平均力(F_A)为658磅；峰值力(F_P)为926磅。对应于局部初始峰值力的力值可被容易地识别为对应于926磅的总峰值力。

在制动操作期间出现的峰值力处的力曲线的局部斜率未被报告为标准ANSI Z359过程的一部分，但可容易地由力曲线来计算。对于比较例，从图4中，峰值力处力曲线的局部斜率被计算为926-655(以磅为单位)除以4毫秒，或大约68磅力每毫秒的制动时间。

工作实施例

组装了基本上与上述ULTRA-LOK(产品编号3504430)相同的自回缩救生索坠落保护设备，不同的是使用了第一摩擦盘和第二摩擦盘(与比较例中所述的那些基本上相同的尺寸和形状，并且包括粘结到钢支撑板的摩擦材料层)，其各自包括以产品编号161014得自伊利诺伊州巴达维亚的PMA Friction Materials公司的摩擦材料层。经由使用扭矩扳手将旋转触发的制动装置的锁紧螺母紧固到适当的量来组装设备。

然后，使坠落保护设备经受如上所述的下落测试。随时间变化的力(以磅为单位)以及位移在图5中示出。平均力为大约651磅；(总体)峰值力为大约721磅。对应于局部初始峰值力的力值可容易地从力曲线被确定为大约680磅(并且在图5中标记为F_LIP)。在峰值力下的力曲线的局部斜率被计算为721-720(以磅为单位)除以4毫秒，或大约0.2磅每毫秒。

对工作实施例和比较例坠落保护设备执行多次测试；选择本文给出的实施例以表示所观察到的行为。提供上述实施例只是为了清楚地理解本发明，而不应被理解为不必要的限制。在实施例中所描述的测试和测试结果旨在为例示性而非预测性的，且测试过程的变化可预计得到不同的结果。实施例中所有定量值均应理解为根据所使用过程中所涉及的通常所知公差的近似值。

对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、构造等在许多实施方案中可修改和/或组合。本发明人预期所有此类变型和组合均在所构思发明的范围内，而不仅仅是被选择充当示例性图示的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应限于本文所述的特定说明性结构，而应至少扩展到由权利要求的语言所描述的结构和这些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书排除。以开放式语言(例如，包括和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由……组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本上由……组成和由其衍生)另外地引用。虽然本文可能已经论述了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类论述用于限制可受权利要求书保护的主题。如果所描述的本说明书与通过引用方式并入本文但未要求优先权的任何文件中的公开内容之间存在任何冲突或差异，那么所描述的本说明书将进行控制。