技术领域
本发明涉及安全头盔的技术领域，具体是指一种具有新型缓冲结构的安全帽。该缓冲结构可以有效抵挡来自头顶部的冲击力。
背景技术
在建筑、矿山、冶金等行业中，来自于顶部的冲击载荷是引起头部损伤重要原因之一。目前最有效的防护手段是佩戴安全帽。常见的安全帽的防护原理是:先由安全帽的硬质外壳承受外部冲击，防止其穿透。然后由与外壳相连的带状帽衬缓冲掉部分冲击能量，并将剩余的能量传递到整个头部。这部分能量最后由头皮和颈椎吸收。
但是现有安全帽的缓冲效果不是十分理想。安全帽中起缓冲作用的主要是帽衬。由于大量使用塑料等较硬的材料，并且与外壳多采用刚性连接方式，使得帽衬的缓冲作用小。而且现在的帽衬多使用条带结构，与头部的接触面积小，接触应力大，所以对头部的损伤也大。
本发明重新设计了安全帽的缓冲结构，改进了帽衬与外壳的连接方式。在遭受外部冲击载荷的过程中，安全帽和载荷的作用时间将被延长。根据冲量定理，延长作用时间可以减小冲击过程中头部的受力。这样就可以使脑组织免受损伤。
发明内容
本发明的目的是针对现有安全帽在抵抗冲击方面的不足，设计了一种具有新型缓冲结构的安全帽，以改善安全帽的防护性能。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：安全帽采用双壳体结构，两个壳体采用弹性连接，二者可以上下相对滑动。具体结构包括：外壳1，内壳2，缓冲体3，弹性连接体4，用于固定安全帽与头部的下颏带5。其中内壳由硬层21和内衬22用胶粘接成一体结构。外壳1和硬层21都由刚度较大的材质构成，比如：ABS塑料、碳纤维复合材料或金属材料。外壳内表面和硬层外表面之间留有25mm以上空隙，用于缓冲减震。硬层的下部边缘设有滑槽6，顶部设有滑槽7（位置如图3所示）。缓冲体3和弹性连接体4刚性地固结在外壳上，可以采用铆钉，螺栓等结构实现。缓冲体3由固定板31、支杆32、滑块33、复位弹簧34和缓冲弹簧35组成。支杆32分别与固定板31和滑块33用铰链连接。复位弹簧34将每根支杆的中下部和固定板的中央位置相连。受到撞击时，缓冲体3的滑块33可以在硬层顶部的滑槽7内滑动。滑块33和滑槽7的底端之间有缓冲弹簧35相连。在本发明中，固定板上支杆的数量至少为4个，相邻支杆间的夹角相等，分别铰接在固定板的边缘上。弹性连接体4由固定板41、弹簧42和滑块43组成。弹簧42置于固定板41和滑块43的空心圆柱体内部。受到撞击时，缓冲体4的滑块43可以在硬层下部边 缘的滑槽6内滑动。在本发明中，弹性连接体的数量至少为6个。考虑到不同的应用情况，内衬22的结构可以选择为连通的分块气囊，或者由泡沫、海绵等软质材料和织物构成的贴合头部的实心结构。下颏带5与硬层21通过刚性连接，可以采用铆钉，螺栓等结构实现。
采用上述技术方案，当安全帽遭受来自顶部的冲击时，瞬间外壳1将会相对与内壳2向下运动。外壳采用硬质材料，可以阻止冲击力击穿外壳，并向下层传递冲击力。连接外壳1和内壳2的缓冲体3，可以延缓冲击从外壳传递到内壳2的时间，从而减小内壳2受到的冲击力。由于采用了支杆的结构，可以将撞击点处的力分散到更大的面积上，从而使硬层的受力更加均匀。而且支杆数量越多，减震效果越好。弹性连接体4固结在外壳1上，可以沿滑槽6向下滑动。又因为其内部设有弹簧，弹性连接体可以为安全帽提供径向的缓冲。内壳2的内衬22采用连通分块气囊或者软质材料，可以作为安全帽缓冲、减震功能的补充，同时也可以提高使用的舒适度。下颏带5的作用是将头部和安全帽的内壳紧密的固定在一起，避免因为二者相对滑动而产生的附加伤害。
本发明是对安全帽缓冲结构的改进，不涉及安全帽的具体构型。因此本发明可以应用于不同设计构型的安全帽。
附图说明
图1是本发明所述安全帽的结构示意图；
图2是本发明所述安全帽的外壳、缓冲体和弹性连接体的仰视图；
图3是本发明所述安全帽的内壳的俯视图；
图4是本发明所述缓冲体的结构示意图；
图5是本发明所述缓冲体的仰视图；
图6是本发明所述弹性连接体的结构示意图；
图7是本发明所述安全帽的内壳、缓冲体和弹性连接体的装配示意图；
图8是本发明所述安全帽受到顶部撞击时的工作方式示意图。
图中：1外壳；2内壳；21硬层；22内衬；3缓冲体；31固定板；32支杆；33滑块；34复位弹簧；35缓冲弹簧；4弹性连接体；41固定板；42弹簧；43滑块；5下颏带；6硬层下部边缘滑槽；7硬层顶部滑槽；8顶部冲击载荷；9变形后的缓冲体。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明由外向内依次为:外壳1、缓冲体3和弹性连接体4、内壳2、下颏带6。其中内壳又由硬层21和内衬22组成。外壳1和硬层21采用硬质材料制成。缓冲体3与外壳刚性固结，但是可 以相对于内壳滑动。缓冲体3的具体结构如图4和图5所示。其结构由固定板31，支杆32、滑块33、复位弹簧34和缓冲弹簧35构成。固定板31通过铆接、螺栓等方式将缓冲体3固定在外壳上。支杆32分别与固定板31和滑块33用铰链连接。复位弹簧34将每根支杆的中下部和固定板的中央位置相连。滑块33可以在硬层顶部的滑槽7内滑动，且滑块33和滑槽7的底端之间有缓冲弹簧35相连（图7）。在本发明中，固定板上支杆的数量至少为4个，相邻支杆间的夹角相等，分别铰接在固定板的边缘上。支杆的数量越多，减震的效果越好。为了便于描述和说明，附图选用了支杆数量为12个的情况。弹性连接体4与外壳刚性固结，但是可以相对于内壳滑动。弹性连接体4的具体结构如图6所示。其结构由固定板41、弹簧42和滑块43构成。固定板41通过铆接、螺栓等方式将弹性连接体固定在外壳上。弹簧42置于固定板41和滑块43的空心圆柱体内部。该弹簧42可以提供径向的弹性缓冲。滑块43可以在硬层下部边缘的滑槽6内滑动，使得外壳可以相对于内壳向下运动（图7）。在本发明中，弹性连接体的数量至少为6个。在受到冲击时外壳向下运动，缓冲体的复位弹簧34和缓冲弹簧35共同作用，可以产生向上的弹性缓冲合力。内衬22与人体头部直接接触，采用连通的分块气囊结构或者由软质泡沫、海绵等材料和织物构成的实心结构。硬层21和内衬22之间通过胶粘连接成一个整体。
如图8所示，当安全帽遭受来自顶部的冲击8时，瞬间外壳1将会相对与内壳2向下运动。缓冲体3的滑块33和弹性连接体4的滑块43也沿滑槽向下滑动。缓冲弹簧35受到压缩，复位弹簧34受到拉伸，二者共同产生向上的弹性缓冲。从而延长了冲击载荷的作用时间，减小了冲击过程中传过来的了力。支杆32可以将传过来的力分散到硬层21的滑槽7上。又因为硬层21的刚度较大，可以把滑槽7处的力分散到更大的面积上。传递过来的这部分力将由内衬继续缓冲。最后只会有很小一部分冲击力传递到头部。当冲击载荷8的作用位置相对于正中位置有一定偏移时，外壳在有向下运动趋势的同时也会产生旋转的趋势。这时弹性连接体4将在安全帽的径向受到拉伸或者压缩，即弹簧42受到拉伸或者压缩。弹簧42的合力相对于冲击载荷8的作用位置产生阻力力矩，阻碍外壳的旋转。这样就延长冲击载荷的作用时间，减小了传递到头部的旋转力矩。