滑索理論及其應(yīng)用研究

王栓

（中山市漢唐游樂科技有限公司，廣東 中山 528437）

滑索類游樂設(shè)備在很多峽谷地區(qū)比較常見，作為一種主流的游樂項(xiàng)目滑索運(yùn)動(dòng)，其充滿速度感和刺激性，可跨越山谷、河流、湖泊等阻礙，讓乘客體會(huì)到凌空飛渡的新奇感受，滿足了游客親自參與、挑戰(zhàn)自我的愿望，廣受游客青睞，并為游樂場(chǎng)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。一般來(lái)說(shuō)，滑索設(shè)備主要由上塔架、下塔架、車架、承載索、牽引索、電纜索、緩沖裝置、避雷針、基礎(chǔ)及電氣控制等結(jié)構(gòu)組成。

1 滑索理論及其關(guān)鍵技術(shù)

滑索主要是利用承載索來(lái)懸掛飛艇的重量，用牽引索來(lái)驅(qū)動(dòng)飛艇，接著牽引索利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)飛艇實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)行。乘客從下客站臺(tái)上車，電機(jī)正轉(zhuǎn)，飛艇運(yùn)行到上客站臺(tái)，乘客下車。電機(jī)反轉(zhuǎn)，飛艇回到上客站臺(tái)，反之亦然。通過合理地設(shè)計(jì)滑速，不但可以使得滑行者體驗(yàn)刺激感，也能有效保證乘客的安全。其滑索線路受力情況分析如下（見圖1）。

圖1 滑索線路受力情況

（1）一般地，根據(jù)實(shí)際情況，將前輪承載索分為兩段，假設(shè)最低點(diǎn)為C處的位置，由設(shè)計(jì)載荷（Q）產(chǎn)生的切向力為N2（重力產(chǎn)生的下滑力），受重力作用，將沿著AC進(jìn)行滑行，前輪會(huì)由于前置的坡角（γ）會(huì)給車輪帶來(lái)一定的阻帶，并且車輪與繩槽會(huì)形成一定的摩擦力F1，由于在高空行駛，會(huì)有一定的空氣阻力（F2）阻礙滑行，則得到F合式（1）所示。

在實(shí)際的滑行過程，滑索會(huì)受到一定的摩擦阻力，在運(yùn)行至最低位置時(shí)，升角為零，繼續(xù)前進(jìn)時(shí)會(huì)由正值向負(fù)值的轉(zhuǎn)變，直至減速運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)。根據(jù)分析可知，影響滑行的速度的因素是多重的，主要有水平的跨距l(xiāng)0、設(shè)計(jì)載荷Q、摩擦系數(shù)μ、初速度v0、無(wú)荷中撓系數(shù)S0、風(fēng)阻做功 3A等。

（2）當(dāng)確定á和水平跨距l(xiāng)0時(shí)，即確定乘客的起點(diǎn)到重點(diǎn)的高度差。將設(shè)計(jì)載荷沿著縱軸的方向平均分長(zhǎng)度為n，則在單位長(zhǎng)度n中所做的功為，其中，γ為滑行小車在各個(gè)分點(diǎn)處升角值。

（3）乘客從站點(diǎn)出來(lái)具有一定的初速度v0，因此，相對(duì)應(yīng)的動(dòng)能為乘客乘坐飛艇會(huì)受到一定的空氣阻力，其做的功為A3，由于其在整改過程中是一個(gè)變量，會(huì)隨著速度的變化而變化。其中，阻力系數(shù)為，P為當(dāng)前的風(fēng)壓值，C為人體形系數(shù)，U為乘客迎風(fēng)的面積，空氣阻力為：。那么空氣阻力做功為：

2 滑索張緊力拋物線的計(jì)算基礎(chǔ)

懸鏈曲線能夠有效反應(yīng)出懸掛鋼索的實(shí)際線形，因此采用懸鏈公式對(duì)滑索相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，選取索道曲線的最低點(diǎn)作為原點(diǎn)，建立相應(yīng)的直角坐標(biāo)系，由此可知懸鏈線的一般方程式為式：

可轉(zhuǎn)換為：

若用上述公式進(jìn)行對(duì)滑索相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程相對(duì)冗雜且煩瑣，在實(shí)際運(yùn)用中可以通過近似化處理進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。對(duì)此，筆者對(duì)麥克勞林公式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，得到靜力平衡原理的邊界條件公式，同時(shí)可得到相對(duì)應(yīng)的“拋物線方程”式（8）。

3 無(wú)集中載荷張緊力計(jì)算

通過上式，能夠得到任意情況下，鋼絲繩當(dāng)前的張力值，當(dāng)x=l0時(shí)，就會(huì)得到在B處（如圖2所示）所對(duì)應(yīng)的張力值，此時(shí)，無(wú)集中載荷時(shí)鋼絲繩的張緊力為最大，根據(jù)上式和邊界條件等，可以得到當(dāng)前情況下鋼絲繩的長(zhǎng)度L、M0所示。

4 集中載荷下鋼索的張力計(jì)算

在任意位置，無(wú)荷懸索都會(huì)在任意的位置產(chǎn)生一個(gè)集中載荷P，根據(jù)靜力平衡的條件可以得到。根據(jù)微分計(jì)算等,得到直角坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的曲線方程，也可以得出回應(yīng)的AD曲線方程Y，根據(jù)上式計(jì)算得到集中載荷下的撓度f(wàn)d和集中載荷下張緊力值。

5 滑速控制分析

滑索速度是滑索工程的關(guān)鍵性指標(biāo)，其受多重因素的影響，通過對(duì)其進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠保證乘客安全同時(shí)，亦可增強(qiáng)客戶的體驗(yàn)感， 其理論迭代計(jì)算式如下。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，滑索裝置設(shè)計(jì)要求較高，涉及乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)此應(yīng)針對(duì)該設(shè)備的運(yùn)行原理與受力計(jì)算，切實(shí)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的選購(gòu)、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，提升游客體驗(yàn)感的同時(shí)保證人身安全。