滑索理论及其应用研究

王栓

（中山市汉唐游乐科技有限公司，广东 中山 528437）

滑索类游乐设备在很多峡谷地区比较常见，作为一种主流的游乐项目滑索运动，其充满速度感和刺激性，可跨越山谷、河流、湖泊等阻碍，让乘客体会到凌空飞渡的新奇感受，满足了游客亲自参与、挑战自我的愿望，广受游客青睐，并为游乐场带来巨大的经济效益。一般来说，滑索设备主要由上塔架、下塔架、车架、承载索、牵引索、电缆索、缓冲装置、避雷针、基础及电气控制等结构组成。

1 滑索理论及其关键技术

滑索主要是利用承载索来悬挂飞艇的重量，用牵引索来驱动飞艇，接着牵引索利用驱动电机的正反转带动飞艇实现往复运行。乘客从下客站台上车，电机正转，飞艇运行到上客站台，乘客下车。电机反转，飞艇回到上客站台，反之亦然。通过合理地设计滑速，不但可以使得滑行者体验刺激感，也能有效保证乘客的安全。其滑索线路受力情况分析如下（见图1）。

图1 滑索线路受力情况

（1）一般地，根据实际情况，将前轮承载索分为两段，假设最低点为C处的位置，由设计载荷（Q）产生的切向力为N2（重力产生的下滑力），受重力作用，将沿着AC进行滑行，前轮会由于前置的坡角（γ）会给车轮带来一定的阻带，并且车轮与绳槽会形成一定的摩擦力F1，由于在高空行驶，会有一定的空气阻力（F2）阻碍滑行，则得到F合式（1）所示。

在实际的滑行过程，滑索会受到一定的摩擦阻力，在运行至最低位置时，升角为零，继续前进时会由正值向负值的转变，直至减速运动至B点。根据分析可知，影响滑行的速度的因素是多重的，主要有水平的跨距l0、设计载荷Q、摩擦系数µ、初速度v0、无荷中挠系数S0、风阻做功 3A等。

（2）当确定á和水平跨距l0时，即确定乘客的起点到重点的高度差。将设计载荷沿着纵轴的方向平均分长度为n，则在单位长度n中所做的功为，其中，γ为滑行小车在各个分点处升角值。

（3）乘客从站点出来具有一定的初速度v0，因此，相对应的动能为乘客乘坐飞艇会受到一定的空气阻力，其做的功为A3，由于其在整改过程中是一个变量，会随着速度的变化而变化。其中，阻力系数为，P为当前的风压值，C为人体形系数，U为乘客迎风的面积，空气阻力为：。那么空气阻力做功为：

2 滑索张紧力抛物线的计算基础

悬链曲线能够有效反应出悬挂钢索的实际线形，因此采用悬链公式对滑索相关数据进行计算，选取索道曲线的最低点作为原点，建立相应的直角坐标系，由此可知悬链线的一般方程式为式：

可转换为：

若用上述公式进行对滑索相关的数据进行计算，计算过程相对冗杂且烦琐，在实际运用中可以通过近似化处理进行简化计算。对此，笔者对麦克劳林公式进行简化处理，得到静力平衡原理的边界条件公式，同时可得到相对应的“抛物线方程”式（8）。

3 无集中载荷张紧力计算

通过上式，能够得到任意情况下，钢丝绳当前的张力值，当x=l0时，就会得到在B处（如图2所示）所对应的张力值，此时，无集中载荷时钢丝绳的张紧力为最大，根据上式和边界条件等，可以得到当前情况下钢丝绳的长度L、M0所示。

4 集中载荷下钢索的张力计算

在任意位置，无荷悬索都会在任意的位置产生一个集中载荷P，根据静力平衡的条件可以得到。根据微分计算等,得到直角坐标系对应的曲线方程，也可以得出回应的AD曲线方程Y，根据上式计算得到集中载荷下的挠度fd和集中载荷下张紧力值。

5 滑速控制分析

滑索速度是滑索工程的关键性指标，其受多重因素的影响，通过对其进行科学设计，能够保证乘客安全同时，亦可增强客户的体验感， 其理论迭代计算式如下。

6 结语

综上所述，滑索装置设计要求较高，涉及乘客的生命财产安全，对此应针对该设备的运行原理与受力计算，切实严格按照国家标准对设备的选购、安装调试等环节严格把关，提升游客体验感的同时保证人身安全。