全 文 ：第 wt卷 第 x期
u s s x年 | 月
林 业 科 学
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帽儿山溜索的研制
董希斌 杨学春
k东北林业大学 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 从钢丝绳 !支架 !线形参数 !滑车 w个方面详细地阐述帽儿山溜索的设计过程 o同时介绍帽儿山溜索的安
装和使用过程 ∀帽儿山溜索是利用抛物线理论和重力下滑原理进行设计的 o设计比较系统 ~帽儿山溜索安装简单 o
充分利用了场地自然条件 o降低建设成本 ∀该溜索的研制和成功使用 o为其他溜索设计提供了实际参考价值 ∀
关键词 } 帽儿山 ~溜索 ~设计 ~安装使用
中图分类号 }˜t{ 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsx p stts p sx
收稿日期 }ussw p tt p su ∀
基金项目 }黑龙江省自然科学基金资助项目/客运索道设计计算与仿真研究0k≤st p stl的部分内容 ∀
∆εσιγν ανδ Χονστρυχτιον οφ Μαοερσηαν Στροπ Ροπεωαψ
⁄²±ª÷¬¥¬± ≠¤±ª÷∏¨¦«∏±
k Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
Αβστραχτ } …¨ ¬±ª¤¶¤¶¬°³¯¨¶·¼¯¨²©³¤¶¶¨±ª¨µ¶µ²³¨ º¤¼o¶·µ²³µ²³¨ º¤¼¬¶√¨ µ¼³²³∏¯¤µ¬± °²§¨µ±·µ¤√¨ ¯¶¬·¨¶o¨¶³¨¦¬¤¯ ¼¯¬±«¬ª«
°²∏±·¤¬±¶oµ¬√¨ µ¶¤±§ §¨¶¨µ·¶·µ¤√¨ ¯ ¶¬·¨¶q׫¨ §¨¶¬ª± ²© ¤²¨µ¶«¤± ¶·µ²³µ²³¨ º¤¼ ¬¶¬±·µ²§∏¦¨§©µ²° ¶·¨¨ ¯ µ²³¨ o³²¯ ¶¨o ¬¯±¨
³¤µ¤°¨ ·¨µ¶¤±§µ∏±±¬±ªp¦¤µ¤±§·«¨ ¦²±¶·µ∏¦·¬²± ¤±§∏·¬¯¬½¤·¬²± ²©¬·¬¶§¨¶¦µ¬¥¨§¬± ·«¬¶³¤³¨µq ¤²¨µ¶«¤± ¶·µ²³µ²³¨ º¤¼ ¬¶
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©²µ²·«¨µµ²³¨ º¤¼ §¨¶¬ª±q
Κεψ ωορδσ} ¤²¨µ¶«¤±~¶·µ²³µ²³¨ º¤¼~§¨¶¬ª±~¦²±¶·µ∏¦·¬²± ¤±§∏·¬¯¬½¤·¬²±
溜索是客运索道中最简单的一种形式 o它是跨跃河流或山沟两侧设立 u个支点 o在支点间架设 t根或 u
根钢索 o旅客把握钢索上的滑行索具k跑车l o从河岸或山沟的一侧滑向另一侧的设施 ∀按照支点的高差 o可
分为/平滑0和/速降0u种形式 ~按照钢索的数量 o有单索和双索 u种形式 ∀
溜索 o早先在我国古代是作为一种交通工具出现在西南地区 o以澜沧江和怒江地区为多 o是住在江河两
岸人们往返的便捷工具 ∀目前 o随着人们生活水平的提高 o溜索不仅是一种交通工具 o而且作为一种刺激 !新
鲜的运动形式出现在许多旅游胜地 !公园等娱乐场所内 ∀如宁夏沙坡头景点/天下黄河第一索0k双索速降l !
怒江峡谷的过江溜索 !一些城市娱乐公园中/平滑0溜索等 ∀这种运动形式比较安全 o而且满足人们挑战自
我 !追求极限的心理 o已经深受旅客的青睐 ∀在我国 o大小溜索的数量逐年增加 ∀
因此 o关于各种形式的溜索设计是当务之急 o也是热点研究问题之一 ∀我国在溜索设计的理论基础 !溜
索滑车的运行速度 !溜索的安全性能分析 !溜索支架设计等方面做了十分有益的研究k董希斌等 oussv ~杨学
春等 oussv ~沈勇 ousst ~罗仙仙等 oussw ~周军宏 ousstl ∀这些研究成果为溜索的整体设计与安装奠定了基础 ∀
针对帽儿山国家森林公园景点的需要 o在帽儿山林区的林施业区设计和安装了一条单索速降溜索 o并已
投入使用 o且使用效果良好 ∀
t 帽儿山溜索的地理位置
在帽儿山国家森林公园内林施业区 o其地理坐标为北纬 xsutvxx o东经 uusv{{s{t ∀两山夹一沟 o山上林
木茂密 ∀山沟的宽度为 vv1x °k如图 t的 ≤⁄所示l o≤点与 ⁄点的高差 v1z °∀帽儿山国家森林公园要在该
地区设一速降溜索 o使得旅客从 „≤山顶上 o通过溜索 o滑到 ⁄∞…的山顶上 ∀
u 帽儿山溜索的设计
211 钢丝绳的选择
根据 Š…Π× {|t{ p t||y o选用规格为 y ≅ vz≥ o直径为 t|1x °°的钢丝绳溜索 o其单位质量为 t1vv ®ª#°pt o
最小破断拉力为 ut{1x ®‘o钢丝极限强度 ∆… € t xxs °¤o满足速降溜索的强度要求 ∀
图 t 帽儿山溜索设计图
ƒ¬ªqt ׫¨ ²¯¦¤·¬²± ²© ¤²¨µ¶«¤± ¶·µ²³µ²³¨ º¤¼
212 溜索支架的选择
通过地形勘察 o选择 „和 …作为钢丝绳安装的支架 ∀这样溜索的水平距离为 yt1{ ° o„和 …地面高差
为 x1t °∀
213 溜索参数计算
u1v1t 滑车的动力学分析理论 在滑车运行过程中 o可将滑车运行速度的变化趋势划成 v部分 o如图 u所
示 ∀在第 ´部分 o滑车是加速运动 o第 µ !¶部分是减速运动k杨学春等 oussvl ∀
图 u 滑车运行速度计算的分区图
ƒ¬ªqu ≥³¨ §¨¦¤¯¦∏¯¤·¬±ª²©µ∏±±¬±ªp¦¤µ
tl在第 ´部分 o将 ΟΞt 划成 νt 个相等小区间 o区间大小
为 ∃ξk νt∃ξ € ξtl ∀设在每个小区间内 o滑车做匀加速运动 ∀
÷t 点的速度公式为 }
ϖξt € Ε
νt
ι € t
uαι∃σι
式中 }ϖξt为滑车在 ÷t 点的运行速度 o°#¶pt ~∃σι 为第 ι区间
内滑车行走距离 o° ~αι 为滑车第 ι区间的加速度 o°#¶pu ∀
ul在第 µ部分 o将 Ξt Ξu 划成 νu 个相等小区间 o区间为
∃ξk νu∃ξ € ξul ∀设在每个小区间内 o滑车做匀减速运动 ∀
÷u 点的速度公式为 }
ϖξu € Ε
νu
ι € t
ϖuξt p uαι∃σι
式中 }ϖξu为滑车在 ÷u 点的运行速度 o°#¶pt ~∃σι 为第 ι区间内滑车行走距离 o° ~αι 为滑车在第 ι区间的加速
度 o°#¶pu ∀
vl在第 ¶部分 o将 Ξu Β划成 νv 个相等小区间 o区间大小为 ∃ξk νu∃ξ € λp ξul ∀设在每个小区间内 o滑
车做匀减速运动 ∀ …点的速度公式为 }
ϖ… € Ε
νv
ι € t
ϖuξu p uαι∃σι
式中 }ϖ…为滑车在 …点的运行速度 o°#¶pt ~∃σι 为第 ι区间内滑车行走的距离 o° ~αι 为滑车在第 ι区间的加
ttt 第 x期 董希斌等 }帽儿山溜索的研制
速度 , µ#σp u ∀
u1v1u 溜索的参数计算 帽儿山溜索的线形设计理论是上述滑车的动力学分析理论和抛物线理论 o通过计
算机编程计算其参数如表 t所示 ∀在表 t中 o计算载荷k含滑车和乘客的重量l为 |{s ‘o摩擦系数为 s1sv ∀
在设计线形参数时 o考虑以下 u个方面 }tl通过计算 o在重力的作用下 ox °的高差 o能够使游客顺利下滑 o因
此设计高差为 x °∀ul为保证游客下滑过程中 o通过 ≤ !⁄和 ∞点时 o不接触地面而伤及身体 o通过计算 o数据
如表 u所示 ∀在表 u中 o设人身高 n滑车高度为 Ηt € u1t ° o钢索点离上支点垂直距离 Ηu o地面点离 ’ ) ’
轴垂直距离 Ηv ∀各点的总高度 Η € Ηt n Ηu n Ηv o且 Η不大于钢丝绳的安装高度 ∀设计最大挠度为 v °
时 o上支点 „的高度为 v1z|s ° o则下支点 …的高度为 v1{|s °∀
表 1 帽儿山溜索参数计算表
Ταβ . 1 Παραµετερσ δατα οφ Μαοερσηαν στροπ ροπεωαψ
设计高差
‹ ¬¨ª«·
§¬©©¨µ¨±¦¨Π°
最大挠度
¤¬¬°¤¯
§¨©¯ ¦¨·¬²±Π°
安装张力
Œ±¶·¤¯ ¤¯·¬²±
©²µ¦¨Π®ª
最低点位置k离上支点l²¦¤·¬²± ²© ²¯º ¶¨·³²¬±·
水平
‹²µ¬½²±·¤¯ §¬¶·¤±¦¨Π°
垂直
∂ µ¨·¬¦¤¯ §¬¶·¤±¦¨Π°
速度
∂¨¯²¦¬·¼Πk°#¶ptl
…点速度
∂¨¯²¦¬·¼ ²©³²¬±·…Π
k°#¶ptl
x
u1x {zy wy1vx x1yux |1tt z1{x
v1s zu| wv1z{ y1su |1ys z1{x
v1x yux wt1|w y1wx ts1s{ z1{x
w1s xwz ws1xy y1{| ts1xw z1{y
表 2 Χ !∆ 和 Ε点的高度计算值
Ταβ . 2 Ηειγητ δατα οφ Χ , ∆ ανδ Ε ποιντ
设计高差
‹ ¬¨ª«·§¬©©¨µ¨±¦¨Π°
最大挠度
¤¬¬°¤¯ §¨©¯ ¦¨·¬²±Π° ΗtΠ°
≤ ⁄ ∞
ΗuΠ° ΗvΠ° Η ΗuΠ° ΗvΠ° Η ΗuΠ° ΗvΠ° Η
x
u1x u1t t1xx tt1vu x1xv tt1ys x1yu tv1zy
v1s u1t t1zx z1yz tt1xu y1ss v1|z tu1sz y1su y1sw tw1ty
v1x u1t t1|x tt1zu y1ww tu1xt y1wu tw1xy
w1s u1t u1tx tt1|u y1|s tu1|z y1{u tw1|y
214 滑车的设计
经过设计计算 o滑车的整体结构设计如图 v所示 ∀滑车由滑行机构 !开闭机构 !安全机构和托挂机构 w
部分组成 ∀滑行机构是滑车的主要部分 o由滑轮及其附属部件组成 ∀在滑行过程中 o滑轮与钢丝绳接触 o通
过滑轮在钢丝绳上的滚动 o依靠滑车和游客的重力克服其滚动阻力及外界阻力k如风阻力l o使游客从上支点
滑到下支点 ∀滑车的开闭机构主要功能是在下滑开始 o将滑车挂到钢丝绳上 ~下滑结束 o将滑车从钢丝绳上
摘下来 ∀其工作原理是在下滑结束后 o用手握住插销头 t{ o稍微拔出插销 tzk克服弹簧 ty的弹力l o打开转
臂 y o转动转环 x o将挡轴 {逆时针旋转 |sβ o这样就可以将滑车从钢丝绳上摘下来 ∀在挂滑车时 o把滑车放到
钢丝绳上 o将挡轴 {顺时针旋转 |sβ o利用弹簧 ty的弹力 o使插销 tz回位 o从而锁住转环 x o这样滑车就挂到
钢丝绳上 o且不会脱落 ∀滑车的安全机构是安全环 tu及其固定部件 o其作用是防止游客脱落把手时从空中
落下 o导致伤亡 ∀使用时 o将游客的安全带挂到安全环上 ∀滑车的托挂机构包括把手 uw !握手 uxk用橡胶制
成 o增加摩擦阻力l !把手头 vy及附属部件 o其主要功能是游客在下滑时 o双手握住把手的握手 ux o然后下滑 ∀
滑车的整体高度为 uw{ °° o质量为 | ®ª∀设计时 o其重心在垂直中心线上 o避免偏重 o防止了滑车在下
滑过程中 o由于偏重导致下滑阻力增大而使得滑车停留在中途 o到达不了终点的事故发生 ∀使用时 o制造了
ts个滑车 ∀
v 帽儿山溜索的施工与安装
帽儿山森林旅游景点除了稍加人工修饰外 o基本都是自然景观 ∀因此帽儿山溜索安装的前提也是充分
利用现场的自然条件 o基本不破坏现场的自然景观 ∀
utt 林 业 科 学 wt卷
图 v 滑车的结构设计图
ƒ¬ªqv ≥·µ∏¦·∏µ¨ ¦«¤µ·²©µ∏±±¬±ªp¦¤µ
t q滑轮 …¯²¦®~u q螺栓 …²¯·~v q轴承盖 …¨ ¤µ¬±ª ¬¯±¨ µ~w q滚动轴承 …¤¯¯
¥¨¤µ¬±ª~x q转环 ×∏µ±¬±ª ²¯²³~y1 转臂 ×∏µ±¬±ª ¤µ° ~z q轴 „¬¬¶~{ q挡轴
…¤©©¯¨~| q滚轮 • «¨ ¨¯ ~ts q螺钉 ≥¦µ¨º ~tt q挡圈 Š¤¶®¨·~tu q安全环 ²²³~
tv q吊环 ≥º¬±ª¬±ªµ¬±ª~tw q螺钉 ≥¦µ¨º ~tx q插销盖 …²¯·¦¤³~ty q弹簧
≥³µ¬±ª~tz q插销 …²¯·~t{ q插销头 …²¯·«¨¤§~t| q开口销 …²¯·º¬·«¶¯²·~us q
销轴 …²¯·¤¬¬¶~ut q档圈 Š¤¶®¨·~uu q止动垫圈 …µ¨¤®¬±ªª¤¶®¨·~uv q螺母
‘∏·~uw q把手 ‹¤±§¯¨~ux q握手 ‹¤±§³²¬±·~uy q绞制孔螺栓 …²¯·~uz q垫圈
• ¤¶«¨µ~u{ q开槽螺母 ‘∏·º¬·« ¶¯²·~u| q开口销 …²¯·º¬·« ¶¯²·~vs q吊臂
≥º¬±ª¬±ª¤µ° ~vt q平键 Ž¨¼p²±p©¯¤·~vu q油杯 ’¬¯ ¦∏³~vv q套筒 t ≥¯ ¨¨ √¨t ~
vw q套筒 u ≥¯ ¨¨ √¨ u ~vx q垫圈 • ¤¶«¨µ~vy q把手头 ‹¤±§¯¨ ±¨§q
311 准备工作
根据现场的地理位置勘测 o选择架设溜索的线路 o
并确定宽度为 ts °∀在选定的线路 ts °宽的范围内 o
清除障碍物 o保证线路通畅 ∀
312 上下站台的施工
上下站台紧邻支架进行施工 ∀施工的材料选用木
板 o也就是将伐去的树木就地加工成木板 ∀用木板搭
建成站台 ∀站台的结构如图 w !x所示 ∀站台的结构便
于游客上下 o且结构牢靠 ∀
313 溜索的安装
tl主索的安装 经过现场勘测 o选定 „ !… u点的
树木作为支架 o将直径为 t|1x °°的钢丝绳安装在指
定高度 o并且将其固定到其他树木的根部 o用卡钩卡
死 ∀
ul缓冲装置的安装 为减缓游客滑到下支点的速
度 o避免撞到支架 o在下支点的钢丝绳上安装橡胶管 o
并用绳索将其固定 o作为缓冲装置 ∀
vl滑车回空 滑车滑到下支点后 o为将滑车送回
上支点 o在溜索线路旁边设计并安装了一条滑车回空
线路 ∀选用 | °°的钢丝绳 o在钢丝绳上安装一个小
滑轮 o利用重力原理 o实现滑车回空 ∀
w 帽儿山溜索的测试与使用
溜索作为载人的工具 o属于国家安全监察特种设
备之一 ∀因此 o帽儿山溜索设计安装后 o进行了相应的安全测试 ∀帽儿山溜索的安全性表现在 v方面 }tl滑
车不能够从钢丝绳上脱落 o其原因是采用了开闭机构 o使挡轴固定 ~ul在滑车上装有安全环 o安全环上系上
安全带 o防止游客脱离把手 o从空中落下 ~vl采用了简易缓冲装置 o防止游客撞到支架上 ∀测试一切正常后 o
帽儿山溜索开始投入使用 ∀在使用期间 o即在游客下滑之前 o工作人员要严格检查滑车开闭机构是否处于关
闭状态 !游客是否系好安全带等 o做到防患于未然 ∀
帽儿山溜索在开始运行的 ts天中 o先后接待了近 vss位游客 o运行正常 ∀
图 w 上支点站台的结构图
ƒ¬ªqw ≥·µ∏¦·∏µ¨ ¦«¤µ·²©∏³³¨µ³¯¤·©²µ°
vtt 第 x期 董希斌等 }帽儿山溜索的研制
图 x 下支点站台的结构图
ƒ¬ªqx ≥·µ∏¦·∏µ¨ ¦«¤µ·²© ²¯º µ¨³¯¤·©²µ°
x 结束语
经过使用后 o证明帽儿山溜索有以下特点 }tl整体设计比较系统 ~ul就地取材 o安装简单 ~vl安全可靠 o
实用性强 ~wl建设成本低 ∀帽儿山溜索的成功运行 o可以为其他溜索的设计和安装提供实际经验价值 ∀
参 考 文 献
董希斌 o王海飙 o宋俊山 qussv q滑索支架与基础设计 q森林工程 okvl }tz p t{
罗仙仙 o周新年 o罗桂生 o等 qussw q滑索的滑速理论研究 q福建林学院学报 ok¯ l }tz p us
沈 勇 qusst q滑索设计的理论基础 q中国索道 okul }vv p v{
杨学春 o董希斌 qussv q单跨溜索最低点位置的计算及跑车的动力学分析 q东北林业大学学报 okvl }v{ p ws
周军宏 qusst q滑索的安全性能分析 q起重运输机械 ok¯ l }ts p tu
中国林业出版社书目k|l
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