新型溜索（滑索）減速器的設計與研發

摘 要：溜索減速器廣泛運用于軍警、救援隊等特勤部門，既能滿足特勤人員對普通溜索訓練和執行任務時的需要，又可大大提高安全性，同時還可降低操作難度，因此具有較強的市場推廣價值。

關鍵詞：溜索 滑輪 減速器 體態控制 設計

中圖分類號：TH235 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0108-04

The Research and Development of New Type of Strop Reducer

Li Kejian Chen Hequan Xiao Bing

（Sichuan Police Colleqe，Luzhou Sichuan，646000，China）

Abstract：Strop reducer have been applying to department like the army， police and rescue teams. Strop reducer possess quite strong marketing values because it can meet the need of the persons from those departments above for train and mission， while improving greatly the safety of those persons， as well as lowering the difficulties in operating.

Key Words：Strop；Pulley；Reducer；Posture control；Design

溜索是一種原始的渡河工具，常用于交通不便的崇山峻嶺之間建立可供人或物資往返的通道，在我國四川、云南、貴州、西藏等省份的山區較為常見。在崇山峻嶺、溝壑遍布的川、滇、黔、藏山區，交通問題是制約當地發展的最大障礙，古代勞動人民運用聰明才智，發明了溜索（也稱滑索）技術，使用竹繩、麻繩編織而成的繩索，搭建在河流、懸崖峭壁的兩岸，成功的克服了天塹瓶頸的制約，使得生產生活條件得以極大地改善。進入現代，溜索這一古老而充滿智慧的技術并未就此退出人民群眾的生產生活中，在川、滇、黔、藏偏僻的山區，至今仍然有群眾在交通不便的咽喉地段使用竹制溜索進行生產生活。竹制溜索的承載力甚至達到上千斤，山區群眾將山頂的竹子、木材、山貨等物資通過簡易的鋼絲溜索，高效快捷地運送至交通便利處。目前，國內很多旅游景區也將溜索作為一個重要的旅游、探險、運動、娛樂項目，供游客從另一個與眾不同的角度觀賞美景，感受極限運動的心跳刺激。同時，溜索也作為軍警、救援隊等特勤單位部門一種重要的常規實戰訓練科目，大量應用于維穩處突、安保警戒、特勤、應急救援等警務工作中發揮著重要的作用。由此可見，古老的溜索技術時至今日，仍然是偏遠山區、旅游景區、軍警、消防、救援、林業等部門和勞動人民生產生活中的重要工具和手段。時至科技高度發達的今天，傳統的溜索材料已由鋼絲、尼龍繩索替代了竹制、棉麻制繩索，但是其基礎的結構和使用方式而言并沒有太大的變化。相較于克服天塹修路架橋的常規做法而言，溜索在交通不便的山區和軍警、救援等特勤任務中，具有其獨特的優勢。其特點是構建溜索系統所需材料較少，施工難度較低，經濟成本較低，建成后操作簡單，無需太多專業技能技能使用等。雖然溜索具有結構簡單，使用方便等優點，但是在其使用過程中也存在架設時間長、滑行速度難以控制等實際問題需要解決。

1 當前溜索減速器存在的問題

溜索架設使用的技術對戰勤單位而言，對時間、效率、靈活性、可靠性等要求較高，在這個前提下，原本簡單的技術變得相對復雜，給基層戰勤單位救援及訓練工作帶來了一定的困難，究其原因，主要表現為幾個方面。

1.1 傳統溜索架設方式存在較大安全隱患

溜索架設過程中，對溜索的長度、松緊度、高低落差角度、時間要求等條件對特勤部門的實戰使用都相對復雜，溜索架設得不好，容易發生人員墜地、速度過快撞到終點、速度過慢無法到達預定位置、滑輪脫離受力繩卡死損壞受力繩等問題，從而導致人員受傷甚至死亡的事故。

1.2 特勤人員在溜索過程中的速度和體態控制不和諧

特勤人員在使用過程中，需要靈活的控制速度，到達預定位置后速度需要控制在3.5 m/s以內才能保證自身安全，目前解決這個問題的一般做法是在溜索的終點設置攔阻裝置，加掛減速牽引繩，調整溜索高差角度等被動方法來解決。但在溜索過程中由于始終無法做到溜索人員在運動過程中自主減速和控制體態的問題。

1.3 專用器材缺乏

目前國內外只有登山攀巖用的滑輪和鋼鎖，尚沒有專門用于溜索的集滑輪、減速器、體態控制器為一體的溜索減速器，此類滑輪大部分不是高速設計，軸承采用銅套制作，一旦經過高速之后會迅速發熱，導致滑輪抱死失效。因此，為經常性實施溜索訓練和實戰的單位設計制作特勤人員專用溜索減速器是當前發展的必然趨勢。

2 新型溜索減速器的設計

新設計的溜索減速器主要解決的是特勤人員和旅游景區項目中使用溜索時的體態控制、速度控制、安全保障等問題，其由滾珠軸承滑輪、減速鉤、多功能側板把手等部件構成，操作過程較為簡單。特勤人員先將溜索減速器掛于溜索受力繩上，解脫自我保護裝置開始實施溜索，在溜索行進中，根據操作需要通過多功能把手來穩定體態、控制速度，從而完成據槍瞄準射擊、調控吊運擔架設備、拋投催淚彈、震爆彈、手榴彈等相關動作。到達預定位置或終點時，扳動剎車使自身運動完全停止，迅速脫離溜索系統，完成整個流程。（見圖1）

2.1 滾珠軸承滑輪

使用鋁制或不銹鋼制滑輪，內部為滾珠軸承，滑輪主要的功能是承載溜索系統的吊運負荷，降低繩索與吊運物的摩擦力，使之盡可能平穩高效地沿受力繩做高速運動。滾珠軸承滑輪的直徑為6 cm，厚度2 cm。（見圖2）

2.2 減速鉤

減速鉤為不銹鋼制，通過開口相反的兩個鋼鉤對繩索進行受力擠壓，迫使繩索產生一定變形獲得足夠的摩擦力，使之達到減速的目的。減速鉤長度設計為17 cm。

2.3 多功能側板把手

多功能側板把手的主要功能是連接操作人員、固定滑輪、固定減速鉤、延長減速器有效長度，穩定溜索操作人員的體態等功能。多功能側板把手長度為60 cm（其中前段40 cm長，后端20 cm長）。操作人員通過多功能側板與減速器相連接，在操作過程中通過對側板上的手柄的向下或向上施加力量來增加或減小減速鉤對繩索的摩擦力從而達到減速或正常滑行的目的。操作人員手臂、身體、減速鉤、滑輪構成穩定的三角型支撐，通過對側板手柄施加左右或前后的力，使操作人員能夠自如地在一定范圍內完成身體的移動、轉向等動作，完成各種精確操作的目的。（見圖3）

3 新型溜索減速器實驗效果

溜索減速器有效地解決了在溜索操作中不能有效自主控制速度及精確控制體態的問題，避免了由于速度和距離等因素造成相關控制人員判斷失誤的問題，減少了操作員在高速的運動過程中手部直接接觸到繩索而產生的嚴重割傷和燙傷。課題組在試驗中做了精確的計算和使用測試，將受測試人員分為普通群眾和軍警人員兩組，普通群眾之前并未受過任何專業訓練，也未進行過任何類似于溜索的高空操作，軍警人員接受過一定的專業訓練，有一定的專業基礎，并對其進行分別測試，以取得受測人員在各種情況下的臨場表現和器材的使用效果數據，并對獲得的數據進行分類評估。

3.1 結構和使用簡便性測試

新型溜索減速器設計結構簡單實用，充分利用不銹鋼、鋁合金等材料的特性，使用方法簡潔明了，普通人也一看就會，具備推廣普及條件。

課題組在測試中首先對減速器的結構和材料進行了精確的計算，然后掛載500 kg負荷，采用人工手動減速的方式進行多次反復的承重測試，證實其系統的安全性和可靠性，然后讓教官對兩組受測人員分別進行減速器的構造原理和使用方法的簡單講解，在確保安全的前提下讓受測人員使用減速器在靜止狀態下角度30。、45。，長度為80 m和35 m的兩條已架設好的溜索上分別使用。所有參與測試的人員均能迅速理解和明白減速器的工作原理和使用方法。受測人員在簡單培訓后，提出了一些問題，主要集中在溜索的承重可靠性、器材的材質和使用安全性、系統發生意外的保護措施上，并未對器材的結構和使用操作方法上提出太多的問題，說明減速器的結構比較簡單，使用方法也不復雜，作為一種設計服務目標群體為軍警和普通旅游項目的器材，簡單明了的基本目的已經達到。

課題組對兩組人員分別進行了測試，第一組普通群眾在測試時普遍存在較大的心理壓力，面對離地面十幾米高的樓頂，很多受測人員沒有勇氣邁出那一步。實驗小組通過觀察，發現繩索位于人體的頭部以下，特別是腰部以下高度對受測人員的心理影響較大，迅速調整了繩索的高度，使其位于受測人員的頭頂上方，在教官的幫助下，所有受測人員均能順利滑出。但是由于部分受測人員過度緊張，會發生剛一滑出就用力將剎車拉緊導致整體停止的情況，隨后在教官的指導下松開剎車順利地完成了溜索的整個過程，僅有極少數受測人員由于過度緊張，剎車拉得過緊而發生沒有到達預定停車區溜索既已停止的情況，未發生速度過快不受控制和其他的異常情況。

第二組軍警人員沒有對繩索的高度等問題提出異議，較為順利地完成了溜索過程，未發生速度不受控制撞向終點、滑輪抱死、繩索脫出滑輪槽等在特勤人員訓練中較容易發生的意外情況。證明其對軍警特情人員的使用目的是達到了的。

測試結束后課題對兩組人員進行了訪談，詳細了解各自的使用感受，普通群眾的測試組表示整個過程驚險刺激，非常好玩，只是由于個人心理比較緊張，一只手空著沒有抓握，在離開樓頂的瞬間顯得非常無助，建議給普通群眾使用的減速器手柄設計成可以雙手抓握的形狀。軍警測試組表示系統性能穩定，單手就能完成整個溜索過程，對其在今后執行任務和訓練使用中帶來的表現表示高度期待。

3.2 成本低廉

新設計的減速器完全使用市面上常見的304不銹鋼板、鋼管、鋁合金板材、滾軸軸承等材料制作，普通的金屬五金加工廠均能按要求完成制作。原材料的獲取和加工難易程度決定了器材的整體造價成本的高低。因此溜索減速器的制造門檻和成本價格都相對較低，銷售價格也不會像進口器材動輒幾千上萬元的費用。由于其科學的設計理念，在使用過程中使溜索項目相關耗材的消耗大大減小。如溜索的主繩在傳統的溜索過程中，由于滑動的角度較大，通常都會采用鋼鎖硬摩擦的方式來達到減速制動的目的，由于鋼鎖本身在滑動過程中沒有精確定位，其自身結構又不利于散熱，在使用過程中會加大對主繩的磨損和鋼鎖過熱發生融化繩索的破壞，因此溜索訓練中使用鋼鎖摩擦減速方式對繩索的磨損是非常大的，為了保證安全，就需要經常性地更換繩索。另外，鋼鎖在使用過程中自身也會產生磨損，帶來損耗，其他的如扁帶、快掛等相關輔助器材也會相對減少，大大降低了溜索系統的運行成本。

3.3 安全性強，自主可控性強，實戰效果和旅游娛樂刺激度增強

采用溜索減速器作為主要減速設備的溜索系統，其設計的安全性較為可靠，避免了幾個較為常見的安全問題。

3.3.1 減少了繩索磨損和毀壞

在特勤單位和旅游娛樂項目中設置的臨時性溜索使用的主繩大都是市場上可以購買到的靜力繩，這類繩索由尼龍作為主要材料制作，承載力強，輕便易攜帶，不易老化，但其較為致命的弱點是尼龍材料對溫度敏感，溜索時由于需要鋼鎖在主繩上摩擦帶來一定的減速效果，長距離長時間地在一點位置上持續施加重量，容易造成鋼鎖局部溫度較高，散熱困難，能夠達到輕易燙壞和融化繩索的溫度，從而發生致命的危險。新型溜索減速器由于性能可靠，減速鉤的散熱設計合理，因此減速器的溫度可保持在一定的有效范圍之內，避免了傳統鋼鎖減速時鎖具過熱融化繩索造成安全事故的危險，同時也在單位時間內加大了使用的頻率。

3.3.2 減速問題得到了合理解決

特勤人員對溜索過程中的減速要求較高，該快的時候要快，該慢的時候要慢，該停的時候要停得下來。傳統溜索系統中減速加速主要有兩種方式：一是直接使用鋼鎖作為受力部件，通過鋼鎖的硬摩擦帶來一定的減速效果；二是使用滑輪作為受力部件，另外在前端或后端加掛鋼鎖，在需要的時候由操作人員猛拉鋼鎖施加壓力來達到減速效果。這兩種方式均不科學，直接使用鋼鎖承載負重增加摩擦力可以達到一定減速效果的方式，但并不能有效地解決這些問題。由于鋼鎖上施加的是人體自身的重量在主繩上產生摩擦而減速，在操作過程中不可能取消掉這一部分摩擦力，因此整個溜索的過程是在一個持續的減速過程當中，要想加速則非常困難；采用滑輪作為受力部件時，雖然能夠減少負載對繩索摩擦力，但用于增加摩擦力減速的鋼鎖并不在一個穩定的狀態，也沒有省力的設計，需要減速則全靠操作人員的手臂力量去拉拽鋼鎖下的扁帶減速，這不科學也不安全。而新型溜索減速器承載人體重量的是滾珠軸承，減速鉤和滾珠軸承是在一個整體框架下相對獨立的部件，因此在操作人員需要速度的時候，可以最大限度地利用滑輪阻力小和重力作用使操作人員獲得越來越大的慣性，提高通過的速度，在需要減速剎車時，又能夠及時地啟動安全鉤增加摩檫力減速，由于新型溜索減速器使用了杠桿式結構，操作人員只需要很少的力量就可以有效地控制減速鉤達到減速的目的。在完成減速后需要加速時，也只需要輕輕抬起安全鉤即可逐步地加快速度。這種科學合理的設計，解決了操作者自主減速和自主加速的難題。

3.3.3 較好地克服了體態控制問題

特勤人員在溜索的操作使用過程中，通常是單手操作，另一只手需要持槍或攜帶其他警用器材。在傳統的溜索操作中，身體與主繩之間只有兩點固定，中間采用軟性扁帶連接，在開槍、投擲物品和其他操作時，極易發生操作人員在空中打轉的情況，有可能發生意外走火，拋投物嚴重偏離既定位置等情況。如果使用硬性連接，又會造成體態無法變換，只能完成單一操作的窘境。新型溜索減速器采用的是一體化多功能手柄，使身體除了安全帶與主繩之間的兩個固定點之外，新增加了多功能握把一個固定點，仍然保留了使用軟扁帶連接減速器與身體，增強了其自主控制體態的靈活性，又通過多功能手柄，使原來的兩點固定變為三點固定，有效地解決了特勤人員在操作使用過程中打轉、體態不受控制的問題，極大地提高了執行任務的精確度、自由度和穩定性，同時杜絕了因前兩個問題導致的安全性問題。

3.3.4 能適用于不同的場地

傳統的溜索系統在角度過大時，主要采用牽引繩減速或停車區域攔阻減速的方式來控制系統運行，避免出現意外情況，而使用新型溜索減速器后，由于減速鉤采用的杠桿式加力制動方式，剎車效果良好，使溜索架設時的角度大大延伸，同時也極大地減輕了需要上方牽引制動和下方攔截制動的壓力，操作者在大角度溜索的情況下靈活性和穩定性最大限度下得以保持。這對于特勤單位的使用和旅游娛樂中的使用無疑拓展了廣闊的空間。

在解決了特勤單位使用過程中的幾個主要問題的前提下，新型溜索減速器在旅游探險等娛樂運動項目中的使用也就奠定了堅實的基礎。雖然普通群眾與特勤人員對溜索的使用環境和要求都相去甚遠，但對于基本的安全要求是相同的，普通群眾在旅游娛樂中使用溜索主要講究新奇刺激和另類的視角，可以犧牲一部分靈活性來滿足業余操作人員的安全需要，使減速器的操作更簡單，同時照顧到非專業人員在操作時容易產生的緊張恐懼心理，將單手操作的多功能握把改為雙手操作的握把，延長杠桿距離，減輕剎車時扳動杠桿的受力，將單滑輪承重設計更改為雙滑輪承重，同時將受力吊點由一個更改為兩個，將普通安全帶更改為專供游客體驗的坐式吊籃或臥式吊袋。這樣，既滿足了特勤單位嚴格的使用需求，又能夠滿足普通游客的新奇刺激體驗，克服了緊張恐懼情緒。

參考文獻

[1]趙翼翔，陳新度，彭超興.風載荷作用下工程索道的動態響應分析[J].起重運輸機械，2009（3）：42-45.

[2]宇宏武，朱守林，楊德嶺.工控組態軟件MCGS在客運索道中的應用[J].森林工程，2007（5）：36-38.

[3]楊德嶺，董希斌，楊學春.單索循環式實驗索道的設計[J].森林工程，2006（2）：2，15-16.