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15米金属拉梯攀登操的几点思考

时间:2021-09-28 15:39:50    

来源:《消防界》杂志    

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15米金属拉梯攀登操的几点思考

  摘要:对攀爬15米金属拉梯操作规程进行介绍,并从物理和数学视角,对提高15米金属拉梯攀登操训练成效进行探讨。
 
  关键词:15米金属拉梯操;操作规程;架梯角度;摩擦力
 
  攀登15米金属拉梯操是夏训操法中为数不多的登高类操法,五名指战员需要在规定的时间类将拉梯架设好并由一名指战员沿拉梯逐级攀登至4楼平台后喊“好”后计时结束。
 
  为了提高成绩,我们一般在装备和人员配备上下功夫,如使用更轻的拉梯、选择大块头的消防员拉绳、选择身手敏捷的消防员爬梯,再通过日复一日的训练,不断提高班组人员的默契程度,最终让成绩一点一点提高。那么在赛场上,如若是相同的装备、相近的实力,如何让我们更有优势呢?除了临场发挥、队员状态等这些主观因素,是否还有其他可以客观因素?今天笔者从数学和物理两个视角就此问题进行分析。
 
  一、攀爬15米金属拉梯操作规程介绍
 
  在分析问题之前,我们先回顾一下操作规程:
 
  (一)场地设置
 
  在训练塔前15米处设置起点线,在距起点线10米至14米之间设置架梯区。在起点线处放置15米金属拉梯1把,梯脚朝前并与起点线相齐。
 
  (二)器材和着装要求
 
  1.个人防护装备(10件套):灭火防护服、消防头盔、灭火防护靴、消防安全腰带、安全绳、腰斧、呼救器(与方位灯合一)、阻燃头套、防爆照明灯和消防手套。
 
  2.参训人员着个人防护装备10件套。
 
  (三)操作过程
 
  参训人员在起点线后立正站好,当听到“预备”的口令后,参训人员做好准备。
 
  听到“开始”的口令后,参训人员携拉梯跑向训练塔,进入架梯区域后,1、2号员将梯脚放在架梯区、分别向后拉两侧撑脚,固定撑脚;3号员双手扶梯,用脚抵住梯脚,4、5号员同时向上推梯将拉梯竖直;待拉梯架稳后,4、5号员交替拉绳将拉梯升至第4层窗台锁梯;调整支撑脚,将拉梯靠在第4层窗台,保护人员(不作为参训人员)将安全钩挂在4号员的安全腰带上进行绳索保护,4号员逐级攀登进入第4层窗口,双脚着地后面向外举手喊“好”。
 
  (四)操作要求
 
  1.严格按照操作程序逐一实施。
 
  2.梯子未架稳前不得升梯、梯子未锁死前不得爬梯。
 
  3.支撑脚要相互对称,防止梯子倾斜。
 
  4.拉梯上端必须超过窗台2个梯蹬。
 
  (五)成绩评定
 
  计时从发出“开始”,到4号员双脚着地喊“好”为止。
 
  二、架梯角度对于时间的影响
 
  从规程中我们知道完成此操法有2个硬性要求,一方面是拉梯必须要超过4楼窗台(约10米)2个梯蹬;另一方面则是指战员要沿着拉梯逐级攀登跃进4楼平台,下面我们用数学的视野来探究架梯角度对于以上2个方面的影响:
 
  拉梯架设完成后的状态可简化为图1所示,训练塔(AO)、拉梯(AC)和水平面(OC)会构成一个直角三角形,拉梯和水平面构成的内角∠ACO,我们称之为α,我们发现在训练塔高度(AC)不变的情况下,α角度直接影响着拉梯需要展开的长度:
 
  (一)当α为45°时,以训练塔10米高度为例,拉梯整体需要拉伸长度最低为:
 
 
  此时梯脚距离训练塔OD距离为:10m
 
  (二)我们移动梯脚至D点,形成夹角β,即∠ADO:
 
 
  当β为60°时;以训练塔10米高度为例,拉梯整体需要拉伸长度最低为:
 
  此时梯脚距离训练塔OD距离为:5.77m
 
  (三)我们移动梯脚至E点,形成夹角θ,即∠AEO:
 
 
  当θ为75°时;以训练塔10米高度为例,拉梯整体需要拉伸长度最低为:
 
  此时梯脚距离训练塔OE距离为:2.58m
 
  根据规程要求,距离起点线14m至10m处为架梯区,也就是
 
  1m
 
  即:2<(tanα=OA/OC)<10;
 
  即:63.43°<α<84.28°
 
  即在实际架梯中我们拉梯和水平面的角度处在63.43°和84.28°之间,拉梯伸展距离差距可以达到1.1m左右,合计约3~4个梯蹬,我们爬梯人员在中后段攀爬时往往会因体力消耗导致速度减缓,完成这最后的3~4个梯蹬用时将会超过1秒。
 
  这多出的1.1m不仅后期影响爬梯时间,在前期也会影响拉梯时间,1.1相当于往复1次拉绳的距离,而拉绳1次需要耗时1s左右,这也是比赛中部分队伍需要往复跳拉绳5次,有些只需要4次的原因之一。还有需要改进的是,在比赛中,若梯脚不平衡时,我们扶梯的人员常采取将梯脚向外移动,以调整梯角平衡,间接增加了拉梯的距离。
 
  三、摩擦力对于时间的影响
 
  讨论摩擦力之前,我们要明确几个事项:我们配备的15米金属拉梯的质量(85KG),为了便于计算,假设第二节、第三节梯均为25KG,即拉梯时,实际上就是提拉50KG的重物,拉梯消防员自重为70KG,全套战斗服大约10KG。消防员在拉梯时,往往是通过跳跃腾空利用自重拉动拉梯,消防员向下行进的速度即为拉梯的提升速度,消防员向下行进的距离即为拉梯的伸展距离,理想状态下,消防员向下运动的加速度a由物理学公式可求:
 
 
  此时加速度a为3.75m/s,假设1名战斗员跳拉距离为1.5米,则往复一次消耗时间为:
 
 
  即理想状态下往复拉绳一次耗时0.894s。
 
  实际中,拉梯上的定滑轮改变力的方向同时也会产生摩擦力造成能量损耗,我们称之为滑轮效率,以普通滑轮的效率85%为例,我们再进行计算,消防员向下运动的加速度a,此时:
 
 
  此时加速度a=2m/s,假设1名战斗员跳拉距离依然为1.5米,则往复一次消耗时间为:
 
 
  通过对比滑轮的效率导致跳拉一次用时比理想状态下慢了0.3秒左右,按最低4次跳拉计算,时间上会滞后1.2s左右。当然任何滑轮都会有摩擦,我们无法改变,但是我们可以改变的是更换一个效率更高的滑轮(高达95%)或者使用体重更重的指战员去拉,不过此时滑轮效率占据着主要因素。
 
  当然在此操法中并不是所有的摩擦都是那么令人讨厌,都是必须要减少的,为了确保拉梯的顺畅,我们必须让手套和拉绳之间有足够大的摩擦力,以尽可能地减少滑动带来的损失,这个时候我们别无他法,只能让二者的表面都尽可能粗糙,以保证接触后不发生滑动。
 
  四、结语
 
  综上,我们从理论上可以得出提高攀登15米金属拉梯操法成绩的另外三种途径:
 
  一是尽量增大拉梯和水平面的夹角;
  二是尽可能提高15米金属拉梯上的滑轮效率;
  三是增大拉梯拉绳的粗糙度。
 
  若我们在此操法的训练中,成绩止步不前时,从角度、滑轮、摩擦等方面进行探索也是可行的方法。

  作者简介:陈涛  湖南总队株洲支队醴陵大队江源消防救援站
          罗声  湖南总队株洲支队作战训练科
 
此文刊发于《消防界》杂志2021年5上
相关关键词: 消防论文