螺栓支撐頂升法在觀覽車修整中的應用

周曉君

（上海希都游樂設備制造廠 上海 201401）

螺栓支撐頂升法在觀覽車修整中的應用

周曉君

（上海希都游樂設備制造廠 上海 201401）

觀覽車通常主要由轉盤、轉盤支承中心主軸、吊艙和支柱組成。觀覽車安裝過程中當轉盤支撐中心主軸水平度偏差大，導致轉盤軸向傾斜嚴重，設計未留有足夠空間使用液壓千斤頂調節(jié)轉盤支撐中心主軸水平度時，可采用本文螺栓支撐頂升法實現(xiàn)。螺栓支撐頂升法可調節(jié)觀覽車支承中心主軸的水平度和轉盤軸向的傾斜度，使觀覽車轉盤正常運轉。螺栓支撐頂升法裝備簡潔、輕便，成本低，不易造成觀覽車原始結構件的變形和破壞。

螺栓支撐頂升法 螺旋傳動 觀覽車修整

觀覽車是一種大型轉輪狀的游樂設施，通常主要由轉盤、轉盤支承中心主軸、吊廂和支柱等組成。轉盤——繞中心軸旋轉且均布著乘人部分的輪盤。主軸——轉盤中心水平軸，承受轉盤和乘人部分的載荷。支柱——支承轉盤及其乘人部分的柱體結構件[1]。觀覽車支柱上端裝有主軸，主軸裝有大轉盤，轉盤上裝有多個吊廂或回轉艙隨轉盤一起旋轉。觀覽車工作原理通常是由裝于轉盤兩側的驅動系統(tǒng)驅動。驅動系統(tǒng)由液壓柱塞馬達，經(jīng)過減速機減速，減速機上裝有橡膠摩擦驅動輪，把高轉速低扭矩的機械動力轉為高扭矩低轉速的機械動力，通過摩擦驅動輪的機械力傳到轉盤上的摩擦面，使轉盤繞著轉盤中心主軸低速轉動。根據(jù)國家標準GB/T 18164—2008 《觀覽車類游藝機通用技術條件》要求，觀覽車安裝結束后主體支承軸軸心線與水平面的平行度偏差應不大于1/1000，轉盤支承軸軸承的軸心線傾斜度不大于兩端軸承或回轉支承中心線距離的1/1500[2]。若觀覽車在安裝過程中轉盤支承中心主軸水平度不符合1/1000時，導致轉盤軸向偏心，轉盤無法正常運轉，需對主軸水平度進行修整。通常情況下，可通過液壓千斤頂實現(xiàn)，而在實際項目設計過程中未有給后期修整提供充足使用液壓千斤頂?shù)目臻g時，可使用本文螺栓支撐頂升法實現(xiàn)。本文系統(tǒng)介紹了螺栓支撐頂升法的原理、結構、設計計算方法以及施工要點等內容。

1 修整觀覽車概況

本文示例修整觀覽車總高度88m，轉盤直徑83m，吊艙數(shù)量54只，支承中心主軸長度6m，主軸、轉盤及吊廂總重120t。此觀覽車安裝后支承中心主軸軸向兩端高差10mm（按照GB/T 18164—2008應小于4mm），導致轉盤嚴重傾斜，驅動轉盤旋轉的一側摩擦驅動輪壓緊行程100mm全部伸出的狀態(tài)下，驅動輪仍無法與轉盤接觸，造成觀覽車無法正常運轉。

1.1 觀覽車支承主軸結構及固定方式

●1.1.1 支承主軸結構

支承主軸有筒體、內部支承鋼管和中心軸組成，中心軸兩端裝配軸座，通過軸座安裝于觀覽車支柱頂端。其結構形式見圖1。

圖1 支承主軸結構形式

圖2 軸座固定方式

●1.1.2 軸座固定方式

觀覽車中心主軸軸座與底板采用13個M36×140高強度螺栓連接，M36×140螺栓頭部埋在底板反面槽內，底板與支柱頂板通過焊接連接固定。其固定方式如圖2所示。

1.2 修正量的確定

通過采用本文螺栓支撐頂升法調節(jié)支承主軸傾斜度至水平，同時減少轉盤軸向傾斜，使得驅動輪與轉盤驅動軌道接觸，實現(xiàn)轉盤的正常運轉。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，支承中心主軸軸向兩端高差10mm，支承主軸南高北低，即主軸軸向高低修正量為10mm。為簡化計算，調整時以主軸中心為旋轉點，簡圖如圖3所示。

圖3 轉盤軸向修正量計算簡圖

式中：

A——主軸支撐軸座至主軸中心距離，A=3000mm；

B——轉盤半徑，B=41500mm；

C——1/2主軸軸向高低修正量，C=5mm；

x——轉盤軸向傾斜修正量。

在轉盤軸向傾斜修正量69mm仍無法使驅動輪與轉盤驅動軌道接觸的情況下，可采用矯枉過正法，即調節(jié)支承中心主軸南低北高，高差2mm（按照GB/T 18164—2008應小于4mm），主軸的水平度仍在國家標準規(guī)定的范圍內。此時，轉盤軸向傾斜修正量為：

此值為觀覽車轉盤軸向傾斜修正極限值。由于螺栓頭部埋在底板反面槽內，底板與支柱頂板焊接連接固定，無法更換螺栓。當支承中心主軸高差修正量大于12mm時，連接螺栓M36×140長度將無法滿足。

2 螺栓支撐頂升法的原理

螺栓支撐頂升法利用了滑動螺旋傳動原理，將旋轉運動變成直線運動，使用較小的力矩轉動螺栓，使螺母產(chǎn)生軸向運動和較大的軸向力。本文中螺栓為起重螺栓，螺母為頂板，頂板與支撐主軸的軸承座底板焊接，使用力矩轉動起重螺栓時，頂板產(chǎn)生軸向運動帶動支撐主軸的軸承座一起軸向運動，實現(xiàn)支承中心主軸軸座的起重工作，修正支承中心主軸水平度。

圖4 螺栓支撐頂升裝置

3 螺栓支撐頂升法裝置

3.1 裝置結構

螺栓支撐頂升裝置主要由筋板（20mm）、頂板、起重螺栓、鋼球（φ12mm）、鋼球座和墊板（30mm×50mm×600mm）組成。筋板與頂板焊接，焊接完畢筋板再與原軸座筋板、底板焊接連接。其主要結構形式分別如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖5 起重螺栓

圖6 頂板

圖7 鋼球座

4 設計計算

由于本文螺栓支撐頂升法內使用的裝置使用頻次僅為一次，故在設計計算過程中不進行耐磨性計算，設計計算以起重螺栓強度和頂板強度校核為主。

4.1 許用應力

●4.1.1 起重螺栓許用應力

●4.1.2 頂板許用應力

頂板材料為Q235B，由《機械設計手冊》第3卷表12-1-10[3]可得：

許用彎曲應力：

許用切應力：

4.2 自鎖性驗算

由于為單頭螺紋，導程S=P=3．5mm，故螺紋升角：

式中：

λ——螺紋升角，°；

S——導程，mm；

P——螺距，mm；

d2——螺紋中徑，mm。

由表12-1-7鋼對鋼f=0.15~0.17，取f=0.16，得：

式中：

ρ′——當量摩擦角，°；

f——摩擦因數(shù)；

α——牙角，°。

λ<ρ′，故自鎖可靠。

4.3 起重螺栓強度驗算

起重螺栓GB 5783—86，M30×60（8.8s）的外螺紋中徑d2=27.727mm，外螺紋小徑d1=26.211mm，每個起重螺栓所受的力為F，起重螺栓共有13件， 總 起 重 重 量 為 60t， 則 F=60/13=4.6噸 力=45277N。

由表12-1-3[3]，螺紋摩擦力矩為：

式中：

M1——螺紋摩擦力矩，N·mm；

d2——螺紋中徑，mm；

F——螺旋傳動軸向載荷，N；

λ——螺紋升角，°；

ρ′——當量摩擦角，°。

將M1代入表12-1-4中式（4）得：

式中：

σca——當量應力，MPa；

d1——外螺紋小徑，mm；

F——螺旋傳動軸向載荷，N；

M1——螺紋摩擦力矩，N·mm。

4.4 頂板螺紋強度驗算

因頂板材料強度低于起重螺栓材料強度，故只驗算頂板螺紋強度即可。由于螺紋選用普通螺紋，故牙根寬度b =P，基本牙型高H=0.54P，內螺紋大徑1D=30mm，旋合圈數(shù)n=，代入表12-1-4中的式（7）4及式（8）[3]，得

式中：

τ——剪切強度，MPa；

D4——內螺紋大徑，mm；

F——螺旋傳動軸向載荷，N；

b——牙根寬度，mm；

n——旋合圈數(shù)。

式中：

σb——彎曲強度，MPa；

D4——內螺紋大徑，mm；

F——螺旋傳動軸向載荷，N；

b——牙根寬度，mm；

n——旋合圈數(shù)；

H1——基本牙型高，mm。

4.5 起重螺栓穩(wěn)定性驗算

由表1-1-127，查得λ2=60（λ2為與材料有關的常數(shù)），由表12-1-5，起重螺栓長度系數(shù)μ=2[3]，起重螺栓最大工作長度l=60mm，起重螺栓危險截面的慣性半徑：

式中：

i——起重螺栓危險截面的慣性半徑，mm；

d1——螺紋小徑，mm；

則

式中：

λ——與材料有關的常數(shù)；

μ——長度系數(shù)；

l——起重螺栓的最大工作長度，mm；

i——起重螺栓危險截面的慣性半徑，mm。

故可不進行起重螺栓穩(wěn)定性驗算。

5 螺栓支撐頂升法修整施工工藝

南端軸座連接螺栓全部松1/4圈，北端軸座連接螺栓全部松1/2圈。起重螺栓下放入墊板、鋼球和鋼球座，調整鋼球座和鋼球位置于起重螺栓正下方，所有起重螺栓擰緊著力，定位焊固定筋板與軸座筋板。然后按照圖8順序旋轉13只起重螺栓1/2圈頂升支承中心主軸。北端軸座連接螺栓全部再松1/2圈，然后按照圖8順序再扭緊13只起重螺栓1/2圈頂升支承中心主軸，用透明注水軟管重新測量支承中心主軸水平度，檢查擰緊13只起重螺栓擰緊1圈后主軸水平度的修正量，做好測量記錄。繼續(xù)以上步驟，直至北端軸座連接螺栓的螺帽到達連接螺栓的頂部余1～2圈螺紋。

圖8 起重螺栓擰緊順序圖

檢查轉盤傾斜調整程度，觀察轉盤底部與驅動輪間距離的變化。當支承中心主軸水平度達到0時，轉盤仍未位于兩側驅動輪中心，則繼續(xù)擰緊13只起重螺栓使得支承中心主軸北端高出南端2mm。現(xiàn)轉盤軸向傾斜修正后轉盤位于兩側驅動輪中心，轉盤摩擦面至驅動輪距離小于等于100mm，驅動輪伸出可與轉盤摩擦面接觸，此時北側軸座與底板之間由于起重螺栓的頂升作用存在12mm的間隙，分別從軸座兩端與外側插入墊片3塊，見圖9。然后按照圖8中逆順序（即從序7松至序1）以1/2圈為一程序松開起重螺栓，然后再按照圖8中的逆順序按1/2圈為一程序松開起重螺栓，直至全部松動，脫出起重螺栓，卸去墊板、鋼球座和鋼球。南北兩端按從中心往兩側的順序擰緊26只連接螺栓，以1/2圈為一個程序，直至全部擰緊。每只螺栓緊靠螺帽處焊接一塊定位板，作為螺帽的防松措施。

圖9 墊片安裝圖

6 總結

本文示例觀覽車經(jīng)螺栓支撐頂升法實現(xiàn)觀覽車支承中心主軸高度修整量12mm，實現(xiàn)轉盤軸向傾斜度修整量83mm，修整后觀覽車轉盤摩擦面可與驅動輪接觸，驅動輪驅動轉盤，轉盤正常運轉。螺栓支撐頂升法相比于液壓千斤頂頂升法，成本低、經(jīng)濟實用，并且有效的解決了空間不足無法使用液壓千斤頂頂升法的問題。同時螺栓支撐頂升法使用13個鋼球支撐，受力均勻，支柱頂板不易變形。而液壓千斤頂頂升法液壓千斤頂直接作用支柱頂板，易由于液壓千斤頂應力集中而使支柱頂板局部變形。與液壓千斤頂頂升法相比，本文螺栓支撐頂升法設計的頂升裝置無法重復使用，效率比液壓千斤頂?shù)?，頂升程序相對液壓千斤頂頂升繁瑣?/p>

[1] GB/T 20306—2006 游樂設施術語[S]．

[2] GB/T 18164—2008 觀覽車類游藝機通用技術條件[S]．

[3] 成大先．機械設計手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2008．

[4] 王進．一種游樂設施水平度測量方法的應用[J]．中國特種設備安全，2013，29(10)：29-30．

Application of Lift-up Method by Bolt in Ferris Wheel Correcting

Zhou Xiaojun
(Shanghai Xidu Amusement Equipment Factory Shanghai 201401)

The Ferris wheel usually consists of turn plate, turn plate spindle, gondolas and pillar. In Ferris wheel installation process, when the horizontal degree departure of turn plate spindle is over range, resulting the turn plate leaning seriously in the axial direction, and there is not enough space for using a hydraulic jack dial to correct the horizontal degree of turn plate spindle and the inclination of turn plate in the axial direction, the lift-up method by bolt can be used. The lift-up method by bolt can correct the horizontal degree of turn plate spindle and the inclination of turn plate in the axial direction, and the Ferris wheel can rotate normally. The device of lift-up method by bolt is simple, portable, low cost, not easy to cause deformation and destruction of the original structure of the Ferris wheel.

Lift-up method by bolt Screw drive Ferris wheel correcting

X941

B

1673-257X(2016)12-0074-06

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．018

周曉君(1984～)，女，本科，生產(chǎn)技術總監(jiān)，工程師，從事大型游樂設施整個項目的管理及項目中的機械管理及焊接管理工作。

2016-05-15）