游樂場設(shè)備機械設(shè)計優(yōu)化策略分析

尤海博　周鑫　馮俊亮

[摘要]隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，對于精神娛樂的追求和要求也就不斷提高。游樂場作為經(jīng)營目的的游樂場所，其運營的游樂設(shè)施安全性至關(guān)重要。為提高游樂場設(shè)備的安全性，提升設(shè)備設(shè)施的使用體驗，就應(yīng)當對設(shè)備的機械設(shè)計進行不斷優(yōu)化。本文首先闡述分析大型游樂設(shè)施設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵點，進而利用CAE軟件就設(shè)備裝置的驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件作仿真計算，提出對應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化策略，以期為游樂場的設(shè)備升級提供相應(yīng)指導。

[關(guān)鍵詞]游樂場；設(shè)備；機械設(shè)計；優(yōu)化

游樂場為滿足游客的游樂體驗，多引入大型游樂設(shè)施，包括“海盜船”和“激流勇進”等大型游樂設(shè)施趣味性較強，但同時也存在較大安全隱患，必須保證其在設(shè)備機械設(shè)計上達標，才能減少安全事故的發(fā)生。針對大型游樂設(shè)備的設(shè)計關(guān)鍵點進行對應(yīng)優(yōu)化，是實現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備設(shè)計升級的重要路徑。

一、大型游樂設(shè)施設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵點

（一）載客裝置

大型游樂設(shè)施的載客裝置是游客使用設(shè)備時的重要安全保障，其規(guī)劃設(shè)計必須滿足相應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性才能確保游客安全，也就決定了要想進行設(shè)備設(shè)計優(yōu)化，載客裝置必然是設(shè)計的關(guān)鍵點。在設(shè)計優(yōu)化重點上，除穩(wěn)定性和可承載能力的設(shè)計外，尤其應(yīng)關(guān)注載客裝置的通風性，以防止設(shè)備機械故障發(fā)生時座艙通風效果不佳引發(fā)游客身體的不良反應(yīng)，情況嚴重可導致缺氧和瞬間休克，威脅游客的生命安全。為此，應(yīng)當為載客裝置設(shè)計好專有的通風系統(tǒng)，實現(xiàn)座艙內(nèi)部與外部的空氣流通，同時提升內(nèi)部空氣質(zhì)量，提高游客的游樂體驗。

（二）運行軌道

運行軌道的優(yōu)化設(shè)計包括滑軌類型游樂設(shè)施的外部軌道和設(shè)施內(nèi)部的運行軌道裝置，應(yīng)當在設(shè)計中實現(xiàn)其安全性和可持續(xù)操作性的同步優(yōu)化。在軌道設(shè)計當中，首先需就軌道的焊接和連接進行有效設(shè)計，確保焊接質(zhì)量，提高軌道安全性，同時需有效平衡游樂設(shè)施外觀美感和焊接焊點部位的安全性。此外，應(yīng)當對軌道的熱處理效果問題進行對應(yīng)設(shè)計，充分考慮軌道運行中產(chǎn)生的熱效果可能引發(fā)的設(shè)備故障，通過設(shè)計優(yōu)化排除安全隱患，避免不銜接設(shè)計縮短設(shè)備使用壽命。

（三）關(guān)鍵部位零部件材料

大型游樂設(shè)施的關(guān)鍵部位零部件材料多為金屬材料，其可大大提高游樂設(shè)施的穩(wěn)定性，同時可提高設(shè)備的荷載能力，提高設(shè)備運行時的安全。部分設(shè)計人員為提高游樂設(shè)施的美觀，將金屬材料替換為非金屬乃至布藝材質(zhì)，大大提高了設(shè)備運行的危險性?？紤]到當前金屬材料在游樂設(shè)施當中不可替代的作用，設(shè)計人員應(yīng)當控制好關(guān)鍵部位零部件材料的質(zhì)量水準，不輕易更換材料類型，也避免減少金屬材料的實際應(yīng)用數(shù)量，確保關(guān)鍵部位零部件材料的質(zhì)量達標。

二、游樂設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)的CAI=仿真計算分析

（一）驅(qū)動系統(tǒng)基本情況

大型游樂設(shè)施的驅(qū)動系統(tǒng)是設(shè)備運行的關(guān)鍵部件，為實現(xiàn)設(shè)備機械設(shè)計的優(yōu)化，就應(yīng)當重點關(guān)注驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化。為進行系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化，應(yīng)首先明確驅(qū)動系統(tǒng)的基本情況。第一，驅(qū)動系統(tǒng)重要包括驅(qū)動電機、驅(qū)動動力車和減速機等組件。第二，就觀光艙驅(qū)動系統(tǒng)的零部件情況來看，觀光艙總重28KN為恒定載荷；觀光艙內(nèi)游客6人，每人平均體重0.75KN；觀光艙整體荷載值為：G=28KN+6 x0.75KN=32.5KN。塔頂軌道的坡度傾角a=15.5°，主輪與軌道的摩擦系數(shù)μ=0.03。16個觀光船在軌道上運行，最大偏載量為：9個觀光艙滿載，7個在斜坡上，2個在上下客區(qū)，另外7個觀光艙空載。

（二）觀光艙驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件強度計算

對游樂設(shè)施中觀光艙的動力車車架的強度進行計算，驅(qū)動輪摩擦系數(shù)取=0.5，單個摩擦輪所需正壓力為：F正壓力=F牽引力/0.5/8=27000/0.5/8=6750N，動力車車架需要克服的摩擦力計算：F動力車=F正壓力*2*0.5=6750N。動力車車架最大應(yīng)力為105MPa，動力車車架的材料是Q345-B優(yōu)質(zhì)碳素鋼，應(yīng)力為735MPa，所以其安全系數(shù)為：大于GB 8408上規(guī)定的正常工作情況下重要零部件安全系數(shù)大于5的要求，滿足強度要求。

（三）強度計算結(jié)果分析

針對大型游樂設(shè)施驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的強度計算，結(jié)果表明一般情況下游樂設(shè)施零部件的應(yīng)力較小，相應(yīng)的零部件最大應(yīng)力符合相應(yīng)的規(guī)范和要求。同時，關(guān)鍵零部件安全系數(shù)正常工作情況下也符合材料強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計強度的相應(yīng)要求?？芍笮陀螛吩O(shè)施的零部件在強度方面符合相應(yīng)要求。基于強度計算結(jié)果確定驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件強度達標的基礎(chǔ)上，為確保整體設(shè)備的設(shè)計優(yōu)化，進一步就易出現(xiàn)安全隱患的關(guān)鍵部位作仿真計算，明確設(shè)備問題所在并加以解決，才能徹底實現(xiàn)設(shè)備安全性的提升。

三、結(jié)語

游樂場的大型游樂設(shè)施整體規(guī)模越大，潛在的危險性也就越大。為保障游客的安全，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性，就需要對游樂設(shè)備機械設(shè)計作進一步的探索優(yōu)化。對大型游樂場設(shè)置進行分析，明確設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵點，就設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件進行仿真計算和分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化點所在并進行對應(yīng)設(shè)計優(yōu)化，才能實現(xiàn)游樂設(shè)備整體安全性的提升，滿足游客游玩的趣味性和安全性需求。