游樂設(shè)備大擺錘結(jié)構(gòu)分析及測試探討

龍艷寒

摘 要：為滿足游客的消費(fèi)需求，實(shí)現(xiàn)娛樂設(shè)施的多元化，越來越多的游樂場，嘗試引進(jìn)大擺錘，由于缺乏相應(yīng)的設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致大擺錘安全事故發(fā)生率較高，對游客的人身安全以及游樂場自身的發(fā)展帶來極為不利的影響。文章以大擺錘作為研究對象，從力學(xué)層面，對其主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以及測試，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：游樂設(shè)備 ；大擺錘 ；結(jié)構(gòu)分析 ；測試

前言

大擺錘作為一種高空高速游樂設(shè)施，由于自身的趣味性、刺激性深受廣大游客的喜愛，逐步成為主流的娛樂休閑方式?？紤]到我國游樂行業(yè)起步相對較晚，各類技術(shù)以及管理手段尚不成熟，尤其對于大擺錘這種特種設(shè)備而言，在設(shè)備研發(fā)、制造、日常管理等方面仍然存在不足，這些問題如果得不到有效解決，勢必影響大擺錘的運(yùn)行質(zhì)效，增加安全風(fēng)險。為有效解決這一問題，強(qiáng)化大擺錘的設(shè)計(jì)與制造水平，文章從多個維度出發(fā)，系統(tǒng)探討大擺錘結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征，掌握相關(guān)參數(shù)，旨在提升大擺錘設(shè)計(jì)、制造能力。

1.大擺錘基本結(jié)構(gòu)與參數(shù)

為保證大擺錘結(jié)構(gòu)分析與測試質(zhì)效，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的針對性以及有效性，相關(guān)工作人員在各項(xiàng)工作開展之初，有必要對大擺錘的基本結(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行細(xì)化，從而促進(jìn)分析測試等相關(guān)工作的順利進(jìn)行。

與其他游樂設(shè)施相比，大擺錘結(jié)構(gòu)相對簡單，其主要由大臂、旋轉(zhuǎn)筒、連接臂、座艙、座椅、腳架等部分組成，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

作為現(xiàn)階段主流的大擺錘設(shè)備，大臂運(yùn)行過程中，其正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)最大限度為120°，游客在座艙內(nèi)達(dá)到的最大高度為18.8m，轉(zhuǎn)速為11.3r/min。為保證整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，目前大擺錘大臂的重量為5200公斤，連接臂重量為4900公斤，座艙為10430公斤，大擺錘固定部分的重量為45000公斤[1]。通過對重量的有效控制，使得大擺錘能夠一次性滿足42名游客的乘坐需求，同時也能夠?qū)u擺的高度控制在合理的范圍內(nèi)，既保證娛樂性又提升安全性。

2.大擺錘結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法

大擺錘結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)涉及多個方面的內(nèi)容，通過系統(tǒng)化處理以及操作，工作人員在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)大擺錘相關(guān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，延長大擺錘使用壽命，減少安全事故發(fā)生機(jī)率。

2.1大擺錘主體結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法

大擺錘主體結(jié)構(gòu)主要包括座艙、連接臂以及旋轉(zhuǎn)筒，在對其進(jìn)行分析以及設(shè)計(jì)的過程中，為保證分析工作開展的整體質(zhì)效，相關(guān)工作人員可以采取有限元分析方案，針對于大擺錘座艙、連接臂、旋轉(zhuǎn)筒的尺寸，建立有限元模型，以此為依據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)化的分析以及梳理[2]。通過有限元分析，能夠?qū)Υ髷[錘主體結(jié)構(gòu)中的焊接部位的強(qiáng)度信息進(jìn)行全面掌握，以座艙焊縫有限元分析為例，根據(jù)計(jì)算大擺錘主體結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為76.7MPa，同時應(yīng)力集中點(diǎn)并沒有分布在焊縫等部位，因此焊縫區(qū)域的應(yīng)力相對較小，基本處于60MPa以下。在座艙焊縫有限元分析過程中，可以發(fā)現(xiàn)其最大應(yīng)力為61MPa，低于主體結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力，因此焊縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，安全系數(shù)較高?；谶@種認(rèn)知，在進(jìn)行大擺錘主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在科學(xué)性原則、實(shí)用性原則的引導(dǎo)下，借助于有限元分析模型，對大擺錘主體結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)進(jìn)行明確，在此基礎(chǔ)上，對焊接部位進(jìn)行靈活調(diào)整，通過這種方式使得大擺錘主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力承受能力始終處于合理的范圍內(nèi)，進(jìn)而避免主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋等情況，保證大擺錘主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。對于大擺錘主體結(jié)構(gòu)中座艙的分析主要集中在螺栓校對方面，由于大擺錘座艙結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)、制造過程中，座艙由七部分拼接構(gòu)成，在這種情況下，無疑給座艙重心以及離心力分布產(chǎn)生影響，而對座艙螺栓設(shè)計(jì)以及優(yōu)化，有助于解決重心與離心力問題。在這一思路的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員在座艙設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)有目的的做好螺栓設(shè)計(jì)工作，通過螺栓來實(shí)現(xiàn)對座艙重心分布以及離心力的有效控制，確保二者的均勻分布，以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及游客的舒適度。

2.2大擺錘腳架分析與設(shè)計(jì)

為了保證大擺錘整體穩(wěn)定性，相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行大擺錘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工制造的相關(guān)環(huán)節(jié)時，有必要做好腳架的設(shè)計(jì)工作?；谶@種認(rèn)知，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)對大擺錘腳架進(jìn)行系統(tǒng)化分析。利用解三角的方式，將腳架與地面之間的角度關(guān)系進(jìn)行判定，在此基礎(chǔ)上，對不同狀態(tài)下，腳架受力情況進(jìn)行評估以及校對，例如對大擺錘大臂垂直狀態(tài)下，腳架受力情況以及大臂運(yùn)動過程中，腳架受力情況進(jìn)行等進(jìn)行全面評估，通過這種方式，獲得必要的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，來最終確定腳架的自重、分布位置、與地面的角度關(guān)系，以此來滿足大擺錘不同運(yùn)行狀態(tài)下，腳架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切實(shí)增強(qiáng)大擺錘整體的安全性[4]。

3.大擺錘結(jié)構(gòu)測試

為確保大擺錘結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，工作人員在完成分析與設(shè)計(jì)工作后，有必要進(jìn)行測試，掌握大擺錘不同狀態(tài)下，應(yīng)力變化情況，實(shí)現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)化評估。設(shè)計(jì)人員以應(yīng)力測試為依據(jù)，有針對性地開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整與優(yōu)化工作，不斷確保大擺錘的安全性。

考慮到大擺錘的特性，在實(shí)際的測試過程中，設(shè)計(jì)人員可以將重點(diǎn)放在大擺錘應(yīng)力測試環(huán)節(jié)，以應(yīng)力測試為切入點(diǎn)，不斷增加大擺錘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果的有效評估，進(jìn)而為后續(xù)相關(guān)設(shè)備維護(hù)、管理提供利。在應(yīng)力測試環(huán)節(jié)，為保證測試準(zhǔn)確性，可以從最大拉應(yīng)力、最大剪力等角度出發(fā)，明確應(yīng)力測試的標(biāo)準(zhǔn)，理清測試的主要流程，形成測試的大體框架[5]。同時在做好上述準(zhǔn)備工作之后，工作人員還應(yīng)當(dāng)做好應(yīng)力測試系統(tǒng)的選擇工作，考慮到實(shí)際的測試需求，可以采取非接觸式應(yīng)力測試系統(tǒng)，這一測試系統(tǒng)操作難度較低，測試周期較短，測量精度較為準(zhǔn)確，滿足了現(xiàn)階段大擺錘應(yīng)力測試的相關(guān)要求。除了進(jìn)行應(yīng)力測試工作之外，還可以對大擺錘電力系統(tǒng)進(jìn)行測試評估，以保證電力系統(tǒng)運(yùn)行效果。

結(jié)語

為進(jìn)一步提升大擺錘的安全性，減少安全事故的發(fā)生，文章著眼于實(shí)際，在分析大擺錘基本結(jié)構(gòu)以及主要參數(shù)的基礎(chǔ)上，扎實(shí)做好結(jié)構(gòu)分析、測試以及設(shè)計(jì)工作，在掌握大擺錘結(jié)構(gòu)特性的同時，完善相關(guān)結(jié)構(gòu)，不斷增強(qiáng)大擺錘結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，為后續(xù)大擺錘日常管理以及維護(hù)提供了便利，最大程度地減少了安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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[3]曹子劍，曹樹坤，張勇.典型游樂設(shè)施大擺錘人因要素的HAZOP分析[J].中國特種設(shè)備安全，2018（9）：61-62.

[4]李農(nóng).游樂設(shè)備大擺錘的結(jié)構(gòu)分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（5）：134-135.

[5]馬棟聯(lián)，李晨陽.游樂設(shè)備大擺錘機(jī)身有限元分析[J].輕工科技，2017（2）：97-98.