過山車中未預(yù)緊螺紋連接軸存在的安全隱患及預(yù)防對策

拉巴次仁 旦增讓真 李連超

摘 要：在過山車運行過程中，部分螺紋連接軸在相對運動時，因無法預(yù)緊螺紋或其連接面可能無法施加足夠預(yù)緊力，使連接軸存在安全隱患，導(dǎo)致在交變應(yīng)力作用上此類結(jié)構(gòu)部位螺紋容易發(fā)生斷裂，造成嚴重的運行事故，本文就過山車中未預(yù)警螺紋，連接軸存在的安全隱患，所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效案例進行分析并對連接軸斷裂等預(yù)防對策進行探討。

關(guān)鍵詞：過山車;未預(yù)緊螺紋連接軸;安全隱患

一、過山車中未預(yù)緊螺蚊連接軸安全隱患分析

過山車中主要采用螺紋連接軸，應(yīng)對螺紋材料、尺寸進行設(shè)計外，還需要考慮影響螺紋疲勞強度的預(yù)應(yīng)力大小，通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，當預(yù)應(yīng)力低于螺栓抗拉強度40%以下時，螺栓容易出現(xiàn)疲勞斷裂的情況。另外過山車的螺蚊連接軸主要采取靜連接的提升止逆軸、輪軸等，在不發(fā)生相對運動時，其連接面可以確保螺蚊的充分預(yù)緊，過山車中采取采用螺蚊連接軸結(jié)構(gòu)的輪架軸、車輛連接器軸、等，由于采用動連接結(jié)構(gòu)的連接面，其螺紋無法充分預(yù)緊，因此如設(shè)計不當或管理不到位，極容易導(dǎo)致其中存在安全隱患，造成螺蚊處出現(xiàn)疲勞斷裂的問題[1]。

二、過山車中未預(yù)緊螺蚊連接軸失效模式分析

（一）輪架結(jié)構(gòu)脫落及斷裂事故

在過山車疲勞斷裂事故案例中，對事故車輛斷裂位置及脫落車輪結(jié)構(gòu)進行分析可以看出，通常會在車輪車墩架內(nèi)兩側(cè)進行滾動軸承的設(shè)置，并以輪架軸為軸心進行類似于單擺的運動，如果將此處的螺母進行徹底擰緊，會導(dǎo)致車輪架中某一軸承會承受較大的軸向應(yīng)力，使軸承內(nèi)滾珠受到壓應(yīng)力作用，一旦壓力超過軸承規(guī)定的設(shè)計值，會對軸承轉(zhuǎn)動造成影響，造成車輛卡死的情況。因此在螺母與車輛進行有效連接時，不能將其全部擰緊，通常進行設(shè)計時，會利用開口銷進行防松處理[2]。

斷裂車軸的斷裂截面位置及斷面出現(xiàn)在固定螺母的第一螺紋處，對事故進行分析表明，導(dǎo)致事故的原因主要為設(shè)計不合理，使螺母安裝時預(yù)緊力不足，以及軸孔出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，將軸孔所應(yīng)承受的應(yīng)力傳送至螺母固定處，此處螺母在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，一旦裂紋逐漸發(fā)展到臨界值，將會造成螺蚊斷裂事故的發(fā)生。

（二）疲勞斷裂原因分析

作用在過山車的車架軸上的應(yīng)力主要包括由車輛自重及向心力疊加而產(chǎn)生的垂直方向的壓力，以及左右方向加速度產(chǎn)生的水平方向拉應(yīng)力，其中對強度造成重要的影響的也來自垂直方向的壓力，當固定螺栓未充分預(yù)緊情況下，會導(dǎo)致輪架軸受力情況出現(xiàn)較大變化。當車輛轉(zhuǎn)彎時，螺母的第一螺紋將承受左右方向的向心力所產(chǎn)生交變應(yīng)力的作用，同時因此處結(jié)構(gòu)屬于應(yīng)力集中并最容易承受荷載的部位，根據(jù)相關(guān)研究試驗表明，如螺母未充分預(yù)緊，則在第一螺紋處將承受大于正常應(yīng)力集中系數(shù)的3-5倍的應(yīng)力。

（三）人為原因

在螺紋處所產(chǎn)生的疲勞裂紋產(chǎn)生和發(fā)展具有一定的過程，因此需要加強過山車連接軸等結(jié)構(gòu)的日常檢修，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并能夠有效預(yù)防事故的發(fā)生。但在實際檢修過程中，由于無損檢驗力度不足，或未按要求執(zhí)行探傷檢驗等，不少檢修人員僅利用敲擊、目視等檢查方法，因此導(dǎo)致安全隱患無法及時發(fā)現(xiàn)，另外由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不明確，以及使用過程疏忽以及監(jiān)管力度不足等一系列因素，導(dǎo)致過山車安全隱患的存在。

三、安全事故預(yù)防措施

（一）設(shè)計階段

為了有效避免螺紋連接軸中存在安全隱患，需要在設(shè)計階段對設(shè)計的合理性、科學(xué)性加強鐵觀音，在設(shè)計中盡可能不采用容易引發(fā)事故的單一失效點，不少過山車采用固定穿軸及阻尼裝置設(shè)備進行緩沖的方法，能夠有效預(yù)防事故的發(fā)生。另外針對此類連接方式時，需要充分考慮螺紋預(yù)緊力，對連接部位進行計算，確保螺紋連接處的強度能夠符合安全使用要求，同時在設(shè)計階段，需要采取應(yīng)力集中盡可能減少的設(shè)計方案，進一步使加工精度提高，對加工工藝予以完善，并制定嚴格的出廠檢驗制度，同時在使用說明書中，應(yīng)對質(zhì)檢方法、安裝工藝等進行明確標注。

（二）使用階段

通常此類連接軸存在的安全隱患為疲勞斷裂，因此需要過山車使用過程中，通過質(zhì)檢力度的加強，對裂紋進行檢查和控制，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)所存在的安全隱患，防止事故的發(fā)生。在質(zhì)檢過程中需要進行設(shè)備的重新拆裝，同時對安裝質(zhì)量加強控制，防止拆裝過程中出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致安全隱患出現(xiàn)。

（三）校驗階段

相關(guān)人員對設(shè)備進行檢驗時，首先需要設(shè)計方案的合理性和科學(xué)性予以確定，在進行年度檢驗時，應(yīng)對容易出現(xiàn)安全隱患的部位加強檢測，同時利用磁粉探傷等檢測技術(shù)，對磨損量進行測量，對疲勞裂紋出現(xiàn)及發(fā)展狀況予以明確掌握。

結(jié)束語：

目前帶螺紋連接軸等類似結(jié)構(gòu)在過山車以及大型游樂設(shè)備中連接器中得到廣泛應(yīng)用，此類連接軸普遍存在固定螺母第一螺紋處容易出現(xiàn)金屬疲勞裂紋，導(dǎo)致斷裂事故的發(fā)現(xiàn)，因此針對過山車中未預(yù)緊螺紋連接軸存在的安全隱患應(yīng)加強分析，并制定出相應(yīng)的預(yù)防對策，本文上述分析可為相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計、維護和檢驗工作提供參考。

參考文獻：

[1]李加申， 朱丹. 過山車中未預(yù)緊螺紋連接軸的安全隱患及預(yù)防措施[J]. 中國特種設(shè)備安全， 2015， 31（3）：55-58.

[2]宋榮生. 螺紋聯(lián)接軸向預(yù)緊力試驗分析[J]. 天津理工大學(xué)學(xué)報， 2001（z1）：23-24.