自控飛機(jī)類游樂設(shè)備設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

王彥勛

摘要：自控飛機(jī)是自控飛機(jī)類游樂設(shè)備中的典型產(chǎn)品，通過對(duì)自控飛機(jī)各個(gè)部件的作用及受力分析以明析產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)。為自控飛機(jī)的產(chǎn)品性能及安全要求提供指導(dǎo)。并為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：游樂設(shè)備；自控飛機(jī)；機(jī)械設(shè)計(jì)

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，對(duì)精神生活的追求也越來越重視，觀光主題公園乘坐各種游樂設(shè)備已經(jīng)成為很多人們的選擇。每年因游樂設(shè)備故障產(chǎn)生的安全事故也時(shí)有發(fā)生。這就要求游樂設(shè)備生產(chǎn)廠家、游樂設(shè)備經(jīng)營者、特種設(shè)備監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及游客自身均應(yīng)加強(qiáng)安全意識(shí)，攜手營造安全的游樂休閑環(huán)境。

所謂大型游樂設(shè)施，是指《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定的用于經(jīng)營目的，承載乘客游樂的設(shè)施，其范圍規(guī)定為設(shè)計(jì)最大運(yùn)行速度大于或者等于2m/s，或者運(yùn)行高度距地面高于或者等于2m的載人大型游樂設(shè)施。

自控飛機(jī)類游樂設(shè)備最為常見。它屬于機(jī)電類特種設(shè)備。自控飛機(jī)類游樂設(shè)備是指：乘人部分固定在剛性支臂上，繞中心線轉(zhuǎn)動(dòng)并做升降運(yùn)動(dòng)的游樂設(shè)施，以及結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式與其類似的游樂設(shè)施。常見設(shè)備形式有：自控飛機(jī)、章魚系列等等。

一、對(duì)自控飛機(jī)類基本的安全分析及設(shè)計(jì)規(guī)定

1.啟停的平穩(wěn)性

2.升降臂超極限位置造成的危險(xiǎn)

3.乘坐物平衡拉桿出現(xiàn)故障造成的危險(xiǎn)

4.升降缸的沖擊震動(dòng)

5.油（氣）管路爆裂造成的危險(xiǎn)

6.液壓站或氣泵的噪聲影響

7.乘客能觸及到的電器元件及導(dǎo)線的安全性能

8.停電或機(jī)械故障時(shí)停留在空中乘客的疏散措施

二、自控飛機(jī)類主要載荷

1.永久載荷：主要為設(shè)備各個(gè)部件的自重

2.活載荷：主要指乘客體重，國家要求成人按70kg/人計(jì)算

3.風(fēng)載荷、雪載荷：跟據(jù)設(shè)備的迎風(fēng)面積，按最大風(fēng)速15m/s計(jì)算設(shè)備工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷。雪載荷跟據(jù)設(shè)備俯視表面積，按0.2kN/的雪壓計(jì)算。一般情況這兩種載荷對(duì)自控飛機(jī)類影響較小。如果設(shè)備形狀對(duì)風(fēng)載荷、雪載荷很敏感要求很高，可按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009詳細(xì)計(jì)算。

三、于是有了以上幾種載荷做以下主要部件的應(yīng)力計(jì)算

1.座艙及平衡拉桿受力分析

大臂與座倉通常采用圓柱銷軸鉸接。此處主要計(jì)算平衡拉桿的受力情況，座倉與大臂間的銷軸以及座倉與拉桿銷軸的受力情況；以便確定其形狀及尺寸校核其強(qiáng)度。

2.大臂受力分析

大臂及大臂銷軸做為自控飛機(jī)承載乘客的主要部件，直接涉及到人身安全。應(yīng)對(duì)其危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。如遇復(fù)雜截面可借助ANSYS等有限元分析軟件做進(jìn)一步的受力分析。

3.液（氣）壓缸受力分析

液（氣）壓缸除了提供必要的上升推力外，還應(yīng)注意其穩(wěn)定性問題。計(jì)算液（氣）壓缸活塞桿的歐拉臨界載荷。在液（氣）壓缸控制方面除了常規(guī)定的安全措施外還要有緩沖的措施以及意外停機(jī)時(shí)降大臂疏散乘客的措施；比如采用緩沖液壓缸（活塞桿速度>0.2m/s時(shí)），在有桿腔與無桿腔間加裝手動(dòng)閥門等。

4.回轉(zhuǎn)支承

上圖為回轉(zhuǎn)支承靜態(tài)及動(dòng)態(tài)承載曲線及螺栓承載曲線。回轉(zhuǎn)支承承載著絕大部分的永久載荷各全部的活載荷，是自控飛機(jī)設(shè)計(jì)中的最要部件。要根據(jù)其所受的軸向力、徑向力和傾覆力矩按承載曲線選擇合適的回轉(zhuǎn)支承及螺栓級(jí)別。計(jì)算軸向力與傾覆力矩時(shí)要謹(jǐn)慎選擇安全系數(shù)、風(fēng)載荷等。

5.安全系數(shù)

對(duì)零部件及焊縫進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其承受的最大應(yīng)力與材料極限應(yīng)力的比值應(yīng)不小于5。即安全系數(shù)不小于5。即使是一般構(gòu)件也應(yīng)不小于3.5。脆性材料應(yīng)不小于8。

6.其它方面

對(duì)于電機(jī)應(yīng)盡量選用寬頻三相異步電機(jī)，以更好的適應(yīng)變頻器控制設(shè)備的緩啟緩?fù)！p速機(jī)不能選用有自鎖現(xiàn)象的蝸輪蝸桿減速機(jī)，以避免意外停電造成設(shè)備急停的沖擊事故。另外電氣系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、限速、限位裝置，安全防護(hù)，接地與避雷。當(dāng)然還要有制造和安裝過程中對(duì)重要焊縫及銷軸的探傷，設(shè)備基礎(chǔ)及日常檢查養(yǎng)護(hù)等等，均應(yīng)符合GB8404-2008游樂設(shè)施安全規(guī)范。最終的型式試驗(yàn)也非常重要，既是設(shè)計(jì)計(jì)算的驗(yàn)證，也是設(shè)備改良的基礎(chǔ)。這點(diǎn)非常重要。

四、結(jié)語

細(xì)節(jié)決定成敗，設(shè)計(jì)做為產(chǎn)品開發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)設(shè)計(jì)人員要常懷對(duì)生命的敬畏之心，周全考慮，細(xì)心計(jì)算做好第一步，成就每一步！

【參考文獻(xiàn)】

《游樂設(shè)施實(shí)用手冊(cè)》