游樂場設備機械設計優化策略分析

尤海博　周鑫　馮俊亮

[摘要]隨著人們物質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。游樂場作為經營目的的游樂場所，其運營的游樂設施安全性至關重要。為提高游樂場設備的安全性，提升設備設施的使用體驗，就應當對設備的機械設計進行不斷優化。本文首先闡述分析大型游樂設施設計優化的關鍵點，進而利用CAE軟件就設備裝置的驅動系統關鍵零部件作仿真計算，提出對應的設計優化策略，以期為游樂場的設備升級提供相應指導。

[關鍵詞]游樂場；設備；機械設計；優化

游樂場為滿足游客的游樂體驗，多引入大型游樂設施，包括“海盜船”和“激流勇進”等大型游樂設施趣味性較強，但同時也存在較大安全隱患，必須保證其在設備機械設計上達標，才能減少安全事故的發生。針對大型游樂設備的設計關鍵點進行對應優化，是實現相應設備設計升級的重要路徑。

一、大型游樂設施設計優化的關鍵點

（一）載客裝置

大型游樂設施的載客裝置是游客使用設備時的重要安全保障，其規劃設計必須滿足相應的安全性和穩定性才能確保游客安全，也就決定了要想進行設備設計優化，載客裝置必然是設計的關鍵點。在設計優化重點上，除穩定性和可承載能力的設計外，尤其應關注載客裝置的通風性，以防止設備機械故障發生時座艙通風效果不佳引發游客身體的不良反應，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，應當為載客裝置設計好專有的通風系統，實現座艙內部與外部的空氣流通，同時提升內部空氣質量，提高游客的游樂體驗。

（二）運行軌道

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

（三）關鍵部位零部件材料

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

二、游樂設備驅動系統的CAI=仿真計算分析

（一）驅動系統基本情況

大型游樂設施的驅動系統是設備運行的關鍵部件，為實現設備機械設計的優化，就應當重點關注驅動系統的設計優化。為進行系統的設計優化，應首先明確驅動系統的基本情況。第一，驅動系統重要包括驅動電機、驅動動力車和減速機等組件。第二，就觀光艙驅動系統的零部件情況來看，觀光艙總重28KN為恒定載荷；觀光艙內游客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，另外7個觀光艙空載。

（二）觀光艙驅動系統關鍵零部件強度計算

對游樂設施中觀光艙的動力車車架的強度進行計算，驅動輪摩擦系數取=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。動力車車架最大應力為105MPa，動力車車架的材料是Q345-B優質碳素鋼，應力為735MPa，所以其安全系數為：大于GB 8408上規定的正常工作情況下重要零部件安全系數大于5的要求，滿足強度要求。

（三）強度計算結果分析

針對大型游樂設施驅動系統關鍵零部件的強度計算，結果表明一般情況下游樂設施零部件的應力較小，相應的零部件最大應力符合相應的規范和要求。同時，關鍵零部件安全系數正常工作情況下也符合材料強度和結構設計強度的相應要求。可知大型游樂設施的零部件在強度方面符合相應要求。基于強度計算結果確定驅動系統關鍵零部件強度達標的基礎上，為確保整體設備的設計優化，進一步就易出現安全隱患的關鍵部位作仿真計算，明確設備問題所在并加以解決，才能徹底實現設備安全性的提升。

三、結語

游樂場的大型游樂設施整體規模越大，潛在的危險性也就越大。為保障游客的安全，提高設備運行的穩定性和安全性，就需要對游樂設備機械設計作進一步的探索優化。對大型游樂場設置進行分析，明確設計優化的關鍵點，就設備驅動系統中的關鍵零部件進行仿真計算和分析，發現優化點所在并進行對應設計優化，才能實現游樂設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。