游樂設備大擺錘結構分析及測試探討

龍艷寒

摘 要：為滿足游客的消費需求，實現娛樂設施的多元化，越來越多的游樂場，嘗試引進大擺錘，由于缺乏相應的設備管理經驗，導致大擺錘安全事故發生率較高，對游客的人身安全以及游樂場自身的發展帶來極為不利的影響。文章以大擺錘作為研究對象，從力學層面，對其主要結構進行分析以及測試，獲取相關數據，為后續相關結構設計優化工作的開展提供參考。

關鍵詞：游樂設備 ；大擺錘 ；結構分析 ；測試

前言

大擺錘作為一種高空高速游樂設施，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。考慮到我國游樂行業起步相對較晚，各類技術以及管理手段尚不成熟，尤其對于大擺錘這種特種設備而言，在設備研發、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行質效，增加安全風險。為有效解決這一問題，強化大擺錘的設計與制造水平，文章從多個維度出發，系統探討大擺錘結構的力學特征，掌握相關參數，旨在提升大擺錘設計、制造能力。

1.大擺錘基本結構與參數

為保證大擺錘結構分析與測試質效，提升結構設計的針對性以及有效性，相關工作人員在各項工作開展之初，有必要對大擺錘的基本結構以及相關參數進行細化，從而促進分析測試等相關工作的順利進行。

與其他游樂設施相比，大擺錘結構相對簡單，其主要由大臂、旋轉筒、連接臂、座艙、座椅、腳架等部分組成，其具體結構如圖1所示：

作為現階段主流的大擺錘設備，大臂運行過程中，其正轉、反轉最大限度為120°，游客在座艙內達到的最大高度為18.8m，轉速為11.3r/min。為保證整體結構強度，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，同時也能夠將搖擺的高度控制在合理的范圍內，既保證娛樂性又提升安全性。

2.大擺錘結構分析與設計方法

大擺錘結構分析與設計涉及多個方面的內容，通過系統化處理以及操作，工作人員在結構分析的基礎上，逐步優化設計方案，增強大擺錘相關結構的強度，延長大擺錘使用壽命，減少安全事故發生機率。

2.1大擺錘主體結構分析與設計方法

大擺錘主體結構主要包括座艙、連接臂以及旋轉筒，在對其進行分析以及設計的過程中，為保證分析工作開展的整體質效，相關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、旋轉筒的尺寸，建立有限元模型，以此為依據，進行系統化的分析以及梳理[2]。通過有限元分析，能夠對大擺錘主體結構中的焊接部位的強度信息進行全面掌握，以座艙焊縫有限元分析為例，根據計算大擺錘主體結構最大應力為76.7MPa，同時應力集中點并沒有分布在焊縫等部位，因此焊縫區域的應力相對較小，基本處于60MPa以下。在座艙焊縫有限元分析過程中，可以發現其最大應力為61MPa，低于主體結構最大應力，因此焊縫結構強度較好，安全系數較高。基于這種認知，在進行大擺錘主體結構設計的過程中，設計人員應當在科學性原則、實用性原則的引導下，借助于有限元分析模型，對大擺錘主體結構受力特點進行明確，在此基礎上，對焊接部位進行靈活調整，通過這種方式使得大擺錘主體結構的應力承受能力始終處于合理的范圍內，進而避免主體結構產生裂紋等情況，保證大擺錘主體結構的穩定性[3]。對于大擺錘主體結構中座艙的分析主要集中在螺栓校對方面，由于大擺錘座艙結構相對復雜，因此在設計、制造過程中，座艙由七部分拼接構成，在這種情況下，無疑給座艙重心以及離心力分布產生影響，而對座艙螺栓設計以及優化，有助于解決重心與離心力問題。在這一思路的指導下，設計人員在座艙設計過程中，應當有目的的做好螺栓設計工作，通過螺栓來實現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，以保證整體結構的穩定性以及游客的舒適度。

2.2大擺錘腳架分析與設計

為了保證大擺錘整體穩定性，相關企業在進行大擺錘結構設計以及加工制造的相關環節時，有必要做好腳架的設計工作。基于這種認知，在設計過程中，應當對大擺錘腳架進行系統化分析。利用解三角的方式，將腳架與地面之間的角度關系進行判定，在此基礎上，對不同狀態下，腳架受力情況進行評估以及校對，例如對大擺錘大臂垂直狀態下，腳架受力情況以及大臂運動過程中，腳架受力情況進行等進行全面評估，通過這種方式，獲得必要的數據，設計人員依據相關數據，來最終確定腳架的自重、分布位置、與地面的角度關系，以此來滿足大擺錘不同運行狀態下，腳架的結構穩定性以及結構強度，切實增強大擺錘整體的安全性[4]。

3.大擺錘結構測試

為確保大擺錘結構強度以及穩定性，工作人員在完成分析與設計工作后，有必要進行測試，掌握大擺錘不同狀態下，應力變化情況，實現對其結構設計方案的系統化評估。設計人員以應力測試為依據，有針對性地開展結構設計方案的調整與優化工作，不斷確保大擺錘的安全性。

考慮到大擺錘的特性，在實際的測試過程中，設計人員可以將重點放在大擺錘應力測試環節，以應力測試為切入點，不斷增加大擺錘結構設計效果的有效評估，進而為后續相關設備維護、管理提供利。在應力測試環節，為保證測試準確性，可以從最大拉應力、最大剪力等角度出發，明確應力測試的標準，理清測試的主要流程，形成測試的大體框架[5]。同時在做好上述準備工作之后，工作人員還應當做好應力測試系統的選擇工作，考慮到實際的測試需求，可以采取非接觸式應力測試系統，這一測試系統操作難度較低，測試周期較短，測量精度較為準確，滿足了現階段大擺錘應力測試的相關要求。除了進行應力測試工作之外，還可以對大擺錘電力系統進行測試評估，以保證電力系統運行效果。

結語

為進一步提升大擺錘的安全性，減少安全事故的發生，文章著眼于實際，在分析大擺錘基本結構以及主要參數的基礎上，扎實做好結構分析、測試以及設計工作，在掌握大擺錘結構特性的同時，完善相關結構，不斷增強大擺錘結構的強度以及穩定性，為后續大擺錘日常管理以及維護提供了便利，最大程度地減少了安全事故的發生。

參考文獻：

[1]趙九峰.基于ANSYS Workbench大擺錘剛體動力學分析[J].機械研究與應用，2019（1）：97-98.

[2]薛真，項輝宇，冷崇杰.含裂紋大擺錘減速器行星齒輪的疲勞壽命分析[J].機械動力，2017（4）：64-65.

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

[4]李農.游樂設備大擺錘的結構分析[J].建筑工程技術與設計，2017（5）：134-135.

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