王彥勛

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

關(guān)鍵詞：游樂設(shè)備；自控飛機；機械設(shè)計

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，對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)管機構(gòu)以及游客自身均應(yīng)加強安全意識，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)計最大運行速度大于或者等于2m/s，或者運行高度距地面高于或者等于2m的載人大型游樂設(shè)施。

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

一、對自控飛機類基本的安全分析及設(shè)計規(guī)定

1.啟停的平穩(wěn)性

2.升降臂超極限位置造成的危險

3.乘坐物平衡拉桿出現(xiàn)故障造成的危險

4.升降缸的沖擊震動

5.油（氣）管路爆裂造成的危險

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.停電或機械故障時停留在空中乘客的疏散措施

二、自控飛機類主要載荷

1.永久載荷：主要為設(shè)備各個部件的自重

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/的雪壓計算。一般情況這兩種載荷對自控飛機類影響較小。如果設(shè)備形狀對風(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詳細計算。

三、于是有了以上幾種載荷做以下主要部件的應(yīng)力計算

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度。

2.大臂受力分析

大臂及大臂銷軸做為自控飛機承載乘客的主要部件，直接涉及到人身安全。應(yīng)對其危險截面進行強度校核。如遇復(fù)雜截面可借助ANSYS等有限元分析軟件做進一步的受力分析。

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時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），在有桿腔與無桿腔間加裝手動閥門等。

4.回轉(zhuǎn)支承

上圖為回轉(zhuǎn)支承靜態(tài)及動態(tài)承載曲線及螺栓承載曲線?；剞D(zhuǎn)支承承載著絕大部分的永久載荷各全部的活載荷，是自控飛機設(shè)計中的最要部件。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)支承及螺栓級別。計算軸向力與傾覆力矩時要謹慎選擇安全系數(shù)、風(fēng)載荷等。

5.安全系數(shù)

對零部件及焊縫進行計算時，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

對于電機應(yīng)盡量選用寬頻三相異步電機，以更好的適應(yīng)變頻器控制設(shè)備的緩啟緩?fù)?。減速機不能選用有自鎖現(xiàn)象的蝸輪蝸桿減速機，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，接地與避雷。當然還要有制造和安裝過程中對重要焊縫及銷軸的探傷，設(shè)備基礎(chǔ)及日常檢查養(yǎng)護等等，均應(yīng)符合GB8404-2008游樂設(shè)施安全規(guī)范。最終的型式試驗也非常重要，既是設(shè)計計算的驗證，也是設(shè)備改良的基礎(chǔ)。這點非常重要。

四、結(jié)語

細節(jié)決定成敗，設(shè)計做為產(chǎn)品開發(fā)的第一個環(huán)節(jié)，也是非常重要的一個環(huán)節(jié)，每個設(shè)計人員要常懷對生命的敬畏之心，周全考慮，細心計算做好第一步，成就每一步！

【參考文獻】

《游樂設(shè)施實用手冊》