游乐设备大摆锤结构分析及测试探讨

龙艳寒

摘要：为满足游客的消费需求，实现娱乐设施的多元化，越来越多的游乐场，尝试引进大摆锤，由于缺乏相应的设备管理经验，导致大摆锤安全事故发生率较高，对游客的人身安全以及游乐场自身的发展带来极为不利的影响。文章以大摆锤作为研究对象，从力学层面，对其主要结构进行分析以及测试，获取相关数据，为后续相关结构设计优化工作的开展提供参考。

关键词：游乐设备；大摆锤；结构分析；测试

前言

大摆锤作为一种高空高速游乐设施，由于自身的趣味性、刺激性深受广大游客的喜爱，逐步成为主流的娱乐休闲方式。考虑到我国游乐行业起步相对较晚，各类技术以及管理手段尚不成熟，尤其对于大摆锤这种特种设备而言，在设备研发、制造、日常管理等方面仍然存在不足，这些问题如果得不到有效解决，势必影响大摆锤的运行质效，增加安全风险。为有效解决这一问题，强化大摆锤的设计与制造水平，文章从多个维度出发，系统探讨大摆锤结构的力学特征，掌握相关参数，旨在提升大摆锤设计、制造能力。

1.大摆锤基本结构与参数

为保证大摆锤结构分析与测试质效，提升结构设计的针对性以及有效性，相关工作人员在各项工作开展之初，有必要对大摆锤的基本结构以及相关参数进行细化，从而促进分析测试等相关工作的顺利进行。

与其他游乐设施相比，大擺锤结构相对简单，其主要由大臂、旋转筒、连接臂、座舱、座椅、脚架等部分组成，其具体结构如图1所示：

作为现阶段主流的大摆锤设备，大臂运行过程中，其正转、反转最大限度为120°，游客在座舱内达到的最大高度为18.8m，转速为11.3r/min。为保证整体结构强度，目前大摆锤大臂的重量为5200公斤，连接臂重量为4900公斤，座舱为10430公斤，大摆锤固定部分的重量为45000公斤[1]。通过对重量的有效控制，使得大摆锤能够一次性满足42名游客的乘坐需求，同时也能够将摇摆的高度控制在合理的范围内，既保证娱乐性又提升安全性。

2.大摆锤结构分析与设计方法

大摆锤结构分析与设计涉及多个方面的内容，通过系统化处理以及操作，工作人员在结构分析的基础上，逐步优化设计方案，增强大摆锤相关结构的强度，延长大摆锤使用寿命，减少安全事故发生机率。

2.1大摆锤主体结构分析与设计方法

大摆锤主体结构主要包括座舱、连接臂以及旋转筒，在对其进行分析以及设计的过程中，为保证分析工作开展的整体质效，相关工作人员可以采取有限元分析方案，针对于大摆锤座舱、连接臂、旋转筒的尺寸，建立有限元模型，以此为依据，进行系统化的分析以及梳理[2]。通过有限元分析，能够对大摆锤主体结构中的焊接部位的强度信息进行全面掌握，以座舱焊缝有限元分析为例，根据计算大摆锤主体结构最大应力为76.7MPa，同时应力集中点并没有分布在焊缝等部位，因此焊缝区域的应力相对较小，基本处于60MPa以下。在座舱焊缝有限元分析过程中，可以发现其最大应力为61MPa，低于主体结构最大应力，因此焊缝结构强度较好，安全系数较高。基于这种认知，在进行大摆锤主体结构设计的过程中，设计人员应当在科学性原则、实用性原则的引导下，借助于有限元分析模型，对大摆锤主体结构受力特点进行明确，在此基础上，对焊接部位进行灵活调整，通过这种方式使得大摆锤主体结构的应力承受能力始终处于合理的范围内，进而避免主体结构产生裂纹等情况，保证大摆锤主体结构的稳定性[3]。对于大摆锤主体结构中座舱的分析主要集中在螺栓校对方面，由于大摆锤座舱结构相对复杂，因此在设计、制造过程中，座舱由七部分拼接构成，在这种情况下，无疑给座舱重心以及离心力分布产生影响，而对座舱螺栓设计以及优化，有助于解决重心与离心力问题。在这一思路的指导下，设计人员在座舱设计过程中，应当有目的的做好螺栓设计工作，通过螺栓来实现对座舱重心分布以及离心力的有效控制，确保二者的均匀分布，以保证整体结构的稳定性以及游客的舒适度。

2.2大摆锤脚架分析与设计

为了保证大摆锤整体稳定性，相关企业在进行大摆锤结构设计以及加工制造的相关环节时，有必要做好脚架的设计工作。基于这种认知，在设计过程中，应当对大摆锤脚架进行系统化分析。利用解三角的方式，将脚架与地面之间的角度关系进行判定，在此基础上，对不同状态下，脚架受力情况进行评估以及校对，例如对大摆锤大臂垂直状态下，脚架受力情况以及大臂运动过程中，脚架受力情况进行等进行全面评估，通过这种方式，获得必要的数据，设计人员依据相关数据，来最终确定脚架的自重、分布位置、与地面的角度关系，以此来满足大摆锤不同运行状态下，脚架的结构稳定性以及结构强度，切实增强大摆锤整体的安全性[4]。

3.大摆锤结构测试

为确保大摆锤结构强度以及稳定性，工作人员在完成分析与设计工作后，有必要进行测试，掌握大摆锤不同状态下，应力变化情况，实现对其结构设计方案的系统化评估。设计人员以应力测试为依据，有针对性地开展结构设计方案的调整与优化工作，不断确保大摆锤的安全性。

考虑到大摆锤的特性，在实际的测试过程中，设计人员可以将重点放在大摆锤应力测试环节，以应力测试为切入点，不断增加大摆锤结构设计效果的有效评估，进而为后续相关设备维护、管理提供利。在应力测试环节，为保证测试准确性，可以从最大拉应力、最大剪力等角度出发，明确应力测试的标准，理清测试的主要流程，形成测试的大体框架[5]。同时在做好上述准备工作之后，工作人员还应当做好应力测试系统的选择工作，考虑到实际的测试需求，可以采取非接触式应力测试系统，这一测试系统操作难度较低，测试周期较短，测量精度较为准确，满足了现阶段大摆锤应力测试的相关要求。除了进行应力测试工作之外，还可以对大摆锤电力系统进行测试评估，以保证电力系统运行效果。

结语

为进一步提升大摆锤的安全性，减少安全事故的发生，文章着眼于实际，在分析大摆锤基本结构以及主要参数的基础上，扎实做好结构分析、测试以及设计工作，在掌握大摆锤结构特性的同时，完善相关结构，不断增强大摆锤结构的强度以及稳定性，为后续大摆锤日常管理以及维护提供了便利，最大程度地减少了安全事故的发生。

参考文献：

[1]赵九峰.基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析[J].机械研究与应用，2019（1）：97-98.

[2]薛真，项辉宇，冷崇杰.含裂纹大摆锤减速器行星齿轮的疲劳寿命分析[J].机械动力，2017（4）：64-65.

[3]曹子剑，曹树坤，张勇.典型游乐设施大摆锤人因要素的HAZOP分析[J].中国特种设备安全，2018（9）：61-62.