崔文斌，呂俊

（中國煤炭科工集團(tuán)上海有限公司，上海 200030）

1 概述

近年來隨著游樂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，觀覽車（摩天輪）在全國各大城市的市場需求與日俱增?，F(xiàn)今國內(nèi)某些城市的傳統(tǒng)式觀覽車大部分都是上個世紀(jì)80年代初期開始先后安裝的（而且大多在42米以下）。這些觀覽車已有近20年的歷史，根據(jù)游樂設(shè)備發(fā)展的一般規(guī)律，這批觀覽車都已經(jīng)進(jìn)入升級換代期，所以結(jié)構(gòu)新穎、配備齊全、高顏值觀覽車的產(chǎn)生，在時間上與其更新?lián)Q代的需求相吻合，勢必也有其自身的發(fā)展空間和市場需求。

隨著人民生活水平的逐步提高，雖然觀覽車的基本功能是乘車觀光，但更是一種休閑旅游活動，乘客對觀覽車要求不僅是乘坐的舒適性，更對觀覽車所帶來的視覺效果提出了更多要求。比如：立架結(jié)構(gòu)形式：傳統(tǒng)的觀覽車大多是三腳架形式，雖然其力學(xué)性能穩(wěn)定，但對大多數(shù)人來說已產(chǎn)生視覺疲勞，缺乏吸引力；燈光效果及其載體轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)：從無燈光，到蘑菇燈，到霓虹燈，到LED條燈。燈光的形式在變，其效果及能夠表達(dá)的內(nèi)容在變。其最直接要求是，觀覽車轉(zhuǎn)盤形式作為布置燈光的載體也必須隨之改變，以求能夠表達(dá)更多的燈光內(nèi)容。

國內(nèi)一些游樂設(shè)備制造方近10年來致力于設(shè)計、生產(chǎn)百米以上的觀覽車，這會造成觀覽車的發(fā)展瓶頸：63米觀覽車現(xiàn)已成了“最低消費(fèi)”，60米以下觀覽車的市場如何來填補(bǔ)，三線及以下城市對小型觀覽車的市場需求逐年上升，如何將小型觀覽車設(shè)計的新穎、簡潔、精致就成為了擺在設(shè)計人員面前的一道課題。

2 設(shè)計介紹

為了解決上一節(jié)提出的問題，本文介紹了一種模塊化小型觀覽車的設(shè)計，其高度為50米。本觀覽車為模塊化通用型設(shè)計，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)為全桁架式結(jié)構(gòu)，總高度為50.2m，轉(zhuǎn)盤直徑為47.5m，立架高度為25.7米，主軸安裝高度為26.25m。觀覽車在轉(zhuǎn)盤外緣設(shè)置32個轎廂。50米觀覽車主要由立架、轉(zhuǎn)盤、主軸裝置、轎廂、驅(qū)動系統(tǒng)等組成。

圖1 50米觀覽車效果圖

立架。立架是觀覽車的主承力組件，如圖1所示，立架共有8個支座，從正面看去，立架呈三角形結(jié)構(gòu)。立架分成前、后兩組，每組由兩根直徑820mm鋼管斜立柱作為主支撐，直徑508mm鋼管作為輔助支撐，從側(cè)面看去單組立架呈“A”字型，輔助支撐高度為13.11m。立架整體高度為25.7m，立架頂端通過螺栓法蘭形式直接與主軸安裝。

轉(zhuǎn)盤。觀覽車轉(zhuǎn)盤由外圓驅(qū)動滾道和桁架組成，二者為整個觀覽車的主體部件，也是懸掛轎廂的載體。本觀覽車驅(qū)動滾道直徑為47.5米，轉(zhuǎn)盤采用全桁架式結(jié)構(gòu)，從正面看，由內(nèi)而外共有5圈桁架；桁架的最外圈為驅(qū)動滾道，滾道與滾道之間采用螺栓連接，滾道內(nèi)側(cè)設(shè)有轎廂座，轎廂直接安裝在滾道內(nèi)側(cè)，驅(qū)動滾道外側(cè)設(shè)有花紋鋼板以提高摩擦傳動效率。

主軸裝置。主軸裝置為轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)中心及承重部件，如圖2所示。

圖2 主軸裝置

主軸筒體與兩端的軸頭利用螺栓彼此連接，軸頭與立架間同樣運(yùn)用螺栓連接，從而使主軸與立架形成穩(wěn)定的門式結(jié)構(gòu)。筒體及軸頭作為主軸裝置的主體由厚鋼板卷制焊接而成，二者內(nèi)部焊有筋板，以提高其強(qiáng)度及剛度。主軸兩端設(shè)有回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)支承與桁架直接運(yùn)用銷軸連接，結(jié)構(gòu)十分緊湊且有效簡潔。一端的回轉(zhuǎn)支承與主軸筒體軸向螺栓連接，另一端的回轉(zhuǎn)支承軸向不附加任何約束即軸向自由，當(dāng)正面極限風(fēng)荷載工況下，回轉(zhuǎn)支承通過一端的軸向自由完全釋放軸向載荷不對主軸產(chǎn)生彎矩?；剞D(zhuǎn)支承是整個主軸裝置的核心部件，其使用壽命可達(dá)15年。

主軸是觀覽車最重要的受力部件。設(shè)計時全面考慮了觀覽車滿載時的靜載荷、動載荷，地震與極限風(fēng)荷載的作用，兼顧了制作、運(yùn)輸、安裝的方便等諸多因素，通過有限元的計算與校核最后得出現(xiàn)在的優(yōu)化方案。

轎廂。轎廂是乘客與觀覽車直接接觸的主要部件，必須安全、整潔、舒適、耐用、可靠。按觀覽車總體設(shè)計要求，設(shè)置32個轎廂，每個可載客4人，總共可載客128人。

驅(qū)動系統(tǒng)。本觀覽車采用變頻調(diào)速電動機(jī)帶動實(shí)芯橡膠摩擦輪的驅(qū)動方式。本系統(tǒng)設(shè)置4套（2對）由變頻調(diào)速電動機(jī)通過減速箱帶動的摩擦橡膠輪傳動部件。由于計算機(jī)控制和變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和普及，使變頻調(diào)速驅(qū)動技術(shù)越來越成熟，本觀覽車采用由變頻調(diào)速電動機(jī)通過減速箱直接帶動摩擦橡膠輪，使觀覽車驅(qū)動部的結(jié)構(gòu)大大簡化，維護(hù)保養(yǎng)也較液壓傳動系統(tǒng)更為簡單。變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可以便捷地實(shí)現(xiàn)觀覽車的正反轉(zhuǎn)、一定范圍內(nèi)的變速，并且可以通過程序使啟動與停機(jī)更加平穩(wěn)，設(shè)備的總裝機(jī)功率也因此而大幅度降低。本觀覽車并配有柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源系統(tǒng)，在電網(wǎng)停電情況下維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，安全地疏散乘客。

3 技術(shù)關(guān)鍵

立架結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)觀覽車的立架結(jié)構(gòu)，本觀覽車采用全新的A型立架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)型式力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均能滿足設(shè)計要求。運(yùn)用有限元分析軟件模擬對可能發(fā)生的各個工況進(jìn)行校核，該結(jié)構(gòu)均能滿足各個工況的強(qiáng)度要求。

轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。本觀覽車沒有設(shè)置連接轎廂用的轎廂架，就傳統(tǒng)型式觀覽車而言轎廂架屬于關(guān)鍵部件。轉(zhuǎn)盤采用桁架結(jié)構(gòu)轎廂直接連接在轉(zhuǎn)盤外輪緣，外輪緣內(nèi)側(cè)連接轎廂，外側(cè)為驅(qū)動滾道。

主軸與轉(zhuǎn)盤連接方式。傳統(tǒng)的主軸裝置一般使用調(diào)心軸承來作為其旋轉(zhuǎn)部件，這樣的結(jié)構(gòu)在軸承外部需要設(shè)有軸承座來與立架連接，為了不讓軸承本身承受過大的徑向力及滿足主軸與轉(zhuǎn)盤的配合尺寸，主軸筒體結(jié)構(gòu)往往采用過多的冗余設(shè)計。這就造成了主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大及造價高。

本觀覽車改進(jìn)了主軸部分的設(shè)計，以定制加工的回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)來簡化主軸部件結(jié)構(gòu)形式。免去了軸承座設(shè)計，主軸筒體徑向尺寸大大減小且從旋轉(zhuǎn)件改進(jìn)為固定件，回轉(zhuǎn)支承外圈直接轉(zhuǎn)盤桁架銷孔連接，簡化了結(jié)構(gòu)且方便安裝及后續(xù)維保，如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)型與新型轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)比較

4 結(jié)語

模塊化小型觀覽車的設(shè)計、制造、安裝均已完成，相關(guān)設(shè)計文件已通過國家特種設(shè)備檢測研究院審查。各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在國家標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，設(shè)備也已通過了國家相關(guān)技術(shù)監(jiān)督部門的驗(yàn)收。此類結(jié)構(gòu)型式對小型觀覽車的發(fā)展具有推進(jìn)作用。

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