世纪飞碟游乐设备安全性能设计改进

世纪飞碟游乐设备安全性能设计改进

陈文芳程勇

深圳市鑫美幻想工程有限公司518000

【摘要】世纪飞碟是高空性质的游乐设备，因此相应控制装置以及对设备运转的可靠性要求较高。设备在安全性能层面设计需要以运行实际为导向实现合理设计，所选元器件必须保证质量，同时运行时需配以相应安全保护措施。本文就设备运转相关系统进行分析。

【关键词】世纪飞碟；游乐设备；安全性能；设计优化

一、世纪飞碟游乐设备主要构成概述

1、座舱公转形式的系统

采取旋转电机以及回转支承借助内啮合齿轮的有效转动，而旋转电机则需要于旋转大盘上进行固定，输出轴则应依靠键销以及小齿轮密切配合。通常旋转的大齿轮需要借助螺栓来连接回转支撑对应的固定部分，旋转电机内部小齿轮的相应自转会使旋转大盘得到带动。同时电机启动通常依靠二级启动形式，也就是串全电阻来进行降压启动，通过启动设备降低电动机定子绕组上的电压启动能够降低启动电流，控制旋转大盘转动速度。但启动力矩与每相定子绕组的电压正相关，所以降压启动适合轻载形式的座舱启动。

2、座舱自转形式的系统

座舱以及旋转电机一般凭借行星齿轮减速机来进行连接，将太阳齿轮与齿轮架中心孔对齐，而齿轮架沿着中心孔等距平行设置多个固定部。第一齿轮位于第一和第二固定部间，同理，第二齿轮位于第二和第三固定部间。两类齿轮均同太阳齿轮啮合。齿轮架上的二齿轮环与第一和第二齿轮分别啮合，这样则减小了座舱在装配过程中出现装配困难，且减小运转过程中的干涉现象发生概率。各座舱均装配0.75kw功率与380v电压规格的电机，通过电机制动系统对座舱的座椅进行定位。旋转速度由齿轮啮合相互作用，若为内啮合不完全齿轮，可以通过内部PLC控制主动齿轮顶高降低，避免发生齿顶干涉。

二、安全性能相应设计改进

1、钢丝绳防磨损改进措施

钢丝绳对世纪飞碟旋转大转盘升降过程的稳定运行十分重要。由于钢丝绳损伤或破裂会对轴承产生较大磨损，并会引起升降系统重大安全事故，因此进行钢丝绳防磨损改进十分必要。一般的磨损由外部磨损、变形磨损及内部磨损共同作用造成。

钢丝绳与引轮槽、卷筒壁等构件表面接触，由接触引起外部磨损，导致钢丝绳部分绳半径减小。由于半径减小引起载荷截面积减小和破断载荷降低，因此减小外部磨损需要通过换头减小单边磨损，尽量保持均匀磨损，减小破断载荷率，钢丝绳的润滑应严格按照五定原则执行，且在安装过程发生卡涩现象时应及时检修和调整。由于设备长期运转，运转造成的振动和碰撞均会使钢丝绳发生变形磨损，例如钢丝绳受引轮与卷筒偏移引起咬绳，导致变形磨损。局部挤压极易导致钢丝材质发生硬化，引起断丝。针对变形磨损，应当防止卷筒槽和引轮槽运转过程产生的偏移误差，避免钢丝绳越槽，卷筒槽峰磨损上限应降低到合理范围，一旦达到阈值则进行检修更换。大转轮应匀速运行，尽量避免运转过程中速度突变引起的钢丝绳跳槽。钢丝绳经过引轮槽时，载荷均在钢丝绳一侧，而钢丝绳单丝曲率半径误差会引起互斥力并发生滑移，当绳间接触应力变大，使相邻钢丝单丝产生局部压痕槽，产生内部磨损。这类磨损不可避免，因此在设计之初应考虑受压面积不同，单位面积承受压力问题。所以选择钢丝绳应以面接触式大于线接触式大于点接触式的原则进行。由于游乐设施运行时间较长，钢丝绳同样存在疲劳，锈蚀，变形，过载等问题。钢丝绳弯曲疲劳、拉伸、扭转和振动引起的疲劳均应引起重视，一定程度增加引轮直径可以减小疲劳损伤，减少或完全杜绝钢丝绳反向牵引。在引轮设计时应尽量将其同向弯曲布局。引轮应设置防滑槽挡圈，且与引轮外圈间距不大于绳直径20%。

2、座舱吊挂装置的结构分析与改进

1.世纪飞碟座舱吊挂装置吊耳连接板在计算载荷时考虑到其运行速度和载荷，一般采用角焊缝连接座舱。设计中采用耳板通过角焊接缝形式与座舱框架连接。

由世纪飞轮运动特点可知，该焊接承受疲劳载荷能力较弱，设备塔高和运行速度都要求座舱应当有较强的抗疲劳能力，且焊缝安全系数应大于5。因此，针对座舱连接焊缝存在的问题，应该从几个方面进行改进优化：1.将吊挂耳板直接与座舱框架相连接的结构改进为连接板与连接座螺栓进行连接，并将连接板通过定位销配合焊接实现座舱框架连接，连接座以定位块配合螺栓与连接板连接。下图为座舱框架与吊耳结构的优化：

图3座舱框架与吊耳结构的优化

a)座舱框架与吊耳角焊缝示意图b)座舱框架与吊耳角焊缝示意图

2.连接吊挂装置的吊耳和连接座均采用全熔透焊接方式，保证结构强度。这种改进方式从日常探伤检测或是设备运行安全方面提高世纪飞碟的检修便利性和设备运行安全性。原有角焊缝连接改进为连接板通过定位销配合焊接实现与座舱的骨架相连接，所以座舱骨架和定位销分别承受一定载荷，多向焊缝连接可以避免座舱在设备运行过程中受单一剪切力影响导致的安全影响。而连接板和连接座通过强度高的螺栓连接，利于设备检修。同时。连接座吊挂耳板改进为全熔透焊接结构，强度比角焊缝连接更高，同时利于探伤仪对其进行无损检测。上述改进从几方面均能提升世纪飞碟设备的安全性，避免承受剪应力等动载荷的角焊缝，通过定位销结构对剪应力分担，避免局部受力过大；通过不同于受力方向的多向焊缝结构避免角焊缝直接承受的剪应力；采用高强度螺栓连接结构件，便于后期的维护和保养。

3、于塔顶检修平台进行停止装置的合理设计

对于世纪飞碟来说，其保护装置不应仅以游客安全为导向，还应对维修人员相应安全予以保护。因此类设备具备特殊性，其操作控制通常于站台附近的操作室中进行，但是驱动主机却多设置于塔顶位置。若以驱动主机为对象实施检查保护时没有配置停止装置对驱动主机进行控制，从而给人员相应安全造成威胁。而对于此类具备危险区域的设施，必须进行防止误启动相应控制装置的针对设置。

因此，设计时便可在塔顶上驱动主机附近进行双稳态同时非自动复位功能的开关设置，从而对电机对应的主回路实现适时切断；还可于驱动主机周围进行断路开关的合理设置进而对维修人员相应安全加以保护。

【总结】总之，虽然世纪飞碟等游乐设施看上去极为复杂，但其危险源多和设备、管理以及人员操作等诸多因素相关。而设备相应安全性多和前期设计以及制造质量等密切相关，因此相应单位应从安全性能出发实现针对设计，确保乘客以及维修人员等安全得到切实、高效保障。

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