王彦勋

摘要：自控飞机是自控飞机类游乐设备中的典型产品，通过对自控飞机各个部件的作用及受力分析以明析产品设计中的关键点。为自控飞机的产品性能及安全要求提供指导。并为同类产品的设计开发打下基础。

关键词：游乐设备；自控飞机；机械设计

随着人们物质生活水平的不断提高，对精神生活的追求也越来越重视，观光主题公园乘坐各种游乐设备已经成为很多人们的选择。每年因游乐设备故障产生的安全事故也时有发生。这就要求游乐设备生产厂家、游乐设备经营者、特种设备监管机构以及游客自身均应加强安全意识，携手营造安全的游乐休闲环境。

所谓大型游乐设施，是指《特种设备安全监察条例》规定的用于经营目的，承载乘客游乐的设施，其范围规定为设计最大运行速度大于或者等于2m/s，或者运行高度距地面高于或者等于2m的载人大型游乐设施。

自控飞机类游乐设备最为常见。它属于机电类特种设备。自控飞机类游乐设备是指：乘人部分固定在刚性支臂上，绕中心线转动并做升降运动的游乐设施，以及结构及运动形式与其类似的游乐设施。常见设备形式有：自控飞机、章鱼系列等等。

一、对自控飞机类基本的安全分析及设计规定

1.启停的平稳性

2.升降臂超极限位置造成的危险

3.乘坐物平衡拉杆出现故障造成的危险

4.升降缸的冲击震动

5.油（气）管路爆裂造成的危险

6.液压站或气泵的噪声影响

7.乘客能触及到的电器元件及导线的安全性能

8.停电或机械故障时停留在空中乘客的疏散措施

二、自控飞机类主要载荷

1.永久载荷：主要为设备各个部件的自重

2.活载荷：主要指乘客体重，国家要求成人按70kg/人计算

3.风载荷、雪载荷：跟据设备的迎风面积，按最大风速15m/s计算设备工作状态下的风载荷。雪载荷跟据设备俯视表面积，按0.2kN/的雪压计算。一般情况这两种载荷对自控飞机类影响较小。如果设备形状对风载荷、雪载荷很敏感要求很高，可按建筑结构荷载规范GB50009详细计算。

三、于是有了以上几种载荷做以下主要部件的应力计算

1.座舱及平衡拉杆受力分析

大臂与座仓通常采用圆柱销轴铰接。此处主要计算平衡拉杆的受力情况，座仓与大臂间的销轴以及座仓与拉杆销轴的受力情况；以便确定其形状及尺寸校核其强度。

2.大臂受力分析

大臂及大臂销轴做为自控飞机承载乘客的主要部件，直接涉及到人身安全。应对其危险截面进行强度校核。如遇复杂截面可借助ANSYS等有限元分析软件做进一步的受力分析。

3.液（气）压缸受力分析

液（气）压缸除了提供必要的上升推力外，还应注意其稳定性问题。计算液（气）压缸活塞杆的欧拉临界载荷。在液（气）压缸控制方面除了常规定的安全措施外还要有缓冲的措施以及意外停机时降大臂疏散乘客的措施；比如采用缓冲液压缸（活塞杆速度>0.2m/s时），在有杆腔与无杆腔间加装手动阀门等。

4.回转支承

上图为回转支承静态及动态承载曲线及螺栓承载曲线。回转支承承载着绝大部分的永久载荷各全部的活载荷，是自控飞机设计中的最要部件。要根据其所受的轴向力、径向力和倾覆力矩按承载曲线选择合适的回转支承及螺栓级别。计算轴向力与倾覆力矩时要谨慎选择安全系数、风载荷等。

5.安全系数

对零部件及焊缝进行计算时，其承受的最大应力与材料极限应力的比值应不小于5。即安全系数不小于5。即使是一般构件也应不小于3.5。脆性材料应不小于8。

6.其它方面

对于电机应尽量选用宽频三相异步电机，以更好的适应变频器控制设备的缓启缓停。减速机不能选用有自锁现象的蜗轮蜗杆减速机，以避免意外停电造成设备急停的冲击事故。另外电气系统，控制系统、限速、限位装置，安全防护，接地与避雷。当然还要有制造和安装过程中对重要焊缝及销轴的探伤，设备基础及日常检查养护等等，均应符合GB8404-2008游乐设施安全规范。最终的型式试验也非常重要，既是设计计算的验证，也是设备改良的基础。这点非常重要。

四、结语

细节决定成败，设计做为产品开发的第一个环节，也是非常重要的一个环节，每个设计人员要常怀对生命的敬畏之心，周全考虑，细心计算做好第一步，成就每一步！

【参考文献】

《游乐设施实用手册》