模塊化小型觀覽車的設計與研究

崔文斌，呂俊

（中國煤炭科工集團上海有限公司，上海 200030）

1 概述

近年來隨著游樂產業的發展，觀覽車（摩天輪）在全國各大城市的市場需求與日俱增?，F今國內某些城市的傳統式觀覽車大部分都是上個世紀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，根據游樂設備發展的一般規律，這批觀覽車都已經進入升級換代期，所以結構新穎、配備齊全、高顏值觀覽車的產生，在時間上與其更新換代的需求相吻合，勢必也有其自身的發展空間和市場需求。

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：立架結構形式：傳統的觀覽車大多是三腳架形式，雖然其力學性能穩定，但對大多數人來說已產生視覺疲勞，缺乏吸引力；燈光效果及其載體轉盤結構：從無燈光，到蘑菇燈，到霓虹燈，到LED條燈。燈光的形式在變，其效果及能夠表達的內容在變。其最直接要求是，觀覽車轉盤形式作為布置燈光的載體也必須隨之改變，以求能夠表達更多的燈光內容。

國內一些游樂設備制造方近10年來致力于設計、生產百米以上的觀覽車，這會造成觀覽車的發展瓶頸：63米觀覽車現已成了“最低消費”，60米以下觀覽車的市場如何來填補，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計的新穎、簡潔、精致就成為了擺在設計人員面前的一道課題。

2 設計介紹

為了解決上一節提出的問題，本文介紹了一種模塊化小型觀覽車的設計，其高度為50米。本觀覽車為模塊化通用型設計，轉盤結構為全桁架式結構，總高度為50.2m，轉盤直徑為47.5m，立架高度為25.7米，主軸安裝高度為26.25m。觀覽車在轉盤外緣設置32個轎廂。50米觀覽車主要由立架、轉盤、主軸裝置、轎廂、驅動系統等組成。

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，立架呈三角形結構。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。

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

主軸裝置。主軸裝置為轉盤的旋轉中心及承重部件，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用螺栓連接，從而使主軸與立架形成穩定的門式結構。筒體及軸頭作為主軸裝置的主體由厚鋼板卷制焊接而成，二者內部焊有筋板，以提高其強度及剛度。主軸兩端設有回轉支承，回轉支承與桁架直接運用銷軸連接，結構十分緊湊且有效簡潔。一端的回轉支承與主軸筒體軸向螺栓連接，另一端的回轉支承軸向不附加任何約束即軸向自由，當正面極限風荷載工況下，回轉支承通過一端的軸向自由完全釋放軸向載荷不對主軸產生彎矩?；剞D支承是整個主軸裝置的核心部件，其使用壽命可達15年。

主軸是觀覽車最重要的受力部件。設計時全面考慮了觀覽車滿載時的靜載荷、動載荷，地震與極限風荷載的作用，兼顧了制作、運輸、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在的優化方案。

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。按觀覽車總體設計要求，設置32個轎廂，每個可載客4人，總共可載客128人。

驅動系統。本觀覽車采用變頻調速電動機帶動實芯橡膠摩擦輪的驅動方式。本系統設置4套（2對）由變頻調速電動機通過減速箱帶動的摩擦橡膠輪傳動部件。由于計算機控制和變頻調速技術的發展和普及，使變頻調速驅動技術越來越成熟，本觀覽車采用由變頻調速電動機通過減速箱直接帶動摩擦橡膠輪，使觀覽車驅動部的結構大大簡化，維護保養也較液壓傳動系統更為簡單。變頻調速電動機驅動系統可以便捷地實現觀覽車的正反轉、一定范圍內的變速，并且可以通過程序使啟動與停機更加平穩，設備的總裝機功率也因此而大幅度降低。本觀覽車并配有柴油發電機組作為備用電源系統，在電網停電情況下維持設備運轉，安全地疏散乘客。

3 技術關鍵

立架結構。相比于傳統觀覽車的立架結構，本觀覽車采用全新的A型立架結構。該結構型式力學性能、結構強度均能滿足設計要求。運用有限元分析軟件模擬對可能發生的各個工況進行校核，該結構均能滿足各個工況的強度要求。

轉盤結構。本觀覽車沒有設置連接轎廂用的轎廂架，就傳統型式觀覽車而言轎廂架屬于關鍵部件。轉盤采用桁架結構轎廂直接連接在轉盤外輪緣，外輪緣內側連接轎廂，外側為驅動滾道。

主軸與轉盤連接方式。傳統的主軸裝置一般使用調心軸承來作為其旋轉部件，這樣的結構在軸承外部需要設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盤的配合尺寸，主軸筒體結構往往采用過多的冗余設計。這就造成了主軸結構復雜、重量大及造價高。

本觀覽車改進了主軸部分的設計，以定制加工的回轉支承結構來簡化主軸部件結構形式。免去了軸承座設計，主軸筒體徑向尺寸大大減小且從旋轉件改進為固定件，回轉支承外圈直接轉盤桁架銷孔連接，簡化了結構且方便安裝及后續維保，如圖3所示。

圖3 傳統型與新型轉盤結構比較

4 結語

模塊化小型觀覽車的設計、制造、安裝均已完成，相關設計文件已通過國家特種設備檢測研究院審查。各項試驗數據均在國家標準的允許范圍內，設備也已通過了國家相關技術監督部門的驗收。此類結構型式對小型觀覽車的發展具有推進作用。

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