過山車中未預緊螺紋連接軸存在的安全隱患及預防對策

拉巴次仁 旦增讓真 李連超

摘 要：在過山車運行過程中，部分螺紋連接軸在相對運動時，因無法預緊螺紋或其連接面可能無法施加足夠預緊力，使連接軸存在安全隱患，導致在交變應力作用上此類結構部位螺紋容易發生斷裂，造成嚴重的運行事故，本文就過山車中未預警螺紋，連接軸存在的安全隱患，所導致的結構失效案例進行分析并對連接軸斷裂等預防對策進行探討。

關鍵詞：過山車;未預緊螺紋連接軸;安全隱患

一、過山車中未預緊螺蚊連接軸安全隱患分析

過山車中主要采用螺紋連接軸，應對螺紋材料、尺寸進行設計外，還需要考慮影響螺紋疲勞強度的預應力大小，通過相關研究發現，當預應力低于螺栓抗拉強度40%以下時，螺栓容易出現疲勞斷裂的情況。另外過山車的螺蚊連接軸主要采取靜連接的提升止逆軸、輪軸等，在不發生相對運動時，其連接面可以確保螺蚊的充分預緊，過山車中采取采用螺蚊連接軸結構的輪架軸、車輛連接器軸、等，由于采用動連接結構的連接面，其螺紋無法充分預緊，因此如設計不當或管理不到位，極容易導致其中存在安全隱患，造成螺蚊處出現疲勞斷裂的問題[1]。

二、過山車中未預緊螺蚊連接軸失效模式分析

（一）輪架結構脫落及斷裂事故

在過山車疲勞斷裂事故案例中，對事故車輛斷裂位置及脫落車輪結構進行分析可以看出，通常會在車輪車墩架內兩側進行滾動軸承的設置，并以輪架軸為軸心進行類似于單擺的運動，如果將此處的螺母進行徹底擰緊，會導致車輪架中某一軸承會承受較大的軸向應力，使軸承內滾珠受到壓應力作用，一旦壓力超過軸承規定的設計值，會對軸承轉動造成影響，造成車輛卡死的情況。因此在螺母與車輛進行有效連接時，不能將其全部擰緊，通常進行設計時，會利用開口銷進行防松處理[2]。

斷裂車軸的斷裂截面位置及斷面出現在固定螺母的第一螺紋處，對事故進行分析表明，導致事故的原因主要為設計不合理，使螺母安裝時預緊力不足，以及軸孔出現磨損現象，將軸孔所應承受的應力傳送至螺母固定處，此處螺母在交變應力作用下產生疲勞裂紋，一旦裂紋逐漸發展到臨界值，將會造成螺蚊斷裂事故的發生。

（二）疲勞斷裂原因分析

作用在過山車的車架軸上的應力主要包括由車輛自重及向心力疊加而產生的垂直方向的壓力，以及左右方向加速度產生的水平方向拉應力，其中對強度造成重要的影響的也來自垂直方向的壓力，當固定螺栓未充分預緊情況下，會導致輪架軸受力情況出現較大變化。當車輛轉彎時，螺母的第一螺紋將承受左右方向的向心力所產生交變應力的作用，同時因此處結構屬于應力集中并最容易承受荷載的部位，根據相關研究試驗表明，如螺母未充分預緊，則在第一螺紋處將承受大于正常應力集中系數的3-5倍的應力。

（三）人為原因

在螺紋處所產生的疲勞裂紋產生和發展具有一定的過程，因此需要加強過山車連接軸等結構的日常檢修，確保能夠及時發現問題，并能夠有效預防事故的發生。但在實際檢修過程中，由于無損檢驗力度不足，或未按要求執行探傷檢驗等，不少檢修人員僅利用敲擊、目視等檢查方法，因此導致安全隱患無法及時發現，另外由于結構設計不明確，以及使用過程疏忽以及監管力度不足等一系列因素，導致過山車安全隱患的存在。

三、安全事故預防措施

（一）設計階段

為了有效避免螺紋連接軸中存在安全隱患，需要在設計階段對設計的合理性、科學性加強鐵觀音，在設計中盡可能不采用容易引發事故的單一失效點，不少過山車采用固定穿軸及阻尼裝置設備進行緩沖的方法，能夠有效預防事故的發生。另外針對此類連接方式時，需要充分考慮螺紋預緊力，對連接部位進行計算，確保螺紋連接處的強度能夠符合安全使用要求，同時在設計階段，需要采取應力集中盡可能減少的設計方案，進一步使加工精度提高，對加工工藝予以完善，并制定嚴格的出廠檢驗制度，同時在使用說明書中，應對質檢方法、安裝工藝等進行明確標注。

（二）使用階段

通常此類連接軸存在的安全隱患為疲勞斷裂，因此需要過山車使用過程中，通過質檢力度的加強，對裂紋進行檢查和控制，確保能夠及時發現所存在的安全隱患，防止事故的發生。在質檢過程中需要進行設備的重新拆裝，同時對安裝質量加強控制，防止拆裝過程中出現誤差，導致安全隱患出現。

（三）校驗階段

相關人員對設備進行檢驗時，首先需要設計方案的合理性和科學性予以確定，在進行年度檢驗時，應對容易出現安全隱患的部位加強檢測，同時利用磁粉探傷等檢測技術，對磨損量進行測量，對疲勞裂紋出現及發展狀況予以明確掌握。

結束語：

目前帶螺紋連接軸等類似結構在過山車以及大型游樂設備中連接器中得到廣泛應用，此類連接軸普遍存在固定螺母第一螺紋處容易出現金屬疲勞裂紋，導致斷裂事故的發現，因此針對過山車中未預緊螺紋連接軸存在的安全隱患應加強分析，并制定出相應的預防對策，本文上述分析可為相關結構設計、維護和檢驗工作提供參考。

參考文獻：

[1]李加申， 朱丹. 過山車中未預緊螺紋連接軸的安全隱患及預防措施[J]. 中國特種設備安全， 2015， 31（3）：55-58.

[2]宋榮生. 螺紋聯接軸向預緊力試驗分析[J]. 天津理工大學學報， 2001（z1）：23-24.