模块化小型观览车的设计与研究

崔文斌，吕俊

（中国煤炭科工集团上海有限公司，上海 200030）

1 概述

近年来随着游乐产业的发展，观览车（摩天轮）在全国各大城市的市场需求与日俱增。现今国内某些城市的传统式观览车大部分都是上个世纪80年代初期开始先后安装的（而且大多在42米以下）。这些观览车已有近20年的历史，根据游乐设备发展的一般规律，这批观览车都已经进入升级换代期，所以结构新颖、配备齐全、高颜值观览车的产生，在时间上与其更新换代的需求相吻合，势必也有其自身的发展空间和市场需求。

随着人民生活水平的逐步提高，虽然观览车的基本功能是乘车观光，但更是一种休闲旅游活动，乘客对观览车要求不仅是乘坐的舒适性，更对观览车所带来的视觉效果提出了更多要求。比如：立架结构形式：传统的观览车大多是三脚架形式，虽然其力学性能稳定，但对大多数人来说已产生视觉疲劳，缺乏吸引力；灯光效果及其载体转盘结构：从无灯光，到蘑菇灯，到霓虹灯，到LED条灯。灯光的形式在变，其效果及能够表达的内容在变。其最直接要求是，观览车转盘形式作为布置灯光的载体也必须随之改变，以求能够表达更多的灯光内容。

国内一些游乐设备制造方近10年来致力于设计、生产百米以上的观览车，这会造成观览车的发展瓶颈：63米观览车现已成了“最低消费”，60米以下观览车的市场如何来填补，三线及以下城市对小型观览车的市场需求逐年上升，如何将小型观览车设计的新颖、简洁、精致就成为了摆在设计人员面前的一道课题。

2 设计介绍

为了解决上一节提出的问题，本文介绍了一种模块化小型观览车的设计，其高度为50米。本观览车为模块化通用型设计，转盘结构为全桁架式结构，总高度为50.2m，转盘直径为47.5m，立架高度为25.7米，主轴安装高度为26.25m。观览车在转盘外缘设置32个轿厢。50米观览车主要由立架、转盘、主轴装置、轿厢、驱动系统等组成。

图1 50米观览车效果图

立架。立架是观览车的主承力组件，如图1所示，立架共有8个支座，从正面看去，立架呈三角形结构。立架分成前、后两组，每组由两根直径820mm钢管斜立柱作为主支撑，直径508mm钢管作为辅助支撑，从侧面看去单组立架呈“A”字型，辅助支撑高度为13.11m。立架整体高度为25.7m，立架顶端通过螺栓法兰形式直接与主轴安装。

转盘。观览车转盘由外圆驱动滚道和桁架组成，二者为整个观览车的主体部件，也是悬挂轿厢的载体。本观览车驱动滚道直径为47.5米，转盘采用全桁架式结构，从正面看，由内而外共有5圈桁架；桁架的最外圈为驱动滚道，滚道与滚道之间采用螺栓连接，滚道内侧设有轿厢座，轿厢直接安装在滚道内侧，驱动滚道外侧设有花纹钢板以提高摩擦传动效率。

主轴装置。主轴装置为转盘的旋转中心及承重部件，如图2所示。

图2 主轴装置

主轴筒体与两端的轴头利用螺栓彼此连接，轴头与立架间同样运用螺栓连接，从而使主轴与立架形成稳定的门式结构。筒体及轴头作为主轴装置的主体由厚钢板卷制焊接而成，二者内部焊有筋板，以提高其强度及刚度。主轴两端设有回转支承，回转支承与桁架直接运用销轴连接，结构十分紧凑且有效简洁。一端的回转支承与主轴筒体轴向螺栓连接，另一端的回转支承轴向不附加任何约束即轴向自由，当正面极限风荷载工况下，回转支承通过一端的轴向自由完全释放轴向载荷不对主轴产生弯矩。回转支承是整个主轴装置的核心部件，其使用寿命可达15年。

主轴是观览车最重要的受力部件。设计时全面考虑了观览车满载时的静载荷、动载荷，地震与极限风荷载的作用，兼顾了制作、运输、安装的方便等诸多因素，通过有限元的计算与校核最后得出现在的优化方案。

轿厢。轿厢是乘客与观览车直接接触的主要部件，必须安全、整洁、舒适、耐用、可靠。按观览车总体设计要求，设置32个轿厢，每个可载客4人，总共可载客128人。

驱动系统。本观览车采用变频调速电动机带动实芯橡胶摩擦轮的驱动方式。本系统设置4套（2对）由变频调速电动机通过减速箱带动的摩擦橡胶轮传动部件。由于计算机控制和变频调速技术的发展和普及，使变频调速驱动技术越来越成熟，本观览车采用由变频调速电动机通过减速箱直接带动摩擦橡胶轮，使观览车驱动部的结构大大简化，维护保养也较液压传动系统更为简单。变频调速电动机驱动系统可以便捷地实现观览车的正反转、一定范围内的变速，并且可以通过程序使启动与停机更加平稳，设备的总装机功率也因此而大幅度降低。本观览车并配有柴油发电机组作为备用电源系统，在电网停电情况下维持设备运转，安全地疏散乘客。

3 技术关键

立架结构。相比于传统观览车的立架结构，本观览车采用全新的A型立架结构。该结构型式力学性能、结构强度均能满足设计要求。运用有限元分析软件模拟对可能发生的各个工况进行校核，该结构均能满足各个工况的强度要求。

转盘结构。本观览车没有设置连接轿厢用的轿厢架，就传统型式观览车而言轿厢架属于关键部件。转盘采用桁架结构轿厢直接连接在转盘外轮缘，外轮缘内侧连接轿厢，外侧为驱动滚道。

主轴与转盘连接方式。传统的主轴装置一般使用调心轴承来作为其旋转部件，这样的结构在轴承外部需要设有轴承座来与立架连接，为了不让轴承本身承受过大的径向力及满足主轴与转盘的配合尺寸，主轴筒体结构往往采用过多的冗余设计。这就造成了主轴结构复杂、重量大及造价高。

本观览车改进了主轴部分的设计，以定制加工的回转支承结构来简化主轴部件结构形式。免去了轴承座设计，主轴筒体径向尺寸大大减小且从旋转件改进为固定件，回转支承外圈直接转盘桁架销孔连接，简化了结构且方便安装及后续维保，如图3所示。

图3 传统型与新型转盘结构比较

4 结语

模块化小型观览车的设计、制造、安装均已完成，相关设计文件已通过国家特种设备检测研究院审查。各项试验数据均在国家标准的允许范围内，设备也已通过了国家相关技术监督部门的验收。此类结构型式对小型观览车的发展具有推进作用。

参考文献：

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