過山車中心軸裝配新方案

1、    過山車中心軸裝配新方案    張洪【摘 要】過山車在運(yùn)行時(shí)中心梁與中心軸是主要受力部件，其受力復(fù)雜，工況惡劣。中心軸裝在中心梁內(nèi)，兩者的裝配質(zhì)量會(huì)直接影響過山車的平順性、安全性、游客體驗(yàn)性。針對(duì)中心軸傳統(tǒng)裝配方法的不足，本文提出了一種新的裝配方案。本文對(duì)新方案的結(jié)構(gòu)組成及使用新方案裝配中心軸的過程進(jìn)行了簡單介紹，并對(duì)新方案頂平臺(tái)進(jìn)行了受力分析、變形計(jì)算，以及說明了液壓油缸選擇。供同行參考?！娟P(guān)鍵詞】過山車中心軸；裝配；受力分析；液壓油缸選擇1 過山車中心軸裝配的傳統(tǒng)方法簡介過山車在運(yùn)行時(shí)中心梁與中心軸是主要受力部件，其受力復(fù)雜，工況惡劣，中心軸裝

2、在中心梁內(nèi)，兩者的裝配質(zhì)量會(huì)直接影響過山車的平順性、安全性、游客體驗(yàn)性。目前國內(nèi)過山車中心軸裝配主要使用設(shè)備供應(yīng)商提供的微動(dòng)電動(dòng)葫蘆，此方法無需特別工具，設(shè)備簡單，通用性強(qiáng)，但也存在不足：中心軸調(diào)整對(duì)位較困難，花費(fèi)時(shí)間長，對(duì)操作人員的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)要求高。如圖1所示。圖1圖22 過山車中心軸裝配的新方案簡介新方案利用液壓傳動(dòng)可無級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)中心軸裝配時(shí)的精確調(diào)整。如圖2所示，新方案分為兩大部分，第一部分為對(duì)中夾具，第二部分為升降臺(tái)。對(duì)中夾具裝在升降臺(tái)上，升降臺(tái)裝在過山車維修間的地坑內(nèi)。對(duì)中夾具設(shè)置有細(xì)牙螺桿與軸向推桿。細(xì)牙螺桿從兩側(cè)夾緊中心軸并可精確調(diào)節(jié)中心軸的水平位置。軸向推桿將調(diào)整好的中

3、心軸緩慢推入中心梁內(nèi)1。升降臺(tái)承擔(dān)對(duì)中夾具及中心軸的重量，通過液壓油缸的升降可調(diào)節(jié)中心軸的豎向位置（用手動(dòng)油泵驅(qū)動(dòng)液壓油缸）。升降臺(tái)主要由頂平臺(tái)、底平臺(tái)、液壓油缸、手動(dòng)油泵、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。2只液壓油缸裝在頂平臺(tái)及底平臺(tái)兩側(cè)的中間位置。導(dǎo)向裝置位于頂平臺(tái)的四角。頂平臺(tái)面上鋪裝有16mm鋼板，其上裝有磁力座和百分表，以中心梁底板為基準(zhǔn)，可將頂平臺(tái)面找平。為使中心軸裝配順暢及達(dá)到所要求的裝配精度，經(jīng)測算，頂平臺(tái)面中心處的變形不宜超過0.8mm。3 升降臺(tái)之頂平臺(tái)受力分析3.1 載荷計(jì)算考慮到頂平臺(tái)中心處的變形不宜超過0.8mm，頂平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)采用抗彎能力好的h型鋼制造，初步選定 h型鋼尺寸為125x

4、60，經(jīng)計(jì)算頂平臺(tái)自重為250kg，頂平臺(tái)自重在長度方向按均布載荷q計(jì)。經(jīng)計(jì)算，對(duì)中夾具的重量為376kg，對(duì)中夾具對(duì)稱安裝在距頂平臺(tái)中心0.45m處，對(duì)中夾具作用在頂平臺(tái)上的載荷計(jì)為p1。查詢過山車圖紙資料得知中心軸的重量為574kg，中心軸位于頂平臺(tái)中心處，中心軸作用在頂平臺(tái)上的載荷計(jì)為t2。經(jīng)計(jì)算，作用在液壓油缸活塞桿端頭的支座反力f1=5.88kn。3.2 受力分析圖圖33.3 彎曲正應(yīng)力校核h型鋼的材質(zhì)為q235，其屈服強(qiáng)度為235mpa，取安全系數(shù)為2，則需用應(yīng)力=235/2=118mpa。h型鋼的型號(hào)為125x60，查型鋼表得其慣性矩iz=417cm4。到h型鋼中性層最遠(yuǎn)距離y=

5、125/2=62.5mm。由上述受力分析圖可知最大彎矩m=3.23kn·m。h型鋼所受的彎曲正應(yīng)力由上可知？滓？滓，符合要求。4 升降臺(tái)之頂平臺(tái)彎曲變形計(jì)算由于要求頂平臺(tái)中心處的變形不宜超過0.8mm，有必要對(duì)頂平臺(tái)中心處的撓度進(jìn)行計(jì)算。已知下列參數(shù)：慣性矩iz=417cm4，彈性模量e=200gpa，總長l=1.54m，均布載荷q=1.59kn/m，載荷t=5.63kn，載荷p1=1.84kn，載荷p1距端點(diǎn)的距離b=0.32m。4.1 均布載荷q在頂平臺(tái)中心處引起的撓度f1：4.2 載荷t在頂平臺(tái)中心處引起的撓度f2：4.3 載荷p1在頂平臺(tái)中心處引起的撓度f3：4.4 頂平臺(tái)中

6、心處的總撓度f=f1+f2+f3=0.07+0.26+0.31=0.64， 頂平臺(tái)中心處的總撓度f小于0.8mm，符合要求。5 液壓油缸的選擇根據(jù)維修間地坑底離過山車中心梁的距離，計(jì)算得到液壓油缸活塞行程為512mm， 設(shè)計(jì)用兩個(gè)液壓缸，左右各一個(gè).5.1 液壓油缸所受的載荷：頂平臺(tái)自重=250kg；對(duì)中夾具重量為 376kg；中心軸重量574kg。動(dòng)載系數(shù)取1.2。單只液壓油缸所受的載荷5.2 液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)計(jì)頂平臺(tái)上升到調(diào)整位置的時(shí)間為5秒， 則活塞的運(yùn)動(dòng)速度v =512/5=103 mm/s5.3 液壓油缸功率t液壓缸的總效率，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)p19-205得t= 0.9

7、5;0.98×1.0=0.882根據(jù)以上計(jì)算， 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)p19-199206， 選擇如下液壓油缸：類型雙作用單活塞液壓油缸；液壓油缸內(nèi)徑63mm；活塞桿直徑36mm；行程550mm。油壓2.3mpa；理論推力7.06kn；理論拉力4.82kn；活塞速度103mm/s。5.4 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力：k液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)， 查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)p19-222表19-6-21得k = 4；lb液壓缸支承長度，由圖可知：lb=1083 （mm）；e1實(shí)際彈性模數(shù)，e1=1.80×105（n/mm2）；i活塞桿橫截面慣性矩， i=0.049×d4=0.049×364=82301（mm4）。則：pk=3.14×3.14×1.80×105×82301×106/（4×4×1083×1083）=77.8×103n活塞桿彎曲穩(wěn)定必須滿足如下條件：p1pk/nkp1 活塞桿受力， p1=7.06×103n；nk安全系數(shù)，取nk=6則： 7.06×10377.8×103/6=13×103，滿足要求。6 結(jié)束語綜上所述，采用本方案對(duì)過山車中心軸進(jìn)行裝配，不僅調(diào)整方便，也可提高中心軸的裝配質(zhì)量，縮短中心軸