游乐设备大摆锤的结构研究
深坑主题乐园大摆锤崖壁边坡稳定性分析
历：硕士研究生，职称：工程师，一级注册结构工程师，注册土木工程 师（岩土），一级建造师（建筑工程），公路水运检测工程师（道路工 程），现就职单位：上海同纳建设工程质量检测有限公司，研究方向： 工程结构振动与控制、工程检测、结构加固。
（上接第145页）
参考文献 [1] 姚赯,蔡晴.历史文化名村名镇的保护区划[J].中减计算过程中保
持流动法则的协调，把折减强度参数按如下形式进行折减：
=c' c= , ϕ' tan−1 tanϕ
（2-1）
Fs
Fs
式中： c 、ϕ 为土体能够提供的抗剪强度； c' 、ϕ' 为维持
平衡所需的抗剪强度，即实际抗剪强度；Fs 为安全系数。
强度折减法中安全系数可以通过2-1式直接得出，不需要假
3 结束语 根据以上稳定性分析，可知：增加大摆锤后，其周边的崖
壁边坡仍整体处于稳定状态。距离大摆锤较近的F3断层结构面 处于稳定状态。故在运营过程中，大摆锤区域区域均不会出现 崖壁边坡失稳问题。由于本场地岩石节理发育，在雨水和风蚀 作用下，悬崖坡体发生小石块掉落等现象难以避免，深坑的水
基于ANSYS游乐设备大摆锤三维设计
系统仿真学报，2006，18（12）：3396～3398
46
刘海生等：基于 ANSYS 游乐设备大摆锤三维设计
第6期
业。三维造型可以更直观，可以校验机械零部件的运动干涉、装配 355Mpa，波松比为 0.3，弹性模量 E=2.06E5，密度为 7.85E-6。
最大摆动半径：13.7m 转盘转速：12r/min
2.2 造型关键技术
最大复摆角度：±120°
NODAL SOLUTION
STM (AVG)
RSYS=0
DMX=2.295
MX
SMX=2.295
（1）大摆锤零部件较多且形状复杂，多为旋转件，呈圆心对称
MN
分布。可以先绘制前视图，再利用旋转、阵列、拉伸切除、倒圆角、
NODAL SOLUTION
MN
STEP=1
SUB=1
TIME=1
SEQV (AVG)
DMX=2.295
SMN=.157E-03
SMX=88.803
.157E-03 19.734
39.468 59.202 78.936
9.867
29.601
49.335
69.069
88.803
图 7 转筒及吊臂应力云图
4 结论
（1）大摆锤属于三种运动形式同时进行的游乐设备，运用三
维软件对其进行三维设计，既提高了设计效率，又保证了设计质量。
（2）转筒和吊臂是大摆锤主要受力部件，座椅全部重量都是
由其承受。对转筒及吊臂进行了有限元分析，得出了应力云图，根
据游乐设施标准检验知其是安全可靠的。
大摆锤结构分析
大摆锤结构分析
大摆锤是常见的游乐设施，通过整体结构分析，得到大摆锤的整体及各个部件的结构应力。
玩大摆锤要注意什么?大摆锤结构分析都有哪些内容呢?
大摆锤结构分析
大摆锤由主支架、吊挂装置、摆锤、电气系统组成。
小摆锤的主题部分采用桁架结构，大摆锤外壳为玻璃钢，摆锤上装有坐席、安全压杆，保证游客的安全乘坐。
大摆锤的主传动采用了电机带动回转支承德驱动方式，使电机驱动时能对摆锤的摆动灵活跟踪，实现非匀速转动。
采用气缸使用权，该摆锤实现大幅度摆动。
大摆锤配有功能齐全的电气柜和辅助电器，能确保电机的启动和安全运行，电气柜装有驱动装置的控制电路、电铃按钮，使用非常简便、安全。
大摆锤是一种大型的
游乐设备，常见于各大游乐园。
游客坐在圆形的座舱中，面向外。
通常，大摆锤以压肩作为安全束缚，配以安全带作为二次保险。
座舱旋转的同时，悬挂座舱的主轴在电机的驱动下做单摆运动。
大摆锤的
运行可以使置身其上的游客惊心动魄。
大摆锤属于刺激型的游乐设备。
由于大摆锤是圆圈形状的，乘坐大摆锤时坐在任何位置都没有太大的区别，大摆锤的每一个座位都会被抛到上空。
当大摆锤的最前端从最高点向下俯冲时，最后一排还在爬坡。
这时由于大摆锤前排要拖着后面，所以第一排的速度并不是最快。
在短时间内它虽然处在下降的状态，但是却要被后面的车厢越过高点时的动力所推动才能够继续向前行驶。
所以，不难看出要想感受乘坐大摆锤的刺激感，就要乘坐最后一篇，如果想要安全性更高还是做前排比较稳妥。
游乐设备大摆锤结构分析及测试探讨
游乐设备大摆锤结构分析及测试探讨作者：龙艳寒来源：《科学与财富》2019年第24期摘要：为满足游客的消费需求，实现娱乐设施的多元化，越来越多的游乐场，尝试引进大摆锤，由于缺乏相应的设备管理经验，导致大摆锤安全事故发生率较高，对游客的人身安全以及游乐场自身的发展带来极为不利的影响。
文章以大摆锤作为研究对象，从力学层面，对其主要结构进行分析以及测试，获取相关数据，为后续相关结构设计优化工作的开展提供参考。
关键词：游乐设备；大摆锤；结构分析；测试前言大摆锤作为一种高空高速游乐设施，由于自身的趣味性、刺激性深受广大游客的喜爱，逐步成为主流的娱乐休闲方式。
考虑到我国游乐行业起步相对较晚，各类技术以及管理手段尚不成熟，尤其对于大摆锤这种特种设备而言，在设备研发、制造、日常管理等方面仍然存在不足，这些问题如果得不到有效解决，势必影响大摆锤的运行质效，增加安全风险。
为有效解决这一问题，强化大摆锤的设计与制造水平，文章从多个维度出发，系统探讨大摆锤结构的力学特征，掌握相关参数，旨在提升大摆锤设计、制造能力。
1.大摆锤基本结构与参数为保证大摆锤结构分析与测试质效，提升结构设计的针对性以及有效性，相关工作人员在各项工作开展之初，有必要对大摆锤的基本结构以及相关参数进行细化，从而促进分析测试等相关工作的顺利进行。
与其他游乐设施相比，大擺锤结构相对简单，其主要由大臂、旋转筒、连接臂、座舱、座椅、脚架等部分组成，其具体结构如图1所示：作为现阶段主流的大摆锤设备，大臂运行过程中，其正转、反转最大限度为120°，游客在座舱内达到的最大高度为18.8m，转速为11.3r/min。
为保证整体结构强度，目前大摆锤大臂的重量为5200公斤，连接臂重量为4900公斤，座舱为10430公斤，大摆锤固定部分的重量为45000公斤[1]。
通过对重量的有效控制，使得大摆锤能够一次性满足42名游客的乘坐需求，同时也能够将摇摆的高度控制在合理的范围内，既保证娱乐性又提升安全性。
大摆锤的物理原理及应用
大摆锤的物理原理及应用1. 概述大摆锤是一种在物理实验和科学教学中常用的装置，它可以帮助人们理解力学和振动的基本原理。
大摆锤由一个重物和一个可以摆动的杆组成，通过在不同角度下进行摆动，可以观察到一些有趣的物理现象。
本文将介绍大摆锤的物理原理、摆动的规律以及它在科学研究和实际应用中的一些案例。
2. 物理原理大摆锤的运动受到重力和张力的影响，其物理原理可以简单地用牛顿力学来描述。
在摆动过程中，重力对摆锤的作用可以分解为垂直分力和水平分力。
垂直分力通过重物和摆动杆之间的连接产生张力，保持摆动杆的角度不变。
水平分力则会使摆动杆偏离平衡位置而产生摆动。
3. 摆动规律大摆锤的摆动规律可以用简谐运动来描述。
简谐运动是指物体在恢复力作用下沿特定轨迹上做来回振动的运动形式。
根据简谐运动的定义，大摆锤的摆动具有以下几个特点： - 摆动的周期与摆长有关，摆长越长，周期越长。
- 摆动的周期与重力加速度有关，重力加速度越大，周期越短。
- 摆动的幅度与初始角度有关，初始角度越大，摆动的幅度越大。
- 摆动过程中能量的转换，重力势能和动能之间相互转化。
4. 应用案例大摆锤的物理原理和摆动规律在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用案例：4.1 物理实验大摆锤常用于物理实验室中进行力学和振动实验。
通过调节摆动杆的初始角度和摆长，观察摆动的周期、幅度和能量转化情况，可以验证和实验相关的物理定律，同时帮助学生理解力学和振动的基本概念。
4.2 时间测量由于大摆锤摆动周期与重力加速度有关，因此可以利用大摆锤来进行时间测量。
通过精确测量大摆锤摆动的周期，结合已知的重力加速度数值，可以得到准确的时间测量结果。
这种应用在过去的一些钟表中得到广泛使用。
4.3 摆钟大摆锤的摆动规律和时间测量应用可以被用于设计和制造摆钟。
摆钟通过调节摆长和摆动杆的特性，实现精确的时间测量和显示。
摆钟在古代是人们常用的时间测量工具，现在虽然已经被其他技术所取代，但其仍然具有历史文化价值。
乐高大颗粒大摆锤教案结构
乐高大颗粒大摆锤教案结构作为乐高老师，只知道乐高积木的搭建结构往往还是不够的，要会利用合适的课程内容，运用课程本身让孩子更加深刻的理解知识点，这样孩子才能举一反三，并以此作为创新的起点。
今天我们就来看一下常见的乐高积木的搭建结构都能与什么课程相对应。
常见的固定结构互锁结构互锁结构可以说是乐高搭建中最基础的结构，搭建的乐高作品基本都会用到互锁结构，主要可以分为：平面互锁、阶梯式互锁、拐角互锁和单点互锁。
功能和作用：利用砖将上下两层的缝隙互相锁住，使整个结构更加牢固不易散架。
课程案例：老虎拔牙课程目标：学习互锁结构培养孩子的动手能力搭建主体：牙杯，牙刷老虎拔牙这节课程，牙杯的杯身与牙刷的中间连接部分都用到了互锁结构，其中在搭建杯身这个部分时，孩子也会学习到拐角式互锁。
看守宝藏的蛇（4+）课程目标：学习互锁结构，了解蛇的体态特征和生活习性培养孩子的动手能力搭建主体：蛇，宝藏盒（搭建示范图）看守宝藏的蛇这节课，蛇的身体部分运用了单点互锁结构，宝藏盒的搭建不仅运用了拐角式的互锁结构，在搭建宝藏的盖子时，还运用了阶梯式的互锁结构，学习这节课程，孩子们可以体验到多种的互锁搭建方式。
两点固定功能和作用：两点成一条直线固定课程案例：风扇课程目标：学习两点固定结构以及初步了解齿轮加速原理培养孩子的动手能力搭建主体：手摇风扇（搭建示范图）风扇这节课，两片扇叶分别用曲柄固定在带有小齿轮的轴上，让扇叶不会随意晃动。
三角形结构功能和作用：三角形的三条边确定后，内角无法改变，形状无法改变，因此具有稳定性，可增强物体的稳定性。
课程案例：荡秋千课程目标：学习三角形的稳定性原理。
培养孩子的表达能力。
搭建主体：秋千（搭建示范图）荡秋千这节课，整个秋千的框架呈现出的就是一个三角形的形状，在乐高小人坐的秋千也用到了两点固定的结构。
以上就是乐高中比较常见的固定结构，接下来补充一个小知识。
汉堡包结构功能和作用：通过不同单位零件的转换，利用两点确定一条直线的原理，实现连接、固定梁的目的。
大摆锤动力学分析报告
大摆锤动力学分析报告大摆锤是常见的游乐设施，通过整体结构分析，得到大摆锤的整体及各个部件的结构应力。
然而大摆锤的很多工况是不能简化成静力学的，需有动力学解之。
模态分析是动力学分析的基础，大摆锤的悬臂按照一定周期摆动，需对大摆锤的整体结构进行模态分析，这样在产品设计之前可以预先避免可能引发的共振。
大摆锤的立柱是受压缩的细长杆件，当作用的载荷达到或超过一定限度时就会屈曲失稳，除了要考虑强度问题外，还要考虑屈曲的稳定性问题。
图(a) 游乐场中大摆锤示意图图(b) 大摆锤整体模型图1 大摆锤示意图对大摆锤整体结构强进行动力学评价与分析，分别计算大摆锤转盘在满载和偏载工况下，大摆锤悬臂摆动，对整个结构的影响;以及悬臂的摆角在120?、90?和45?时立柱的结构应力;大摆锤立柱的屈曲分析;悬臂驱动制动分析;整体结构的模态分析。
为顺利安全的生产运行提供数据支持。
2 主要工作内容(1)建立整体的动力学分析模型，计算满载和偏载工况下，立柱的受力情况; (?、90?和45?时立柱的结构应力强度; 2)计算大摆锤悬臂摆角在120(3)悬臂驱动制动分析，以及驱动制动对立柱的影响;(4)大摆锤整体的模态分析;(5)大摆锤立柱的屈曲分析。
3 大摆锤的刚体动力学分析3.1 材料参数3,整体结构材料:Q235钢。
材料力学参量为:材料密度为 =7.85 t/m。
第1页共26页3.2 几何模型使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0多物理场协同CAE仿真软件，对大摆锤的整体进行建模，分别建立立柱、悬臂、大转盘建，并在软件中进行装配，如图3所示。
(a)大摆锤整体结构 (b)转盘局部结构(c) 大摆锤悬臂 (d)大摆锤立柱图2 大摆锤整体装配模型3.3 载荷与约束立柱的底板固定在地方面，因此在立柱底板与地面之间，施加固定(Fixed)约束，模拟底板与地面之间的紧固连接。
在重力作用下，悬臂绕转筒中心轴转动，在悬臂的横臂的内表面和立柱固定筒之间，施加旋转幅(Revolute)，模拟悬臂绕横梁转动。
DBC大摆锤(B级)设计说明书
大摆锤游艺机承力结构主要有立柱、悬臂、回转机构、站台配重、座椅转盘、 压杠几部分。悬臂连同座椅转盘一起绕回转机构的轴线呈±90°的摆角摆动，座 椅绕转盘圆周朝外设置，游客由安全杠和安全带固定在座椅上。
大摆锤悬臂、立柱以及回转机构是由大直径圆形钢管通过焊接和螺栓连接而 成的钢架结构；座椅转盘是由矩形钢管和板材通过焊接及螺栓连接而成，整体结 构图见图 DBC-00。
3) 严格按照装配工艺卡制作，保证有相对定位要求的构件定位，如用定位 销对固定筒与支架立柱定位，电机与电机架定位等。保证有预紧力要求 的螺栓连接。有拧紧力矩要求的紧固件，应采用力矩扳手并按规定的拧 紧力矩紧固（应符合 GB50231-19985 中 2.3 规定）；
4) 为防止运输中设备部件的变形损坏，装车时，立柱、悬臂不允许受横向 载荷堆压，应有固定部件，避免相互碰撞、移位、挤压的设置；
广州 ABC 游乐设备制造有限公司
1 概述
大摆锤是大型游乐设施观览车类的一个品种，大摆锤由吊臂的摆动以及吊臂 端的转盘旋转两种复合运动组成。该设备造型美观，结构科学，气势磅礴。乘客 乘坐在高速旋转的摆锤上往复摆荡，目眩神迷，惊心动魄；往往情不自禁的发出 惊呼与欢笑，令人留恋忘返。该设备的游乐使用价值显著。是游乐场所争相设置 备精度和施工顺利，严格按照相关规定，不得为装车 方便，随意拆卸整体部件。
9 大摆锤安全风险防范措施
9.1 设备整体安全性能
1) 在设备整体设计上，严格执行 GB8408-2008《游乐设施安全规范》。冲击 系数、安全系数按规定值选取，计算达到相应要求。
7 主要受力部件
1) DBC-01 支架部件； 2) DBC-0101-1 驱动电机安装座； 3) DBC-0101 悬臂驱动安装座组焊件； 4) DBC-0104 支架检修平台组件； 5) DBC-0201 悬臂驱动组件； 6) DBC-02 悬臂部件； 7) DBC-0203 悬臂横臂组焊件；
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游乐设备大摆锤的结构研究
发表时间：2018-07-02T16:41:28.590Z 来源：《科技新时代》2018年4期作者：宋新武尹超波
[导读] 摘要：随着社会的不断发展，人们对精神上的需求也愈发强烈，对于群众来说游乐场就是放松身心的一个良好去处，不仅有琳琅满目的有个设备，还有各种各样的活动和表演，而大摆锤作为一个惊险刺激的游乐项目深受许多市民的喜爱，本文对大摆锤的结构进行了分析和研究，以供参考。
摘要：随着社会的不断发展，人们对精神上的需求也愈发强烈，对于群众来说游乐场就是放松身心的一个良好去处，不仅有琳琅满目的有个设备，还有各种各样的活动和表演，而大摆锤作为一个惊险刺激的游乐项目深受许多市民的喜爱，本文对大摆锤的结构进行了分析和研究，以供参考。
关键字：游乐设备；大摆锤；结构；研究
引言
大摆锤是一种大型游乐设施，现如今许多游乐场所都安装了大摆锤来吸引游客和市民，但游乐设施在我国的发展起步较晚，尤其是对于大摆锤这种危险性较强的设备缺乏丰富的经验积累，在设计、制造和维护上出现了许多不足之处，针对这种现象需要对大摆锤的结构进行深入了解，以便在今后的建设中加强整体结构的稳定性，提高安全系数。
1游乐设备中的大摆锤简介
大摆锤是一种大型的游乐设施，其主要运功结构分为两个部分，其中之一是通过大臂绕着水平轴进行正反两个方向的转动，而另一个是大臂外侧人们乘坐的圆盘转动，圆盘与大臂垂直相交，而随着这种组合式的转动，人们则会体会到惊险刺激，像摆脱了引力一样的感觉。
大摆锤虽然十分有趣，但其运行过程还是存在一定的危险性，由于其运动结构较为复杂，传统的理论计算方法很难充分考虑到各种复杂情况对整体设备的影响，也就无法做到精确的运动计算。
2影响大摆锤结构安全的因素分析
大摆锤从结构上可以粗略分成三个部分，第一是连接地面的整体支架结构，起到了稳定摆锤的作用，为摆锤的运行提供一个可靠的支持，第二是摆臂结构，也是整个大摆锤中运动幅度最大的结构，其主体是一根可旋转的摆臂，最后一个就是连接在摆臂上的圆环，也就是我们游客乘坐的地方，这三个机构的安全隐患都不相同，在实际情况下要独立分析。
2.1基座结构的安全隐患分析
基座是支撑整个大摆锤的基础，由于摆臂在来回进行运动，导致基座承受的力在不停的变化，当摆臂运动到最下方时，由于惯性和重力此时摆臂依靠的中轴承受了整个运动过程中最大的力，这个力的方向是向下的，但是在摆臂运行到左右两端时，这个向下的力会分散到于其运行状态相同的方向上，从而给与中轴一个横向的切力，轴承在这种急剧变化的力的作用下，可能会出现严重的磨损，同时四个底座与地面连接的不稳定也会使整个大摆锤处于危险之中，导致危险事故的发生。
2.2摆臂结构的安全隐患分析
摆臂承担的是左右摇摆的任务，同时也传递了圆环转动所需要的力，所以摆臂需要在两个层面上保证质量，首先就是与圆环和中轴稳定的连接，只有这一结构的稳定才会使圆环上的游客得到安全保障，否则摆臂发生结构性断裂则会导致圆环顺着当前运动方向飞出，而摆臂同样也要做到稳定的转动，由于游客乘坐的区域是圆环的末端，摆臂的转动出现一丁点问题都会被放大，最终导致游客的安全受到影响。
2.3圆环结构的安全隐患分析
圆环是游客乘坐的地方，分析这里安全隐患要着重从游客的座椅处入手，如果游客在游玩过程中，大摆锤的座椅没有牢牢地束缚住游客，则很可能会发生严重的安全事故，在设计时要充分考虑到各种不同体型的人，完善座椅的设计理念，保证游客的人身安全。
2.4大摆锤设计的总结分析
在大摆锤设计时要充分考虑到各种条件的影响，比如自然界中风的影响，由于风速过快可能导致摆臂的摆动不平衡，这要从发动机工作机理和整个传动结构处寻找解决方案，而大摆锤承受的重量会随着摆动变化，例如重70KG的人在摆锤运行到最下端时一定会给一个更大的重力，所以要充分结合摆锤的摆动速度，运动的角速度和摆臂的长度来合理分析整体结构承受的力，确保满足基本的运行要求。
在摆臂运动时要分析周围环境的影响，避免游客的身体接触到周围的障碍物，同时制动装置的制动力矩应不小于1.5倍的额定负荷力矩，以达到保证安全的效果。
3游乐设备大摆锤的应力分析与测试
当一种材料在外力的作用下而不能产生位移时，其几何形状和受力方向上的尺寸就会发生变化，这种形变我们称之为应变，而如果材料内部产生了大小相同，方向却相反的作用力来抵抗外力时，这种单位面积上的反作用力就是应力。
依据应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向应与应变方向垂直，按照载荷作用的形式不同，应力也可以分为拉伸压缩应力、扭转应力和弯曲应力。
应力的一大特点就是会随着外力的增加而增加，所以在大摆锤的应力测试中，需要科学制定测试方案，尽可能保证测试结果满足实际需求的同时不会对材料造成严重的破坏。
为了测试材料是否会因应力而发生断裂，需要进行最大拉应力测试，而这一过程需要考虑到许多影响，首先就是摆臂的自重和圆环的重量，然后是角速度以及摆臂的长度，最终得到摆臂真实承受的应力结果，但这种测试并不是十分准确的，由于理想状况下游客乘坐的座舱是平均分布在圆环上，同时其自转的力也没有进行充分考虑，所以可能会导致测试结果小于大摆锤实际承受的力，这就需要我们在设计中添加一个常量，以满足各种情况下的应力变化，一般这个数值设置在1.5，也就是说材料的应力承受能力要大于实际测量得到数值的1.5倍才能保证整体结构强度，提高设备的安全性能。
具体的应力测量方法可以选用电阻应变测量，利用电阻应变片作为传感元件，把被测量的物体表面的物理量、力学量和机械量等非电量转化成电量进行测量的一种方法，在实际测量时要考虑到大摆锤运动速度十分快，可能传统的有线连接会出现许多困难，这时就需要遥控测试数据记录系统的帮助，通过与计算机的连接实现对所有终端的无线控制。
4游乐设备设备大摆锤结构研究
由于大摆锤运动的方式主要有两种，摆臂以横梁的中轴为支点进行摆动的同时，座舱也会进行自转，所以这种受力模型很难进行理论
上的精确计算，可以通过两种运动方式的函数图像进行结合来明确整体运行时最大力产生的时间和位置，从而针对这一部分的结构进行特殊强化。
大型游乐设施与其他的机械设备不同，其在运行时由于载重的游客数量不同，导致大摆锤在实际运行时，可能会出现偏载运行的情况，设置一个极限值分析后发现，在座舱游客全分布在一侧占据整个圆环的二分之一时，由于偏载作用导致载荷量减小，惯性的力也随之减小，导致回转支承在不同时间内所受的力矩方向变动十分明显，但力的大小变化不大。
但就算力的大小没有变化，依然也要在实际运行中合理分配游客，保证座舱连接的圆环受力均衡，这样才能最大限度的延长整体结构的寿命，更好的保证安全。
结语
游乐设施的发展需要充分考虑到安全因素，所以需要对大摆锤的整体结构进行详细的分析并测量其运功过程中的各种状态，实际中要对不同结构和材料的设备进行研究，从而找到最科学合理的大摆锤结构，更好的对当下设计进行改进。
参考文献
[1]宋伟科,单宇佳,赵欣.大摆锤驱动头动力学建模与仿真研究[J].机电工程技术,2015,44(11):16-20.
[2]杨建辉. 一种大摆锤游乐装置[P]. 北京：CN201426968,2010-03-24.
[3]郑太松. 大摆锤机械模型[P]. 广东：CN206961412U,2018-02-02.
第一作者
宋新武 1984.10.1 男湖北随州本科深圳华侨城文化旅游科技股份有限公司机械设计工艺工程师 518100 游乐设备钢结构设计制作第二作者
尹超波 1983.2.4 男湖北应城本科深圳华侨城文化旅游科技股份有限公司厂长 518100 游乐设备钢结构设计制作。