1、中山市金馬科技娛樂設備股份有限公司 陳濤一、游樂設施的定義及游樂特點定義：在特定的區域內運行，承載游客的游樂載體游樂設施的特點：a）游客參與體驗式 b）社會對事故發生的零容忍 c）游客對體驗的追求是更高、更快 d）設備的運動越來越復雜 e）單件小批量生產 f）持續創新，成為游樂行業的永恒的主題 g）標準化難以為繼二、游樂設施的主要組成部分及二、游樂設施的主要組成部分及設計人員的基本素質設計人員的基本素質.主要組成部分 鋼結構（木結構）+機械傳動（機械結構）+控制系統+外觀.設計人員的知識結構 力學、機械設計、材料學、自動控制、工業設計等以及一些產品要求的其他的知識體系：如：水上游樂設備對水力學

2、的要求等三三、游樂設施設計游樂設施設計1. 創新創新的的路徑路徑自由度的組合與結構設計a）處在三維空間的剛體的運動形的可能性，稱自由度。所謂六自由度，即沿三個坐標（X、Y、Z）的移動和繞三個坐標軸的旋轉運動。 所有的游樂設施的本質就是一種或結合幾種運動形式會得到不同的體驗（高度、速度、加速度的變化)。結合的運動形式越多，趣味性就越強。產品創新的方向就是沿著運動的不同組合來發展的舉例: 海盜船大擺錘改進型大擺錘（效果圖示意）純平面旋轉飛椅一邊升降一邊旋轉邊升降、旋轉的同時，金字架傾斜在上述基礎上再增加底座旋轉人體的運動軌道越來越復雜，人體的運動軌道越來越復雜，加速度越來越富有變化！加速度越來越富

3、有變化！ 所以，從自由度的角度，某種程度上可以說，所有的乘騎類設備都是基本雷同的。但各種運動形式的巧妙組合，則設計并生成了結構形式各異的多種受人們歡迎的產品。增強設備項目的刺激性，吸引并滿足那些躍躍欲試的人群，使得游樂設備必然向高空、高速或更復雜的運動軌跡組合的方向發展2. 體驗新感覺G力的概念游樂體驗主要有三種感官方面，例如高度、速度、燈光、音響等造成的體驗感官方面，例如高度、速度、燈光、音響等造成的體驗情感方面，例沉浸式的娛樂項目：情感方面，例沉浸式的娛樂項目：4D影院，影院，Dark Rides生理方面，生理方面，G力變化的體驗力變化的體驗在游樂行業里，習慣上用符號“G”作為計算游樂過程

4、人體受力與自身重力的倍率。人的重力是相當不變的，其倍率是“1G”。人體自由落體運動時為“零G力”，游樂設施的設計一般在 -1G-4G之間。當加速度為負值（-G）時，則感到猶如騰云駕霧飄飄然，而當加速度為正值（+G）時，則感到好像泰山壓頂身體縮成團不能自拔。大部分游樂設施都有變化“G力”的體驗。所有游樂設施的設計都是基于上述三種體驗的一種或他們的組合體驗。3。復合運動中科氏加速度 4.安全實質問題-加速度X作用時間1）。人體坐標系 近40年來，美國進行了多種運動的G力試驗。 實際上，從物理角度，人的身體能夠適應的，延續數秒時間的力，不能超過3Gs。從生理的角度，人承受G力的變動范圍，決定于血液循

5、環系統，心臟必須過度工作，才能提供足夠的含有充足氧的血液給大腦，以迎擊3Gs或4Gs的力。當心臟向大腦輸送血液的血柱不能克服所承受的向下的力時，就將失去知覺，眼睛感覺失去血壓，眼后圍繞視網膜動脈的微血管首先有反應。報告表明，在高G力負載下，開始出現管道視界的現象，管道視界及隨后出現的頭昏，顯然是警示將會失去知覺 近年來，美國游樂園業也一直進行這方面的研究工作，并以美國試驗和材料協會的名義，發布了國家和國際G力標準。在此工作中，也包括來自歐洲、澳大利亞和俄羅斯的專業組織的推薦資料，也包括該行業咨詢和科學工作者的專業知識。該標準包括，以負載耐受能力為基礎的G力限制值。例如，如果承受一種G力，持續的

6、時間不足0.2秒，這樣，或許人的身體在這么短的時間內，不能反應出加速度的存在，可以不加考慮。對于產生的加速度超過允許的時間長度，G力標準有以下幾種范圍： 前后方向（X軸） 當加速度使身體向后移動擠向座椅靠背，6Gs力作用1秒的時間，可以承受，但必須是隨后的G力總值的負載逐漸變小。2秒鐘以后，降到4Gs的程度，5秒鐘后3Gs，12秒鐘后達2Gs。在減加速度的狀況下，人的身體向前移動。當快速停止運動時，在停止階段內，1.5Gs的力是可以接受的。根據防護裝置的情況，在25秒的短時間內，可施加的G力值可提高至2或3Gs。 側向（Y軸） 對任何側向，2Gs的力是可以接受的。對于給出換向加速的標準比較麻煩

7、，這是因為，當身體快速地從左至右的運動時，要抵抗的是某一單方向的加速度。在這種狀態下，要降低此力，取決于G力的總值以及換向的速度。 垂直方向（Z軸） 向下方向的正G力，允許6Gs持續1秒；4Gs持續2秒；3Gs持續5秒；2Gs可持續到12秒。這與在X軸允許的加速度產生的負載情況非常相似。將人的身體向上移動，允許的負G力比較小。在移動起始時，標準允許1.75Gs；在5秒后，不能超過1.5Gs；再4秒后，應限制在不大于1G 。數值的大小取決于防護系統的可靠性，如果沒有可靠的防護裝置，很顯然要避免負G力。 確切的標準仍在繼續探討中，但只要已證明的技術是存在的，目前的標準已經是一個初步可接受的范本。創

8、造力是永久不停止的，如果有經過科學的試驗給出的，被專家們認可，是經得住檢驗和合理的，新界限值可考慮超過現在標準值。 任何一項設備是否會對乘客產生傷害，不是由運行速度的快慢決定（如飛機、高速列車速度都相當快），而是由加速度大小及其持續作用時間的長短決定，在某種程度上持續時間更為重要。持續時間小于等于0.1秒的加速度為沖擊加速度，持續時間大于0.1秒的加速度為穩態加速度。 2）。GB8408規定的加速度的允許值 圖2 與持續時間有關的允許加速度 ay （g） 注： 1）1為頻率10Hz以上的區域2）t為加速度持續時間（s）3）大于的區域尚未證實，需進一步測試 圖3 與持續時間有關的允許加速度az

9、(g) 注： ）大于的區域尚未證實，需進一步測試 ）s為加速度持續時間（s） 圖4 加速度ay和az的組合注： 1為允許的區域 圖5 加速度ay和az組合允許值 (g)注： 三條折線表示：當az、ay同時存在時，在持續時間為0.05s、0.10s、0.2s時，最大允許的加速度az、ay值。 如：加速度持續時間為0.05s，當az值為 1.8g,時，最大允許的ay值為 2.7g,。 3）。加速度限制的生理解釋每個人承受G力的變動范圍，取決于其心臟的工作能力（泵的額定壓力和最高壓力）。正常情況下，心臟供血液經大腦、眼晴等，在受G力的情況下，心臟要過度工作，才能提供足夠的含有充足氧的血液給大腦。當心

10、臟向大腦輸送血液的血柱不能克服所承受的向下的力時，將會失去知覺，眼睛感覺失去血壓，出現頭昏甚至失去知覺。心臟類似向身體供血液的泵，左右加速度有限制就不難理解肝臟有類似過濾器的作用，人體左右加速度過大，泵就會吸空。5。設計的關鍵-載荷組合與極限工況分析GB8408-2008對載荷組合做出下規定：零件強度、剛度計算時應考慮下列載荷組合P=K（GK+Q1）+Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7K沖擊系數 GK永久載荷 Q1活載荷Q2游客對乘人結構的支反力（各種工況下的最大值）Q3驅動力或制動力Q4摩擦力Q5慣性力Q6碰撞力Q7風載荷Q8雪載荷 計算風速度大于15m/s游樂設施結構穩定性與抗傾

11、覆時，考慮的載荷組合：P=GK+ Q7結構不產生永久變形即可（P產生的應力在s以內）游樂設施積雪時，計算其結構的穩定性，考慮的載荷組合： P=GK+ Q8結構不產生永久變形即可（P產生的應力在s以內）嚴格來講還須適當考慮風載！嚴格來講還須適當考慮風載！ 地震載荷組合P=GK+TT地震載荷，計算方法參照GB50011-2001建筑抗震設計規范。P產生的應力在產生的應力在s范圍內。范圍內。 分析計算通常存在的問題：分析計算通常存在的問題：a）對運動學分析不夠透徹，Q5（慣性力）往往考慮不全b）缺乏對極限工況的分析，大多數情況下，最大偏載往往是最危險的情況。c）特殊情況下沒有考慮溫度應力和裝配應力6

12、。設計計算61 游樂設施的設計應根據具體結構作相應計算：應力計算、剛度計算、疲勞強度計算、穩定性計算、抗傾覆計算、防側滑計算等。62 應力計算 零部件及焊縫應進行應力計算，其承受的最大應力與材料極限應力的比值為安全系數，得出的安全系數n , 必須滿足表2的要求。b 材料的極限應力max 設計計算最大應力n 許用安全系數（見表2）表2 許用安全系數n名 稱安全系數n重要的軸、銷軸及重要焊縫5一般構件3.5 (脆性材料8) 63 疲勞強度計算631 無限壽命計算當循環載荷的最大計算應力小于材料的疲勞極限時，零部件為無限壽命，計算的疲勞安全系數。應滿足表3的要求。表3 許用疲勞強度安全系數零部件n-

13、1（對稱循環）n0（脈動循環）材料較均勻，載荷及應力計算較精確1.31.73材料不夠均勻，載荷及應力計算精度較差1.51.82.02.4材料均勻度很差，計算精度很差1.82.52.43.3 632 有限壽命計算當循環載荷的最大計算應力大于材料的疲勞極限時，用疲勞載荷譜計算零部件的使用壽命。64 剛度計算對游樂設施有變形要求的某些構件，應進行剛度計算。65 穩定性計算為防止結構失穩，對細長、薄壁結構件需要進行整體和局部穩定性計算。 66 防止傾覆計算游樂設施運行中，有可能發生整體傾覆時應進行該計算。 安全系數，見表4 穩定力矩值 傾覆力矩值67 防止側滑計算游樂設施運行中，有可能發生整體側向滑移

14、時應進行該計算。 安全系數（見表4） 摩擦系數（見表5）N 垂直載荷分量H 水平載荷分量表4 防止傾覆及側滑的安全系數載荷1靜載荷為有利作用因素12靜載荷為不利作用因素1.13風載荷為不利作用因素1.24除2、3項以外的其它載荷為不利作用因素1.3表5 摩擦系數材料 / 材料木材鋼混凝土木材0.40.40.6鋼0.40.10.2混凝土0.60.20.5粘土0.250.20.25亞粘土0.40.20.4沙石0.650.20.65 如果靠靜摩擦不能保持穩定，應用地腳螺栓將結構與地面進行連接。其防側滑計算也要計算地腳螺栓的作用，摩擦系數只取表5中的70。 Z 地腳螺栓的水平承載能力；68 重要的軸、銷軸及焊縫除做應力計算外，必要時做疲勞強度驗算，兩者都應滿足給定的安全系數。對于難以拆卸的重要軸及銷軸，應按無限壽命設計。