【关键词】游乐设备 挑臂梁 结构优化 仿真研究
引言
游乐设备对安全性要求非常高，就挑臂梁设计来说，在优化设计基础上，还涉及到仿真研究这一层面。
一、我国游乐设备的发展历程与现状分析
我国游乐设备业起步比较晚，到20世纪80年代才研发出拥有自主知识产权的游乐设施，在安全和性能上，还有很大的提升空间，设备的结构和性能还有待进一步优化和提高。
二、“自控飞机”这挑臂梁设计及其结构优化与仿真研究
“自控飞机”是一种新型的游乐设备，靠液压的驱动带动挑臂梁摇摆，座椅也会上下摆动，升降与旋转完美结合。根据调查显示，安全隐患往往存在于设计不合理的挑臂梁结构中，或者没有进行定期的安全性能检查，从而导致安全事故的发生。希望以下的研究分析，可对类似游乐设备的设计有所帮助。
1.结构设计及其优化
1.1挑臂梁的理论数据分析
“自控飞机”的基本参数[1]，见表1-1。
“自控飞机”的挑臂梁运动模式分为上下摆动、绕中心轴旋转运动两种，但每种运动模式还可以分为不同的情况。这里主要负荷是座椅和乘客，可以将其看成整体进行分析。当设备运行起来的时候，还会增加一个离心力，最后再加上拉杆产生的一个力，分别选择水平、最高点、最低点的特殊位置进行计算。如图1-1的受力。
图1-1 受力简图
1.2“自控飞机”的整体装配
“自控飞机”的整体设备由多个零件组成，为了方便计算分析应该将他们对应简化，简化的前提是不会对后面的研究产生太大的影响。底座与地基重合，底座与油缸的支撑连接处同轴心、上表面重合，油缸和挑臂梁连接处由梁耳朵和油缸孔同轴心等进行简易化设计。
图1-2 装配体模型
装配结束后，除要仔细的进行检查外，还要借助SolidWorks进行动态和静态检查，经过检查之后，确认零件之间装配连接无误[5]。
1.3结构优化
建立关于挑臂梁的三维建模，初步设计其结构，箱梁是一个不错的选择。箱梁可以采用钢板焊接，内部设计横隔板来提高其稳定性[3]。油缸和挑臂梁耳板连接点须牢固可靠，防止“自控飞机”在旋转过程中与耳板面发生相对的转动，这样容易损伤零部件，如不及时检修，可能会造成安全事故。这里可以通过增加挡板的设计来满足要求。接下来是挑臂梁的两段结构设计，其直径比较大，为了满足各个零件之间的配合要求，在大轴端用自润滑轴承连接，其结构耐磨抗压、结构紧凑，还能节约成本。
2.仿真研究
根据设定的运动曲线，在Motion中设定相关的仿真参数。如图2。通过此仿真模拟研究，可以得出,整个运动过程中运动副上支反力、各结构加速度和速度等数据，然后把结果导入Simulaton中进行详细有限元分析，得到每个结构的应力应变结果，然后再进行应力及疲劳安全系数计算，若不满足要求则需再次进行优化设计和仿真计算。
最终完成最佳设计，这一系列过程都在上面提到过的SolidWorks上完成，简约快捷，成本低。
图2 关键运动副上支反力数据
三、结论与发展前景
1.结论
“自控飞机”作为研究对象，以挑臂梁设计为主，在研究相关参数的基础上，借助SolidWorks软件，对大型游乐设施的主体部分进行优化。根据动力学和静力学分析对挑臂梁进行优化设计，得出最合适的参数组合结果。
2.发展前景
SolidWorks软件和CAD技术对产品进行辅助设计[2] [4]，不仅能提高效率还能提高准确率，实现智能化发展。本研究采用虚拟样本分析，涉及面并不全，还需要多方面的力量来共同完善，如果将本研究应用到具体的实际中去，还需再反复验证。
【总结】挑臂梁设计应用范围十分广，当然在游乐设施的应用上也很常见，如何进行设计和结构优化，才能使整个设备的性能达到最好，还需进一步探索研究。相信在不久的将来，我国大部分游乐设施都是经过科学、仿真的研究建成，带给游客好而安全的游戏体验！
【参考文献】
[1]陈进,宋立权,王炳乐.带集中质量的挑臂梁在基础运动时的动力响应[J].机械,1995(01):29-32.
[2]陈永当,鲍志强,任慧娟,王钰鑫.基于SolidWorks Simulation的产品设计有限元分析[J].计算机技术与发展,2012,22(09):177-180.
[3]王华贵,陈振.箱型梁加强筋连接方式对腹板局部稳定性的影响[J].港口装卸,2015(06):16-18.
[4]林慧珠,杜存臣,吴方.计算机辅助设计的产生和发展[J].化学工业与工程技术,2001(02):46-48+0.
[5]王栋,李晶.空间桁架结构动力学形状优化设计[J].工程力学,2007(04):129-134.
姓名：程勇
出生日期：1986年09月21日
性别：男
籍贯：湖北省广水市
学历：本科学士
工作单位：深圳市鑫美幻想工程有限公司
职位：机械工程师
邮编：518000
研究方向：游乐设备设计研发
姓名：陈文芳
出生日期：1984年09月07日
性别：女
籍贯：江西省赣州市崇义县
学历：本科学士
工作单位：深圳市鑫美幻想工程有限公司
职位：机械工程师
邮编：518000
研究方向：游乐设备设计研发
论文作者:程勇,陈文芳
论文发表刊物:《科技新时代》2018年4期
论文发表时间:2018/7/2
标签：设备论文; 自控论文; 结构论文; 飞机论文; 结构优化论文; 优化设计论文; 游乐设施论文; 《科技新时代》2018年4期论文;