浅谈摩天轮的结构设计

浅谈摩天轮的结构设计

李金钢王悦

沈阳松陵游乐设备制造厂辽宁省110034

摘要：高空观览车(即摩天轮)在中国的发展已有三十多年，结构从传统的桁架式衍生出了支臂辐条式、幅条式和无轴式等多种型式。本文主要简述了摩天轮的四种整体结构设计。

关键词：观览车摩天轮结构设计

一、桁架式摩天轮

桁架式摩天轮是较早的摩天轮设计理念，结构简单坚固，且容易铺设各种灯具，晚间灯光效果非常美观，比较适合90米以下的中小型摩天轮的设计。

1、支柱

支柱根据驱动系统形式而有所不同，机械传动每侧支柱一般采用前二后二结构；液压驱动每侧支柱一般采用前三后一结构。

(1)支柱由管材、加强筋和法兰焊接而成，通过高强度螺栓连接，柱脚多为焊接在基础预埋钢板上。

(2)支柱之间通过多层支管相互连接形成一个整体，具有较好的稳固性和抗风性。

(3)支柱顶座设置安全护栏。

(4)支柱上设置驱动平台和检修爬梯。

2、中心轴

中心轴一般分为两种结构，一种是中轴不动，外轴套旋转；一种是整个中心轴旋转。第一种结构比较复杂但是坚实稳固，而第二种结构相对比较简单但是稳固性没第一种好。

(1)中心轴轴头由35#锻件加工而成，与钢管、幅板和筋板焊接保证整体强度。

(2)选择调心滚子轴承，保证轴向力的传递。

(3)主轴两侧送电用集电环根据中心轴结构不同分为筒形集电环和环形集电环两种。

3、转轮

转轮由多组支管横向纵向均通过螺栓连接正面形成蜘蛛网形结构，整体坚实稳固但安装比较烦琐。

(1)各组钢管需经强度计算，并采用高强度螺栓连接。

(2)关键受力部位还需涨线辅助连接。

(3)摩擦圈与转轮通过螺栓连接，对接处现场焊接。

4、驱动系统

驱动系统分为机械传动和液压驱动两种。机械传动结构复杂，启动和停止时震动较大，但安装维护方便；液压驱动结构简单运行平稳，占地较小，但安装维护麻烦。

(1)机械传动系统由螺栓调节使轮胎夹紧摩擦圈，而液压驱动系统通过液压缸使轮胎顶紧摩擦圈。

(2)机械传动系统轮胎为空心轮胎，液压驱动系统轮胎为实心轮胎。

二、支臂辐条式和幅条式摩天轮

支臂辐条式摩天轮是近十几年来发展起来的，具有结构简单、经济美观等优点。而幅条式摩天轮是在支臂辐条式摩天轮的基础上进一步发展去掉了辅助支臂，使其结构更加简洁美观。此两种结构型式比较适合100米以上的大型摩天轮的设计。

1、支柱

支柱对应摩天轮整体简洁所需一般分为两种形式，一种是每侧支柱前二后二结构，一种是每侧单根支柱结构。

(1)支柱由大直径厚壁钢管、加强筋和内法兰焊接而成，通过高强度螺栓连接后对接处补焊形成一个整体。

(2)支柱之间无支管连接，柱脚多为铰接。

(3)支柱顶座一般为箱体结构，并设置安全护栏。

(4)支柱开人孔，内部设置检修爬梯和缓步台。

2、中心轴

中心轴也是之前提到的两种结构形式，不过直径相对较大，幅板结构较复杂，整体结构需保证中心轴能够承载较大的轴向力和径向力。

(1)中心轴轴头由35#锻件加工而成，与钢管、幅板和筋板焊接保证整体强度。

(2)选用调心滚子轴承加推力滚子轴承的组合或一对回转轴承，保证轴向力和径向力的传递，使结构合理。

(3)拉索连接板焊接方向对应各个拉索的支撑角度，并留出足够大的工装空间便于安装拆卸。

(4)主轴两侧送电用集电环根据中心轴结构不同分为筒形集电环和环形集电环两种。

3、转轮

支臂辐条式摩天轮的转轮一般多采用三角环形结构，由三根钢管或型钢形成圆周三角形，之间用支管焊接和法兰连接，中心轴和转轮之间用支臂和拉索连接。该结构稳固性较大，拉索受力较小。

幅条式摩天轮的转轮除了采用三角环形结构还可采用双管环形结构。双管环形结构由两根厚壁钢管形成平行圆，之间用支管焊接和法兰连接，中心轴和转轮之间全部用拉索连接。该结构比较简洁美观，但拉索受力较大。

(1)分段设计方便运输，现场采用高强度螺栓连接。

(2)幅条式摩天轮安装需辅助支臂连接，安装完成后拆卸，而支臂辐条式摩天轮则安装方便，支臂不用拆卸。

(3)摩擦圈与转轮焊接，对接处需现场焊接。

4、驱动系统

驱动系统比较适合采用机械传动。机械传动结构比较复杂，但是安装维护方便，不受季节影响。

三、无轴式摩天轮

无轴式摩天轮是近几年比较突进的设计思维，结构奇特，晚间灯光效果极佳，虽然具有较强的视觉冲击力，但是结构太过复杂，耗费钢材和资金过大，安装工期和回报周期都较长。

1、支腿

每侧支腿需要至少六根大直径厚壁钢管直接与转轮连接，且需要巨大的基础支撑支腿，还需要多根拉索加强转轮的稳定性。

(1)支腿现场与轮盘和基础焊接牢固。

(2)相关基础土建复杂。

2、轮盘

轮盘由型钢或钢管焊接形成一圈龙骨框架，也可在其上铺设幕墙。在龙骨框架内侧或外侧焊接轨道，具体结构形式类似于过山车轨道，吊舱可在轨道上环绕轮盘旋转一圈。

(1)分段设计方便运输，现场拼装焊接，再吊装到位后继续焊接形成龙骨框架。

(2)安装异常烦琐，需搭建高于摩天轮的脚手架和塔吊。

(3)轮盘内部设置检修爬梯。

(4)轮盘轨道设置供电滑道。

3、驱动系统

驱动系统采用机械传动系统，吊舱自带行走机构，通过轨道沿轮盘转动。

(1)数个吊舱下部设置机械传动机构，通过传动轴带动滚轮行走。

(2)每个吊舱通过拉索相互连接起来，由数个自带行走机构的吊舱牵引行走。

四、悬臂式摩天轮

悬臂式摩天轮是近几年来较为突出的设计思路，比较适合60米以下商厦楼顶上安装的摩天轮，具有经济实用、回报周期短等优点。

1、支柱

单侧支柱采用前二后二结构或前二后一结构等。

(1)支柱由厚壁钢管、筋板和法兰焊接而成，上部通过高强度螺栓与中心轴连接，下部焊接在基础预埋钢板上。

(2)支柱之间可通过支管连接加强整体强度。

(3)支柱设置检修爬梯。

2、中心轴

中心轴一般为长中轴不动，外轴套旋转。

(1)中心轴由大直径厚壁钢管、加强筋和法兰焊接而成。

(2)选用回转轴承和调心滚子轴承保证中心轴能够承受较大的轴向力。

(3)主轴单侧设置送电用环形集电环。

3、转轮

转轮为桁架式结构，简单坚固。

(1)各钢管横向纵向通过高强度螺栓连接。

(2)关键受力部位还需涨线辅助连接。

(3)摩擦圈与转轮通过螺栓连接，对接处现场焊接。

4、驱动系统

驱动系统分为机械传动和液压驱动两种。机械传动结构复杂，启动和停止时震动较大，但安装维护方便；液压驱动结构简单运行平稳，占地较小，但安装维护麻烦。

(1)机械传动系统由螺栓调节使轮胎夹紧摩擦圈，而液压驱动系统通过液压缸使轮胎顶紧摩擦圈。

(2)机械传动系统轮胎为空心轮胎，液压驱动系统轮胎为实心轮胎。

参考文献:

[1]付恒生，林明，梁朝虎.大型游乐设施设计[M].上海:同济大学出版社.2015

[2]郑志涛.大型游乐设施制造与安装[M].上海:同济大学出版社.2015

[3]游乐设施安全规范GB8408-2008[S].北京:中国标准出版社.2008

[4]李向东.大型游乐设施安全技术[M].北京:中国计划出版社.2010