应力应变测试技术在游乐设备上应用

近年来，游乐设施受到了大家的欢迎，尤其是大摆锤，其在观览车类游乐设施中增长速度快、年客流量大。但是，大摆锤也是存在潜在风险多的游乐设施之一。例如；大摆锤发生过回转支承中高强螺栓断裂、减速机齿轮传动失效、减速机传动轴断裂等等。传统的应力应变测试技术已无法满足大型游乐设施运行形式复杂，传输距离远和安装空间小等使用条件。本文介绍了无线应力应变测试的基本原理，及其在大摆锤检验中的应用实例。测试结果表明无线应力应变测试技术在大型游乐设施检验中具有很好的前景。

无线应力应变测试技术

无线应力应变测试系统主要是基于无线应变传感器节点的一种数据采集系统，主要由数据采集软件、无线应变节点、无线网关、带线及适配插座的应变片组成。

无线应力应变测试系统省略了繁琐的布线工作，无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个测量系统具有极高的测量度和抗干扰能力。其主要原理，是通过无线应变传感器节点将应变片的阻值变化转变为电压信号，无线传输给计算机，利用应用软件对采集到的电压信号进行处理分析。

设备参数

以大型游乐设施中的大摆锤为例，进行无线应力应变测试。主要原理是：在电机驱动下，大臂绕水平轴摆动，同时电机驱动座舱绕大臂轴旋转。

测试方案

本次测试采用JHDY-W无线应变仪，操作简单方便，体积小巧等优点。综合考虑便携性，操作复杂程度等因素，在能满足试验要求的情况下，尽量选择比较简单的桥路，本次测试采用的是单臂电桥。

大型游乐设施无线应力应变测试中，测试点的确定和选择主要考虑以下三个方面：

1. 依据游乐设施设计规范，选择相应的重要零部件和关键轴。

2. 应力测试布点要考虑整机的运动特点，*好考察整机的*大应力状态。

3. 现场中发现的制造安装与原设计有较大误差的部位。

本次测试选择了6个测试点，分别对大摆锤中的立柱顶端内侧、立柱底端外侧、主力臂底部右侧、回转圆盘支撑臂顶端、回转圆盘支撑臂底端、座椅支撑座底部进行了满载工况和偏载工况（25%满载）测试。

结果分析

由于大摆锤自重较大，因此不能忽略自重应力的影响。被测工件的材质为S355，测试部位的抗拉强度σ_b为制造单位提供的材质单中的数据、自重应力σ_a为制造单位提供的计算分析数据。

以满载应力测试分析为例：满载应力值σ_满可由应力应变测试直接得出数据，由于考虑到自重应力σ_a的作用，故*大满载应力σ_满max=σ_a+σ_满，进而可以计算出测试部位的安全系数n=σ_b/σ_满max。偏载同理，计算结果见表。

对比分析表可以得出

1. 在满载与偏载（25%）两种工况下，测试点1、测试点2为大摆锤受力比较大的部位。

2. 在满载工况下，大摆锤的最小应力值测试点为测试点3，测试点4、5、6即座舱附近的应力值较为稳定。在偏载（25%）工况下，大摆锤的最小应力值测试点为测试点6，这是由于偏载较满载的负重减小，因此应力值比满载时降低大约27.7%。

3. 通过对应力测试结果的计算分析，满载与偏载（25%）两种工况的最小安全系数值分别为12.8和12.5。根据《游乐设施安全规范》的标准要求，一般构件的安全系数n≥3.5，所以6个测试点在满载工况及偏载（25%）工况下的安全系数均符合要求。

结论

本文采用无线应力应变测试技术对大摆锤进行测试，确定了满载工况及偏载（25%满载）工况下大摆锤关键受力部位的安全系数符合标准要求，找出了游乐设备中安全系数较低的薄弱部位，为以后的设计改进起到了很好的指导作用，对游乐设施事故的发生起到了预防作用。无线应力应变测试技术作为一种有效地测试技术，实现了无线传输信号，解决了传统应力应变测试无法应对游乐设施复杂工况测试的难题，在游乐设施检验检测中具有很好的前景。