一种轮式自适应支承系统及大型观览车轿厢的制作方法

本发明涉及回转支撑技术，具体涉及用于大型观览车轿厢的回转支撑技术。

背景技术：

近年来随着人们生活水平的提高，人们对游乐场、游乐设备的渴求程度也与日俱增。观览车作为游乐设备中的标志性设施，一直以来受到游乐场及大型广场的青睐。相比于过山车、大摆锤等一系列高速、高惯量的游乐设备，观览车具有平稳舒适、登高望景、受众面广等一系列优势。

翻看中国游乐产业的发展历程，上世纪80年代，中国国内先后出现了一些观览车，其中大部分是进口国外设备并且其高度大多在50米以下。2002年，随着中国国内首台高度超100米的观览车“上海大转盘”落成，大型观览车国产化也加速发展。2006年，“南昌之星”观览车建成，其高度为160米，是当时世界范围内高度最高的观览车。“南昌之星”吸引了全世界媒体的广泛关注，迄今为止“南昌之星”仍然是全世界转盘直径最大、高度最高的桁架式观览车，它的建成也标志着中国游乐产业达到了一个新的里程碑，该行业国内工程师的设计能力，大型钢构件的生产制造能力，安装能力得到了国际同行的广泛认可。虽然大型观览车的国产化程度已非常普遍且日益完善，但是这些观览车大都配备的是最多只能容纳4～6人的传统中小型轿厢。

高度100米以上的大型观览车并配备能容纳20人及以上的大型轿厢是当下观览车发展的主流趋势，但是真正意义上的配置有轿厢的大型观览车在国内观览车市场仍处于空白状态。

目前常见的观览车轿厢大都采用回转支承环抱式结构，一般采用2个回转支承将轿厢主体结构固定在其内圈，外圈与观览车转盘相连接，轿厢内部设有伺服调平装置，时刻检测轿厢地面水平状态。当观览车运行时，轿厢随观览车转动而产生位置、角度的变化，传感器监测轿厢地面水平状态，一旦轿厢地面与水平面产生倾角，传感器给予伺服电机信号，伺服电机运行驱动回转支承内圈转动，从而修正倾角使轿厢地面重新保持水平状态。简而言之，该装置就是在观览车运行过程中不断的修正倾角使轿厢保持水平，乘客在轿厢内走动平稳、观景舒怡。由此可见，倾角传感器、回转支承、伺服电机是这一类调平装置的主要元件。

通过对已建成观览车的轿厢研究，发现轿厢的回转支承有以下特点:

(1)大马拉小车，资源浪费。

轿厢上所用回转支承的直径一般超过3米，查阅技术资料可以发现:直径3米以上的回转支承，其抗倾覆荷载能力在千吨米附近。反观轿厢的使用场合，即便按每个轿厢载客40人(每人体重按70公斤计)，对一个总长度为8米的轿厢而言，40人站在最不利的位置上，对安装在轿厢中部的回转支承的弯矩为：40人×70公斤×3米＝8400公斤米＝8.4吨米；

而实际使用载荷比可承受的载荷小很多，故在这种场合使用回转支承显得绰绰有余。而再者已建成观览车的轿厢均使用了二套回转支承，单个回转支承的直径约为3.2米，承载能力的冗余度过大，造成了很大的浪费。

(2)回转支承安装基座制造成本高。

为固定两套回转支承，需制作两个焊接结构的基座，这里所说的回转支承与安装基座的组合相当于上述所提到的轮圈与连接底座的组合。该基座要全面满足两套回转支承的安装精度、刚度的要求，焊接成型后，要经过退火处理，机加工等工序后，方能装配使用，故制造成本也很高。事实上，由于回转支承的受力很小，固定它们内外圈的基座的实际应力也处于很低的水平。

(3)回转支承内外圈材料为锻件，成本高。

相同化学成分的钢材，若在浇铸成型后再进行反复锻压，会使钢材的晶相组织更加致密，材料的机械性能会得到明显提高。因此一般回转支承的内外圈都用锻压件制成。但是锻件的毛坯尺寸余量大，机加工切削工作量较大，由此其制造成本也较高。由于轿厢回转支承的工作载荷相对较小，若在这种场合仍旧采用合金钢锻件来制造回转支承内外圈，就显得过于奢侈。

技术实现要素：

针对现有观览车轿厢所采用的环抱式结构的回转支承方案所存在的问题，需要一种结构简单可靠且成本低的观览车轿厢用支撑方案。

为此，本发明的目的在于提供一种轮式自适应支承系统，基于纯机械结构可对支撑对象实现自适应支承，稳定可靠且成本低；在此基础上，本发明还进一步提供一种大型观览车轿厢。

为了达到上述目的，本发明提供的轮式自适应支承系统，包括主轮，侧轮以及轮圈，所述轮圈套设在待支撑对象上，所述主轮相对于轮圈内侧设置在支撑对象上，并与轮圈的内侧滚动接触配合，将待支撑可自转支撑在轮圈中；所述侧轮设置在待支撑对象上，并与轮圈的外侧面滚动接触配合。

进一步的，所述侧轮分布在轮圈的同一侧。

进一步的，所述侧轮分布在轮圈的两侧。

进一步的，所述主轮成对设置。

为了达到上述目的，本发明提供的大型观览车轿厢，包括轿厢体以及至少一套上述的轮式自适应支承系统，所述轿厢体通过轮式自适应支承系统进行支撑安装。

进一步的，所述大型观览车轿厢中具有两套及以上轮式自适应支承系统时，并列设置并同步对轿厢体形成自适应支承。

进一步的，所述大型观览车轿厢中若干套轮式自适应支承系统中的轮圈之间固定连接。

本发明所给出的轮式系统相较于传统装置就显得更便捷、更可靠、制作成本更低、更适合轿厢使用工况。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本实例中大型观览车轿厢的结构示意图；

图2为本实例中大型观览车轿厢的正视示意图；

图3为本实例中大型观览车轿厢的侧视示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

众所周知，在大型观览车轿厢的支撑方案中，最为成熟和常用的为环抱式结构的回转支承方案。

本方案通过对大型观览车轿厢的结构以及运行原理进行大量研究，摒弃现有环抱式结构的回转支承方案，创新的提出一种基于轮式系统的，纯机械结构的轮式自适应支承系统，据此能够对观览车轿厢实现自适应支承，并且稳定可靠且成本低。

参见图1-3，其所示为本实例给出的采用轮式自适应支承系统的大型观览车轿厢的结构示例。

由图可知，本实例给出的大型观览车轿厢100在组成结构上只由轮式自适应支承系统110和轿厢体120相互配合构成。

轿厢体120由轮式自适应支承系统110进行安装，轮式自适应支承系统110对轿厢体120形成自适应支承，使得轿厢体120能够在没有任何外力的情况下，在轿厢体120的底面121水平状态发生变化时，基于自身的重力和重心的变化同步进行适应回转，同步调整轿厢体底面121的水平状态，实现高效且可靠的调平。

据此，本实例中给出的轮式自适应支承系统110在组成结构上主要由主轮111、侧轮112以及轮圈113相互配合组成。

其中，轮圈113作为整个支撑系统的基础部件，用于支撑轿厢体120和连接外部组件(如观览车转盘)。该轮圈113整体为与轿厢体120相配合的圆环形，其内侧面113a作为支撑导向面，与主轮111滚动配合对轿厢体120形成自适应支撑。

为了能够提高支撑导向的可靠性，本实例可在轮圈113的内侧面113a上形成有相应的支撑导向槽，该支撑导向槽与主轮111配合，并沿轮圈113的内侧面分布。

为了便于后期与主轮111的组装配合，根据主轮111的分布方案，在支撑导向槽的侧壁上开设有相应的安装口。

再者，轮圈113两侧的侧面113b作为限位导向面与侧轮112滚动配合对轿厢体120的轴向移动形成限位，同时还能够对轿厢体120的上下摆动形成限位，以保证轿厢体120运行的稳固性。

同样的，为了能够进一步的提高对轿厢体120限位导向的效果，本实例可在轮圈113两侧的侧面113b上形成有相应的限位导向槽，该限位导向槽与侧轮112配合，并沿轮圈113两侧的侧面分布。

为了便于后期与侧轮112的组装配合，根据侧轮112的分布方案，可在限位导向槽的侧壁上开设有相应的安装口。

针对上述的轮圈113，本轮式自适应支承系统110中的主轮111相对于轮圈内侧设置在轿厢体120上，同时主轮111与轮圈的内侧滚动接触配合，对轿厢体120形成自适应支承，从而使得轿厢体120整体支撑在轮圈113中，并基于主轮111的滚动配合，使得轿厢体120整体相对于轮圈113能够自转。

为保证自适应支撑的效果，本实例中一套轮式自适应支承系统110中的主轮111采用成对设置，如可配置两对及以上的主轮111，这些成对的主轮111沿同一圆周相互对称的设置在轿厢体120上，并与轮圈113接触滚动配合，从而将轿厢体120可自转的支撑在轮圈113中。作为优选，本方案中的若干主轮111将轿厢体120同轴的支撑在轮圈113中，即使得轿厢体120与轮圈113之间同轴设置，由此提高轿厢体12相对于轮圈113进行自适转动调平的可靠性，使得轿厢体120能够在没有任何外力的情况下，在轿厢体120的底面121水平状态发生变化时，基于自身的重力和重心的变化同步进行适应回转，同步调整轿厢体底面121的水平状态。

对于主轮111的具体构成方案，此处不加以限定，具体可根据实际需求而定。只要能够达到上述功能并保证稳定可靠性即可。

进一步的，本轮式自适应支承系统110中的侧轮112相对于轮圈侧面113b设置在轿厢体120上，同时侧轮112与轮圈的侧面113b滚动接触配合，在轴向上对轿厢体120形成限位导向，在不影响轿厢体120相对于轮圈113转动效果时，对轿厢体120相对于轮圈113的轴向移动形成限位，同时还能够对轿厢体120的上下摆动形成限位，以保证轿厢体120相对于轮圈113运行的稳固性。

为保证限位导向的效果，本实例中一套轮式自适应支承系统110中的侧轮112采用成对设置，如可配置两对及以上的侧轮112，这些成对的侧轮112沿同一圆周相互对称的设置在轿厢体120上，并与轮圈的侧面113b接触滚动配合，从而将轿厢体120稳定的限位在轮圈113中。

再者，根据大型观览车轿厢100中配置轮式自适应支承系统110数量的不同，每套轮式自适应支承系统110中成对侧轮112可分布在轮圈113的同一侧，也可以分布在轮圈113的两侧，具体可根据实际需求而定。

另外，在本大型观览车轿厢100中若配置两套及以上轮式自适应支承系统110时，所有轮式自适应支承系统110之间优选同轴设置，同时各个自适应支承系统中的轮圈之间依次固定连接，从而能够提高整个系统以及大型观览车轿厢结构的稳固性。对于轮圈之间如何进行固定连接，具体可根据实际需求而定。

在上述方案的基础上，本实例还可进一步在轿厢体120中设置相应的伺服电机及齿轮传动机构，该伺服电机及齿轮传动机构构成辅助调平方案，与上述的轮式自适应支承系统110配合，可对轿厢体120进行精确调平，保证轿厢体底面121实时保持水平状态，实现高效且可靠的调平。对于伺服电机及齿轮传动机构配合方案为本领域的常用技术，此处不加以赘述。

基于上述方案构成的大型观览车轿厢方案，整体结构简单、可靠性高；该机构在轿厢上能够有效取代现有回转支承的方案，相对于回转支承方案，本方案能够在达到相同效果的同时大幅降低了制作成本，缩短了制作工期，且应用方便在小型观览车的轿厢上也可以得到广泛应用。

以下通过通过一具体应用实例来进一步的说明本方案。

参见图1-3，图示所示实例中的轿厢配备了2组轮式自适应支承系统110。轮式系统“环抱”轿厢的主体结构。

其中，两组轮式自适应支承系统110中的轮圈113利用钢板弯制而成，两组轮圈顶部使用钢板焊接的方法，底部使用钢管115(观览车转盘横档115)焊接的方法使二者相连接，两组轮圈利用钢板与钢管相焊连接后，便形成了一个刚性较好的连接底座，其底部端面配有连接法兰114与观览车转盘螺栓连接，连接完成后整个轮圈又与观览车转盘形成一个整体，彼此加强了自身结构刚性。

相较于传统轿厢通常采用回转支承与安装基座的组合结构，本轮式自适应支承系统110的轮圈与连接底座均由焊接而成且大多为钢板弯卷而成，这样不但易于采购，而且加工方便、制作成本较低，相较于回转支承的生产制造，缩短了其供货周期。由于轮圈113与连接底座二者焊接形成一体，这样也提高了轮圈的整体刚度，使轮圈在观览车正常运行时更稳定。

本实例中每组轮式自适应支承系统110由2个主轮111与4个侧轮112组成，即整个系统中一共有4个主轮和8个侧轮。其中4个主轮将轿厢体120可回转的支撑在轮圈113中，而8个侧轮相对的分布轮圈113之间，对轿厢体120的轴向移动形成限位。

由此，在观览车运转过程中，主轮111在轮圈113内侧随观览车运转而自动同心回转且具有良好的跟踪适应能力，4个主轮承担起了整个轿厢的负重，每个主轮大约能承受2.5吨重量，4个主轮的总负重约为10吨，该负重能力与轿厢及乘客重量总和相匹配。

单组轮式系统中还有4个侧轮，通过侧轮与轮圈113侧面的滚动配合，能够有效限制轿厢的纵向滑动以帮助伺服驱动机构精确定位使齿轮传动中心平面尽量保持在同一平面内，这样能达到调平效率的最大化且使齿轮传动受力均衡，提高系统的可靠性及稳定性。当轿厢承受正面风荷载时，主要由侧轮来承担风荷载的作用力。当乘客站立在轿厢端面时，由于两端受力不均轿厢或多或少会产生倾斜，遇到此类工况时，侧轮便承担起整个轿厢的抗倾覆功能。

由此构成的大型观览车轿厢方案在进行工作时：轮式系统中主轮与侧轮相当于回转支承内圈，当观览车正常运行时，轮圈随观览车的转动发生位置与角度的变化，传感器监测轿厢内部地面是否水平，一旦产生倾角立即向伺服控制器发出偏差型号，伺服控制器则向伺服电机发送动作指令，伺服电机驱动齿轮传动，齿轮与轿厢钢框架相连，主轮固定在钢框架上，从而使主轮在轮圈内侧滚动，纠正轿厢变化角度使轿厢内地面重回水平状态，进而达到调平效果。

由上实例可知，本实例给出的轮式自适应支承方案相较于回转支承方案有如下应用优势：

(1)原料易采购、易加工，缩短了制作工期，降低了制作成本；

(2)免去了安装基座，现结构直接与观览车转盘栓接，利于现场安装；

(3)承载能力与负重相匹配，避免了承载冗余设计，降低了自身重量也降低了制作成本；

(4)结构简单便于安装，利于后续维护。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。