第3章 大型游乐设施的结构与原理

3.1 转马类和观览车类游乐设施的结构与原理

3.1.1 转马类游乐设施

转马类游乐设施是指整个设备绕一个垂直于水平面的中心轴做旋转运动，外形像木马、荷花杯等的游乐机，儿童和青少年是这类设备最多的娱乐人群。此类设备比较成熟，与其他游乐机相比，较为安全。其典型的代表有旋转木马（图3-1）、滚摆舱（图3-2）、美人鱼（图3-3）、荷花杯（图3-4）、海豚戏水（图3-5）、浑天球（图3-6）和幸福快车（图3-7）等。这类游乐设施可分为转马、荷花杯、滚摆轮和爱情快车等四大系列。

3.1.1.1 转马系列

这里以旋转木马为例介绍其结构和工作原理。旋转木马是游乐园中非常普遍的游艺机之一，目前许多公园都安装有双层转马。旋转木马在运行时，各种形式的转马和马车在转盘上旋转，此起彼伏，模仿骏马的跳跃动作，并伴以动听的音乐，置身其中，像处在一幅欢乐活泼、愉快的海洋中，深受广大青少年的喜爱。

1.主要结构

旋转木马的结构根据中间支柱形式一般分为两种：圆柱结构（图3-8）和桁架结构（图3-9）。它主要由转盘、顶棚、木马、驱动机构、传动机构、操作控制台等部分组成。

（1）转盘 一般由型钢和花纹板或者型钢和木板制成。型钢制成一个个扇形的框架，然后由扇形框架组成一个圆，最后安装上花纹板或木板。

（2）顶棚 一般由桁架和棚布或玻璃钢制成，如图3-10和图3-11所示。

（3）驱动机构 一般由电动机和减速机构成，主要提供设备运转所需要的动力。

（4）传动机构 一般由齿轮副、曲轴、轴承和轴构成，它的作用是把电动机提供的动力转化成旋转木马所需要的运动，完成旋转木马所要求的转动和上下运动。

（5）操作控制台 控制台表面面板上分布各种按钮和指示灯，内部安装各种控制元件和电器开关，主要是方便操作人员控制设备运转。

2.工作原理

首先，先介绍旋转木马（简称转马）的机械运动原理。转马按传动结构划分，可分为上传动和下传动两种形式。

（1）上传动转马的工作原理 上传动转马的工作原理是：起动后，首先由电动机带动减速机输入轴上的大V带轮（图3-12）驱动减速器（图3-13），减速器的输出轴又通过联轴器（或者一对锥齿轮）使过渡轴与安装在其上端的小齿轮转动，小齿轮啮合安装在主轴上的大齿轮上（图3-14），使主轴通过桁架内外两侧的立柱带动整个转盘旋转。桁架旋转时安装在主轴顶部的圆锥大齿轮一起旋转，同时安装在桁架上的曲轴内侧端的小锥齿轮与大锥齿轮啮合（图3-15），带动曲轴旋转，曲轴旋转时带动拉杆上下运动（图3-16）。因为木马固定在拉杆下面，所以木马就做上下运动。同时，木马下端的拉杆通过套筒固定在转盘上（图3-17），木马又随同转盘一起做旋转运动。因此，木马的旋转运动和上下运动合成在一起就形成了木马跳跃式的运动形态。

另外，还有一种小型转马，其旋转运动是由电动机（图3-18）通过V带带动蜗杆减速器（图3-19），减速器连接轮胎，带动轮胎旋转，轮胎通过摩擦力带动转盘旋转（图3-20）；转马的上下起伏运动是由电动机通过链条带动链轮运转，链轮通过轴和万向节与蜗杆减速器连接，因此链轮运转带动减速器运动，减速器带动曲轴运动，曲轴又带动拉杆实现转马的上下运动，如图3-21所示。

（2）下传动转马的工作原理 下传动转马的运动包括转盘的旋转运动和转马的上下起伏运动两部分。

1）转盘旋转运动的工作原理：电动机安装在转盘下，通过V带与连接轮胎的带轮相连接，电动机带动带轮运动，带轮带动轮胎旋转（或者电动机通过蜗杆减速器带动轮胎轴旋转），通过轮胎的滚动摩擦带动转盘转动，如图3-22～图3-24所示。

2）转马上下起伏运动的工作原理：

①转盘下面安装着曲轴，曲轴的端头安装着轮胎，顶杆安装在曲轴上，顶杆上安装着木马，转盘旋转带动轮胎转动，轮胎转动带动曲轴转动，曲轴转动带动顶杆上下运动，顶杆带动木马上下运动，如图3-25和图3-26所示。

②木马下部的顶杆下端安装一个滚轮，滚轮下边是高低不平的圆形轨道，转盘运动时，滚轮在轨道上做上下运动，通过顶杆带动木马上下起伏运动，如图3-27所示。

③锥齿轮副安装在转马下部，大锥齿轮与小锥齿轮啮合，带动小锥齿轮做旋转运动，小锥齿轮带动曲轴旋转，曲轴旋转时带动装在自身上的顶杆上下运动，木马安装在顶杆上部，随着顶杆一起运动，如图3-28所示。

上传动转马与下传动转马的区别：上传动转马的木马上下起伏运动比较平稳，下传动转马的木马做上下起伏运动时抖动比较大；上传动转马的转盘比较低，下传动转马的转盘由于传动机构在下面，比较高，一般都要建造一个比较高的固定平台。

3.安全装置

旋转木马的安全装置主要是安全带。安全带可以防止年龄小的乘客在运行过程中摔下来。

3.1.1.2 荷花杯系列

这种游乐设施的游客座舱外形像荷花杯，可以在3种平面内做旋转运动：一是绕自身中心轴旋转，二是绕小转盘中心转动，三是各个小转盘同时又绕大转盘中心转动。游客坐在荷花杯中，可体验多重复合转动所带来的乐趣。

1.主要结构

荷花杯一般由底部支承座、大转盘和支承架、小转盘和支承架、转杯、旋转动力系统、站台和控制室组成，如图3-29所示。

（1）底部支承座 它主要由槽钢和铁板焊接而成，形成“十”字形结构，为方便运输和分开制造，安装时一般用高强度螺栓进行连接，如图3-30所示。

（2）大转盘和支承架 它们由钢架结构组成，上面平铺一层铝合金花纹板，大转盘中心部位通过大回转支承与底部支承座连接在一起，如图3-31所示。

（3）小转盘和支承架 它们由钢架结构组成，通过回转支承固定在大转盘的钢结构上，以实现小转盘自转同时随大盘一起转动，如图3-32所示。

（4）转杯 它是用玻璃钢和钢结构制造的，如图3-33所示。转杯的立轴轴座用螺栓固定在小转盘的钢结构上，在设备运转时自由旋转，也可由乘客手动转动手轮使其转动。

（5）旋转动力系统 该系统共有两套：一套是大转盘的旋转系统；一套是小转盘的旋转系统。大转盘的旋转系统是由减速电动机连接小齿轮和与之相啮合的回转支承的大齿轮组成。

（6）站台和控制室 站台一般由角铁和花纹板制成，有两个阶梯区分进出口，在站台一端安装有操作室，操作室里安装操作系统。

2.工作原理

荷花杯的工作原理是：变频器控制减速电动机，电动机带动小齿轮旋转，小齿轮与大齿轮啮合带动大齿轮旋转，大齿轮通过回转支承与大转盘固定在一起，大转盘跟随大齿轮旋转。小转盘旋转的工作原理与大转盘类似，另外小转盘的回转支承及减速电动机固定在大转盘的钢结构上，在实现自身旋转的同时随大转盘一起旋转。

3.安全装置

荷花杯的安全装置主要是安全带。该安全带是与汽车安全带类似的插扣式安全带。

3.1.1.3 滚摆舱系列

滚摆舱系列的运动特征是：座舱除绕设备中心轴旋转外，在特定的位置座舱还会绕自身的水平中心轴在垂直面内做旋转运动。滚摆舱系列主要有滚摆舱和浑天球两种类型。下面以浑天球为例作具体介绍。

1.主要结构

浑天球主要由中心支座、旋转支撑臂（图3-34）、座舱（图3-35）、旋转动力系统（图3-36）和操作室5部分组成。

（1）中心支座 它是由钢板卷制成圆桶形，支座的上端安装有回转支承，顶部装有球形装饰架。

（2）旋转支撑臂 它是由钢板焊接的结构和旋转轴组成，其根部固定在中心支座上。支撑臂中部安装有一个摩擦轮，摩擦轮与大链轮固定在一起（图3-36）；另有一个小链轮固定在旋转轴，两个链轮通过链条连接在一起。

（3）座舱 它是由圆管和花纹板制成，类似古代的浑天仪的结构。

（4）旋转动力系统 该系统可分为两部分：一部分是绕中心轴的旋转，由电动机、带轮、V带、蜗杆减速器、开式齿轮副和回转支承组成，如图3-37所示；另一部分是座舱在垂直面内旋转，由摩擦板、摩擦轮、液压缸、泵站组成。

（5）操作室 它是由角铁、铁皮和玻璃做成的，也有用铝合金或玻璃钢制造的，里面放置操作柜。

2.工作原理

浑天球的工作原理是：浑天球起动后，电动机带动带轮，通过V带带动蜗杆减速器；减速器带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合带动大齿轮转动，大齿轮与回转支架固定在一起，回转支架转动带动座舱绕中心轴旋转。液压缸顶升摩擦片，摩擦片与摩擦轮产生滚动摩擦；摩擦轮与大链轮固定在一起，摩擦轮带动大链轮转动；大链轮通过链条带动小链轮转动，小链轮与座舱旋转轴固定在一起，座舱旋转轴转动带动座舱在垂直面内做旋转运动。

3.安全装置

浑天球的安全装置主要是安全带和液压缸限位装置。安全带使用的是帆布带通过带扣锁紧把乘客安全地固定在座椅上，如图3-38所示。液压缸限位装置是通过限位开关来控制液压缸顶升的上下幅度，当顶升幅度超过设计距离时，限位开关动作，切断顶升回路电源，如图3-39所示，其主要部件是电动机及液压系统。

3.1.1.4 爱情快车系列

爱情快车是一种既刺激又惊险的娱乐机，尤其是青年情侣特别欢迎。游戏前，游客乘坐在形似高速赛车的座舱内；起动后，吊在大臂上的座舱沿波浪起伏的导轨旋转，转速由低到高，座舱则因离心力向外飞升跌落，游客如乘船在波浪起伏的大海中破浪前进，又似乘飞机在空中起伏跌宕，既刺激又惊险。

1.主要结构

爱情快车一般由支座、大臂、导轨、座舱、旋转动力系统和操作室6部分组成。

（1）支座 它是由槽钢和圆管焊接而成的钢结构，其下部由槽钢和铁板焊接成圆锥形，上端有个回转支承，回转支承上固定着一个六边形铁板，铁板下面焊有加强筋板，如图3-40所示。铁板上面焊有安装大臂的吊耳和张紧钢丝绳的吊耳，中间装有电刷和集环，顶上用角铁安装了一个半球形玻璃钢罩，如图3-41所示。

（2）大臂 它由方管焊接而成，根部通过轴和球形轴承与支座的吊耳连接，中间安装两只轮胎与导轨接触（图3-42），端部通过轴和球轴承（图3-43）与座舱支架连接。每两根大臂之间通过圆钢连接在一起，使所有大臂连成一个整体，同时在安装电动机的大臂还有两根钢丝绳与支座的连接，如图3-44所示。

（3）导轨 它由方管和钢板焊接而成；导轨支架由方管制成的立柱和斜撑焊接而成；导轨轨道由钢板组成的T型结构焊接而成。而轨道下表面焊有三角形的加强筋板（图3-45），以保证T型结构在使用中不产生变形。

（4）座舱 它由方管和玻璃钢制成（图3-46），座舱的两端通过轴和球轴承与大臂连接，座舱配有安全带和安全压杠。

（5）旋转动力系统 它由电动机、减速器和轮胎组成，电动机连接减速器，减速器再与轮胎连接，如图3-47所示。

（6）操作室 它由角铁、铁皮和玻璃做成，也有用铝合金或玻璃钢制造的，里面放置操作柜。

2.工作原理

爱情快车的工作原理是：一般的爱情快车，其动力由三组六台电动机提供，电动机输出动力给减速器，减速器直接与轮胎连接，轮胎在导轨上转动，带动整个设备旋转，由于导轨本身高低起伏，所以在设备运行过程中座舱随着导轨上下起伏。另有一种机器的工作原理是：由电动机经减速器和齿轮传动，转动回转支承带动大臂旋转。

3.安全装置

爱情快车的安全装置主要是安全压杠、安全带和吊挂二次保险（图3-48）。安全压杠和安全带的作用是把游客安全可靠地固定在设备的座椅上。安全压杠通过带锁紧装置固定在座椅上；安全带采用类似汽车安全带的插扣式锁紧装置；吊挂二次保险是防止座舱和大臂的连接轴断裂的补救措施，用钢丝绳绕过大臂连接座舱支架。

3.1.2 观览车类游乐设施

观览车类游乐设施是游乐园中非常典型的游艺机之一，主要有观览车（图3-49）、阿拉伯飞毯（图3-50）、太空船（图3-51）、摩天环车（图3-52）、海盗船（图3-53）、时空穿梭（图3-54）、超级飞船（图3-55）、夏威夷海浪（图3-56）和龙卷风（图3-57）等，其中最典型的就是观览车。小型观览车高度只有4～5m，大型观览车国内最高的已经达到150m。由于观览车转速缓慢，所以老少皆宜，它可以把游客带到高空，欣赏远处迷人的风景。

3.1.2.1 观览车系列

观览车是游乐场所不可缺少的游乐设备，而且也是代表现代化游乐园的建设规模和先进程度，转轮连续而缓慢地旋转，乘客坐在吊厢里，随着转轮逐渐升高，视野也逐渐开阔，当上升至离地最高点时，乘客便可尽情地观赏周围美景及大地风光和秀丽的山水，真是令人大饱眼福，心旷神怡，如图3-58、图3-59所示。

1.主要结构

观览车一般由驱动装置、立柱、转盘、吊厢、站台和控制室组成。

（1）驱动装置 驱动装置一般有两种，一种是电动机；另一种是液压马达。

（2）立柱 立柱有两种形式，一种是双支撑形式（图3-60），另一种是单支撑形式（又称为悬臂式，见图3-61）。

（3）转盘 转盘根据结构型式分为钢索式（图3-58）、桁架式（图3-62）和桁架钢索式（图3-63）三种。钢索式的特点就是滚道盘与主轴之间通过钢索相连接；桁架式的特点就是通过桁架从主轴出发延伸，最后外圈桁架形成大的转盘；桁架钢索式的特点是转盘在结构上采用了桁架与钢索相结合的支撑形式。

（4）吊厢 吊厢有全封闭和半封闭两种：全封闭吊厢一般有啤酒桶形和水滴形（图3-64）；半封闭吊厢一般在单支撑形式的观览车上用得比较多（图3-65）。吊厢的主要受力结构件是由钢材制成，吊厢封闭的材料一般用的是铁皮、玻璃钢、有机玻璃等。

（5）站台 站台供乘客上下，它的构造方法有两种：一种是钢结构，另一种是砖混结构。

（6）控制室 控制室主要安放设备的控制台，控制台应有广阔的视野，能够方便操作人员观察设备的运行状况，以便及时控制设备的运行。

2.工作原理

观览车由于转盘驱动型式的不同，其工作原理也有所区别。转盘的驱动型式有钢丝绳摩擦驱动、摩擦轮驱动、柱销齿轮驱动和液压马达驱动等。第一种驱动型式现在已经很少使用，下面分别介绍后三种驱动型式的工作原理。

（1）摩擦轮驱动型式的机械运动原理 它由电动机带动带轮，通过V带带动轮胎转动，轮胎由弹簧施加压力压紧在转盘的滚道盘上，轮胎转动通过摩擦力带动滚道盘转动，滚道盘带动整个转盘转动。轮胎与滚道盘的接触有两种形式：一种是上下式（图3-66和图3-67）；另一种是左右式（图3-68和图3-69）。

（2）柱销齿轮驱动型式的机械运动原理 它由电动机带动带轮，带轮连接减速器，减速器带动柱销齿轮，齿轮与齿条相啮合，带动转盘转动，如图3-70所示。

（3）液压马达驱动型式的机械运动原理 这种型式主要用在悬臂式观览车上，通过液压马达带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合带动转盘转动。

3.安全装置

观览车的安全装置主要有吊挂轴的二次保护（图3-71）、吊厢门的两道锁紧装置（图3-72）以及吊厢门窗拦挡物。由于在运行中乘客头部不能伸出窗外和非封闭式吊厢，所以必须设置防止在运行中乘客与周转结构物相碰撞的拦挡物或留出不小于500mm的安全距离。

3.1.2.2 飞毯系列

飞毯系列中主要有阿拉伯飞毯、高空揽月（遨游太空）、夏威夷海浪和神秘座椅等几种类型。

（1）阿拉伯飞毯 阿拉伯飞毯起动后，先经过水平反复摆动，然后逐渐腾空而起，到达最高点时瞬间停止，接着又反向旋转至最高点停止，最后在空中做360°的水平飞旋，同时还伴有强烈的音乐效果。飞毯时高时低，出现严重的超重与失重，使游客深感惊险、刺激，有乘风飞翔之感，其惊险程度令人为之倾倒。

1）主要结构：飞毯一般是由摆臂、座舱、立柱支架、动力系统、站台和操作系统组成。

①摆臂和座舱。摆臂是设备的重要构件，其一端焊接着配重块，另一端连接座舱，中间通过回转支承与支架连接，如图3-73所示。座舱是在一块矩形的平面钢结构上安装几排座椅，座舱的四周用玻璃钢和花纹板进行装饰（图3-74）。

②立柱支架。立柱支架是四根由钢板焊接而成的箱形结构，四根立柱互相平行，每根立柱的上下端各安装了一个蜗杆减速器（图3-75），上端的蜗杆减速器连有小齿轮（图3-76），两个蜗杆减速器之间通过传动轴相连。由于座舱运行时惯性比较大，每个立柱另外加装两根斜支撑加以固定。

③动力系统。动力系统一般由大功率双输出轴直流电动机通过传动轴与两台一级蜗杆减速器相连接，一级蜗杆减速器又分为两方向：传动轴与四台二级蜗杆减速器连接（图3-77）；四台蜗杆减速器经传动轴分别与四台三级减速器连接，三级减速器上连有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮通过回转支承与摆臂连接（图3-78）。

④站台。站台一般由角铁和花纹板制成，有两个阶梯区分为进出口，在站台一端安装有操作系统的操作室。

2）工作原理：阿拉伯飞毯的工作原理是由大功率双输出轴直流电动机通过传动轴带动两台一级减速器，一级减速器又分为两个方向，经传动轴带动四台二级减速器，二级减速器经传动轴带动四台三级减速器，三级减速器上连有小齿轮，并通过电气开关控制；四个小齿轮同时带动四个大齿轮，大齿轮与摆臂紧密相联，四个摆臂同步作用，带动座舱作回荡运动，不断回荡，直至通过最高点，向反方向落下并回荡。

3）安全装置：阿拉伯飞毯的安全装置有安全压杠、安全带和限速装置等。安全压杠和安全带的作用是把游客安全可靠地固定在设备的座椅上。安全压杠（图3-79）通过带锁紧装置的插销固定在座椅上。阿拉伯飞毯的安全运行，主要是通过限速装置控制直流起动电动机的速度来实现的。由于阿拉伯飞毯的驱动源是直流电动机，为防止电动机失控超速运转造成安全事故，因而在设备的控制系统中安装了由测速电动机及反馈元件组成的限速装置，当电动机超速时及时反馈给控制系统，控制系统发出报警信息并切断电动机主电路。

（2）高空揽月 高空揽月游艺机又名遨游太空（图3-80），是绕水平轴作整体圆周运转和自转的游艺设备。其具有液压和机械两种传动结构。它的最大特点是乘客随着设备的起动，前后摇摆翻滚，失重感交替而至，犹如遨游于太空之中，是广大青少年喜闻乐见的游乐项目。

1）主要结构：高空揽月由立柱、横轴、旋转臂、座舱、驱动系统、站台和控制系统组成。

①立柱。立柱是支撑设备全部重量的关键部件，是由钢板焊接而成的箱形结构，为了提高设备的稳定性，在立柱的三个侧面均安装了一根斜撑杆。立柱的中间一种是像阿拉伯飞毯那样安装两台蜗杆减速器，中间用传动轴连接；另一种是安装了液压管道。

②横轴。横轴由无缝钢管制造，两端通过法兰盘与旋转臂铰接在一起，这样横轴与旋转臂具有刚性连接，保证两旋转臂同步运转，如图3-81所示。

③旋转臂。旋转臂是由钢板焊接而成的箱形结构，一端焊接配重，另一端连接座舱，中间安装一个大齿轮，大齿轮通过回转支承与立柱连接在一起。采用液压驱动的旋转臂在座舱端还装有减速箱，以便使液压马达的输出运动通过减速箱来带动座舱运转。

④座舱。座舱是由钢板焊接而成的箱形结构，两排座椅背靠背，座椅是用玻璃钢制作，座椅有安全压杠（压肩和压腿，见图3-82）、安全带，把游客牢牢固定在座椅上。

⑤驱动系统。驱动系统结构有两种：一种是直流电动机驱动结构，电动机输出端带动一级蜗杆减速器，蜗杆减速器分两个方向通过传动轴与两台二级蜗杆减速器，两级减速器经传动轴带动两只三级减速器，三级减速器上连有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与旋转臂连接；另一种是液压系统驱动，在立柱顶端装有四个液压马达，马达连接小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮和旋转臂连接，旋转臂下端装有液压马达，液压马达通过减速箱与座舱连接在一起。

⑥站台和控制系统。由于设备是两面坐人的，所以站台围绕设备一周，设有进出口。控制系统一般安装在控制柜中，控制柜摆放在操作室里。

2）工作原理：高空揽月的工作原理由于驱动形式的不同分为两种：一种是由直流电动机驱动，其工作原理与阿拉伯飞毯相类似，通过万向节、传动轴和蜗杆减速器带动旋转臂360°正反转，同时由于惯性和重力的作用使座舱来回摆动；另一种是液压系统驱动，旋转臂运转和座舱运转采用独立的液压系统驱动，立柱顶端四个液压马达带动旋转臂运转（图3-81），旋转臂下端两个液压马达带动座舱运转，通过调速阀调整旋转臂的旋转速度，通过电液换向阀控制旋转臂和座舱的旋转方向，通过两个溢流阀分别对旋转臂进行正、反转制动（由于旋转臂在旋转过程中，当座舱处于下降时，因为重力作用可能造成旋转臂转速加快，从而使座舱加快下滑，此时由于溢流阀的制动作用，可以使旋转臂基本匀速），座舱的转速由节流阀控制，座舱的自由摆动由电液换向阀实现，座舱的固定通过电磁换向阀来实现，另外，还有一个处于常闭状态的电磁阀，当遇到特殊情况时可以打开，能够使座舱缓慢下降回到地面。

3）安全装置：高空揽月的安全装置有安全压杠、安全带和限速装置等。安全压杠和安全带的作用是把游客安全可靠地固定在设备的座椅上，安全压杠通过棘轮棘爪（图3-83）进行锁紧，而安全带进行二次保护使安全压杠与座椅相连。限速装置一种是采用与阿拉伯飞毯类似装置，另一种通过液压系统的过压保护装置来实现。

（3）夏威夷海浪 夏威夷海浪国外又称为“峡谷漫游”和“惊涛骇浪”，如图3-84所示。它是目前国际上运行方式最复杂、自由度最多、转动惯量最大、技术含量最高的中型游乐设备之一。该设备的两条大臂根据设定的程序按不同的方向、不同的速度独立运转，依靠两只重型万向节联接的游客座舱在重力和离心力的作用下自由摇摆，让游客像勇敢的水手在大海中搏击风浪，尽情享受随波逐浪、上下翻滚的感受，真可谓千姿百态、美不胜收、其乐融融。

1）主要结构：夏威夷海浪由立柱、旋转臂、座舱、驱动系统、吊桥和电气控制操作系统组成。

①立柱。立柱是由钢板焊接而成的箱形结构，共有两根：其中一根是直立柱（图3-85），另一根是斜立柱（图3-86）。立柱的顶部有检修平台，平台上安装两台电动机和减速器。

②旋转臂。它是由钢板焊接而成的箱型结构，一端安装着配重块，一端连接着座舱，中间安装着一个大齿轮，大齿轮通过回转支承与立柱连接在一起。旋转臂有两种结构形式：与直立柱连接的是一根整体的结构，与斜立柱连接的是分为两段中间用铰链连接的结构，如图3-87所示。

③座舱。座舱是背靠背形式的两排座椅，座椅有安全压杠，座舱的两端通过两个大的万向节（图3-88）与两只旋转臂连接，如图3-89所示。

④驱动系统。驱动系统是四台电动机通过减速器与小齿轮连接，小齿轮与旋转臂上的大齿轮啮合，如图3-90所示。

⑤吊桥。吊桥是与夏威夷海浪配套的景观设计，乘客通过吊桥上下。吊桥由两部分组成：一部分是固定在基础上的走道，两侧有栏杆；一部分是活动的吊桥部分，一端悬空与座舱相连，一端通过铰链与走道相连，用气缸带动，设备运行时吊桥竖起，上下客人时吊桥平放，如图3-91所示。

⑥电气控制操作系统。电气控制操作系统由于整个设备用计算机控制设备的运行方式，用变频器控制电动机的运行，操作简单只要选定运行程序，设备就会按照预先设计好的运行方式运转。

2）工作原理：安装在立柱顶端的电动机通过减速器带动小齿轮旋转，小齿轮与安装在旋转臂上的大齿轮啮合，带动大齿轮和旋转臂旋转，旋转臂带动通过万向节与之相连的座舱运动。通过计算机控制两边立柱上电动机的旋转方向和速度，使两边电动机旋转方向和速度不一致，因而使座舱忽高忽低、忽前忽后的运动。

3）安全装置：夏威夷海浪安全装置有安全压杠、限速装置和吊桥限位装置等。安全压杠的作用与高空揽月的相同。安全压杠的锁紧是通过类似棘轮棘爪的齿条形装置来实现的，如图3-92所示。限速装置的原理与阿拉伯飞毯相类似。吊桥限位装置的作用是当吊桥没有升到设定的位置设备不能起动。

（4）神秘座椅 神秘座椅是与夏威夷海浪类似的游艺机，如图3-93所示，其速度没有夏威夷海浪快，刺激性略差一些。

1）主要结构：由立柱、旋转臂、座舱、驱动系统、升降平台和电气控制操作系统组成。

①立柱。立柱是由钢板焊接而成的箱形结构。与夏威夷海浪不同的是：神秘座椅的两根立柱都是直立柱，同时为了提高设备的稳定性，在立柱的三个侧面分别安装了一根斜撑杆；立柱的顶部有检修平台，平台上安装两台电动机和减速器。

②旋转臂。旋转臂是由钢板焊接而成的箱形结构，一端安装着配重块，一端连接着座舱，中间安装着一个大齿轮，大齿轮通过回转支承与立柱连接在一起，如图3-94所示。与夏威夷海浪的区别是，两只旋转臂都是整体结构。

③座舱。座舱由面对面形式的两部分座椅组成，左右方向相对，底部通过箱形结构拼插在一起。座椅有安全压杠和安全带，座舱通过相互垂直的两个回转支承结构用销轴进行连接，如图3-95所示。因为设备运行时，两个旋转臂运转方向不同，所以两个旋转臂下端之间的距离是变化的。夏威夷海浪是通过用铰链连接的旋转臂左右摆动来实现的。神秘座椅是通过箱梁抽拉的结构来实现的，如图3-96所示。

④驱动系统。驱动系统是在立柱顶端的平台上安装四台直流电动机和减速器相连接，减速器带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，带动旋转臂摆动。

⑤升降平台和电气操作系统。升降平台是采用卷扬机提供动力，通过定滑轮（图3-97）连接，使两边站台上下升降的。 电气控制操作系统是通过变频器控制电动机的转速和方向，设备运行时通过操作台的手动拨杆给变频器发出指令，来实现设备的运转方式。

2）工作原理：安装在立柱顶端的电动机通过减速器带动小齿轮旋转，小齿轮与安装在旋转臂上的大齿轮啮合，带动大齿轮和旋转臂旋转，旋转臂带动座舱运动。通过手动控制两边立柱上电动机的旋转方向，使两边电动机旋转方向不一致，因而使座舱忽高忽低、忽前忽后的运动。由于旋转臂运转方向不同使旋转臂下端之间的距离是变化的，两侧的座舱忽近忽远，增加设备的刺激性。

3）安全装置：神秘座椅安全装置有安全压杠、安全带、限速装置和升降平台的限位装置等。安全压杠的作用和锁紧原理与高空揽月的相同。限速装置的原理与阿拉伯飞毯相类似。升降平台限位装置的作用是升降平台没有降到设定的位置设备不能起动。

3.1.2.3 太空船系列

太空船系列中主要有太空船、超级飞船、时空穿梭等几种类型。太空船目前已经被淘汰，下面分别对超级飞船和时空穿梭进行介绍。

1.超级飞船

超级飞船也叫流星锤，是兼备海盗船和单环滑车翻筋斗两个方面的全新惊险器械。地面上竖起的立柱，支持两根吊杆旋转，吊杆一端是空中摇船，另一端是平衡锤。空中摇船最初慢慢摇荡，然后翻筋斗，瞬时静止在空中，接下来逆向旋转及摇荡后停车。

1）主要结构：由立柱、旋转臂、座舱、驱动系统和电气控制操作系统组成。

①立柱。立柱是整个设备的承重构件，是下端大上端略小的箱形结构，顶部通过法兰连接一个中心轴，中心轴两端通过回转支承与两只旋转臂相连接，如图3-98所示。

②旋转臂。旋转臂是由钢板焊接而成的箱形结构，一端通过法兰与配重连接，另一端通过法兰与座舱连接，中间通过回转支承与中心轴连接，如图3-99所示。

③座舱。座舱是用不锈钢管罩起来的封闭结构，如图3-100所示，其外侧有两扇门（通过气动装置打开，用电磁阀的控制具进行锁紧），上下游客时可以打开，座椅上装有安全带，同时设有安全压杠（图3-101）压住游客双腿。

④驱动系统。驱动系统是由电动机通过V带与蜗杆减速器连接，蜗杆减速器采用两端输出方式，分别接一只行星摆线针轮减速器，减速器与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合，带动旋转臂摆动，如图3-102所示。

⑤电气操作控制系统。电气控制操作系统是通过变频器控制电动机的转速和方向，使座舱左右摆动，然后做360°旋转。

2）工作原理：由直流电动机通过V带带动双输出蜗杆减速器，蜗杆减速器分别带动两侧的行星摆线针轮减速器，行星摆线针轮减速器与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合带动大齿轮旋转，大齿轮固定在旋转臂上带动旋转臂一起旋转。

3）安全装置：超级飞船安全装置有安全压杠、安全带和座舱门锁紧装置等。安全压杠是压住乘客腿部和肩部的，锁紧原理是通过棘轮棘爪来实现的。安全带为汽车安全带的插扣式锁紧装置。座舱门锁紧装置是通过气动电磁阀来控制的，失电关闭，通过蓄能器来保证压力的；二次保护装置通过关闭手动节流阀来进行锁紧。

2.时空穿梭

时空穿梭游艺机在外部选型方面采用了较新颖的设计，以转臂回转轴为中心，在两回转臂的对称中心面上，设置了装饰性较强的时钟表盘，且固定在主支架立柱的适当位置上，设备运行时，两回转臂带动座椅宛如与时间赛跑，恰似溶入飞速发展的现代科技文明。

1）主要结构：时空穿梭是由塔体、旋转臂、座舱、驱动系统和电气控制操作系统组成。

①塔体。塔体是用角钢和钢板制作的钢架结构，承载整个设备和全部乘员的重量。其顶端安装了中心轴，中心轴两端通过回转支承与两只旋转臂相连接。

②旋转臂。旋转臂是由钢板焊接而成的箱形结构，一端通过法兰和方管及配重，另一端通过法兰和吊臂与座舱连接，中间通过回转支承与中心轴连接。注意，通常配重是由中间开孔的圆形铁板（图3-103）串在方管端部的轴上的，而现在连接改进型设计是通过法兰连接一段圆柱形配重（图3-104）在旋转臂的端部。

③座舱。座舱在顶部通过横梁与吊臂连接。吊臂原来用人字形结构（图3-105），后来改成T形结构（图3-106）。座舱安装有压肩式安全压杠和安全带。

④驱动系统和电气控制操作系统。驱动系统是由双输出直流电动机通过减速器带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合带动旋转臂转动。电气控制操作系统是由接触器组成的控制电路控制电动机正反转，如图3-102所示。

2）工作原理：时空穿梭是这样运行的：由双输出直流电动机带动双输出蜗杆减速器，蜗杆减速器分别带动两侧的减速器，减速器与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合带动大齿轮旋转，大齿轮固定在旋转臂上带动旋转臂一起旋转。

3）安全装置：时空穿梭安全装置有安全压杠和安全带，安全压杠与高空揽月采用同样的结构，安全带采用汽车安全带的插扣式锁紧装置。

3.1.2.4 摩天环车

摩天环车是一种以360°旋转，融娱乐和锻炼为一体的既锻炼胆量、超越自我，又新颖刺激的一种游乐项目。游客乘坐摩天环车忽升忽降，似流云脚下过，乾坤倒转，非常刺激。

1.主要结构

摩天环车由外圈支架轨道、旋转臂、座舱、驱动机构和电气控制操作系统组成。

（1）外圈支架轨道 外圈支架轨道是由钢板焊接而成的圆形轨道（一般两道轨道为一组），由几段圆弧轨道（图3-107）通过法兰连接后再焊接而成，圆形轨道通过斜支撑柱和拉杆桁架固定，如图3-108所示。

（2）旋转臂 旋转臂是由钢板焊接而成的箱形结构，中间通过回转支承与主轴相连接，一端通过法兰连接或焊接配重，另一端通过法兰连接或焊接座舱，如图3-109所示。

（3）座舱 座舱是由玻璃钢制造的，固定在钢结构支架上，安装有压肩式安全压杠和安全带，如图3-110所示。

（4）驱动机构和电气控制操作系统 驱动机构由电动机、链条、V带、链轮和驱动轮组成，如图3-111所示。电气控制操作系统是由接触器组成的控制电路控制电动机转动速度和方向。

2.工作原理

摩天环车的工作原理是：当摩天环车起动后，电动机得电转动，然后通过V带或链条输出到同心轴上（图3-112），再由链轮和链条驱动轮旋转，驱动轮（图3-113）在弹簧的作用下紧紧压在圆形轨道的内侧，驱动轮在轨道的内侧环面上产生摩擦力，这个摩擦力使驱动轮沿着圆形轨道滚动，驱动轮带动车体同步运转。

3.安全装置

摩天环车安全装置有安全压杠和安全带。安全压杠与高空揽月采用同样的结构。安全带采用汽车安全带的插扣式锁紧装置。

3.1.2.5 海盗船系列

海盗船系列游艺机是绕水平轴往复摆动的游乐项目，乘客乘坐在设备中，随之由缓至急的往复摆动，犹如莅临惊涛骇浪的大海之中，时而冲上浪峰，时而跌入谷底，惊险刺激，极具娱乐性。海盗船系列的代表主要有海盗船、旋转秋千、龙卷风等。

1.海盗船

（1）主要结构 海盗船一般由乘人船舱、支架、悬挂系统、动力系统、站台和电气控制操作系统等部分组成。

1）乘人船舱。乘人船舱是由槽钢做骨架，座椅安装在骨架上，骨架外面铆焊上铁皮做成的船形，铁皮表面饰以精美的图案，船头一般会安装玻璃钢制成的海盗或龙头，如图3-114和图3-115所示。

2）支架。支架是由钢管焊接和用法兰连接的，先由钢管做成一个人字形的架子，然后有四根圆管通过法兰与之连接，圆管的另一端与预埋铁板焊接，具体结构如图3-116和图3-117所示。

3）悬挂系统。悬挂系统一般由吊耳、吊挂轴、吊挂臂组成。吊耳（图3-118）是用厚钢板切割而成，它在支架加工前就焊接在支架横梁上，通过吊挂轴和吊挂臂连接。吊挂臂是用方管和槽钢焊接成的桁架结构，其形状如图3-119所示。

4）动力系统。动力系统的结构如图3-120和图3-121所示，它主要由槽钢做成的矩形底座组成，底座上安装着电动机、带轮和轮胎。一端通过铰链与预埋铁连接固定，另一端通过铰链与气缸（或液压缸）连接，气缸的另一端与预埋铁连接。

5）站台和电气控制操作系统。站台一般由角铁和花纹板制成，在站台的一端安装一个操作室，电气控制操作系统控制柜放在里面，如图3-122所示。

（2）工作原理 海盗船的驱动装置一般分为电动机驱动和液压马达驱动两种。由于采用的驱动装置不同，海盗船的工作原理也有所不同。

1）电动机驱动的海盗船的工作原理：这种海盗船是电动机通过V带带动轮胎转动，气缸顶升使轮胎与船体底部槽钢接触，通过摩擦力带动船体左右摆动的。在这种传动方式中，摩擦轮与电动机有两种安装方法：一种是紧凑型，即电动机和摩擦轮一起安装在支座上，V带轮与摩擦轮用一轴直接连接起来，随着气缸的运动电动机也上下运动，如图3-123所示；另一种是分离型，即电动机安装在站台下的固定基座上，V带轮与摩擦轮通过两个万向节和一根长轴连接，在工作中电动机不随摩擦轮的上下运动而运动，如图3-124所示。

电动机驱动的海盗船制动原理根据结构不同可分为两种：一种是电磁铁控制制动，这种制动装置在摩擦轮的另一端安装一个电磁铁控制的抱闸系统，要使设备停止时，断开抱闸系统的电源，闸瓦抱死，通过气缸顶升摩擦轮与船体底部槽钢接触，产生反向摩擦使设备停止，如图3-125 所示。另一种是机械或气动的制动系统，其中机械制动是一种无动力的装置，它是通过角踏板与钢丝绳连接，钢丝绳与刹车连接，用杠杆原理使刹车皮与船体底部槽钢接触，通过滑动摩擦力使设备停止的；而气动制动是通过气缸顶升刹车皮，使刹车皮与船体底部槽钢接触，通过摩擦力使设备停止。

2）液压马达驱动的海盗船的工作原理：该种制动系统是摩擦轮直接与液压马达（图3-126）连接，支座由液压缸顶升，通过摩擦力带动船体左右摆动的。当要制动时，只要液压马达停止转动，液压缸便顶升使轮胎与船体底部槽钢接触，通过摩擦力使设备停止。

（3）安全装置 海盗船的安全装置主要有安全压杠（图3-127）、安全带、二次保险钢丝绳和摆幅限位开关。

1）安全压杠。安全压杠、安全带是直接保护乘客安全的，通过安全压杠、安全带使乘客安全地坐在座位上，防止在设备运行过程中，由于乘客的意外举动受伤。安全压杠一般通过插销式的锁紧装置锁紧，锁紧装置常用弹簧提供锁紧力并用手动打开的，如图3-128所示，另有部分是通过气缸提供锁紧力和打开的，如图3-129所示。

2）二次保险钢丝绳。二次保险钢丝绳是防止吊挂轴突然断裂采取的保护措施。由于使用了二次保险钢丝绳，即使吊挂轴断裂，座舱也不会因惯性而飞出去造成重大安全事故。具体做法是，在安装时用两根钢丝绳穿过横梁，两端固定在吊挂臂和船体的连接处，如图3-130所示。

3）摆幅限位开关。摆幅限位开关是防止海盗船摆动超过设计规定角度造成危险而安装的。摆幅限位开关一般采用拨杆开关（图3-131），也有用接近开关（图3-132）的。其安装的位置，一般是装在支架顶部的，也有用固定的架子安装在船体下面空间的，如图3-133所示。

2.旋转秋千

旋转秋千（图3-134）的运动方式比海盗船多一种旋转方式，其旋转运动和摆动运动相结合，大大提高了设备的刺激性，使游客倍感惊险。

（1）主要结构 旋转秋千由支架、吊挂系统、旋转动力系统和座舱、摆动动力系统、站台和电气控气操作系统等部分组成，如图3-135所示。

1）支架。支架与海盗船的相同，也是由钢管构成的人字形结构。

2）吊挂系统。吊挂系统由一根圆管制成的吊挂柱承受整个座舱的重量，上端通过吊挂轴与吊耳连接在一起，下端通过法兰与座舱骨架相连，如图3-136所示。

3）旋转动力系统和座舱。旋转动力系统由固定在吊挂柱下端的电动机、V带、小齿轮和通过回转支承固定在座舱的大齿轮组成，如图3-137所示。座舱分为上下两部分：上部分通过回转支承与吊挂柱连接，座椅固定在四周；下部分与吊挂柱固定在一起，在底部中央安装有弧形的槽钢轨道与摩擦轮接触，如图3-138所示。

4）摆动动力系统。摆动动力系统与海盗船类似，由电动机通过V带与带轮连接，再由带轮通过两个万向节和连接轴与摩擦轮连接，摩擦轮的固定支架下连接着一个液压缸，液压缸顶升摩擦轮与座舱底部的槽钢轨道接触，如图3-139所示。

5）站台和电气控制操作系统。站台和电气控制操作系统组成与海盗船相同。

（2）工作原理 旋转秋千的运动由旋转运动和摆动运动两部分组成。

1）旋转运动的工作原理：电动机通过V带带动小齿轮运动，小齿轮与大齿轮啮合带动大齿轮运动，座舱的旋转部分与大齿轮连接在一起，因此座舱的旋转部分做旋转运动。

2）摆动运动的工作原理：电动机通过V带带动带轮转动，带轮通过连接轴带动摩擦轮转动，液压缸顶升摩擦轮与座舱底部的槽钢轨道接触产生摩擦力，摩擦力带动座舱摆动。

（3）安全装置 旋转秋千的安全装置由安全压杠、安全带和摆幅限位开关等组成。安全压杠是压肩式压杠，通过棘轮棘爪装置（图3-140）和电磁阀锁锁紧。安全带是与汽车安全带类似的卡扣锁紧的保险带，如图3-141所示。摆幅限位开关的工作原理和作用与海盗船的一致。

3.龙卷风

龙卷风是从国外引进的一种由电动机驱动的旋转运动和摆动相结合的游乐设施。前面介绍的旋转秋千就是根据这种运行方式设计制造的。

（1）主要结构 龙卷风由支架、吊挂系统、旋转动力系统、座舱、摆动动力系统、站台和操作控制系统等部分组成，如图3-142所示。

1）支架：支架与旋转秋千的结构类似，区别是旋转秋千用的是圆管而龙卷风用的是方管。

2）吊挂系统：如图3-143所示，由一根方管制成的吊挂柱承受整个座舱的重量，上端通过法兰和回转支承与支架横梁连接在一起，下端通过法兰与座舱骨架相连，如图3-144和图3-145所示。

3）旋转动力系统：由直流电动机、减速器齿轮箱、内啮合齿轮副和回转支承构成。

4）座舱：座舱是由连接臂与吊挂系统下端通过法兰连接，然后六个座椅框架和六个连接臂之间通过法兰连接组成，如图3-146所示；每个座椅框架上安装五个座椅，每个座椅上安装有安全压杠和安全带，如图3-147所示。

5）摆动动力系统：该系统是由两个直流电动机串联连接，直流电动机通过减速箱（图3-148）连接齿轮与安装在支架横梁上回转支承（图3-149）的齿轮啮合组成。

6）站台：站台由固定平台和活动平台两部分组成。固定平台是用钢筋混凝土制成的基础平台。活动平台是由四个可升降的小平台构成一个内圆外方的整体平台。每个小平台上面铺设有花纹板，下面有槽钢制成的支架，平台的外侧通过铰链与方管制成的支架连接，内侧通过铰链与液压缸相连接，液压缸的另一端与基础支架通过铰链连接，液压缸的结构如图3-150所示。设备开始运行前液压缸收缩，站台下降；设备运行结束液压缸顶升，站台上升至水平。

7）操作控制系统：由操作台和控制系统两部分组成。操作台上安装有手动/自动选择、顺时针旋转、逆时针旋转、座舱测试、开始运行、停止运行、站台上升、站台下降、打开安全压杠、关闭安全压杠、声控信号等按钮，如图3-151所示。操作人员通过按钮控制设备的运行；控制系统是由变频器等一系列电器元件和软件程序组成，它接受操作人员的指令，控制设备的运行。

（2）工作原理 龙卷风运行过程中有旋转、摆动和站台升降3种运动。

1）旋转运动的工作原理：直流电动机通电运转，然后通过减速箱带动减速箱输出端的小齿轮，小齿轮与旋转中心的大齿轮啮合带动整个座舱旋转。

2）摆动的工作原理：龙卷风的摆动与旋转秋千不同，龙卷风通过两台直流电动机串联连接（为了保证左右两个电动机同步运转），分别安装在支架顶部两端，直流电动机通过减速箱输出带动小齿轮，小齿轮与安装在支架横梁的回转支承上的大齿轮啮合，带动吊挂系统摆动。

3）平台升降的工作原理：设备开始运行前，液压缸收缩，平台下降，通过限位开关确定具体位置；设备运行结束液压缸顶升，平台上升，通过限位开关确定升至与固定站台平齐。

（3）安全装置 龙卷风由于运动自由度多，因此安全装置比较多，机械的安全装置主要有安全压杠和安全带，电气控制安全装置有最大摆动幅度限位装置、摆动站台位置控制装置、旋转定位装置、站台上升和下降限位装置、安全压杠限位装置等。

1）安全压杠和安全带：安全压杠打开和锁紧是通过安装在座椅后面的气动系统和齿条形棘轮棘爪装置（图3-152）完成的。同时在压杠的下端与座椅之间通过安全带连接作为二次保险，如图3-153所示。

2）最大摆动幅度限位装置：它是一个限位开关（图3-154），当设备摆动幅度超过设定角度触动开关时，开关动作切断摆动系统的电源，使设备失去摆动运动的动力，通过重力的阻尼作用使设备停止摆动。

3）摆动定位装置：它由一个限位开关和接近开关构成，作用是确保吊挂系统的摆动停位准确，如图3-155所示。

4）旋转定位装置：旋转定位装置与摆动站台位置控制装置结构类似，作用是保证旋转机构停止运动时，座舱的方位与开始时一致，方便乘客取回随身物品，如图3-156所示。

5）站台上升和下降限位装置：它们是安装在站台下面的支架上的两个限位开关，上面限位开关的作用是控制液压缸把站台顶升到水平位置，下面限位开关的作用是控制液压缸在收缩时的距离，防止设备发生意外损害。

6）安全压杠限位装置：它是安装在每个座椅后面的一个接近开关（图3-157），当安全压杠没有压紧到位时，发出信号给主控制系统，使设备不能运行，从而起到对乘客的保护作用。