碰碰车与防撞梁正碰撞工况的瞬态动力学分析*

赵九峰

河南省特种设备安全检测研究院 郑州 450000

0 引言

碰碰车是碰碰车类游艺机中的一种可以任意行驶在固定车场内，依靠灵敏的转向系统，车体之间、车体与防撞梁不断发生碰撞的游乐设备。车架边缘配有起碰撞缓冲作用的缓冲胎，车场四周设有防撞梁，乘客驾驶碰碰车在车场内随心所欲的横冲直撞，从中得到极大乐趣。碰碰车的主要安全装置为安全带和缓冲胎，安全带主要防止乘客在游玩时，磕到方向盘上，缓冲胎可显著降低因为车辆相撞产生的惯性力，减轻过大惯性力对车体的损伤及给乘客带来的不适[1]。

以结构动力学理论为基础进行瞬态动力学分析，考虑碰撞体之间动量交换和惯性效应的前提下[2]，用以计算结构冲击或快速时变载荷下的结构动态响应，研究冲击载荷对设备结构的损伤状况[3]。车架和防撞梁作为碰碰车中经常受碰撞冲击部件，其强度计算一直是设计中的难点。碰碰车在运行过程中，经常承受作用时间很短但幅度很大的碰撞冲击载荷，传统的游乐设施结构计算中，采用1个放大冲击系数考虑碰撞冲击载荷的影响[4]，设计时一般无法准确计算；由于碰撞时间短、过程复杂，样机碰撞试验难以精确地测验碰撞过程中的受力变形[5]。为了解决当前碰碰车设计时碰撞冲击系数理论计算不精确，样机碰撞试验又过于昂贵和繁琐的现状[6]，以结构动力学理论为基础，应用有限元工程分析软件，模拟碰碰车和防撞梁的正碰撞过程，计算出碰撞过程中结构的最大应力分布情况，以确定碰撞载荷对车架和防撞梁结构强度的影响，并对计算结果进行安全分析与评价，可为碰碰车等游乐设施的产品设计提供参考。……