过山车中未预紧螺纹连接轴存在的安全隐患及预防对策

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摘 要：在过山车运行过程中，部分螺纹连接轴在相对运动时，因无法预紧螺纹或其连接面可能无法施加足够预紧力，使连接轴存在安全隐患，导致在交变应力作用上此类结构部位螺纹容易发生断裂，造成严重的运行事故，本文就过山车中未预警螺纹，连接轴存在的安全隐患，所导致的结构失效案例进行分析并对连接轴断裂等预防对策进行探讨。

关键词：过山车;未预紧螺纹连接轴;安全隐患

一、过山车中未预紧螺蚊连接轴安全隐患分析

过山车中主要采用螺纹连接轴，应对螺纹材料、尺寸进行设计外，还需要考虑影响螺纹疲劳强度的预应力大小，通过相关研究发现，当预应力低于螺栓抗拉强度40%以下时，螺栓容易出现疲劳断裂的情况。另外过山车的螺蚊连接轴主要采取静连接的提升止逆轴、轮轴等，在不发生相对运动时，其连接面可以确保螺蚊的充分预紧，过山车中采取采用螺蚊连接轴结构的轮架轴、车辆连接器轴、等，由于采用动连接结构的连接面，其螺纹无法充分预紧，因此如设计不当或管理不到位，极容易导致其中存在安全隐患，造成螺蚊处出现疲劳断裂的问题[1]。

二、过山车中未预紧螺蚊连接轴失效模式分析

（一）轮架结构脱落及断裂事故

在过山车疲劳断裂事故案例中，对事故车辆断裂位置及脱落车轮结构进行分析可以看出，通常会在车轮车墩架内两侧进行滚动轴承的设置，并以轮架轴为轴心进行类似于单摆的运动，如果将此处的螺母进行彻底拧紧，会导致车轮架中某一轴承会承受较大的轴向应力，使轴承内滚珠受到压应力作用，一旦压力超过轴承规定的设计值，会对轴承转动造成影响，造成车辆卡死的情况。因此在螺母与车辆进行有效连接时，不能将其全部拧紧，通常进行设计时，会利用开口销进行防松处理[2]。

断裂车轴的断裂截面位置及断面出现在固定螺母的第一螺纹处，对事故进行分析表明，导致事故的原因主要为设计不合理，使螺母安装时预紧力不足，以及轴孔出现磨损现象，将轴孔所应承受的应力传送至螺母固定处，此处螺母在交变应力作用下产生疲劳裂纹，一旦裂纹逐渐发展到临界值，将会造成螺蚊断裂事故的发生。

（二）疲劳断裂原因分析

作用在过山车的车架轴上的应力主要包括由车辆自重及向心力叠加而产生的垂直方向的压力，以及左右方向加速度产生的水平方向拉应力，其中对强度造成重要的影响的也来自垂直方向的压力，当固定螺栓未充分预紧情况下，会导致轮架轴受力情况出现较大变化。当车辆转弯时，螺母的第一螺纹将承受左右方向的向心力所产生交变应力的作用，同时因此处结构属于应力集中并最容易承受荷载的部位，根据相关研究试验表明，如螺母未充分预紧，则在第一螺纹处将承受大于正常应力集中系数的3-5倍的应力。

（三）人为原因

在螺纹处所产生的疲劳裂纹产生和发展具有一定的过程，因此需要加强过山车连接轴等结构的日常检修，确保能够及时发现问题，并能够有效预防事故的发生。但在实际检修过程中，由于无损检验力度不足，或未按要求执行探伤检验等，不少检修人员仅利用敲击、目视等检查方法，因此导致安全隐患无法及時发现，另外由于结构设计不明确，以及使用过程疏忽以及监管力度不足等一系列因素，导致过山车安全隐患的存在。

三、安全事故预防措施

（一）设计阶段

为了有效避免螺纹连接轴中存在安全隐患，需要在设计阶段对设计的合理性、科学性加强铁观音，在设计中尽可能不采用容易引发事故的单一失效点，不少过山车采用固定穿轴及阻尼装置设备进行缓冲的方法，能够有效预防事故的发生。另外针对此类连接方式时，需要充分考虑螺纹预紧力，对连接部位进行计算，确保螺纹连接处的强度能够符合安全使用要求，同时在设计阶段，需要采取应力集中尽可能减少的设计方案，进一步使加工精度提高，对加工工艺予以完善，并制定严格的出厂检验制度，同时在使用说明书中，应对质检方法、安装工艺等进行明确标注。

（二）使用阶段

通常此类连接轴存在的安全隐患为疲劳断裂，因此需要过山车使用过程中，通过质检力度的加强，对裂纹进行检查和控制，确保能够及时发现所存在的安全隐患，防止事故的发生。在质检过程中需要进行设备的重新拆装，同时对安装质量加强控制，防止拆装过程中出现误差，导致安全隐患出现。

（三）校验阶段

相关人员对设备进行检验时，首先需要设计方案的合理性和科学性予以确定，在进行年度检验时，应对容易出现安全隐患的部位加强检测，同时利用磁粉探伤等检测技术，对磨损量进行测量，对疲劳裂纹出现及发展状况予以明确掌握。

结束语：

目前带螺纹连接轴等类似结构在过山车以及大型游乐设备中连接器中得到广泛应用，此类连接轴普遍存在固定螺母第一螺纹处容易出现金属疲劳裂纹，导致断裂事故的发现，因此针对过山车中未预紧螺纹连接轴存在的安全隐患应加强分析，并制定出相应的预防对策，本文上述分析可为相关结构设计、维护和检验工作提供参考。

参考文献：

[1]李加申， 朱丹. 过山车中未预紧螺纹连接轴的安全隐患及预防措施[J]. 中国特种设备安全， 2015， 31（3）：55-58.

[2]宋荣生. 螺纹联接轴向预紧力试验分析[J]. 天津理工大学学报， 2001（z1）：23-24.