摩天轮

背景

摩天轮是一种游乐园游乐设施，由一个大的垂直轮子组成，轮子的外圆周均匀分布着供人们坐下或站立的地方。在操作中，摩天轮围绕水平轴旋转，乘客被交替抬升和降下，他们绕着摩天轮绕一圈。当车轮停止时，地面座位或平台上的人退出骑行，新的骑手取代他们的位置。然后轮子旋转一小段距离，直到下一个座位或平台在地面上，让更多的人进出。重复这个过程，直到所有的座位或平台都坐满了新的骑手，此时轮子开始运动以进行数次完整的旋转。尽管“摩天轮”这个名称直到 1890 年代才被使用，但数百年来，摩天轮本身一直是人类庆祝活动的一部分。

历史

最早用于游乐设施的轮子的设计可能基于用于提升灌溉用水的大型圆形轮子。事实上，了解人类的精神，很可能从公元前 200 年左右第一次开发这些水车开始，喜欢冒险的孩子们就用这些水车来娱乐。

1620 年，英国旅行家彼得·蒙迪 (Peter Mundy) 参观了土耳其的一个街头集市后，描述了他所谓的带有座椅秋千的“游乐轮”。在英国，早在 1728 年，手动转动的小轮子就被称为“起落架”。

无论它们被称为什么，游乐轮找到了通往世界许多地方的方式。美国最早的轮子之一是 1848 年由安东尼奥·马吉诺 (Antonio Maguino) 制造的，他用它来吸引人群前往他位于佐治亚州沃尔顿斯普林 (Walton Spring) 的乡村公园和野餐地。随着将游乐设施与公园和野餐设施相结合的概念流行起来，几家公司开始制造各种设计的轮子。 1870 年，查尔斯·W.P. Dare of Brooklyn 制造了几个直径为 20 英尺和 30 英尺（6.1 米和 9.1 米）的木轮，他将其作为 Dare Aerial Swing 出售。印第安纳州的康德曼兄弟在 1880 年代开发了 35 英尺（10.7 米）的金属车轮时，制造了更大的车轮。

更大车轮的竞赛在 1893 年初达到高潮，当时美国桥梁建造者和工程师 George Washington Gale Ferris 开始为 1893 年芝加哥哥伦比亚博览会建造一个 250 英尺（76.2 米）的车轮。像自行车车轮一样设计，刚性钢外轮辋通过钢辐条在张力下悬挂在中心轴上，车轮可以在 36 辆封闭式汽车中一次承载多达 1,440 名乘客。中轴直径为 33 英寸（84 厘米），长度为 45.5 英尺（13.9 米）。它重 46.5 吨（42.2 公吨），是当时生产的最大的钢锻件。巨轮于 1893 年 6 月 21 日开业，在运营的 19 周内吸引了超过 140 万付费客户。 Ferris 设计的压倒性成功确保了他的名字将永远与这种轮子联系在一起。

在哥伦比亚博览会上乘坐摩天轮的人之一是美国发明家和桥梁建造者威廉·E·沙利文。沙利文对轮子很着迷，骑了很多次。对他来说特别有吸引力的是可以制造一个较小的轮子，可以将其从一个公园或露天市场移到另一个公园或露天市场。 1900 年，凭借他在桥梁方面的经验，他设计了一个 45 英尺（13.7 米）的可移动车轮，带有 12 个三人座。1906 年，他成立了 Eli Bridge 公司，并开始在伊利诺伊州的 Roodhouse 制造车轮。后来，他将公司搬到了伊利诺伊州的杰克逊维尔，至今仍在运营。在美国的嘉年华和博览会上发现的大多数摩天轮都是由 Eli Bridge 公司制造的。

原材料

由于摩天轮的独特设计，大部分零部件均由制造商制造。钢是最常见的原材料，用于制造拖车底盘、车轮支撑塔、车轮辐条和车轮横梁。根据应用使用各种结构钢形状。它们包括方管、圆管、角钢、槽钢和宽法兰梁。出入口走道和操作台使用铝金刚石踏板。

铝用于制造座椅和驱动轮辋。驱动轮缘由铝制角钢卷制而成，并连接到辐条上，形成一个直径比车轮本身外缘小约 10 英尺 (3 m) 的大圆。两个橡胶驱动轮压在每侧的驱动轮辋上以旋转车轮。在此应用中使用铝是因为驱动轮的不断摩擦会迅速去除轮辋上的油漆，露出裸露的金属。如果使用钢，它会生锈。

座椅上使用的坐垫由自结皮 聚氨酯 模制而成 泡沫。这种材料在外面形成坚固、光滑的表皮，而内部仍然是可压缩的泡沫。一些套管使用尼龙，一些电气元件使用酚醛塑料。车轮结构内的支撑缆索可具有塑料盖以用于外观和保护元素。沿着旋转辐条将电力从轮毂传送到灯的电环是由铜制成的，而将电力输送到环的电刷是由碳制成的。

一些摩天轮组件是从其他制造商处购买的，并在构建时安装在摩天轮上。其中包括拖车上的车轴、制动器、轮胎和车轮。其他购买的组件包括电动马达、电线和电缆以及电灯泡和插座。

设计

设计为在道路上从一个地点运输到另一个地点的摩天轮必须符合公路车辆的整体宽度、高度和长度限制。尽管这些限制因州而异，但大多数州将拖车的宽度限制为 8.5 英尺（2.6 米），高度限制为 13.5 英尺（4.1 米），长度限制为 55 英尺（16.8 米）。无论摩天轮在打开和运行时有多大，在高速公路上行驶时，它都必须向下折叠才能满足这些限制。

摩天轮还必须设计为安全运行。这需要计算以确保在车轮运行时能够支撑满载车轮的水平和垂直力。还要求设计安全联锁装置，防止车轮在装卸作业时转动，防止操作者不慎以不安全的方式操作车轮。

制造过程

用于制造摩天轮的制造工艺因摩天轮的设计和制造商而异。大多数组件在被带到主要施工区域进行最终组装之前，都在车间的不同部分建造。这是用于建造用于嘉年华和县集市的可移动摩天轮的典型操作序列。在操作中，所述车轮的直径约为 60 英尺（18.3 m），最多可承载 16 个座位的 48 名骑手。

搭建底盘

• 1 拖车底盘构成了摩天轮的基础，无论是在高速公路上运输还是在运行时。底盘的组成部分 举起摩天轮。用金属切割锯或焊炬切割成一定长度，然后焊接在一起。两个垂直支柱焊接在底盘的前部。当两个车轮支撑塔处于降低行进位置时，这些立柱支撑着它们的上端。
• 2 然后对完成的底盘进行喷砂处理，以去除焊接操作过程中形成的任何氧化皮和飞溅物。这确保了光滑的表面外观，并防止水垢稍后脱落并留下裸露的钢片。
• 3 然后在底盘上涂上防锈底漆。底漆干燥后，以所需颜色涂上一层或多层面漆。

安装塔

• 4 两个车轮支撑塔在别处制造和喷漆，然后被提升到底盘上的位置。下端连接到机箱两侧的铰链，上端靠在两个支撑柱上。塔架包括沿一个边缘焊接的梯子，以提供接触轮毂处的电气环和电刷以及驱动驱动轮辋两侧的电动马达和车轮的通路。然后将中轴安装在两个塔架顶部的轮毂之间。
• 5 一个长液压缸连接在底盘和车轮支撑塔每侧之间，大约沿着塔的长度的一半。当摩天轮准备运行时，这些液压缸用于将塔架提升到其直立位置。气缸通过两端的枢轴销固定到位。
• 6 一个单独的横向支撑臂连接在每个车轮支撑塔的顶部附近。这些臂各由两根方管组成，其中一根横截面略小，因此它可以滑入另一根。当车轮支撑塔升起进行操作时，横向支撑臂被拉出到侧面，每个支撑臂的内部都伸出并用销钉锁定到位。另外两块方管铰接到底盘框架的每一侧，然后向外摆动以连接到横向支撑的底座上。这为摩天轮提供了所需的左右稳定性。
• 7 液压和电气线路布设在底盘框架件内，它们将受到保护。安装并连接了操作员的控制站。底盘车轴、制动器、轮胎、车轮和稳定器千斤顶可能在此时安装，也可能在所有其他工作完成后安装。

安装辐条

• 8 16 对辐条从塔顶的中心轮毂一直延伸到座椅。在工厂安装辐条时，将第一对辐条平放在工厂地板上，并在辐条之间安装两个横梁。一个横梁位于连接驱动轮辋的位置，距离辐条外端约 5 英尺（1.5 m）。驱动轮缘的一对弯曲部分也在每一侧的同一点用螺栓固定到位。只有驱动轮缘部分的一端用螺栓固定，而另一端则是自由的。对剩余的辐条、横梁和驱动轮辋部分重复此过程，直到它们形成堆叠。每对辐条的内端被钉住 一个摩天轮。到它下面的一对。组装堆叠时，V 形照明吊杆安装在每隔一个外部横梁的中心之间。这种重叠的灯光图案会产生双星效果。
• 9 然后用桥式起重机将堆栈提升到拖车上，顶部的一对辐条固定在轮毂上。在操作中，当塔架升起时，辐条都被拉到垂直位置。然后将辐条固定在轮毂上，一次一对，驱动轮辋部分的自由端向下摆动并用螺栓固定在相邻的辐条上以形成车轮——就像一个展开的纸扇。
• 10 电缆从轮毂处的电气环连接到每个照明臂。机械支撑电缆安装在车轮外圆周周围的辐条端部之间。其他机械电缆安装在每对辐条之间的 x 模式中，以提供额外的稳定性。

完成轮子

• 11入口和出口楼梯和走道、安全围栏和装饰件均已制作、涂漆和安装。座椅是制造和喷漆的。在操作中，四个座椅连接在车轮上。其余的座椅单独放在拖车上，在车轮竖立后手动抬起并固定到位。

安全注意事项

与任何游乐园游乐设施一样，安全是制造商和运营商的首要关注点。当前管理摩天轮的安全法规因城市和州而异。美国测试与材料协会 (ASTM) 正在为所有游乐园游乐设施的设计、测试、制造和运营制定综合标准。摩天轮制造商和游乐园运营商正在积极参与这一过程。

未来

提供娱乐已有数百年，如果不是数千年，摩天轮可能会在未来许多年继续成为一种愉快的体验。尽管过山车和其他惊险刺激的游乐设施可能在游乐园中占据主导地位，但摩天轮仍然会给骑手一种温和的刺激，让他们在一个温暖的夏日夜晚坐在一个开放的座位上，高高地悬挂在人群之上。