过山车

背景

过山车是一种游乐园游乐设施，乘客坐在一系列连接在一起的轮式汽车中。汽车沿着由木结构或钢结构支撑的一对轨道移动。在操作中，汽车由一条链子带上陡峭的斜坡。当汽车到达斜坡的顶部时，它们会脱离链条，并通过一系列下降、上升和转弯被重力向下推动。最后，汽车在起点停下来，乘客下车，新乘客上车。许多人认为过山车是任何游乐园中最令人兴奋的游乐设施。

历史

过山车的起源可能可以追溯到 1400 年代的俄罗斯，当时冰雪橇是一种流行的冬季活动。它变得如此受欢迎，以至于相对平坦地区的人们用冰雪建造了自己的山丘。这些人造山丘的顶部是通过从地面有楼梯的高架木塔到达的。只需支付少量费用，人们就可以爬上楼梯，乘坐雪橇快速、令人兴奋地下山。

到 1700 年代，冰山的许多所有者找到了一种方法，可以将骑行的利润潜力扩展到冬季以外的月份。他们在小雪橇下安装了轮子，并用木头建造的冰山代替了冰山。沿着斜坡悬挂着色彩鲜艳的灯笼，以便夜间操作。

来自法国的游客看到了这些被他们称为俄罗斯山脉的游乐设施，并把这个想法带回来了。第一个轮式过山车于 1804 年在巴黎开幕，过山车热潮迅速蔓延到整个法国。随着游乐设施越来越受欢迎，运营商通过建造更快、更刺激的过山车来争夺公众的支持。不幸的是，安全装置跟不上速度，事故屡见不鲜。到 1800 年代中期，受伤人数的增加和公众利益的普遍丧失造成了损失。俄罗斯的山地过山车一一被拆除。

如果不是美国的运煤铁路已经停运，过山车的发展可能已经停止了。 Mauch Chunk 倾斜铁路于 1800 年代初建于宾夕法尼亚州，用于将煤炭从山顶的矿井运送到下方运河中的驳船。骡子把空车拖上山，重力把满载的汽车和骡子一起带回了山上。 1874 年采矿作业发生了变化，铁路开始运送观光客而不是煤炭。一个半小时的往返旅行花费了 1 美元，并立即取得了成功。铁路继续载客，直到 1938 年关闭。

Mauch Chunk 倾斜铁路作为旅游景点的成功为几个类似的游乐园小规模游乐设施提供了灵感。在美国，拉马库斯·汤普森 (LaMarcus Thompson) 于 1884 年在纽约康尼岛的海滩上建造了他的重力快感转轨铁路。 一分钱一分钱，骑手乘坐的汽车从一个高架站滑行到另一个高架站，越过一系列平缓的山丘支撑一个木栈道。在另一端，汽车被切换到平行轨道上回程。

康尼岛上的第二个过山车建于 1884 年底，当时查尔斯·阿尔科克 (Charles Alcoke) 开通了蛇形铁路。 Alcoke 的过山车是第一个使用椭圆轨道设计的过山车。骑手们侧身坐在开放式长椅上，他们以当时被认为是 12 英里/小时（19 公里/小时）的极速行驶。 1885 年，菲利普·欣克尔 (Phillip Hinkle) 在康尼岛上建造了第三个过山车。 Hinkle 的过山车配备了一个链条升降机，可以将汽车运上第一个山坡，从而使乘客可以在地面上登机并节省他们的攀爬时间。

过山车的发展在 1920 年代达到顶峰，当时美国有 1,500 多个木制过山车在运行。 1930 年代的经济困难和 1940 年代的战时物资短缺结束了那个时代。数百个游乐园关闭，他们的木制过山车要么年久失修，要么被毁坏。直到 1959 年沃尔特迪斯尼在迪斯尼乐园开设马特宏雪橇滑道，现代钢制过山车设计时代才开始。具有讽刺意味的是，1972 年在俄亥俄州辛辛那提附近的国王岛建造了一个新的木制过山车——巨大的赛车手——在过山车热潮真正再次流行之前。

到 1990 年代后期，据估计美国有 200 多个主要过山车在运行，而且每年都会增加。 2000 年 5 月，Millenium Force 在俄亥俄州桑达斯基的 Cedar Point 成立。它高 310 英尺（94 m），时速 92 英里（148 公里），是世界上最高、最快的过山车。

原材料

根据用于支撑结构的材料，过山车通常分为木制过山车或钢制过山车。

木制杯垫使用巨大的木制栈桥式结构来支撑地面上方的轨道。木材通常是建筑等级，例如花旗松或南方黄松，并经过涂漆或其他处理以防止变质。木制构件支撑在混凝土基础上，并用螺栓和钉子连接。钢板用于加强关键接头。作为建造木制过山车所需的大量零件的一个例子，为伊利诺伊州古米市的六旗美国大公司建造的美国之鹰使用了 2,000 个混凝土基础； 160 万英尺（487,680 米）的木材； 60,720 个螺栓；和 30,600 磅（13,910 公斤）的钉子。它涂有 9,000 加仑（34,065 升）油漆。

钢制过山车可以使用薄的、栈桥式的结构来支撑轨道，或者它们可以使用厚的管状支架。轨道通常由一对焊接的圆形钢管分段形成，这些钢管由连接到矩形箱梁或厚圆管轨道支架的钢支柱固定到位。所有暴露的钢表面都涂有油漆。钢制杯垫可以和木制杯垫一样复杂。例如，英国布莱克浦游乐海滩的百事可乐 Max Big One 过山车使用了 1,270 个打入沙土的桩作为基础； 2,215 吨（2,010 公吨）钢材和 60,000 个螺栓。有 42,000 平方码（35,087 平方米）的涂漆表面。

木制和钢制过山车上的轨道和升降链均由钢制成，汽车通常有钢轴和下部结构。车身可以由铝或玻璃纤维制成，车轮可以由聚氨酯或其他一些耐磨、运行安静的材料铸造而成。

设计

过山车的设计是制造过程的第一个也是最重要的部分。因为每个过山车都是独一无二的，所以每个细节都必须从头开始设计。

首先，过山车设计师必须考虑什么样的骑手会使用过山车。如果过山车是为小孩子设计的，山坡和弯道会比较平缓，车速会比较慢。家庭通常希望有足够的转弯和适度的力量以更快的速度骑行。终极刺激寻求者想要极端的高度和速度。

然后设计师必须考虑过山车的可用空间。过山车不仅要占用大量的地面空间，还要占用大量的空中空间。设计师查看一般地形、其他周边游乐设施、电力线、通路、湖泊、树木和其他障碍物。一些游乐园增加了太多的游乐设施，新的过山车必须设计成穿过现有的游乐设施和人行道。

设计师的下一个目标是为过山车创造一种独特的“感觉”。设计师可以利用多种技术来提供令人难忘的旅程。可以使初始倾斜更陡，或者可以使升降链的速度变慢，以提高乘客的恐惧感。一旦爬上斜坡，第一个下降通常被设计为最陡峭，因此也是最快和最可怕的。其他水滴可以设计为中间有一个简短的扁平部分，称为双下沉。非常突然地过渡到平坦或上翘部分的跌落被称为猛击，因为它们会将乘客猛撞到他们的座位上。让汽车靠近地面行驶，在所谓的过山车中，会产生速度增加的错觉。

过山车钢结构的出现使得基本的过山车有了许多变化。在一些现代过山车中，乘客悬挂在轨道下方，而不是骑在轨道上。在其他情况下，乘客站着而不是坐着。一些被称为雪橇的过山车根本没有轨道，汽车在低谷中自由滚动，就像雪橇奔跑一样。

大多数过山车的实际设计和布局都是在计算机上完成的。必须计算第一个斜坡的高度，以便为汽车提供足够的能量以推动它们一路行驶并返回车站。必须在每一点计算装载的汽车施加在轨道上的水平和垂直力，以确保支撑结构足够。同样，必须在每个点计算施加在乘客上的力。这些力通常表示为“g”，它是重力施加在我们身体上的力的倍数。例如，如果一个人重 100 磅（45.5 千克），那么 2 克的力将对该人施加 200 磅（91 千克）的力。美国的杯垫通常施加不超过约 3.5 克的力，这是大多数人认为可以忍受的极限。美国以外的三个杯垫施加超过 6.5 克的重量，被认为是超极端的。喷气式战斗机飞行员在大约 10 克时就昏迷了。

因为每个过山车通常包含一个或多个新的和未试用的功能，所以可以构建新功能的工作原型用于测试和评估。原型在制造商的设施中安装，配备有仪器的加重测试车以所需速度推进通过测试部分。根据这些测试，设计人员可以在构建最终产品之前更改其原始设计。

计算、设计和测试完成后，将使用计算机辅助绘图 (CAD) 程序为将用于建造新过山车的数千个零件中的每一个准备详细图纸。

制造过程

根据过山车的类型和大小，过山车的实际物理构造可能在工厂或游乐园场地进行。大多数钢制杯垫在工厂中分段建造，然后用卡车运到现场并安装。大多数木制杯垫都是在现场一块一块地建造的。以下是制造现代钢制杯垫和经典木制杯垫的典型操作顺序。

准备网站

• 1 在安装过山车之前，需要清理并准备好要安装的区域。这通常在游乐园关闭的淡季进行。如果必须在公园仍然开放时进行，该区域会被围起来，以防止公众在施工现场闲逛。
• 2 如果存在需要移动或拆除的现有结构、植被或公用设施，则首先完成这项工作。如果需要填充或挖掘周围的任何地形，则该工作也在此时完成。
• 3 个用于支撑结构基础的孔被测量和钻孔或挖掘。坚固的木制模板被建造来固定每个基础点的混凝土。在一些土壤非常沙质的地区，可以将大木桩打入地下作为地基，而不是使用浇筑的混凝土。如果使用混凝土，则用搅拌车将其运送到现场，并由带有长关节臂的混凝土泵泵入到位 木结构过山车的例子。可以达到每一种基础形态。连接板嵌入在每个基础顶部的混凝土中，以连接支架。

搭建主要支撑结构

• 4 地基就位后，开始主要支撑结构的工作。钢制杯垫的支架——事实上，几乎所有钢制杯垫的零件——都是在工厂制造的，然后用卡车分段运到工作现场。在工厂中，每个支架的零件都被切割并焊接成所需的形状，使用固定装置将它们固定在正确的方向上。如果需要复杂的三维弯曲，这可以在由计算机信息控制的液压弯管机中完成。在木制杯垫上，支撑材料通常作为未完成的木材运送到现场，并在现场切割和组装各个部件。在任何一种情况下，主支撑的下部都由起重机吊起，并连接到从基础点突出的连接板上。
• 5 一旦下部支撑就位，它们可以临时支撑，同时上部被提升到位并连接。这项工作一直持续到主支撑结构完成。

安装轨道

• 6 主支撑结构就位后，轨道就安装好了。在钢制杯垫上， 钢结构过山车和汽车的例子。轨道部分在工厂制造，支柱和管状轨道焊接到轨道支架上。将这些部分带到现场后，将它们提升到位，然后将轨道末端一起滑动。然后将这些部分用螺栓固定到主支撑结构上并相互固定。在木制过山车上，木系横梁沿着整个滑道安装在主支撑结构的顶部。六至八层平木板纵向安装在两排系梁顶部，形成轨道的层压底座。导轨本身是由长而平的钢条拧入木底座形成的。
• 7 在钢制过山车上，人行道和扶手沿轨道外侧焊接到位，以便进行维修和紧急疏散乘客。在木制过山车上，轨道外的系梁部分用作走道，并安装扶手。
• 8 升降机坡道上安装升降链条和防倒车机构，最后进站口安装制动装置。

制造汽车

• 9 过山车的个别汽车在工厂制造。副车架件被切割和焊接。车身由铝冲压而成或用玻璃纤维模制而成，然后固定在副车架上。座垫可以由泡沫切割而成，安装在底座上，并用室内装饰品覆盖。运行轮和导向轮用锁定紧固件用螺栓固定到位。安装了制动翅片、防回滚狗和其他安全部件。

结束骑行

• 10 主体施工完成后，安装照明电线，整个游乐设施可能会被喷漆。搭建了登机站，安装了标志，并进行了景观美化。

质量控制

许多政府安全法规都涵盖过山车的设计和建造。所用材料必须满足一定的强度要求，实际施工需定期检验。每天，过山车在投入使用前必须彻底检查。

在游乐设施向公众开放之前，汽车里装满了加重的沙袋，并通过几个电路发送，以确保一切正常运行。政府安全检查员在批准运营之前进行最终审查。

未来

目前的趋势可能会在不久的将来继续保持更高、更长和更快的过山车。现在过山车已经在欧洲、亚洲和许多其他国家流行起来，尤其如此。与此同时，过山车设计师将寻找新的方式来给骑手带来身体和视觉上的刺激。