相信大家都玩过一种比较刺激的游戏:过山车,风驰电掣、疯狂刺激的上升与下落简直就是一种被吓尿的感觉。一个基本的过山车构造中包含爬升、滑落、倒转等动作,承载10人到30人不等,那么,大家了解过山车的动力来源吗?
可见,过山车不过是一部利用重力和惯性使列车沿蜿蜒的轨道行进的机器。开始时,过山车的小列车是依靠一个机械装置的推力推上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。
事实上,从这时起,带动它沿轨道行驶的唯一的“发动机”将是引力势能,即由势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。
过山车的动力分类主要为链式提升器、弹射器、摩擦轮等。
链式提升器
正如我们看到的那样,过山车列车本身没有电动机:在运行过程的大半段,列车是靠重力和动量运动的。为了积蓄势能,需要将列车提升到第一个山坡的顶部,或以极大的推力将其发射出去。
传统的提升装置是一根长长的链条(或多根链条),就像自行车的链条,但要大得多。它安装在轨道下面,并沿抬升坡向上延伸。这根链条固定在一个环路中,这个环路在山坡的顶部和底部各有一个传动装置。山坡底部的传动装置是由一个简单的电动机转动的。
通过转动链条环路,使之像一条长长的传送带那样持续不断向山坡顶部移动。过山车用几只链条锁簧和牢固的绞链钩卡住链条。当列车行进到山坡底部时,锁簧会卡住链条的链节。一旦链条锁簧被钩住,链条就会拉着列车向山顶行进。在最高点处,锁簧松开,列车开始沿山坡向下移动。你听到的链条发出的嗒嗒声其实是防倒滑装置发出的声音,以防电机发生故障时列车倒滑回车站造成事故。
摩擦轮
这种过山车使用几十只转动的轮子来推动列车,使之爬上提升山坡。这些轮子沿着轨道排成相邻的两列。它们将列车的底部(或顶部)卡在中间,推动列车前进。经常会用在爬升坡带转弯的时候使用(因为链条无法在水平面上横向转弯)或者在链式提升器之前为列车调整速度使其能够与链条的速度相等。而在奥兰多环球影城的绿巨人过山车,则用这些轮子来为列车加速冲出隧道。
弹射器
弹射过山车是一种新式现代过山车,到上个世纪末,它才第一次出现在人们视线里。
替代传统的链式提升装置,弹射过山车开创了一种新的加速机制,这种机制通过一个或一系列线性感应电动机、线性同步电动机、气压、液压、推轮、重物下坠等发射装置来启动一个高加速的过程。
弹射器的发射方法有好几种,但它们的作用基本相同。这些系统不是将列车沿山坡向上拖动以积蓄势能,而是使列车在开始的极短时间内获得大量动能,让它开始运行。
直线感应电动机是常用的弹射器系统之一。直线感应电动机利用电磁体在轨道上方和列车下方各造出一个磁场,并使两个磁场互相吸引。电动机移动轨道上方的磁场,牵引着后面的列车以极高的速度沿轨道移动。这种系统的主要优势在于它的速度、效率、耐用性、准确性和可控制性。
水压动力轮出现在英特敏公司生产的过山车中。这是一个带钢缆的滑块,由水压驱动的飞轮带动。发射时,滑块卡在列车的下面,由高速转动的飞轮快速拉动滑块和列车一起冲出去。
到发射区段终点时,滑块与列车脱钩,列车则依靠所得的动能冲上约100米的高度。
弹射过山车运用了航空母舰上弹射战机的原理,所以大部分弹射过山车的刺激程度都达到了惊悚级别,可谓是过山车届的怪胎!
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