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儿童游乐设施人体安全束缚装置安全分析!

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-12  来源:中国游乐   参与评论
游乐设施人体束缚装置是否可靠有效,直接涉及到乘客的人身安全,本文分析了国内外游乐设施常见的各种人体束缚装置的作用和应用场合,并提出了设计制造时如何选择合理的人体束缚装置,同时建议游乐设施标准修订时完善相关要求,规范束缚装置的设计制造,提高其本质安全。

游乐设施人体束缚装置是否可靠有效,直接涉及到乘客的人身安全,本文分析了国内外游乐设施常见的各种人体束缚装置的作用和应用场合,并提出了设计制造时如何选择合理的人体束缚装置,同时建议游乐设施标准修订时完善相关要求,规范束缚装置的设计制造,提高其本质安全。

大型游乐设施在运营过程中,由于人体束缚装置的不可靠导致的事故较多,笔者统计了2010年以来国内发生的游乐设施事故,有多起跟人体束缚装置有关,一方面是由于中小型制造单位对B、C级大型游乐设施的人体束缚装置重视不够,安全分析能力较差,研究不透,设计制造出来的装置安全隐患较多,另一方面运营使用单位对其日常检查保养不到位,导致功能失效后还在继续使用。虽然《游乐设施安全技术监察规程(试行)》和GB8408-2008《游乐设施安全规范》中对人体束缚装置都有相应的要求,但这些都是通用的要求,我们一定要结合设备的运动特点、结构原理、适应对象,通过安全分析、安全评估,优化设计,设置合理的人体束缚装置,确保其可靠有效。下面通过一些分析谈谈我的一些思考。

1.人体束缚装置安全分析

当游乐设施运行时,乘人有可能在乘坐物内被移动、碰撞或者会被甩出、滑出时,必须设有乘人束缚装置(也用作约束乘人的不当行为)。对危险性较大的游乐设施,必要时应考虑设两套独立的束缚装置。束缚装置可采用安全带、安全压杠、挡杆等。

1.1安全带

1.1.1安全带、锁扣的分类及优缺点

1.1.1.1安全带按照安装方式和固定点的差异,大体可分为三种,两点式、三点式、全背安全带。

两点式按乘客不同的约束位置可分为腰带和肩带,腰带只限制乘客的腰部移动,肩带只限制乘客的上半身移动。如下图1所示。腰带的缺点,设备运行过程中如有冲击或变速度时使得腹部受力很大,而且上身容易前倾,大大增加了乘客头部受伤的可能性。肩带斜挎于胸前,可防止上身的前倾,但设备如有冲击、翻滚或变速度时,腰、髋部容易滑出,而且膝部活动空间较大,容易碰伤。翻滚类游乐设施不能使用肩式安全带,人倒立时此安全带在垂直方向上作用不大。

三点式安全带在游乐设施上作用很大,一定要大范围推广,它是腰式和肩式安全带的组合,起到限制乘客躯体前移和限制上身过度前倾的目的。

全背式安全带是左右对称的肩带,保护效率最高,但作业人员操作不方便,一般用于比较危险的游乐设施上。

1.1.1.2目前安全带锁扣形式有以下几种,如图2所示。

通过图2可分析出,前四种锁扣乘客很容易自己打开,设备运行过程中如游客特别紧张或儿童没有安全意识时,可能无意识的碰触到开锁按钮,安全带就能打开,就起不到保护的作用。第五种相对比较可靠,必须要操作人员用专用工具才能打开锁具。

1.1.2使用场合

安全带常常单独用于轻微摇摆或升降速度较慢没有翻转没有被甩出危险的游乐设施上,如我们常见的自控飞机、转马、架空游览车等设备;安全带作为辅助束缚装置时,其可靠性既要考虑到按其独立起作用设计,同时也要考虑到锁扣不能轻易被打开,还能充分的把游客束缚在座位上。

1.1.3常见危险

允许儿童乘客乘坐的设备,由于儿童对危险性认知不够,好多行为不可控制,比如在乘坐自控飞机时,虽然系好了安全带,但运转过程中,儿童可能自行打开安全带锁扣或无意识的碰到锁扣而打开,由于离心力的作用很容易被甩出,作业人员可加强现场管理来提醒游客规避这样的风险,但其也有麻痹大意的时候。

1.1.4建议

1)所以此类设备设计制造时建议设儿童专座,同时要求安全带锁扣不宜被儿童打开,通过安全带本体的可靠性而不是通过管理来规避这样的风险。设计单位在设计时还得结合设备的运动特点,设置的安全带不但约束游客的不安全行为,同时还要把游客约束在一定的安全空间内,在变加速度情况下,不至于使身体跟周边物体发生碰撞,导致人员受伤。所以还得考虑安全带的结构形式(如1.1.1所述)及锁扣形式。

2)GB8408-2008《游乐设施安全规范》中关于如何选择什么形式的安全带以及安全带带扣形式没有具体要求,在修订时是否增加相关要求。

综上,生产单位要根据设备运动特点、适应对象选择合适的安全带形式和锁具,既要满足《游乐设施安全规范》的要求,同时又要以人为本,确保游客的安全。

1.2挡杆

1.2.1使用场合

挡杆是一种简易的安全装置,常用于不翻滚、冲击不大的游乐设施中,例如部分自控飞机、海盗船、双人飞天、摇头飞椅等。挡杆既起阻挡乘客的不安全行为的作用,又可以当扶手。结构形式比较简单,如图3所示。

1.2.2常见危险

挡杆由于结构简单,锁紧装置乘客很容易打开,特别是旋转或摆动运动的设备,在运行过程中或设备未停稳时,乘客打开挡杆锁紧装置,很容易导致事故,国内已发生多起此类事故,如摇头飞椅、超级秋千等设备,所以设计制造时应考虑游客不能轻易的打开锁紧装置,比如增加开锁的难度或开锁装置乘客接触不到。

1.2.3建议

GB8408-2008《游乐设施安全规范》中关于挡杆的要求不多,但发生的事故较多,在标准中应加强要求。

1-座舱 2-挡杆 3-锁紧装置

1.3安全压杠

1.3.1使用场合

对于运行时产生翻滚运动或冲击比较大的运动的大型游乐设施,为了防止乘人脱离乘坐物,应当设置相应型式的安全压杠。

1.3.2结构形式及安全分析

压杠目前分护胸压肩式、护腰式、压腿式三种。

1.3.2.1护胸压肩式安全压杠

如图4所示,常用于座舱翻滚、颠倒及人体上抛的游乐设备,如过山车、垂直发射或自由落体穿梭机、翻滚类的高空揽月、乘客会倒悬的天旋地转多自由度的游乐设备。一般此类设备离地面较高、运动惯性较大、乘客在游玩该类游艺机时有可能会脱离座位甩出舱外而受到意外伤害,为防止乘客脱离座位,就必须用护胸压肩式安全压杠强制乘客坐在座位上。游玩时,当乘客身体欲往上抬离座位时,压杠的挡肩部分将挡住肩膀;若身体要往前去,则压杠的护胸部分又挡住胸口。这样就将乘客限制在座位和靠背的很小活动范围内,防止意外受伤。

护胸压肩式安全压杠的内芯采用钢管(棒)弯制而成,外面与人的肩膀和胸口以及脸颊接触部位包裹较软的橡胶或织物,这样既保证了足够的机械强度,又不至于挫伤乘客的身体。

目前市场上的游乐设备越来越追求刺激,设备多自由度运转,为了防止护胸压肩式安全压杠在使用过程中失效,大部分设备还加装了辅助的安全保护装置(如图4所示),如兜裆安全带、束腰安全带、柔性束缚装置等。有的压杠前端还加装了气动插销锁紧(如图5所示),防止主锁紧装置失效,导致压杠可自由打开,这样有效的确保乘客的安全。

冲击较大或翻滚类的设备加设独立安全带时,要确保游客在座椅和安全压杠间活动空间限制在很小的范围内,防止活动空间大了,由于冲击的作用,来回跟压杠、压杠根部、坐席间发生碰撞,导致头部、肩部、身体其他部位受伤,设备倒立时有的甚至出现从压杠间隙内甩出,所以根据实际情况,设置合理的安全带形式。对冲击较大或翻滚类的设备在设置压肩护胸安全压杠的同时,建议设置如图7所示的柔性束缚装置,能充分将游客束缚在很小的活动空间内。

1.3.2.2护腰式安全压杠

如图6所示,常用在不翻滚的速度较快的设备上,比如摩托过山车、华夏飞碟等。优点是腰部不能自由活动,被充分约束。

1.3.2.3压腿式安全压杠

主要用于不翻滚冲击不大的游乐设施(如图8、9所示),如惯性滑车、海盗船、美人鱼等设备,压杠压在乘客的大腿根部,不让乘客站起来离开座位,以免乘客甩出舱外。压腿式压杠也是由钢管制成,外面包有橡胶或织物。

1.3.2.4锁紧方式

以上压杠常采用的锁紧方式有液压锁紧、气动锁紧、机械锁紧,应均要求乘客不能自行打开。

液压锁紧一旦漏油,锁紧装置将会失效,导致压杠不能把游客充分的约束在座位上。缺点是容易漏油,油缸活塞杆螺纹处容易变形、断裂等。

气动锁紧一般都要采用气压把锁紧装置打开,锁紧状态时气路系统处于无气状态。

机械锁紧常见的有齿条锁紧、棘轮棘爪锁紧等,比较可靠。

1.3.3建议

通过以上的安全分析以及近期国内外发生的事故分析,建议修订《游乐设施安全规范》时,对安全压杠的可增加和补充以下要求:

1)乘坐物有翻滚动作或冲击较大的游乐设施,应至少有两套独立的可靠的锁紧装置,其至至少有一套为机械锁紧形式,确保锁紧功能的安全。

2)安全压杠锁紧有连锁控制时,压紧未到位或连锁装置失效时,游乐设施应不能起动,且宜设提醒报警装置。

3)安全压杠锁紧装置为气动系统控制时,气压系统失效时应处于锁紧状态。锁定和释放机构可采用手动或自动控制方式。

4)锁紧装置释放机构的设计应考虑操作人员便于接近、操作方便,并确保不能被乘客打开。

5)锁紧装置如操作人员需采用存储能源手动释放时,应使用专用的存储能源装置,如电池、蓄能器,液压或气动。

2.人体束缚装置选择原则

通过以上的人体束缚装置安全分析,结合ASTM F2291-13 《游乐设施设计标准惯例》中关于五个理论加速度区域设置不同人体束缚装置的相关要求,设计制造时可参照其相关要求,并依据设备的性能、运行方式、速度及其结构的不同,以及成人或儿童乘客的身体特征,设置相应形式的人体束缚装置。

我们结合《游乐设施设计标准惯例》中理论加速度区域(图10),制定束缚物选择准则(表1),根据每个加速度区域的特点分别选择对应等级的束缚物,束缚物可组合使用。不同等级的束缚物要求如表1。



纵坐标az为垂直方向持续加速度
横坐标ax为前后方向持续加速度

图10 理论加速度区域

大型游乐设施设计制造时可参照以上准则,但可在此基础上从严要求,根据设计可能要求一个更高级别的约束物装置或锁紧装置。比如允许儿童乘坐设备的安全带,其带扣锁紧尽量采用乘客自己不宜打开的装置,防止游客私自打开的不安全行为。

在设计约束物系统时还要考虑一些特殊状况,包括:

a加速周期和大小

b 风载

c乘客的一些特殊状态,如颠倒等

d侧面的加速度,如持续的侧面加速度大于或等于0.5G时,座位、靠背、靠头、护垫、约束物的设计应作特殊考虑。

e安全空间

总结

大型游乐设施好多事故是由于游客的不安全行为导致的,目前部分厂家设计制造的时候对人体束缚装置没有进行有效的安全分析,没有充分的识别危险源,导致部分隐患遗留下来,不能从本体上有效地消除,所以要合理选择人体束缚装置和其锁紧型式,通过束缚装置本体的可靠性来约束和控制游客的不安全行为。同时标准修订时建议完善人体束缚装置的要求,参照国外标准制定人体束缚装置选择准则,引导设计制造单位重视束缚装置本体的可靠性,提高本质安全。

 
 
 
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