大型游樂(lè)設(shè)施乘客束縛裝置工作原理與選型*

王亞坤，趙九峰，苗瑞芳，李壘壘

(河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000)

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，游樂(lè)設(shè)施向著大型化、高參數(shù)、高刺激等方向發(fā)展[1]，游樂(lè)設(shè)施的安全也成為國(guó)民關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)發(fā)生的多起大型游樂(lè)設(shè)施事故均與束縛裝置有關(guān)[2]，2014年以來(lái)，27起大型游樂(lè)設(shè)施事故中與乘客束縛裝置有關(guān)事故就有17起。2016年4月14日，揚(yáng)州瘦西湖游樂(lè)場(chǎng)“超級(jí)秋千”乘客被碾壓致亡，事故原因：設(shè)備未停穩(wěn)，乘客自行打開(kāi)擋桿跳下，被設(shè)備碾壓；2018年4月21日，許昌西湖公園“飛鷹”乘客墜亡，事故原因：未確認(rèn)安全壓杠鎖緊，攔腰安全帶未系，兜襠安全帶自行縫合斷裂。

發(fā)生事故的主要原因，一方面是游樂(lè)設(shè)施的生產(chǎn)制造企業(yè)，對(duì)束縛裝置的工作原理和應(yīng)用環(huán)境理解不透，使得設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品存在先天性不足；另一發(fā)面游樂(lè)設(shè)施的經(jīng)營(yíng)人員安全意識(shí)淡薄[3]，對(duì)安全帶和安全壓杠進(jìn)行私自改裝，未按照更換周期對(duì)安全帶進(jìn)行定期更換，以及在節(jié)假日期間，由于客流量大，經(jīng)營(yíng)者為了追求經(jīng)濟(jì)利益，一些安裝束縛裝置在未鎖緊的情況下啟動(dòng)設(shè)備，造成人員傷亡[4]。筆者重點(diǎn)介紹了幾種常用束縛裝置的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、應(yīng)用環(huán)境和使用要求，目的是為游樂(lè)設(shè)施制造企業(yè)的設(shè)計(jì)人員對(duì)束縛裝置進(jìn)行合理的選型，以保證乘客處于失重狀態(tài)或被甩出時(shí)的安全[5]，同時(shí)為監(jiān)管部門對(duì)束縛裝置的檢驗(yàn)提供了參考。

1 束縛裝置的類型和工作原理

游樂(lè)設(shè)施束縛裝置用來(lái)防止乘客由于慣性被甩出或掉下座艙，并在設(shè)備停止運(yùn)行前始終處于鎖定狀態(tài)[6]。大型游樂(lè)設(shè)施的束縛裝置，常見(jiàn)類型如下。

1.1 安全帶

安全帶作為防護(hù)性帶式保護(hù)裝置，是將乘客柔性固定在座椅上，由于安全帶自身具有一定寬度，同時(shí)在身體上跨越的部分較寬，當(dāng)乘客受到脫離座椅的載荷時(shí)，人體受到的反作用力不會(huì)集中在一個(gè)較小的區(qū)域，因此不會(huì)對(duì)人體造成過(guò)大傷害，常用在運(yùn)行速度較慢且沒(méi)有翻轉(zhuǎn)的游樂(lè)設(shè)施上[7]，如常見(jiàn)的自控飛機(jī)、轉(zhuǎn)馬、架空游覽車等設(shè)備；對(duì)運(yùn)動(dòng)激烈的設(shè)施，安全帶常用作安全冗余束縛裝置，但其獨(dú)立起作用時(shí)，應(yīng)具有可靠的承載性能和安全性[8]。

由于游樂(lè)設(shè)施通常安裝在室外，安全帶經(jīng)常受到風(fēng)吹、日曬、雨淋等環(huán)境因素影響，宜腐蝕、變形和斷裂，因此安全帶的材質(zhì)多采用適合露天使用的尼龍材料。為了保障安全帶的舒適性，帶寬應(yīng)不小于30 mm。安全帶一般分成兩段，分別固定在座艙上，為了保障乘客的安全，安全帶必須能夠承受設(shè)備運(yùn)行時(shí)乘客脫離座艙的力，安全帶的破斷拉力不小于6000 N[9]。安全帶的固定連接形式如圖1所示。

圖1 安全帶連接

由于人體的胸腔和骨盆相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)壯，安全帶的束縛位置通常繞在腰部或胸部。安全帶的形式，按照固定點(diǎn)和安裝方式，分為三種：兩點(diǎn)式、三點(diǎn)式、全背式[9]。如圖2所示。

圖2 安全帶的形式

(1) 兩點(diǎn)式：按照不同的約束位置，分為腰帶和肩帶兩種。由于腰帶只約束了腰部位移，乘客的上半身不受約束[8]，當(dāng)游樂(lè)設(shè)施緊急制動(dòng)和減速時(shí)，乘客上半生往前傾，容易給乘客的頭部造成傷害；肩帶可以限制乘客身體前傾，但乘客受到側(cè)向載荷時(shí)，身體容易從座椅側(cè)向滑出[10]。因此兩點(diǎn)式安全帶僅用在運(yùn)行速度緩慢，沖擊力較小的游樂(lè)設(shè)施上。

(2) 三點(diǎn)式：三點(diǎn)式安全帶，借鑒汽車行業(yè)，是腰帶和肩帶兩種安全帶的組合，能夠限制乘客的前傾和側(cè)向搖擺，也是目前游樂(lè)設(shè)施行業(yè)大力推廣的一種安全帶形式[11]。

(3) 全背式：這種安全帶實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客的全方位的限制，安全性能最好，保護(hù)效率最高，但由于鎖緊操作流程復(fù)雜，設(shè)備操作人員對(duì)其鎖緊步驟操作不熟練，難以在游樂(lè)行業(yè)進(jìn)行大面積推廣，僅用在個(gè)別速度較大，運(yùn)行較為激烈的游樂(lè)設(shè)施上。

1.2 安全壓杠

安全壓杠限制的對(duì)象為單個(gè)乘客，能夠根據(jù)乘客的體型調(diào)節(jié)鎖緊位置。通常安裝在速度較大，沖擊較大，或運(yùn)行時(shí)存在翻滾的大型游樂(lè)設(shè)施上。其開(kāi)啟和下壓動(dòng)作都很簡(jiǎn)單，就是壓杠圍繞支點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)使用場(chǎng)合不同，安全壓杠可分為壓肩式和壓腿式兩種。安全壓杠的基本形式如圖3所示。

圖3 安全壓杠的基本形式1.壓缸、曲柄 2.搖桿 3.搖塊 4.座椅

(1) 壓肩式安全壓杠 當(dāng)座艙存在翻滾動(dòng)作，乘客有上拋趨勢(shì)時(shí)，需用安全壓杠限制乘客人體的自由度，并且用壓肩式安全壓杠，如過(guò)山車、大擺錘等大型游樂(lè)設(shè)施。此類設(shè)備運(yùn)行速度高，慣性大，存在多方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，乘人在乘坐此類設(shè)備時(shí)，存在著脫離座椅被拋出的潛在危險(xiǎn)。安全壓杠能對(duì)乘客進(jìn)行全方位的約束，確保乘客的人身安全[12]。

此類安全壓杠的鎖緊位置通常在座椅背部，搖桿做成齒條的結(jié)構(gòu)形式，搖塊上裝有氣動(dòng)插銷，氣動(dòng)插銷由單作用的薄型氣缸提供動(dòng)力，保證鎖緊裝置出現(xiàn)故障時(shí)，壓杠結(jié)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)；還有一種壓肩式安全壓杠的鎖緊裝置位于壓杠端部，通過(guò)裝在壓杠端部的氣動(dòng)插銷與座椅扶手上一排插銷孔配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同體型乘客的個(gè)性化鎖緊。

(2) 壓腿式安全壓杠 壓腿式安全壓杠安裝在座椅前方(或前排座椅上)，壓杠落下，抵僅乘客的腰腿部位，由于這種壓杠不能約束乘客的上半身，僅僅是限制乘客離開(kāi)座椅，因此這種形式的壓杠主要用在座艙不翻滾、慣性沖擊不大的游樂(lè)設(shè)施上，如家庭過(guò)山車、滑行龍等。

壓腿式安全壓杠的鎖緊機(jī)構(gòu)位于壓杠根部，通常采用扇形齒輪、齒條、止逆齒配合的形式，壓腿式安全壓杠的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 壓腿式安全壓杠 圖5 搖頭飛椅的安全擋桿

游樂(lè)設(shè)施還有其他形式的安全壓杠，如用在神州飛碟上的背壓式安全壓杠，但這種形式的安全壓杠應(yīng)用范圍小，在此不再詳細(xì)介紹。

安全壓杠的主體結(jié)構(gòu)主要采用鋼管彎制而成，常用材料為不銹鋼，壓杠與人接觸的部位包裹柔軟的材料，這樣既保證了足夠的機(jī)械強(qiáng)度，又不至于挫傷乘人的身體。

1.3 安全擋桿

擋桿作為游樂(lè)設(shè)施中安全等級(jí)最低的一種束縛裝置，用在速度和沖擊較小的游樂(lè)設(shè)施中，擋桿僅僅用來(lái)阻擋人的不安全行為，既做安全裝置，又可以當(dāng)扶手[13]。由于擋桿不能針對(duì)乘客個(gè)人的體型進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常在聯(lián)排座椅上共用一根安全擋桿，如海盜船一排座椅四五名乘客用一個(gè)安全擋桿；也有擋桿用于單個(gè)乘客，但不能根據(jù)乘客體型進(jìn)行調(diào)解，如搖頭飛椅，其結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，搖頭飛椅座椅上的安全擋桿如圖5所示。

安全擋桿的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)已發(fā)生了多起由于設(shè)備未停穩(wěn)，乘客私自打開(kāi)擋桿導(dǎo)致的事故，如前文中提到的超級(jí)秋千。因此在2018年國(guó)家市場(chǎng)局對(duì)游樂(lè)設(shè)施束縛裝置專項(xiàng)排查的通知中，近年由于乘客自行打開(kāi)束縛裝置發(fā)生過(guò)事故的同類設(shè)備以及存在同樣風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備[14]，如海盜船、搖頭飛椅和高空腳踏車等，只允許操作人員手動(dòng)或自動(dòng)釋放束縛裝置，乘客在運(yùn)行中不得自行打開(kāi)[15]。安全擋桿的鎖緊形式多種多樣,既可采用像門鎖一樣的彈簧撞擊式，也可以采用方便的插銷式，若要求乘客不得自行打開(kāi)，只需增加開(kāi)鎖的難度或開(kāi)鎖裝置乘客很難接觸到即可，增加開(kāi)鎖難度需要專門的開(kāi)鎖工具才可打開(kāi)，乘客難以觸及到，只需把開(kāi)鎖位置設(shè)置在四肢觸及不到的位置。

2 乘人安全束縛裝置的要求

對(duì)游樂(lè)設(shè)施束縛裝置的具體要求如下。

(1) 束縛裝置應(yīng)滿足束縛功能要求，確保設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，乘客被限制在座椅上。

(2) 束縛裝置與人體的接觸部位，應(yīng)具有一定的柔軟性和避免尖角，增加人體的舒適性和避免人體劃傷，如安全壓杠用聚氨酯泡沫包裹、螺帽用蓋型螺帽。

(3) 束縛裝置已具有一定抗沖擊承載性，其承載性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

(4) 束縛裝置應(yīng)具有一定的可靠性，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，或出現(xiàn)故障時(shí)，如斷電、斷氣時(shí)，束縛裝置仍能保持鎖緊狀態(tài)。

安全壓杠作為安全等級(jí)最高的束縛裝置，具有下列要求。

(1) 對(duì)運(yùn)行速度高，危險(xiǎn)性較大的大型游樂(lè)設(shè)施，應(yīng)設(shè)置相互兩套獨(dú)立的束縛裝置[14]，具有翻滾動(dòng)作的游樂(lè)設(shè)施，應(yīng)設(shè)置肩壓式安全壓杠，并且安全壓杠須具有兩套獨(dú)立的鎖緊機(jī)構(gòu)[16]。

(2) 安全壓杠的壓杠體應(yīng)具有一定的承載力，鎖緊機(jī)構(gòu)應(yīng)具有可靠的鎖緊力，保證設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中安全壓杠不會(huì)失效。

(3) 安全壓杠的鎖緊機(jī)構(gòu)可以手動(dòng)或自動(dòng)釋放，當(dāng)自動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)失效時(shí)，操作人員能夠手動(dòng)打開(kāi)安全壓杠。

(4) 安全壓杠針對(duì)乘客個(gè)人體型進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)鎖緊裝置應(yīng)具有無(wú)級(jí)或有級(jí)調(diào)節(jié)，鎖緊后壓杠端部的游動(dòng)量不大于35 mm[7]。

3 總 結(jié)

游樂(lè)設(shè)施運(yùn)行時(shí)，束縛裝置不斷受到?jīng)_擊和振動(dòng)，易使束縛裝置失效，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生，選擇安全可靠的束縛裝置成為重中之重。為提高游樂(lè)設(shè)施的運(yùn)行安全，制造企業(yè)、運(yùn)營(yíng)單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和監(jiān)管部門應(yīng)通力協(xié)作，降低并消除由于束縛裝置造成的安全隱患。

(1) 制造企業(yè)在設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，應(yīng)能有效防范乘客自行打開(kāi)安全擋桿或安全帶等行為，以及操作人員未鎖緊工況下啟動(dòng)游樂(lè)設(shè)施，如增加乘客束縛裝置閉合并鎖緊與設(shè)備啟動(dòng)自動(dòng)聯(lián)鎖功能。

(2) 運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)考核，持證上崗，并對(duì)束縛裝置進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、定期更換易損件，加強(qiáng)日常的檢驗(yàn)和管理，提升操作人員的業(yè)務(wù)能力和責(zé)任心。

(3) 檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備定期檢驗(yàn)，提升檢驗(yàn)人員的業(yè)務(wù)能力，會(huì)同監(jiān)察部門強(qiáng)大型游樂(lè)設(shè)施安全宣傳教育，對(duì)存在安全隱患的游樂(lè)設(shè)施限期整改，安全意識(shí)淡薄的經(jīng)營(yíng)者加強(qiáng)教育，拒不整改的設(shè)備堅(jiān)決查封。

全社會(huì)應(yīng)具有游樂(lè)設(shè)施的安全意識(shí)，共同營(yíng)造一個(gè)安全、舒適、和諧的社會(huì)環(huán)境。