一起大型游樂設施故障調查及原因分析

潘樹偉 陳亞文

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院 長沙 410003）

隨著大型游樂設施數量的大幅增加,游樂設施故障也越來越受到人們關注,游樂設施故障發(fā)生的原因各種各樣,但產生的危害多影響乘客的生命財產安全,因此在游樂設施事故發(fā)生之后,公眾往往想知道是什么原因導致了設備事故,而游樂設施的事故調查鑒定也往往是業(yè)內的一個難題,下面筆者通過一起典型的游樂設施事故調查分析對游樂設施事故調查鑒定做一簡單介紹。

1 游樂設施事故基本情況

2021年2月23日上午,湖南某游樂場一臺名為“激情跳躍”的大型游樂設施發(fā)生了一起在進客時段中,游客準備落座時,單個座位起身臂突然彈起多次,導致3名游客從設備上跌落的事件。

2 游樂設施現場情況及驗證檢測

該游樂設施由電機驅動,采用皮帶傳動至減速機,后經減速機齒輪帶動回轉支承,從而使固定在回轉支承上的旋轉部分進行旋轉運動。主梁一端安裝在旋轉支架體上,下部連接升降汽缸,座椅安裝在升降臂的另一端。升降臂的升降運動由汽缸活塞桿的往復運動來實現。壓縮機輸出的壓縮空氣經冷干機和過濾器進入儲氣罐,儲氣罐輸出的壓縮空氣經調壓閥和油霧器處理后進入各升降臂的氣動單元。設施共設有12組乘客座椅,每組座椅對應1個升降臂,12個升降臂的升降系統(tǒng)設計采用了電磁閥+角座閥控制形式。電磁閥為兩位五通電磁閥,氣動角座閥為單作用式常閉型,且其氣路的通斷由電磁閥控制,即電磁閥控制角座閥的開啟或閉合,通過主氣路通斷控制氣缸進氣與排氣來實現升降臂升降。進氣電磁閥得電開啟角座閥后,壓縮空氣進入汽缸下部,使升降臂起升；放氣電磁閥控制角座閥,通過角座閥排除空氣,使升降臂下降。依靠氣缸行程傳感器來控制升降臂上升和下降高度,促使電磁閥控制進氣與排氣,使升降臂完成程序規(guī)定的彈跳運動。

游樂設施座椅升降臂在整個運行過程中包含3種工況,技術組通過模擬事件發(fā)生時的現實情況,單獨對2號升降臂（事故臂）進行了3種工況下的彈跳動作試驗,具體內容如下：

1）通過手動操作電磁閥開啟進氣閥,進行角座閥機械密封故障試驗,模擬和驗證升降臂彈跳動作情況；

2）采用24 V直流電源裝置進行電磁閥持續(xù)通電狀態(tài)試驗,模擬和驗證升降臂彈跳情況；

3）采用24 V直流電源裝置進行電磁閥持續(xù)通-斷-通狀態(tài)（2～3 s/次）試驗,模擬和驗證升降臂彈跳情況。為安全起見和盡可能模擬游客跌落事件狀態(tài),本次試驗用4袋捆扎好的沙包代替乘員（共100 kg,約合1個成年人+2個小孩的質量）,沙包用安全帶系好,安全壓杠處于全打開狀態(tài),見圖1、圖2。

圖1 模擬試驗

圖2 模擬試驗

試驗結果顯示：工況3）試驗結果非常接近設備故障時的狀態(tài),電磁閥得電后,升降臂急速彈起并快速來回彈跳、滿行程往返,經過數輪上下反復震蕩運動后,操作員閉合試驗按鈕（模擬按壓急停開關）后,升降臂小幅震蕩數次后停在半空中約1.5 m高度處。工況1）和工況2）試驗結果與游客跌落事件狀態(tài)情況差異很大,其中工況1）升降臂起落動作較慢,行程較短,彈跳時升降臂降落時未回到初始位置；工況2）升降臂起落動作較快,但行程短,在中途即返回進行彈跳。

3 檢測情況

1）技術組在制造企業(yè)派出的技術人員配合下,進行了2號升降臂氣壓升降系統(tǒng)的空氣濾清器、角座閥、電磁閥的拆檢,比較了2號和3號角座閥機械密封情況。2號空氣濾清器內網存在黑色的細小顆粒狀雜質物體,見圖3。2號角座閥活塞桿頂面（頂面為氣缸進氣的密封面,白色,材料為聚四氟乙烯；頂桿頭材料為S304）未見明顯變形,經酒精清洗后檢查發(fā)現密封面存在臺階狀的環(huán)形磨損痕跡,對應的閥座內環(huán)配合面檢查未見明顯異常,見圖4、圖5。對比3號角座閥此處環(huán)形痕跡較輕,見圖5；制造企業(yè)提供的庫存角座閥照片顯示其頂桿部位平整,表面無環(huán)形圈狀。2號電磁閥外觀檢查無異常。

圖3 氣路雜質收集

圖4 內環(huán)配合面無磨損

圖5 密封面磨損對比

拆檢表明2號升降臂氣動角座閥在氣路系統(tǒng)中雜質顆粒物的反復作用下存在一定程度的磨損,機械密封性能已下降,工作時存在漏氣和導致氣缸微動的可能。也印證了監(jiān)控視頻中事件發(fā)生時,游客單腳剛登上座艙時升降臂就出現了明顯的微動（向上輕抬）起臂現象。

2）分別進行了操作箱控制板的電氣檢測、安全壓杠聯(lián)鎖檢測等相關試驗。

（1）操作室電氣控制系統(tǒng)檢查。經查閱制造企業(yè)提供的圖紙,確認該設備實際采用了單片機+繼電器輸出控制方式。主板控制器（以下統(tǒng)稱上位機）通過屏蔽電纜與觸摸屏通訊連接。主板控制器右邊有2組繼電器（機械觸點型）,分別給回轉變頻器和12個升降臂控制單元（以下統(tǒng)稱分控單元）提供電源,見圖6、圖7。

圖6 主板控制器通訊連接電纜

圖7 主板控制器

（2）經現場檢測,確認上位機與分控單元的通信線路中兩終端電阻配置符合國標[1]要求,阻值為120 Ω,經測量阻值并未發(fā)生變化；通信線路中有1段（為黃紅色雙絞線）未采用專用屏蔽線。

（3）對現場12排座位的安全壓桿進行感應裝置檢測和試驗。經逐個測試,座位開關的控制線路符合安全要求[2],座位壓桿氣動聯(lián)鎖保護功能正常。

（4）控制單元接地檢測情況：用萬用表檢測上位機電源單元的接地良好；分控單元的接地保護通過金屬外殼與整體金屬結構接地,未采用獨立屏蔽接地線[3]。

（5）停機狀態(tài)下發(fā)現分控單元意外帶電,旋即檢測了主控柜供電的OUT6繼電器（見圖8）,發(fā)現其中1組常開觸點存在粘連現象,用萬用表檢測顯示為導通狀態(tài)?，F場部件見圖9。

圖8 OUT6繼電器

圖9 繼電器常開觸點粘連

4 游樂設施事故分析

根據現場勘驗、關鍵元件的運動分析和圖紙資料的分析,技術組認為2號升降臂產生彈跳動作必定是角座閥開啟,氣體進入氣缸引發(fā)。有2種可能：進氣電磁閥因機械故障卡住,角座閥機械密封完全失效,高壓氣體進入氣缸無桿腔使得升降臂產生失控動作；電磁閥非正常得電啟動,氣體進入角座閥,推動角座閥的閥桿動作,高壓氣體進入氣缸無桿腔使得升降臂產生失控動作。

1）現場勘驗表明,2號角座閥密封面雖有一定程度的磨損,密封性能有所下降,但經運行試驗和拆檢驗證了角座閥機械密封并未完全失效,其工作狀態(tài)基本正常。經對升降臂3種模擬動作試驗結果進行比對和分析,排除此故障引發(fā)升降臂產生失控動作的可能。

2）經查看上一輪運行監(jiān)控視頻,確認2號臂位置傳感器輸出信號存在異常,即起臂動作不正常時,傳感器信號未正常通過分控單元反饋至上位機,程序未發(fā)出中斷運行指令信號,程序未執(zhí)行停機保護。

通過分析電氣原理圖和單片機C語言程序,確認程序在完成某一次預選模式后,分控單元應自動切斷其供電電源。經檢查發(fā)現,停機狀態(tài)下分控單元供電并未有效切斷。經查明是主控制柜內繼電器機械觸點發(fā)生粘連所致。在繼電器未通電情況下用萬用表檢測,其一組常開觸點一直處于連通狀態(tài),此觸點連通相當于繼電器通電輸出,致使分控單元始終得電,不能使分控單元完成一次預選模式后,自動切斷其分控單元電源進行程序復位。

5 糾正及預防措施

1）建議變頻器、升降臂控制單元供電繼電器觸點線路中采用保護電路,防止斷電時造成繼電器觸點因拉弧燒蝕而出現意外粘連的故障發(fā)生。

2）主控制柜中輸出OUT6繼電器,建議增加斷電監(jiān)測信號,防止每次動作完成后未執(zhí)行程序復位而產生安全風險。

3）運營使用單位安全檢查應到位；維護保養(yǎng)人員應按照相關法律法規(guī)[4]和設備使用說明書中的要求對設備進行日常檢查和維護保養(yǎng),及時消除故障,防止“帶病”運行。

4）應加強大型游樂設施安全管理與作業(yè)人員的安全教育和培訓工作,提高其操作技能和預防與處理突發(fā)事故的能力。

6 結束語

通過該起事故分析給出如下建議：游樂設施使用管理和維護保養(yǎng)單位應嚴格按照GB 8408—2018《大型游樂設施安全規(guī)范》[5]的要求進行安全管理和維保工作,特別是要制定合理的游樂設施維保檢查計劃,有針對性地加強對繼電器、接地保護等電氣的檢查,及時發(fā)現和排除隱患。