关于游乐设施人体束缚装置的思考

日期:2017-02-06 / 人气:

关于游乐设施人体束缚装置的思考
 
摘 要 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。
张新东 (江苏省特检院)
关键词 游乐设施 人体束缚装置 思考

        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 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
        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, 众所周知,此类设备大部分允许儿童乘客乘坐, 但儿童在乘坐时,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,虽然操作人 员为儿童系好了安全带,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,虽然作业 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,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。
        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。
        目前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,其中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。

图1 安全带形式
目前安全带锁扣形式有以下几种,如图2所示。

图2 安全带带扣(锁扣)
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。
        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
        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。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。
        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。
1.3 安全压杠
        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。压杠目前分护胸 压肩式、护腰式、压腿式三种。
        护胸压肩式安全压杠(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9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。

图9 柔性束缚装置
        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。
        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。
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。通过以上的安全分析以及近 期国内外发生的事故统计分析,建议修订《游乐 设施安全规范》时,对安全压杠的要求如下:安 全压杠行程采用无级调节时,在压紧状态时,应 设可靠的独立的机械锁紧装置。乘坐物有翻滚动 作或冲击较大的游乐设施,安全压杠应至少有两 套独立的可靠的锁紧装置,其至少有一套为机械 锁紧形式,确保锁紧功能的安全。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。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。自动控制装置失效时,应能 够手动开启,且需由专业人员开启。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。锁紧装置如需采用 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
        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。
表1 束缚装置准则

  1 级 2 级 3 级 4 级 5-1 级 5-2 级
每套约束物保护的乘客数量            
不需约束物          
每套约束物可保护一个或多个乘客      
每套约束物只保护一个乘客        
锁紧位置            
锁紧位置固定或根据乘客情况可变          
锁紧位置必须根据乘客情况可变      
锁紧类型            
乘客或操作人员均可锁紧约束物          
乘客或操作人员均可手动或自动锁紧约束物,操作人员需验证束缚装置锁紧状态。          
安全束缚装置可自动锁紧。        
只允许操作人员手动或自动锁紧约束物          
释放类型            
乘客或操作人员均可释放约束物          
乘客或操作人员均可手动或自动释放约束物          
只允许操作人员手动或自动释放约束物      
正常或异常状态的外部指示类型            
不需外部指示          
除目测检查约束物以外,不需外部指示。          
不需外部指示。操作人员对约束物进行目测 或人工检查。        
需要外部指示。发现的故障可导致设备运行 中突然停止或无法正常启动运行。          
锁紧和释放的控制方式            
手动或自动控制锁紧和释放。  
锁紧装置功能的冗余            
不需要冗余      
锁紧装置功能应有冗余        
不需要冗余。辅助安全束缚装置的锁紧和释 放应独立于主要的安全束缚装置。          
约束物的配置            
两套独立安全束缚装置,例如,肩式和腰腹 部压杠,或者具有防故障功能的约束物。          
        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
3 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。
参考文献  [1] 李向东. 大型游乐设施安全技术[M]. 北京: 中国计划出版社, 2010, 453.
                [2] 国家质检总局《大型游乐设施安全监察规 定》.
                [3] 《游乐设施安全规范》(GB8408-2008).

 

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