大型游乐设备运行状态测试系统研究

摘要：当代中国，游乐产业得到快速发展，对游乐设备特别是大型游乐设备运行状况的监测也殛待发展。本文主要针对大型游乐设备运行状态测试系统的原理及发展做出阐述。

关键词：大型游乐设备；运行状态；测试；系统

随着我国游乐产业的发展及使用中安全问题的重视，游乐设备的运行测试问题备受关注。下面我们就对此进行深入阐述

一、大型游乐设备概况

游乐设备是指用于经营目的，在一定的游乐区域内运行，承载游客游乐的载体。大型游乐设备特指其设计最大运行线速度大于或者等于2m/s，或者运行高度距地面高于或者等于2m的载人大型游乐设施。

游乐设施按运动形式和运动场所共分为13大类，即：转马类、滑行类、陀螺类、飞行塔类、赛车类、自控飞机类、观览车类、小火车类、架空游览车类、光电打靶类、水上游乐设施、碰碰车类、电池车类等。根据游乐设备的运转角度和承载的旅客数又将其分为：A级、B级、C级 。下面简要介绍几类大型游乐设备：1、沿水平轴回转运动的大型游乐设备——观览车类。其要求的回转直径≥40m，乘客容量≥25人。2、沿垂直轴回转运动的大型游乐设备——飞行塔类，它是用挠性件悬吊并绕垂直轴旋转、升降的，其运行高度要求≥50m，乘客容量≤40人。 3、沿轨道运动的大型游乐设备——滑行车类，它要求设备滑道的长度应≥900m，通常情况下滑车所要求的速度应≥70km/h，其中架空游览车类，其轨道高度一般要求≥10m。4吊挂回转类，其工作时要求围绕设备的垂直轴进行旋转、升降等运动，它的回转直径要求应≥15m，乘客容量≤40人。6、其他场地上、室内、水上运动的游乐设备等也有相关规定，不再一一介绍。

二、大型游乐设备安全标准及设施

对大型游乐设备运行状态进行测试，其实质就是要保证设备在运行过程中的安全，建立科学的预测维修机制，即通过系统的严密监测和诊断分析，判断设备有无异常或故障趋势，较准确地估计设备继续运行的可靠时间，使设备使用寿命最长和意外停机事故最小，避免过剩维修（因为良好部位的反复拆卸，机械性能反而不理想，甚至低于检修前）。机械设备故障一直在游乐事故中占有重要比例，特别主传动轴、客运索道迂回轮主轴等大型游乐设施的关键部件，一旦失效(断裂)将会造成设备损坏事故和严重的人员伤亡。为保障游乐者的人身安全，必须全面加强安全监测和增加设备可靠性，首先，游乐设施在空中运行的乘人部分，整体结构应牢固可靠，零部件宜采取保险措施。吊挂乘人的部分钢丝绳数量不得少于两根。在距地面2m以上封闭舱的门，不能从其内部开启锁紧装置。封闭座舱进出口处的拦挡物，应有保险装置。其次，游乐设施在运行时，如果动力电源突然断电，设备发生故障，必须设有自动和手动的紧急停车装置。并且游乐设施在运行中发生故障，应有必要的疏导乘人的措施。游乐设施运行时，乘人有可能在乘坐物内被移动、碰撞甚至被甩出，所以必须设有乘人束缚装置。这些束缚装置应可靠、舒适，束缚装置应能防止乘人某个部位被夹伤，应容易调节，且操作方便。其中包括必要的安全带，要求安全带单独用于轻微摇摆或升降速度较慢的、没有翻转设施上，安全带应配备辅助把手。在游乐设施运行时，如果存在导致乘人被甩出的危险，还要求配备安全压杠。且安全压杠本身具有足够的强度和锁紧力，以保证游客不被甩出以致于掉下，并要求在设备停止运行前始终处于锁定状态。除此之外，还需对安全栅栏、站台设置必要的安全要求。安全栅栏应分别设进、出口等，在进口处宜设引导栅栏。安全栅栏门开启方向应与乘人行进方向一致（特殊情况除外）。并且站台应有防滑措施。为防止关门时对人员的手造成伤害，门边框与立柱之间的间隙应适当，或采取其他防护措施。除此之外，还有一系列的安全要求和措施，如游乐设施应在必要的地方和部位设置醒目的安全标志。在我国，安全标志分为禁止标志（红色）、警告标志（黄色）、指令标志（蓝色）和提示标志（绿色）四种类型。在一切乘客可触及之处，都不允许有外露的锐边、尖角、毛刺和其他各种危险突出物。在游乐设施通过的涵洞，其包容面应采用不易脱落的材料，装饰物等进行固定和牢固的设施。在运行中，乘人部分必须标出定员人数，严禁超载运行。游乐设施是在特定区域内运行、承载游客游乐的载体，一般为机械、电气、液压等系统的组合体，同所有机电产品一样都可能产生故障，故障有时候甚至在所难免，产生故障时会造成游客恐慌、受困以及其它危险事故，所以我们要做好相应的应急准备。

三、大型游乐设备运行状态测试系统

大型游乐设备运行状态测试系统，其目的是最小地减小设备运行中的安全隐患，其实质是在运行的设备上装上感应装置，将一些数据反馈到测试系统。特别是要消除如（1）突然停机；（2）机械断裂；（3）高空坠落等安全隐患问题。游乐设施一般多由几个系统组合而成，所以故障产生的原因很复杂，大多是由维修保养不当和不及时造成的。因此，故障的预防重在加强日常的维护保养，传统方式是采用计划及定期维修。而这种方法带有很大的盲目性，游乐设施有无故障、故障类型、故障部位和故障程度难以准确把握。另外由于良好部位的反复拆卸，机械性能往往不理想，甚至低于检修前。而且，没有必要的超前维修带来人力、物力的巨大浪费。但还要求有较为精确的运行测试系统，并辅以定期进行检验检测。

运行测试系统是一套很复杂的计算系统。其设计原理主要通过机械振动采集数据。统计资料表明，由于振动而引起的机械设备故障在各类故障中占60％以上。机械振动信号中携带着大量机械运行状态的信息，可以通过掌握各种机械振动现象和机理，测量、分析并破译这些信息，在不解体的情况下，对机械的状态进行检测，分析其潜在故障，诊断机械故障的程度和部位。游乐设备运行测试系统的设计应根据具体结构作相应计算：应力计算、刚度计算、疲劳强度计算、稳定性计算、抗倾覆计算、防侧滑计算等。针对零部件及焊缝进行应力计算，计算其承受的最大应力与材料极限应力的比值。其中，σb表示材料的极限应力，σmax表示设计计算最大应力,n表示许用安全系数。运行测试系统还兼及对设备的疲劳强度计算。疲劳安全系数计算首先设计有限寿命系数，即当循环载荷的最大计算应力大于材料的疲劳极限时，用疲劳载荷谱计算零部件的使用寿命。还需要进行刚度计算，即对游乐设备有变形要求的某些构件，应进行刚度计算。也不可缺少对运行的稳定性计算，即为防止结构失稳，对细长、薄壁结构件需要进行整体和局部稳定性计算。其中，γ表示安全系数，而 M1表示稳定力矩值， M2表示倾覆力矩值。在此之后，还需要进行防止侧滑计算，即游乐设备运行中，有可能发生整体侧向滑移时应进行该计算。在这项计算中，γ表示安全系数，μ表示摩擦系数，N表示垂直载荷分量，而H表示水平载荷分量。这项系统计算关键设计防止倾覆及侧滑的安全系数γ和摩擦系数μ。如果靠静摩擦不能保持稳定，应用地脚螺栓将结构与地面进行连接。其防侧滑计算也要计算地脚螺栓的作用，摩擦系数只取原值的70%。但是精确的系统也不能保证设备运行中100%的安全无虞，以此还需要游客具备一些必要的安全意识，如在出现非正常情况停机时，千万不要轻易乱动和自己解除安全装置，应保持镇静，听从工作人员指挥，等待救援。特别是在出现意外伤亡等紧急情况时，切忌恐慌、起哄、拥挤，应及时组织人员疏散。

四、总结

综合上面的论述，我们可以指出，大型游乐设备运行状态测试系统，其目的是保证和提高大型游乐设备运行中的安全指数。其实质是一套复杂的涉及广泛领域的计算系统，其别涉及对运行设备疲劳的计算。但再先进的运行测试系统，要发挥其功用，也需要游客和游乐场工作人员的配合。

参考文献

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