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滑梯
室内游乐场中的滑梯有众多类型和款式,有直滑梯、旋转滑梯、螺旋全筒滑梯还有单个的小型组合滑梯。
彩虹网
由五彩的三股实心绳编织而成的,可以在上边肆意爬、滚、蹦、跳、滑等等。
网笼
网笼是体能训练类的游乐项目,它可以和彩虹网组合在一起,也可以和滑梯搭配使用。
海洋球
它可以和滑梯、魔鬼滑梯、智勇大冲关、彩虹网等游乐设备搭配使用。
旋转杯
关键词:儿童游乐设施;设计定位;设计因素
随着我国经济的提高,游乐设施行业也有了长足的发展。随着人们生活水平的提高,对游乐设施更加新奇、刺激的感觉也有了更高的要求,同时儿童游乐设施也是广大市民所关注的对象。儿童游乐设施对于儿童的健康成长有很大的帮助,可以帮助儿童开发运动的技巧、增强协调感和平衡感、激发潜能、锻炼体能、提高整体素质。通过游乐设施的应用,儿童可以在玩耍中学会认识事物的经验,适应现实生活,学会如何解决疑难问题,培养应对困难的能力。儿童游乐设施可以通过简单的游戏激发孩子全面潜能。目前儿童游乐设施的设计中机械运转比较多,儿童自然游玩于自然中的非常少[1]。在很多的游乐园中,很多儿童在儿童游乐设施上做着各种俯冲、起伏、旋转等动作,儿童在做这些动作中大多都是被动的,只是在感受游乐设施带来的被动感觉,而没有产生由于自己的行为所带来乐趣,也没有去激发设计原有的可获得性。因此儿童游乐设施的设计应该从不同年龄段的儿童心理、生理和社会性特点进行推广和提倡。
1 儿童游乐设施的发展分析
儿童游乐设施最注重的就是材料,对于材料应该应用安全而接近的材料。目前,儿童游乐设施设计中应用木制材料较多,木制材料取材方便、天然无毒还可以根据设计需要自由组合,其对于大龄儿童比较容易损坏。应用较多的还有橡胶合成材料,材料可塑性强,这样设计的种类繁多,色彩丰富,也可以根据设计的需要自由组合,但是其不利于回收,容易褪色、脱胶。混凝土在设计中也应用较多,它可用于大型游乐设施的建造和塑形,但是其制造比较粗糙,不适合儿童游乐设施的应用,其安全性也比较差[2]。金属类的材质应用也比较多,比较坚固耐用,表面也比较处理,也可以根据设计自由多变,易于装配,但是对于连接部件或者接口部位危险性比较大,坚硬质地的材料对儿童伤害比较大。儿童游乐设施的设计对于色彩的设计也比较注重,儿童对于色彩是极其敏感的,变化多端和鲜艳的色彩对儿童影响比较大,因此不同类型的设备在设计中都应该注重色彩的搭配和选择。色彩的设计效果起到增进儿童的游戏乐趣,促进儿童想象力,增强儿童的认知水平。儿童游乐设施的造型设计对儿童的影响比较大,儿童可以在造型中形成对事物的认知性,提高儿童对现实生活的认识,当然复杂和古怪的造型也会使儿童对设备造型上臆断,带来反面效果[3]。
2 儿童游乐设施的设计因素
对于儿童游乐设施的设计必须了解儿童成长的需要问题,设计应该能够满足儿童年龄段覆盖人群范围。对于学龄儿童要根据其性格特点、身体发展来定位,主要考虑体格的发育和增强活动能力,在设计中着重考虑眼手互动,注重色彩丰富及动感图文,这样可以让儿童在游戏中获得自我意识。对于儿童游乐设施的设计还应该考虑思维的意识形成,儿童一般掌握的是直观的表面特征,慢慢思维具备抽象逻辑特征,因此在设计中也应该有的放矢,将这些考虑进去。对于学龄期儿童活动量大,独立性强,这些都是考虑因素[4]。
儿童游乐设施的选材非常重要,大多以塑料和塑料为主,设计中还会搭配天然材料,金属材料在使用中能表现出来机械性能,可以根据设计加工制作出所要求的工艺性能,金属材料多是由金属和金属合金[5]。塑料多是具有透明性并光泽性比较好,着色比较坚固,不易变色,耐冲击、震动、强度高、绝缘性好,热物理性能好,加工成型后,加热不会软化。在材料中玻璃钢应用也比较多,玻璃钢有很高的机械强度,质量比较轻,属于高数量、高强度的复合材料,抗弯、抗压、抗疲劳、耐烧融等性能[6]。
儿童游乐设施的造型很多都是以自然界中的植物、人、动物为主,儿童对自然界中的事物都是充满好奇心,设计中加入自然元素必定能够吸引儿童的眼球,得到儿童的喜爱。设计中加入纯几何形态造型也能够引起儿童的注意力,这种造型容易组合,设计完毕后可通过不同的整合方法产生不同的游戏效果,这种设计不会使得单一固定的游戏方式而使得儿童失去兴趣。设计一般都是由形态和色彩组成,色彩对人的情感、感觉有着很大的影响,产品造型的特质及所包含的直接传达方式多半是由色彩来完成的。根据心理学研究,儿童在逐步成长的过程中,色彩所产生的生理影响也逐步改变,研究表明,儿童大多是喜欢鲜艳的颜色,随着年龄增长,他们理解语言的能力和色彩的认知能力也在迅速发展。在设计中,应该由色彩的统一要素来决定色彩调配,配色需要一个比较明显的色调来控制,这样效果会表现出完整、鲜明的色彩特感,对于儿童,这也是很容易给他们留下深刻的视觉效果。色彩的外在要素少了,应该要求选用更准确,单纯化的色彩设计更能突出色彩的感觉,从而强化色彩语言,更容易吸引儿童眼球[7]。
儿童游乐设施的设计不单单是秋千、翘板,设备的功能完整的同时,要有故事性,也应该由故事的过程和先后性,这样游乐设施不单单是一个玩具,可以是一个富有故事性的塑造体。近年来,儿童文化色彩更加丰富,很多形象人物的流行,比如小魔仙、白雪公主等等都出现在设计的文化中,因此游乐设施的儿童故事性设计在市场上更具有竞争力。作为国内的游乐设施设计,我们应该从五千年的文化史中寻找吸引儿童的历史故事,这些设计都需要我们去发掘和创新[8]。儿童通过游乐儿设施游戏能够娱乐、锻炼,还能体会到特殊的文化底蕴,可以增长知识还可以愉悦身心,在设计中应该体会出中国文化的风格,设计中要有丰富的生活体会和知识积累,还要对中国文化的形态在其中展现,在这些中展现更多的形态和语态作为设计元素。
3 儿童游乐设施设计方向分析
儿童游乐设施随着科技发展,国民生活水平提高会有更高的发展,会越来越贴近儿童喜好,会越来越锻炼儿童的整体素质。儿童游乐设施的设计发展会向着简单化发展,突出其功能性,全面性,完整性,从根本上突出儿童的所追求的乐趣。儿童游乐设施的设计也会随着科技的发展变得更加信息化和高科技化,更加能够激发出儿童的潜能,引导儿童对事物的认识和对科学的向往。儿童游乐设施也会向着自己动手和互动式的方向发展。
4 结束语
(1)分析了当前儿童游乐设施的发展方向及所用材料的要求。(2)从儿童游乐设施发展方向和材料要求的分析出发分析了儿童游乐设施设计中主要考虑因素。(3)对设计中的色彩、定位对象、注意事项材料选择、文化故事设计等方面进行了详细的描述,从而提出设计中应该注重的元素。(4)随着社会的发展,儿童游乐设施的设计也在逐步向着更信息化、科技化的方向发展,对设计的工艺技术要求也更高,因此我们应该研究出更能适宜儿童成长与发展的儿童游乐设施,促进市场的完善与儿童心身的培养。
参考文献
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[4]仙田满,候锦雄.儿童游戏环境设计[J].田园城市文化事业有限公司,1996.
[5]张奇.儿童审美心理学发展与教育[M].北京:北京师范大学出版社,2000.
[6]张若筠.欧洲儿童游戏场的安全特色[J].新建筑,1997.
[7]顾梅英.游乐设施行业的现状及发展[J].起重运输机械,2009(2).
[8]袁化临,胡福静.游艺机的安全及管理对策探讨[J].安全与环境学报,2001(5).
Analysis the cons of different grounding types of large ridesdistribution systems,determinesuitable forgroundingtype of large ridesdistribution system.
关键词:大型游乐设施配电系统接地型式
largeridesdistribution systemgrounding types
中图分类号:TN827文献标识码: A
概述
低压配电系统的接地型式依据《交流电气装置的接地设计规范》GB50065-2011可分为IT系统、TT系统和TN系统,而TN系统又可分为TN-S系统、TN-C-S系统、TN-C系统。笔者结合日常工作,发现已使用的大型游乐设施的接地型式有TT系统、 TN-S系统、TN-C-S系统和TN-C系统。本文通过对大型游乐设施配电系统应用不同接地型式的利弊进行分析和比较,提出符合我国目前大型游乐设施配电系统的接地型式,现将个人的点滴体会与大家交流,以供参考。
一、IT 接地系统的利弊分析
系统的电源不接地或通过阻抗接地,电气设备的外壳可直接接地或通过保护线接至单独接地体。如图 1 。
图1 IT系统
优点:运用 IT 方式供电系统,由于电源中性点不接地,相对接地装置基本没有电压。电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏时,单相对地漏电流较小,不会破坏电源电压的平衡,一定条件下比电源中性点接地的系统供电可靠; IT 方式供电系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好。
缺点:如果供电距离很长时运用 IT 方式供电,从图1 可见,电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时,由于供电线路对大地的分布电容会产生电容电流,此电流经大地可形成回路,电气设备外露导电部分也会形成危险的接触电压。
二、TT 接地系统的利弊分析
本系统是指,电力系统中性点直接接地,电气设备外露导电部分与大地直接联接,而与系统如何接地无关。专用保护线(PE线)和工作中性线(N线)分开,PE线与N线没有电的联系。正常运行时,PE线没有电流,N线可以有电流。在 TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地,如图 2。
图 2 TT系统
优点:1、TT系统由于接地装置就在设备附近,因此PE线断线的几率小,且容易被发现。
2、TT系统设备在正常运行时外壳不带电、故障时外壳高电位不会沿PE线传递至全系统。因此,TT系统在适用于对电压敏感的数据处理设备及精密电子设备进行供电;在爆炸与火灾危险性场所等有优势。
3、TT 系统适用于接地保护占很分散的地方。
缺点:1、当电气设备的金属外壳带电(相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电)时,由于有接地保护,可以大大减少触电的危险性。但是,低压断路器(自动开关)不一定能跳闸,造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压,属于危险电压。
2、当漏电电流比较小时,即使有熔断器也不一定能熔断,所以还需要漏电保护器作保护,困此 TT 系统难以推广。
3、TT 系统接地装置耗用钢材多,而且难以回收、费工时、费料。
三、TN接地系统的利弊分析
TN 方式供电系统是将电气设备的外露导电部分与工作中性线相接的保护系统,称作接零保护系统,用 TN 表示。它的特点如下:
1)当电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时,实际上就是单相对地短路故障,理想状态下电源侧熔断器会熔断,低压断路器会立即跳闸使故障设备断电,产生危险接触电压的时间较短,比较安全。
2) TN 系统节省材料、工时,应用广泛。
1、TN-C 方式供电系统
本系统中,保护线与中性线合二为一,称为PEN线。如图 3。
图 3 TN-C系统
优点:TN-C方案易于实现,节省了一根导线,且保护电器可节省一极,降低设备的初期投资费用;发生接地短路故障时,故障电流大,可采用一过流保护电器瞬时切断电源,保证人员生命和财产安全。
缺点:线路中有单相负荷,或三相负荷不平衡,及电网中有谐波电流时,由于PEN中有电流,电气设备的外壳和线路金属套管间有压降,对敏感性电子设备不利;PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸;PEN线断线或相线对地短路时,会呈现相当高的对地故障电压,可能扩大事故范围;TN-C系统电源处上使用漏电保护器时,接地点后工作中性线不得重复接地,否则无法可靠供电。
2、TN-S 方式供电系统
本系统中,保护线(PE)和中性线(N)严格分开,称作 TN-S 供电系统。如图4。
图 4 TN-S系统
优点:正常时即使工作中性线上有不平衡电流,专用保护线上也不会有电流。适用于数据处理和精密电子仪器设备,也可用于爆炸危险场合;民用建筑中,家用电器大都有单独接地触点的插头,采用TN-S系统,既方便,又安全;如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小,需采用剩余电流保护装置对人身安全和设备进行保护,防止火灾危险;TN-S 系统供电干线上也可以安装漏电保护器,前提是工作中性线N线不得有重复接地。专用保护线PE 线可重复接地,但不可接入漏电开关。
缺点:由于增加了中性线,初期投资较高; TN-S系统相对地短路时,对地故障电压较高。
3、TN-C-S 方式供电系统
本系统是指,如果前部分是 TN-C方式供电,但为考虑安全供电,二级配电箱出口处,分别引出 PE 线及N线,即在系统后部分二级配电箱后采用 TN-S 方式供电,这种系统总称为 TN-C-S 供电系统。如图5。
图 5 TN-C-S系统
优点:(1) TN-C-S 系统可以降低电动机外壳对地的电压,然而又不能完全消除这个电压,这个电压的大小取决于负载不平衡的情况及线路的长度。要求负载不平衡电流不能太大,而且在 PE 线上应作重复接地。
(2)PE 线在任何情况下都不能进入漏电保护器,因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。
(3)对 PE 线除了在总箱处必须和 N 线相接以外,其他各分箱处均不得把 N 线和 PE 线相联, PE 线上不许安装开关和熔断器。
缺点:三相负载严重不平衡时,后部PE线上电气设备的外壳会有接触电压产生。
四、大型游乐设施低压配电系统接地型式选用分析
从上述各低压配电系统接地型式的分析情况来看,因IT 方式供电系统和TT 供电系统,在供电低压线路上使用时,当线路发生故障,用电设备会产生危险电压,对人身的安全有危险性,又大型游乐设施是与人员接触频繁的机电设备,所以不建议使用。又TN-C系统有线路中有单相负荷,或三相负荷不平衡,及电网中有谐波电流时,对敏感性电子设备不利的缺陷,而大型游乐设施多数有敏感性电子设备,同样不建议使用。而TN-S 系统能够满足大型游乐设施的安全和使用要求。除非三相负荷严重不平衡情况,TN-C- S系统也能够满足大型游乐设施的安全和使用要求。
五、游乐设施相关法规和标准中存在的问题
1、《游乐设施监督检验规程(试行)》(以下简称“检验规程”)第7.1条规定“低压供电系统的接地形式应采用TN-S系统。”。7.2 “电气设备金属外壳等必须可靠接地,低压配电系统保护接地电阻应不大于10Ω。”。
2、《游乐设施安全规范》(GB8408-2008 )(以下简称“GB8408”)第6.6.1规定“低压配电系统的接地型式应采用TN-S系统或TN-C-S系统。”。第6.6.2 规定“电气设备中正常情况下不带电的金属外壳、金属管槽、电缆金属保护层、互感器二次回路等必须与电源线的地线(PE)可靠连接,低压配电系统保护重复接地电阻应不大于10Ω。接地装置的设计和施工应符合GBJ65、GB50169的规定。”
3、《游乐设施安全技术监察规程(试行)》(以下简称“监察规程”)第十三条(二) 规定“游乐设施的低压配电系统的接地型式应采用TN-S系统;电气设备金属外壳及不带电金属结构等必须可靠接地;低压配电系统的保护重复接地电阻不大于10Ω;接地装置的设计和施工应符合《工业与民用电力装置的接地设计规范》(GBJ65)、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB50169)的规定;带电回路与地之间的绝缘电阻应不小于1MΩ”。
通过对上述标准和规程进行比较和分析,不难发现以下问题。
1)“检验规程”、“GB8408”和“监察规程”对低压供电系统的接地型式要求不一致,制造和安装单位按照“GB8408”的要求,设计和安装采用TN-C-S低压供电系统的接地型式,而检验机构和监察机构按照“检验规程”和“监察规程”进行检验和监察,只有“TN-S系统”才符合要求。
由《电气安全名词术语》(GB 4776-84)和《交流电气装置的接地设计规范》(GB50065-2011)知“TN-S系统”和“TN-C-S系统”的接地形式应为“工作接地”和“重复接地”,而无“保护接地”和“保护重复接地”的提法,让相关工作人员无所适从。
结语
通过本文的分析,对于大型游乐设施采用何种接地保护系统是可以根据现场的供电条件、电气装置的特性和运行条件因素进行选择。从设备安全角度和安全检验角度因素考虑,可优先选用TN-S 系统,在三相负荷无严重不平衡的情况下,可以选用TN-C- S系统。
参考文献
《游乐设施安全规范》(GB8408-2008)
《交流电气装置的接地设计规范》(GB50065-2011)
《电气安全名词术语》(GB 4776-84)
《游乐设施监督检验规程(试行)》
关键词:大型游乐设施;设备现状;安全运营
中图分类号:F592 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)21-0161-04
1 概述
大型游乐设施是向公众开放运营的特种设备,且乘客绝大多数为青少年和儿童,一旦发生事故,会造成人们生命危险和财产的损失,造成很大的社会影响。通过调查分析本市在用大型游乐设施的设备现状,为进一步对本市大型游乐设施实施有重点的有效监控,更好地保障本市大型游乐设施安全运营提供帮助。
2 上海市大型游乐设施的现状
2.1 全市大型游乐设施的设备现状
上海目前拥有大型游乐设施292台套,其中A级设备44台/套,B级设备135台套,C级设备113台/套,分布于本市16个区(县),其中A级44台/套设备由中国特种设备检测研究院承担检验。本文对我院承担检验的B、C级248台/套设备进行了汇总统计(截至2011年12月)。
2.2 全市大型游乐设施的运营现状
随着经济体制改革的不断深入,本市游乐设施的经营体制同样发生了较大的变化。在经营体制上,目前大致有以下6种经营方式:国有企业单位经营管理;国有企业单位管理,由本单位职工承担经营;国有企业单位管理,由外来人员承担经营;外来人员租赁场地自购设备经营;嘉年华模式的临时经营;其他形式的经营。
2.3 本市大型游乐设施监管与检验的现状
自国家将大型游乐设施纳入特种设备范围实施监管以来,按照国家对大型游乐设施安全监管的要求,目前上海对大型游乐设施的安全监察已形成市区二级监察的纵向体系。
对本市大型游乐设施B、C级设备的监督检验,由经国务院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构依法开展验检。经过这些年的努力,已形成全市的监检网络体系,为维护全市大型游乐设施的安全运营,为保障游客的生命安全与财产不受损失发挥了重要作用。
3 本市在用大型游乐设施B、C级设备运行时间状况统计
大型游乐设施B、C级设备的使用年限与设备的安全息相关。本章依据国家对大型游乐设施使用年限的相关规定对本市在用大型游乐设施B、C级设备的使用年限进行了划分归类和统计分析,从而客观反映本市在用大型游乐设施B、C级设备使用年限的状况,为寻找监控重点,为政府部门实施有重点的有效监控提供分析研究的资料。
3.1 设备运行时间与设备安全性的简介
随着设备零部件的磨损和设备的不断老化,其潜在客观存在的危险与不安全因素会逐渐增大。我们可以运用设备零部件磨损和设备故障率的原理来进行分析。
3.1.1 零部件磨损。一般机械零部件的正常磨损过程可分为三个阶段,见图1:
(1)磨合阶段。新设备安装完毕进入运行阶段。该阶段零部件表面实际接触面小,磨合开始时,磨损十分迅速,所以磨损量大,其曲线的斜率很大。随着表面粗糙度的逐渐被磨平,实际接触面增大,磨损率逐渐降低,当达到某一程度后趋向稳定。
(2)稳定磨损阶段。这一阶段是设备正常工作阶段。经磨合后,磨损缓慢稳定,代表这一阶段的ab曲线的斜率就是磨损的速度。当接近t2时,由于金属疲劳的原故,接近疲劳极限,磨损相对加快,设备则要强制检修,以防因磨损过度造成故障或机械事故。
(3)剧烈磨损阶段。由于金属表面基本达到疲劳极限,磨损条件发生变化(间隙增大、温度升高、表面金属组织发生明显变化等),磨损速度急剧增加,机械效率下降,产生异常噪音及振动。最终导致零件失效,必须进行维修。
3.1.2 设备故障率。设备的故障率,即设备在运行过程中所发生故障的概率。一台设备从安装投入运行直至使用到报废,其故障率是不同的,通常要分三个阶段,见图2:
(1)装配调试阶段。设备在装配调试阶段,因其零部件的装配中的误差调整、配合调整等,刚装配完的设备其故障率发生的斜率较高,随着调试校正,故障率急剧下降至一个相对稳定的状态,这阶段通常发生在制造厂家内。
(2)稳定运行阶段。经调试后运行的设备在这个阶段设备故障发生的频率较低,处在一个相对稳定的运行阶段。随着时间的推移,当设备运行到t2段时,设备将要进入老化阶段。在这稳定阶段,如能做好设备维护保养工作,可相对延长稳定运行阶段(t1-t2)的时间,增加设备的使用寿命。
(3)设备老化阶段。由于这阶段的设备的材料磨损、疲劳等原因造成设备零部件配合间隙增大、部分零部件失效、设备运行时温度升高加剧等,设备的故障率明显上升,此时必须对设备进行强制性维修,否则发生事故的几率是很高的。
3.2 国家与地方对于设备使用年限的相关规定
国家质检总局近期已对2000年以前出厂的老旧游乐设备管理提出相关要求,在质检特函[2012]10号《关于2011年大型游乐设施事故情况的通报》中提到运营使用单位应开展对老旧设备的全面检查、维修,特别是2000年以前出厂的设备,在重大维修或改造工作中,应使设备满足现行安全技术规范、标准的相关要求,提高设备的安全水平。我市也对老旧游乐设备管理有明确规定,在《上海市大型游乐设施运营安全管理办法》第二十四条提到,超过设计使用年限的大型游乐设施,需要继续使用的,运营单位应当委托具备大型游乐设施相应制造资格的单位进行安全评价,确定继续使用的条件和期限,并报所在地的区县质量监督行政管理管理部门备案。
3.3 设备使用年限的归类依据
GB8408-2008《游乐设施安全规范》中规定:“游乐设施设计应规定其整机及主要部件使用寿命。整机使用寿命不小于23000h。”假设整机设计使用寿命为23000h,以平均每天运行7~8小时估算,设备使用年限约为8年。而目前本市新装的游乐设施设计使用寿命一般为8年。因此,使用年限超过8年的设备危险性最高,故在统计分析时我们将这些2004年以前制造的设备划归为一类。
根据国家对大型游乐设施分级管理的有关规定,B级设备须有设计审查报告和型式试验报告,C级设备须有型式试验报告。而在2007年之前,这条规定的执行有不够完善的情况。故我们将此种存在先天不足情况并在使用寿命期内的设备(2004~2006年制造的设备)划归为一类。
2006年国家对大型游乐设施制造单位资质评审,严格规定了制造许可明细目录的产品:B级以上必须有设计审查报告和型式试验报告,C级产品必须有型式实验报告。自2006年起制造厂家所提供的产品均有此报告。因此我们将2007~2011年制造的设备划归为一类。
3.4 本市各区(县)大型游乐设施B、C级设备按制造日期划分归类后的分布情况
全市各区(县)大型游乐设施B、C级设备按制造日期划分归类后的分布情况如表1所示。
从表1的统计情况表明:全市游乐设施正在更新换代,近五年生产的游乐设施达到141台/套,约占57%,不过与此同时仍存在不少老、旧设备。其中2004~2006年生产的有61台/套,约占25%;1984~2003年生产的有46台/套,约
占18%。
3.5 设备占有量排名前八位区(县)的B、C级设备分布排名情况
在对设备使用年限分布情况统计分析的基础上,我们再对设备占有量排名前八位的区(县)按设备制造日期对其所拥有的设备进行分类、统计和排序,如表2和表3所示。
从表2和表3中可以清晰地反映设备占有量排名前八位区(县)中大型游乐设施B、C级设备按制造日期归类后的分布情况。从各区(县)拥有的1984~2003年制造的B、C级设备在本区内所占比例上比较,闵行区所占比例最高,约占56%;从各区(县)拥有的1984~2003年制造的B、C级设备数量上比较,闵行区最多,有18台/套。从各区(县)拥有的2004~2006年制造的B、C级设备在本区内所占比例上比较,长宁区所占比例最高,约占50%;从各区(县)拥有的2004~2006年制造的B、C级设备数量上比较,奉贤区最多,有8台/套。再将制造日期为1984~2003年的设备和制造日期为2004~2006年的设备划并为一类,对设备占有量排名前八位的区(县)所拥有的设备进行统计和排序,如表4所示。
从表4可知,对于制造日期为1984~2006年的B、C级设备,从这些设备在本区内占比例上比较,闵行区所占比例最高,约占63%,其余依次为长宁区,约占57%;宝山区,约占52%;奉贤区,约占42%;杨浦区,约占38.1%;浦东新区,约占37.5%;虹口区,约占30%;松江区,约占19%。从各区(县)拥有的1984~2006年制造的B、C级设备数量上比较,闵行区最多,有20台/套,其余依次为浦东新区和宝山区,各有12台/套;长宁区、杨浦区和奉贤区,各有8台/套;虹口区,有6台/套;松江区,有5台/套。
通过上述一系列统计分析的作用是:(1)从全市的角度出发,综合考虑各区县拥有的制造日期为1984~2003年和2004~2006年的B、C级设备,能清楚地显示出大型游乐设施B、C级设备可能存在风险较大的区域是闵行区、长宁区、宝山区、奉贤区、杨浦区和浦东新区,这六个区拥有的1984~2006年制造的B、C级设备共有68台/套,约占全市107台/套1984~2006年制造的B、C级设备的64%,为下一步确定重点监控方法提供依据。(2)较为详细地反映各区设备按使用年限的分布情况与可能存在的风险,为各区下阶段的进一步分析、监控提供资料。
3.6 从设备使用年限分析全市大型游乐设施B、C级设备的安全状况
根据对本市在用大型游乐设施B、C级设备使用年限的统计可知,在全市拥有的248台/套B、C级大型游乐设施中,制造日期在2004年之前的有46台/套,制造日期在2004~2006年之间的有61台/套,总共有107台/套,占总量的43%。制造日期在2004年之前的B、C级大型游乐设施,设备使用时间已超过八年,基本已超过设备设计使用寿命。对照图1与图2,这些设备目前的境况均在两张图中的t2右边位置,即零部件剧烈磨损和设备老化阶段。制造日期在2004~2006年之间的B、C级大型游乐设施,设备使用时间已超过五年,对照图1与图2,这些设备目前的境况均在两张图中的t1和t2之间靠近t2的位置,即由零部件稳定磨损、设备稳定运行向零部件剧烈磨损、设备老化过渡的阶段。我们不难发现,全市大型游乐设施B、C级设备中接近一半的设备由于设备老化其故障率正随着时间的推移迅速增高,运行可靠性相对较低,需要格外重视。同时,在2007年之前,对“B级设备须有设计审查报告和型式试验报告,C级设备须有型式试验报告”这条规定的执行有不够完善的情况而造成的制造质量“先天不足”以及运营维护不够到位而造成的“后天失调”等原因,更加大了这些设备运营中的风险,一旦事故发生,后果严重,社会影响恶劣。
由此,全市大型游乐设施监管形势是相当严峻的。如能将这些相对危险性较大的2007年之前制造的设备得到有效监管,使之处于有效地监控下的话,对保障本市游乐设施安全运营有很大帮助,为下一步的重点监控提出了方向。
4 上述各种分析方法的作用与意义
从各区(县)的角度出发,同样可以采用此种分析排队的方法,确定本区(县)内的重点运营单位次重点运营单位和一般运营单位并以此为基础进行分级监管,采取不同的监察深度与次数,加大对重点运营单位和重点设备的监察频度。
(1)可以解决大型游乐设施日常安全检查中存在的检查周期冗长、内容繁多的局面。
(2)合理调配监察力量,对确定的重点对象有计划地增加安全监察和检查的次数与深度。
(3)能有效地把握安全检查的重点,及时掌握动态。
(4)能培养出一支有专业技术素养的安全监察队伍。
对于各运营单位,也可以采用此种分析排队的方法,确定本运营单体内的重点设备次重点设备和一般设备并付诸于不同的管理措施。
(1)帮助运营单位对设备可能存在的风险进行评估,找出该单位内存在的主要风险,发现潜在的危险,使运营单位大安全管理迈上新的台阶。
(2)运营单位对确定的重点监控设备采取有效地监控措施,使这些可能存在的较大风险的设备的运行能得到有效控制。
(3)使运营单位在原有管理的基础上,对本单位内的设备所存在的风险有进一步的认识,并采取重点设备重点管理的办法,加以自我重点监控。
5 结语
游乐设施安全运营事关乘客安全,事关社会的和谐与安定。在新形势下,应充分认识当前全市大型游乐设施运营安全监管的严峻形势,进一步采取针对性的措施,加强对大型游乐设施的监管力度,加大对重点区域重点类别的设备的监察频度,开创出全市大型游乐设施安全监管、安全运营的新局面。
参考文献
[1] 沈勇.游乐设施作业与管理[M].北京:学苑出版社,2003.
Abstract: In the large-scale amusement facilities, the pin parts and the weld as the core metal connector, carry a large load, and play a key role in connection, so they are directly related to personal and equipment safety. In the annual periodic inspection process, the required requirements of the amusement facilities axis, pin requirements are not less than 20% of the nondestructive testing, and conventional non-destructive testing methods can only detect the existing macroscopic defects. In this paper, the application of conventional nondestructive testing technology in recreational facilities is discussed. It is proposed that magnetic memory detection technology can play an early warning role in the defects of metal parts of recreational facilities. The magnetic memory signal gradient K can characterize the defects of 45 steel defects, which, to a certain extent, make up for the conventional non-destructive testing methods can not detect the shaft of the internal stress concentration area defects such as the early form of deficiencies.
关键词:游乐设施;无损检测;磁记忆;应力集中;预报
Key words: recreational facilities;nondestructive testing;magnetic memory;stress concentration;prediction
中图分类号:X941 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)11-0131-03
1 研究背景
社会经济的快速发展使人们对生活品质的追求也越来越高,由于大型游乐设施能够满足人们的感官刺激和冒险心理,相应的主题公园正在蓬勃发展,并呈现出高空、高速、高刺激的发展趋势。大型游乐设施在给人们提供精神和身体上享受的同时,也存在一定的风险,在其运行过程中摆动幅度大、速度快、惯性大、涉及范围广,一旦设备失控或者安全防护措施不到位,将会造成严重的人员伤亡和财产损失。大量事故案例表明,由于大型游乐设施公共性强的特点,极易造成社会恐慌并引起广泛关注。
由于游乐设施自身运行特点,部分可能产生相对运动的金属部件,其应力集中区在交变载荷的作用下最容易发生断裂。根据经验,金属部件在承受交变载荷时,即使载荷的大小处于弹性范围之内也会产生疲劳断裂。疲劳断裂是一种突况,带来的危险不言而喻。在工程际中,我们更希望对游乐设施重要的金属部件将要发生疲劳破坏的位置进行提前预判,而并非是发生破坏后再进行分析。
2 游乐设施无损检测技术要求
GB8408-2008中给出了游乐设施制造和安装过程中无损检测的具体要求。
①涉及到人身安全的重要的轴、销轴,应进行100%的超声波与磁粉或渗透探伤。涉及到人身安全的重要焊缝,应进行100%的磁粉或渗透探伤。超声波探伤方法和质量评定按GB/T4162有关规定执行,检验质量等级不低于A级。厚度大于250mm的零件超声波检验方法和质量评定按GB/T6402有关规定执行,检验质量等级不低于2级。②磁粉探伤方法与质量评定按NB/T47013.4有关规定执行,检验质量等级不低于III级。渗透探伤方法与质量评定按NB/T47013.5有关规定执行,检验质量等级不低于III级。③有必要进行焊缝射线探伤的,其探伤方法与质量评定按JB/T4730有关规定执行,检验质量等级不低于II级[1]。
按照游乐设施监督检验规程(试行)和通用技术条件的相关要求,滑行车的车轮轴、立轴、水平轴、车辆连接器的销轴、陀螺转盘油缸、吊厢等处的销轴、飞行塔吊舱吊挂轴、赛车车轮轴、自控飞机大臂、油缸、座舱处的销轴、观览车吊舱吊挂轴、单轨列车联接器销轴等每年应进行不低于20%的超声波与磁粉(或渗透)探伤。转马中心支撑轴、旋转座舱立轴和曲柄轴、陀螺转盘主轴及大臂、飞行塔主轴、自控飞机主轴、规矩不小于600mm的小火车车轮、连接器等重要轴、销轴及水上游乐设施的重要零部件至少在大修时应探伤[2]。
3 无损检测技术在游乐设施中的应用
射线检测在游乐设施定期检验中不作要求。只有对滑行车类游艺机,当滑行车类游艺机的车速不小于50km/h时,必要时需对轨道对接焊缝进行射线探伤。滑行车类游艺机的轨道一般采用钢管或者工字钢,壁厚较小,常规的射线探伤即可满足要求[3],得到合格的底片就可以对缺陷进行定性和定量。
超声检测主要是应用于游乐设施中直径大于Φ12的重要轴和销轴,在制造或安装过程中要进行100%的超声探伤,定期检验要求进行不低于20%抽检,超声波探伤方法和质量评定按GB/T4162有关规定执行,检验质量等级不低于A级。脉冲反射波形中包含着缺陷位置和大小等信息,该方法对裂纹缺陷较为敏感。
磁粉检测首先要对被检部件表面进行预处理,通过一个外加磁场将工件磁化,然后观察磁粉在外加磁场作用下的磁痕,缺陷的信息通过磁痕可以直观的显示出来,易于辨认。但磁粉检测方法容易受工件结构形状、材质等方面的制约[4]。游乐设施的焊缝以及金属零部件不允许出现超标裂纹,在检验过程中应对被检部件进行90°方向的交叉磁化检测,以降低漏检率。
渗透检测前一般必须对被检部件进行清洁和干燥处理,表面不得有影响渗透效果的铁锈及各种防护层等。检验程序一般分为清洗、渗透、去除、干燥、显像。从某种程度上说,渗透检测是作为磁粉检测的辅助检测手段,即在某些情况下,由于材料或其结构形状等原因,有些部位不利于磁粉检测和其他检测方法有效进行,那么渗透检测法便派上用场。
上述四大类常规无损检测方法是目前游乐设施检验检测中最常用的检测方法,其技术成熟,操作较为简单方便快捷。但是,它们却有共同的不足点,即只能检测出已经存在的宏观缺陷,对检测出部件的应力集中区――缺陷成型的早期形态显得无能为力。
4 磁记忆检测技术在游乐设施检验中的应用
20世纪末,俄罗斯学者杜波夫提出了一种新的无损检测方法――金属磁记忆检测法。金属磁记忆检测法的原理是在地磁场环境下,当外载荷作用于构件上时,构件内部的应力集中区会在磁机械效应的作用下使磁畴结构产生定向移动和不可逆的重新取向,表现为在构件表面形成漏磁场,载荷卸去后漏磁场不会消失,且这种溢出工件表面的漏磁场强度与内部应力有关,且大于地磁场,因此可以通过分析构件表面的漏磁场得到构件内部的应力和变形情况。对于应力集中区域往往是缺陷产生前的征兆,当可以对应力集中区或者缺陷的发展进行准确判定时,便可以认为该检测方法具有A报作用。金属磁记忆检测恰恰具有这种预报作用,这也是它的突出优点。
试验采用应用广泛的游乐设施销轴用45钢,作为一种经济、安全、实用的游乐设施轴、销轴用钢,目前在我国大型游乐设施制造领域里用途较广,用量较大。45钢其屈服强度为355MPa,抗拉强度为600MPa。试验采用45钢标准试件,扫描长度200mm,在中心部位提前预制了裂纹缺陷,模拟应力集中区。在WI-60万能材料试验机上加载载荷从0kN到15kN,以5kN的幅度递增,当加载到指定载荷后保持载荷不变持续3分钟。为了减少夹头磁性对试验结果的影响,本试验检测时取下试件进行离线测量,即拉伸到预定载荷并保持到预定时间,然后卸载,记录各级载荷下试件表面垂直焊缝方向的磁记忆信号。每次测量试件磁信号的位置和检测方向保持一致,一次测量完毕之后,把试件重新安装到拉伸机上进行下一次加载,为了保证试验结果的准确性,试件在拉伸机上应重复上一次的摆放位置。
试件表面磁记忆信号梯度值K为相邻两测点间的Hp(y)之差与两测点间距离Δx的比值,其计算公式可表示为:45钢在拉伸试验过程中,试件表面磁记忆信号的梯度值分布如图1所示。由图1可以看出,在试件预制缺陷处,即扫描线的中心部位,梯度曲线出现了大幅度凸起,达到了极大值,由此可见,磁记忆信号梯度值这一特征量可以用来表明45钢缺陷的位置。在拉伸试验前,试件的梯度值在缺陷位置出现了突变现象,极大值大约为8。不难发现,随着拉伸载荷的增大,Kmax整体上是呈上升趋势。在45钢的弹性阶段,即0-10kN期间,Kmax变化范围为8-25左右,Kmax是随着拉伸载荷的增大而提高,但提高的幅度不是很大。当进入屈服阶段,即拉伸载荷有10kN渐变为15kN,梯度极大值Kmax激增到60左右。因而,根据梯度极大值Kmax的变化情况我们可以判断试件内部的一个应力水平。
金属磁记忆检测技术具有较强的灵敏度,其结果方便检测人员观察,所以在平时的游乐设施检验过程中确定部件表面甚至是内部的应力集中区是方便快捷的。更重要的是,磁记忆检测技术作为一种全新的无损探伤方法,它直接向着实现准确判定金属部件的早期缺陷的方向发展,与其他无损检测方法比较,总结出了磁记忆检测技术的四个特点:①地球所产生的天然地磁场就能够满足金属磁记忆检测所需的磁场条件,这就省去了游乐设施检验过程中磁化部件这一道工序;②磁记忆检测可以适应各种条件下的工件,工件表面状态对检测结果影响不大,因此我们就可以在游乐设施原有状态下直接检测,不需要过多的预处理,这就方便了对再役游乐设施的检验检测;③检测结果直观,方便观察定性;④检测设备便于携带,检测速度较快。设备操作简便,显示直观[5]。
5 结论
①大型游乐设施公共性强,出现任何性质的事故都会造成社会恐慌并引起广泛关注。因此迫切需要找到一种可以提前预判游乐设施金属构件缺陷部位的检验方法。②无损检测技术在确保游乐设施制造安装质量和使用过程中的安全运行扮演着重要角色,然而常规的无损检测只能检测出已经存在的宏观缺陷。金属磁记忆检测技术作为一种新兴的无损检测方法,可以对游乐设施金属部件缺陷起到早期预报和在线监测的作用,弥补了常规无损检测方法无法探伤轴的内部应力集中区等缺陷早期形态的不足。③利用磁记忆信号梯度值这一特征量可以表征45钢缺陷的部位,通过分析梯度极大值Kmax的变化情况可以初步判断出45钢试件内部的应力集中程度。
参考文献:
[1]GB8408-2008,游乐设施安全规范[S].2008.
[2]国质检锅[2002]24号,游乐设施监督检验规程(试行)[Z].2002.
[3]沈功田,姚泽华,吴彦.游乐设施的无损检测技术[J].无损检测,2006,28(12):652-654.