海盗船的典型问题分析与对策研究

马为孝

(江苏省连云港市亚桥机械制造有限公司 连云港 222023)

海盗船的典型问题分析与对策研究

马为孝

(江苏省连云港市亚桥机械制造有限公司 连云港 222023)

海盗船作为一种载人娱乐的大型游乐设备，运行时的安全性必须得到可靠保证。针对海盗船在实际运营中暴露出来的典型问题，从设计、制造与安装、使用等各个层面进行了原因分析，查找出了症结所在，提出了相应的解决对策，并给出了指导性建议。

海盗船 典型问题 大型游乐设施 对策建议

大型游乐设施——“海盗船”是一种绕水平轴往复摆动的游乐项目。该游乐设备因外观造型不同而名称各异,有的将外观设计为中国龙舟的,称为“荡龙舟”,有的设计为仿古代海盗船的,则称之为“海盗船”。其安装在各类游乐园(场)内供游客娱乐。是一种接受国家或地方质监部门监管的机电类特种设备,因其为载有大量乘客的运动载体,它的安全性必须得到可靠保证。虽然在设计、制造、安装、检验、使用等环节国家已有相关的法规、规范、标准等进行监管,但随着游乐设施行业的快速发展,大量海盗船相继推向市场,仍然暴露出不少上述各环节中的问题,存在较大的安全隐患,必须引起足够的重视并切实加以解决。笔者根据多年来行业内所收集到的相关信息,逐一进行原因分析,并给出解决措施。

1 运行特征

海盗船的运行特征为:船底地基基础上的驱动装置先投入运转,控制系统安全检查确认后,转入自动操作模式。海盗船启动后从开始缓慢摆动到逐渐加速摆动,犹如乘客乘船出海突遇大风骇浪,时而冲上浪涛之巅,时而跌入惊心动魄的谷底。是一种既惊险又刺激的娱乐项目,深受广大乘客喜爱(见图1)。

2 存在的典型问题分析及解决措施

2.1 设计

常见海盗船驱动系统中的动力源有的采用(液压传动)液压泵,有的采用直流电机驱动,有的采用交流电机驱动等多种驱动方案。液压传动系统由于存在渗、漏油,系统管路复杂,受环境条件影响较大等缺点,目前已较少采用此方案;直流电机驱动系统由于驱动力矩大,调速方便,控制系统复杂,成本较高,多用于载客量较大的大型海盗船中;对于中小型海盗船多采用交流电机与带轮或减速机组合的方式来实现对船体的驱动。由于游乐设备市场竞争激烈,用户要求整机装机功率尽量小,以节能降耗,有的厂家为降低成本,以较低售价抢占市场,驱动系统中动力源直接采用工业领域内常见的Y2系列普通鼠笼式三相异步电动机。此普通电机功率不大,同步转速小于1000rpm,机械特性为硬特性,工作制为连续式。此种驱动方案海盗船在使用中发生多起普通电机使用一段时间后损坏的案例,造成整机无法启动,给用户带来了一定的经济损失。后经过深入地分析论证,得知此种驱动方案不可取。因为海盗船启动时为重载状态(船体+乘客),启动瞬间需要输入很大的驱动力矩,由静止状态到逐渐加速的变速运动过程,该过程中电机应能适应重载启动、频繁正反换向工况要求。而普通电机只适宜在空载或轻载状态下启动,后连续稳定运行,不宜短时频繁启动及正反换向,很显然普通电机的工作特性无法满足海盗船运行工况的要求。平时乘客量少时,电机温升不高,勉强运行。但在夏季恰逢节假日时,游客众多,海盗船基本上是满载运行,每个运行周期停机时间很短,普通电机在极大的启动电流及多次超额定电流运行时,损耗增加,定子线圈严重发热,温升急剧升高,超过电机自身允许温升后,造成普通电机烧毁,驱动系统瘫痪。

图1 海盗船主视图

2.2 制造与安装

海盗船是依靠吊装在四根斜立柱及上部横梁所组成的支架上来回往复摆动的(见图1)。四根斜立柱底部通过与地基基础上预埋钢板实现连接,连接形式有焊接或地脚螺栓等。焊接连接形式安装方便,但工程现场施工时间长,工作量大,而且接头处的焊缝必须进行无损检测,要达到有关标准、规范的要求。地脚螺栓连接形式现场安装工作量小,但对立柱组成的支架总成的制造精度及地基基础上预埋钢板上的螺栓组位置精度提出了更高要求,否则立柱组成的支架无法顺利安装。某公司曾有几台采用焊接连接形式的海盗船安装验收合格后,运行一段时间发现整机某些部位有异常声响,严重影响到海盗船的正常营运。后制造厂家与园方密切配合,多次反复试验,最终找到导致出现异常声响的来源为立柱中部及船体与吊臂下吊挂点处。由于单根立柱钢管与上部横梁为法兰连接,钢管细而长,运输装卸过程中钢管的变形,加上工厂内法兰连接处制造偏差及地基基础柱脚预埋钢板中心的位置偏差,造成实际立柱柱脚中心与设计值偏离过大。安装时为保证两者同心,强迫使立柱钢管底部发生位移以实现准确就位,立柱中部材料可能处于弹性变形(弯曲)的极限状态,加上柱脚焊缝焊接时产生的较大内应力无法消除;另外,经查船体与吊臂下吊挂点处销轴间隙过大。由于吊臂为钢桁架焊接结构件,随着焊接时产生的内应力逐渐释放及运输装卸、现场安装过程中发生的变形,造成孔系不同心,当吊臂上吊挂点处多根销轴与横梁装配完好后,下吊挂点处两根销轴很难装配到位,于是在工厂内制造时人为加大此处销轴孔内径,这样装配容易,但带来了配合间隙过大的问题。综合以上两个方面因素,当驱动系统中驱动轮挤压船体龙骨,推动船体运动时,运动体(船体、吊臂、乘客等)有上抬趋势,存在较大间隙销轴处产生金属撞击、挤压摩擦声响;运动体自重叠加其运动产生的离心惯性力,形成的合力促使立柱发生屈曲变形。当船体上满员时(满载状态),随着摆角的增大,合力达到极限,立柱产生的弯曲变形量也达到最大值,此弯曲效能将前述发生在立柱中部的弯曲变形拉回相反方向,在船体摆动的两侧不断反复进行,这样立柱就产生剧烈震颤而不时发出清脆的声响。以上两处声响就是上述问题产生异常声响的原因所在。

2.3 使用

在海盗船一个完整的运行周期中,当计时时间到达后,驱动系统断能停机,船体还在不停地摆动。此时减速、制动装置投入运行,迫使船体逐渐减速直至完全停止。制动装置是通过气压系统送气至顶升气缸来工作的。某游乐园内一台进口的海盗船在进行当日的第39次运行,船体逐渐到达最高点。此时,电气操作台面板上的故障灯突然亮起,操作人员马上按下急停按钮后,发现制动装置不动作,已经失灵。海盗船还在不停地摇摆中,原来设定运行120s就停船的,变成足足摇摆了20多分钟,最后经过游乐园内工作人员的人工刹车,海盗船才逐渐停稳。这时船上多名乘客都已出现不同程度的恶心目眩反应,其中有两名身体反应较重的乘客被紧急送往医院治疗。事件发生后,游乐园组织有关技术人员对事故原因进行了排查。检测后发现导致此次设备故障的主要原因是控制制动装置顶升气缸的进气管(PU软管)突然漏气,气缸无法正常工作造成的。该事件发生前,设备刚通过检测单位进行的定期检验,之前也未发生过故障,质监部门对事故调查后,将此次设备事故确定为突发故障。事后游乐园对制动装置进行了改造维修,在原装置气缸旁增设一手动液压千斤顶,如果再次发生该处气动系统失灵,就能通过手动操作千斤顶来工作,在2min内就可迅速将设备停止。

3 结束语

针对海盗船在设计、制造与安装、使用中出现的各种典型问题,进行了深入细致的分析,查找出了产生问题的根源所在,并给出了改进措施。作为载人娱乐的特种设备——海盗船,由于其载客量大,多为青少年及家庭成员群体,必须确保树立安全第一理念,时刻将设备安全放在第一位来认真对待。否则,易引起安全生产事故,甚至出现人身伤亡惨剧,造成不必要的经济损失和负面的社会影响。现给出如下建议及对策:

1)目前国内制造海盗船设备的厂家众多,规模大小均有,产品质量性能差距很大。售价较低的厂家,往往是在材料的选用上以次代优,结构设计上尽量简化,安全系数取为标准规定的最小值,标准机电产品选配,均采用质量中等偏下的小公司产品,以尽可能地压缩整机成本,这样才能以较低的售价取得订单。换来的是用户只能勉强使用,突发故障增多,安全隐患暗藏,维护费用增加,综合投资成本并不低。所以,用户在采购新设备时,一定要认真把关,仔细审查供货厂家的资质、规模、技术水平、用户业绩(评价),现场实地考察,多方面权衡后,再选择能保质保量,售后服务好,业界口碑佳,按期交货的供货厂家,从源头上解决好设备的供货问题,以消除后患。

2)对于制造、安装单位,设备在厂内制造过程中,一定要严格按照质量保证体系进行,加强产品的全过程控制,确保按照各作业规程、工艺流程来实施。特别是针对一些重要零部件本应该加工的部位,必须按照图纸、工艺等规定进行加工,以确保形状与位置精度上的要求。可以通过对外协作加工或新购工艺装备来实现,绝不可为片面节省加工费用而降低制造精度。安装单位在用户现场安装作业时,要严格按照作业指导书规定实施,牢固树立安全责任意识,要加强安装人员技能培训、考核,不断提升技术水平,不可为追赶工期而忽视安装质量。要建立健全安装现场的施工监理制度,确保落到实处,并做好现场检验质量记录及调试、试验、检验、验收等工作。

3)加强设备的使用管理,健全设备使用管理制度,建立设备运行、维护、检修等管理规范。特别是强化落实设备的日检、周检、月检等定期检查工作,不能流于形式,时紧时松。机电设备随着使用时间的延长,都有可能产生某些预想不到的突发故障,平时针对设备上频繁工作的部件应储备另一套冗余装置,这样才能确保事故发生时,及时有效应对,化险为夷。要制定针对突发事件的应急处理预案,并定期实施演练,达到预设效果。

［1］ JB/T 8680—2008 Y2系列三相异步电动机技术条件［S ］．

［2］ JB/T 9577—2011 Z系列中型直流电动机技术条件［S］．

［3］ GB 755—2008 旋转电机 定额和性能［S］．

［4］ GB 50231—2009 机械设备安装工程施工及验收通用规范 ［S］．

［5］ 郑志涛，刘喜旺，陈建生，等．大型游乐设施制造与安装［M］．上海：同济大学出版社，2015．

［6］ 边城雨．惊险一幕 海盗船摇摆约20分钟才停［N］．宁波晚报，2011．

Analysis and Countermeasures of Typical Problems of the Pirate Ship

Ma Weixiao
(Lianyungang city, Jiangsu Province and Yaqiao Machinery Manufacturing Co., LTD. Lianyungang 222023)

Pirate ships is a large-scale amusement equipment, the safety during runtime must be reliable guaranteed. In view of the pirate ship typical problems exposed in the actual operation, the reasons are analyzes in the aspects of design, manufacture and installation, use and other, to fi nd out the sticking point and put forward the corresponding countermeasures, and the guidance suggestions is given in this thesis.

Pirate ship Typical problems Large-scale amusement equipment Countermeasures and suggestions

X924

：B

1673-257X(2017)07-0069-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.016

马为孝（1971～)，男，本科，技术部长，工程师，从事游艺设备新产品的研发及设计、制造等方面的技术管理工作。

马为孝，E-mail： 908032164@qq．com。

2017-04-24）