張宇光，李傳磊，沈 杰，趙攸樂(lè)

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200062）

0 引言

近年來(lái)，越來(lái)越多的年輕人開(kāi)始追求愈加刺激和驚險(xiǎn)的游樂(lè)項(xiàng)目。在這些游樂(lè)設(shè)施花樣頻出，變得愈加驚險(xiǎn)刺激的同時(shí)，其風(fēng)險(xiǎn)也在相應(yīng)地增加。為提升游樂(lè)設(shè)施的本質(zhì)安全水平，確保乘客束縛裝置的功能安全是十分重要的，而安全壓杠就是游樂(lè)設(shè)施最具特征的專用乘客束縛裝置。在游樂(lè)設(shè)施運(yùn)行過(guò)程中，安全壓杠鎖緊裝置的作用是鎖緊安全壓杠，使安全壓杠與乘坐物一起形成封閉的束縛體將乘客限制在特定的范圍內(nèi)，以防止乘客脫離乘坐物而發(fā)生危險(xiǎn)。本文選取安全壓杠鎖緊裝置中一種比較常見(jiàn)的齒條棘爪鎖緊裝置為研究對(duì)象，結(jié)合檢驗(yàn)工作實(shí)際，從設(shè)計(jì)、制造、使用等環(huán)節(jié)分析造成其失效的原因，并提出相應(yīng)的對(duì)策，以提高其安全可靠性。

1 護(hù)胸壓肩式安全壓杠和齒條棘爪鎖緊裝置

1.1 護(hù)胸壓肩式安全壓杠

安全壓杠為剛性結(jié)構(gòu)的乘客束縛裝置，根據(jù)不同的使用場(chǎng)合，安全壓杠主要有護(hù)胸壓肩式、壓腿式和壓背式3 種形式。其中護(hù)胸壓肩式安全壓杠常用于座艙翻滾、顛倒及人體上拋的游樂(lè)設(shè)施，如“過(guò)山車”、“魔術(shù)風(fēng)車”等。此類設(shè)備具有離地面高、運(yùn)行速度快、運(yùn)動(dòng)慣性大等特點(diǎn)，乘客在游玩這類游樂(lè)設(shè)施時(shí)可能會(huì)脫離座位甩出艙外而受到意外傷害。為防止乘客脫離座位，必須用護(hù)胸壓肩式安全壓杠將乘客約束坐在座位上[1]。護(hù)胸壓肩式安全壓杠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

護(hù)胸壓肩式安全壓杠主要由壓杠本體、座椅、鎖緊裝置、壓杠轉(zhuǎn)軸、鎖緊桿等部分組成[2]。安全壓杠本體用鋼管制成，外加軟包裝，壓在乘客的雙肩上。座椅是安全壓杠的安裝基座，也是乘客束縛裝置的組成部分。壓杠轉(zhuǎn)軸與座椅連接，安全壓杠能繞壓杠轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。鎖緊桿被鎖緊裝置鎖定，而其本身也可以是鎖緊裝置的一部分，同時(shí)鎖緊桿與安全壓杠端部相連。鎖緊裝置通過(guò)鎖定鎖緊桿使安全壓杠閉鎖。

游樂(lè)設(shè)施在運(yùn)行過(guò)程中，壓杠本體保持不動(dòng)，與座椅一起形成封閉的束縛體將乘客限制在特定的范圍內(nèi)，從而保護(hù)乘客不被甩出或掉落。為保證乘客在游樂(lè)設(shè)施運(yùn)行時(shí)不被甩出或掉下，安全壓杠鎖緊裝置應(yīng)可靠鎖緊，能在游樂(lè)設(shè)施停止運(yùn)行前始終處于閉鎖狀態(tài)，使壓杠本體保持不動(dòng)。而且，在鎖緊狀態(tài)下，安全壓杠端部的游動(dòng)量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

1.2 齒條棘爪鎖緊裝置

齒條棘爪鎖緊裝置應(yīng)用比較廣泛，在進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)游樂(lè)設(shè)施中均有采用[3]，如圖2所示。齒條棘爪鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖2 齒條棘爪鎖緊裝置

圖3 齒條棘爪鎖緊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 中，鎖緊桿上端與壓杠曲柄相連，鎖緊桿下端插入在缸體中，缸體下端與座椅連接。當(dāng)壓杠下壓時(shí)，鎖緊桿向上抽出；當(dāng)壓杠向上抬起時(shí)，鎖緊桿向下插入。齒條棘爪鎖緊裝置的工作原理是：當(dāng)齒條棘爪鎖緊裝置鎖定鎖緊桿使安全壓杠閉鎖時(shí)，棘爪在壓緊彈簧的作用下緊貼齒條并插入齒面，阻止齒條和鎖緊桿向下運(yùn)動(dòng)，從而阻止壓杠上翻打開(kāi)。當(dāng)齒條棘爪鎖緊裝置松開(kāi)鎖緊桿使安全壓杠打開(kāi)時(shí)，從氣缸無(wú)桿腔輸入壓縮空氣，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出推動(dòng)打開(kāi)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)搖桿使棘爪克服彈簧力脫離齒條，齒條和鎖緊就可以自由上下運(yùn)動(dòng)，從而壓杠也能自由上下運(yùn)動(dòng)。

2 齒條棘爪鎖緊裝置失效原因和對(duì)策

2.1 存在問(wèn)題

此種齒條棘爪鎖緊裝置存在的主要問(wèn)題有兩個(gè)：一是壓緊彈簧變形失效或壓緊彈簧斷裂失效，無(wú)法壓緊棘爪，棘爪就不能有效嵌入齒條，阻止齒條的運(yùn)動(dòng)，從而使鎖緊裝置失效；二是棘爪和齒條齒面磨損，造成棘爪和齒條嚙合面減小，嚙合有效性減弱，使鎖緊裝置可靠性降低。

2.2 失效原因分析

（1）造成壓緊彈簧變形失效或壓緊彈簧斷裂失效可能的原因是：壓緊彈簧安裝在棘爪工作面的另一端，當(dāng)棘爪在壓緊彈簧的作用下旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)棘爪工作面一側(cè)插入齒條齒面時(shí)，壓緊彈簧呈直線狀態(tài)；當(dāng)打開(kāi)搖桿在氣缸的推動(dòng)下，繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)棘爪脫離齒條齒面時(shí)，壓緊彈簧就呈彎曲狀態(tài)。在齒條棘爪鎖緊裝置頻繁地開(kāi)啟、閉合過(guò)程中，壓緊彈簧時(shí)而處于直線狀態(tài)，時(shí)而處于彎曲狀態(tài)，壓緊彈簧就處于不斷折彎拉直過(guò)程中，會(huì)因疲勞性能不斷減弱，最終導(dǎo)致失效。

（2）造成棘爪和齒條齒面磨損可能的原因是：隨著壓緊彈簧性能的減弱，棘爪與齒條間的嚙合也不再緊密可靠，接合面位置不穩(wěn)定，使接觸面受力不均勻且受到的沖擊載荷增多，進(jìn)而造成棘爪和齒條齒面的磨損。另外，棘爪和齒條齒面的型號(hào)規(guī)格、材料的選擇不當(dāng)也會(huì)造成棘爪和齒條齒面磨損。

2.3 解決方法與措施

齒條棘齒鎖緊裝置出現(xiàn)的問(wèn)題，反映了設(shè)計(jì)、材料及加工工藝存在不足[4]。應(yīng)針對(duì)失效產(chǎn)生原因，從設(shè)計(jì)、制造以及使用、檢查和維護(hù)保養(yǎng)等方面進(jìn)行提高和改進(jìn)，減少失效發(fā)生幾率，提高鎖緊裝置的安全可靠性。

為了避免壓緊彈簧變形失效或壓緊彈簧斷裂失效，使用說(shuō)明書中應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明彈簧失效的具體判定方法，使維保人員能夠清晰判斷彈簧是否失效。維保人員應(yīng)提高責(zé)任心和業(yè)務(wù)水平，做好維護(hù)保養(yǎng)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓緊彈簧失效問(wèn)題。從設(shè)計(jì)和制造方面，也可修改推動(dòng)棘爪嚙合的方式，改棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)為棘齒來(lái)回推動(dòng)，避免壓緊彈簧工作中時(shí)而處于直線狀態(tài)，時(shí)而處于彎曲狀態(tài)，因疲勞性能不斷減弱，最終導(dǎo)致失效的情況發(fā)生。

為了避免棘爪和齒條齒面磨損，應(yīng)保證壓緊彈簧性能良好，能使棘爪與齒條間的嚙合緊密可靠，避免因接觸面受力不均勻和沖擊載荷較多造成棘爪和齒條齒面的磨損。使用說(shuō)明書中應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明棘爪和齒條齒面磨損的具體判斷方法，使維保人員能夠清晰判斷棘爪和齒條齒面是否磨損。為避免棘爪和齒條齒面磨損，設(shè)計(jì)、制造單位在型號(hào)規(guī)格、材料的選擇方面，齒條應(yīng)采用較大模數(shù)的齒形，以提高抗沖擊能力；在保證不會(huì)齒根折斷的前提下，選用較高硬度的材料，提高齒面硬度，減緩齒面磨損，同時(shí)注意齒條齒面與棘爪齒面應(yīng)選擇不同硬度的材料，較易更換的棘爪齒面應(yīng)選擇較低硬度的材料。

此外，GB 8408-2018《大型游樂(lè)設(shè)施安全規(guī)范》中第6.8.2.2.4條要求[5]：“安全壓杠行程應(yīng)可調(diào)節(jié)，壓杠在壓緊狀態(tài)時(shí)端部的游動(dòng)量不大于35 mm?！睓z驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)按照法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)開(kāi)展檢驗(yàn)工作，及時(shí)提醒運(yùn)營(yíng)使用單位做好設(shè)備安全維護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了安全壓杠中齒條棘爪鎖緊裝置的失效情況和失效原因，并提出了相應(yīng)的解決方法和措施，幫助設(shè)計(jì)、制造單位通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高齒條棘爪鎖緊裝置的本質(zhì)安全和可維護(hù)性，運(yùn)營(yíng)使用單位、維護(hù)保養(yǎng)單位做好棘爪鎖緊裝置的檢查和維護(hù)保養(yǎng)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)齒條棘爪鎖緊裝置的安全隱患。通過(guò)設(shè)計(jì)、制造單位、運(yùn)營(yíng)使用單位、維護(hù)保養(yǎng)單位的共同努力，提高安全壓杠中齒條棘爪鎖緊裝置的可靠性，規(guī)避設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)降低游樂(lè)設(shè)施事故發(fā)生的概率。