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大型游乐设施安全技术规程-设计(2)
本规程为征求意见稿,本文观点只代表作者个人,如果与您的学术观点不一致,希望能多沟通、多交流,虚心接受各位专家的批评指正,本人无意冒犯任何人,并尊重行业前辈。——作者:九妹婆婆
3.4  速度和加速度
3.4.1 速度限制要求
(1)边运行边上下乘客的大型游乐设施,其相对运行速度应当不大于0.3m/s,避免速度过快对上下乘客造成伤害;
点评:主要是指观览车(摩天轮)等边运行边上下游客的游乐设施。
(2)大型游乐设施的运行速度应当符合相关国家标准要求。
点评:一般来说国内过山车的速度大约都是100公里每小时,沙特阿拉伯首都利雅得附近一座在建的游乐园拟打造全球最快过山车,最快速度超过每小时250公里。
3.4.2 加速度限制要求
为了防止加速度过大或持续时间过长给乘客造成伤害,大型游乐设施乘客承受的加速度及持续时间应当符合GB 8408的要求。
点评:大型游乐设施加速度计算,一方面控制最大范围,用于保证人体的承受极限,对于运行激烈的设备,如过山车有必要验算。一方面用于束缚装置的选型判断束缚装置选型的合理性。
适当的加速度可以刺激乘客的感官并带来精神上的愉悦 ,但是过大的加速度却会对人体造成不适或伤害,严重的会造成意识、视觉的改变或丧失。GB 8408中图3~图6,就是用于在人体承受极限内校核加速度及加速度组合用的。如果一大型游乐设施的加速度可能会达到人体承受极限,需进行校核。
人体的承受极限的耐受性很大,大部分游乐设施的加速度,远达不到甚至接近这个极限值,换句话说,当前市面上运行的所有大型游乐设施,都不足以挑战人体承受极限。
但随着人民生活水平提高和技术进步,及追求刺激产品,高速、高加速度游乐产品不断出现,可能会出现加速度超越人体极限的产品,为了避免这种产品流入市场,对广大人民的身心健康造成伤害,对新设计的超高速、超高加速度游乐产品,需要对加速度进行人体极限承载校核计算。
作者认为此条款仅对新设计的超高速、超高加速度游乐产品进行校核计算,如A类的过山车和大摆锤等。其他大部分游乐设施,无需对人体极限承载加速度校核。
3.5 焊接设计
3.5.1  焊接接头设计
(1)焊缝金属应当与母体金属相适应,不同材质的焊缝还应当有消除残余应力的措施;
点评:不宜采用异型焊,第一,好多企业并未做异型焊的工艺评定,第二,异型焊的焊缝等级要高一级。所以采用异型焊是非常麻烦的一件事。
(2)焊接接头应当根据焊接结构型式、焊缝重要程度、焊接工艺方法,合理选用焊接接头坡口形状和尺寸;
点评:
焊缝形式:角焊缝和对接焊缝;
焊接接头有四种常用基本形式:对接接头、搭接接头、T 形接头、角接接头;
游乐设施常见的焊接坡口形式分为4 种:I、V、X、U。
(3)不等厚焊件或不等宽焊件相焊时,截面过渡应当平缓;
点评:不等厚焊接和不等宽焊件相焊,两者在一侧相差4 mm以上时,应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:4的斜角。
(4)焊接接头应当避免和减少应力集中区域。
点评:焊接后注意打磨,圆角过度。焊缝应避免密集、十字焊缝,双向或三向相交,避开结构上的高工作应力部位、机械加工面等。
3.5.2  焊缝分级
焊缝级别应当根据焊缝失效的可能性、失效后果的严重性、焊缝的可检验性等因素,经过风险评估确定。直接涉及人身安全的焊缝为重要焊缝,其中受力情况恶劣容易损伤或失效的为I级焊缝,其他为II级焊缝;不直接涉及人身安全的为一般焊缝,根据受力情况和结构型式等可分为Ш级焊缝和Ⅳ级焊缝。
点评:游乐设施上的焊缝分为重要焊缝(Ⅰ、II焊缝)和非重要焊缝(Ш、Ⅳ焊缝),直接涉及人身安全的焊缝为重要焊缝,不直接涉及人身安全的焊缝为非重要焊缝。
大家要明白一点,重要焊缝和非重要焊缝,仅仅体现在检测要求上,而非体现在焊接工艺上,重要焊缝和非重要焊缝都必须是合格焊缝,对于非重要焊缝,依然需要严格按照焊接工艺进行焊接。
以大型游乐设施Ⅰ级焊缝为例进行说明,如果判定为Ⅰ级焊缝,需要同时满足4个条件:
(1)该焊缝是否直接涉及人身安全,即该焊缝失效后是否会引起设备坍塌、折断以及乘客跌落以及被甩出的风险,因此很容易排除掉设备上的横撑、斜撑、筋板上的焊缝,以及站台和维修台部位的焊缝;
(2)该焊缝是否承受拉力,这样就排除掉了所有承受压力和剪切力的焊缝,如大型设备柱脚部位的焊缝;
(3)拉力是否垂直于焊缝方向,如果承受拉力,但拉力的方向和焊缝方向一致,如在连接处改变焊接接口形式,采取较为合理的连接方式,可以提高焊缝可靠性,降低焊缝等级;
(4)是否为对接焊缝或T型对接焊缝和角接组合焊缝,这样就排除掉所以有的角焊缝,也就是说,角焊缝的最高等级为Ⅱ级焊缝。
3.5.3 焊缝检测要求
3.5.3.1 焊缝外观检测
所有焊缝应当进行宏观检查,并且根据焊缝的等级确定焊缝外观质量检测要求,焊缝外观不应当存在漏焊、烧穿、裂纹、未焊透、密集气孔、塌陷、严重咬边、未焊满、夹渣等外观缺陷。
点评:所有焊缝应当进行宏观检查,不管是重要焊缝还是非重要焊缝。
3.5.3.2 焊缝无损检测比例
焊缝的无损检测比例应当根据焊缝等级确定,要求见表3-1。
工艺上无法进行内部无损检测的焊缝,应当有详细的施焊过程图片见证。
表3-1 焊缝无损检测比例
焊缝等级
检测比例要求
100%宏观检查,100%表面无损检测,100%内部无损检测
100%宏观检查,100%表面无损检测,对接焊缝还应当做20%内部无损检测
100%宏观检查,20%表面无损检测
100%宏观检查
点评:重要焊缝才需要内部无损检测,如果工艺上无法实现,注意应当有详细的施焊过程图片见证。
3.6 结构设计
(1)应当根据大型游乐设施的性能和受力选取合适的结构型式,减少结构应力集中;
点评:应力集中指物体中应力局部增高的现象,一般出现在物体形状急剧变化的地方,如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。应力集中能使物体产生疲劳裂纹。
因此在重要受力部件上,如大摆锤立柱支腿上,要谨慎开孔,如走线孔、检修孔,需要对孔周边进行补强,并进行计算。
(2)乘客部分的支撑、轿厢、车辆等受力框架,应当采用金属材料或其他高强度性能的非金属材料制成,在整体上应当为坚固的结构;
点评:主要指吊椅、座椅、座舱等。
(3)重要的轴(销轴)设计应当结构合理,过渡圆角适当,避免截面过分突变,减小应力集中;
点评:优先采用光轴,用轴套轴向定位。若用轴肩定位,就是阶梯轴,注意圆角过度,圆角的大小要符合国标要求。
(4)重要的轴(销轴)等零部件的尺寸精度、形位公差,以及配合面的表面粗糙度应当满足工况要求;
点评:重要的轴(销轴)一般要与轴孔、轴承或齿轮、带轮配合,配合需要配合公差,配合表面粗糙度常用3.2,相当于机械加工的精车;非配合表面常用6.3,相当与机械加工的粗车。
(5)零部件间的销轴连接应当有防脱落措施;
点评:如开口销,槽型螺母,圆螺母+止推垫圈
(6)重要螺栓连接应当满足载荷要求,并采取防止螺栓松动的措施;
点评:游乐设施相关标准中没有对重要螺栓进行定义,只能采用类比方式,重要焊缝和销轴去诠释,即直接涉及到人员安全和设备安全的螺栓。如立柱法兰连接、大臂连接、转盘和伞架连接,还有地脚螺栓等,连接主要受力构件。重要螺栓都有预紧力要求和防松要求。
8.8级以上螺栓是高强度螺栓吗?不一定,也可能是普通螺栓。所以8.8级以上螺栓分为高强普通螺栓和大六角高强度螺栓(简称高强度螺栓),预紧力分别对应GB 8408表C.1和表C.2。表中的预紧力,表中规定的预紧力是螺栓预紧力的上临界值,安装过程中如果按照表中值施加,螺栓将没有额外的承载能力,对于承受工作拉力的螺栓,如大摆锤悬臂部位的螺栓,将处于危险之中。
游乐设施中常见的防松措施:(1)普通螺栓+平垫+弹垫+螺母;(2)8.8级普通螺栓+平垫+双螺母;(3)高强度螺栓+双垫片+螺母。
8.8级以上的螺栓除了用机械部件(如双螺母)防松外,还要求用预紧力防松。其中高强度螺栓仅通过较大的预紧力实现防松。
(7)结构件、孔等应当有防止积水和排水的有效措施;
点评:管件端口封闭,留排水孔等措施。
(8)零部件的吊装部位的强度和刚度应当满足吊装要求,防止吊装时产生塑性变形或断裂;
点评:焊接吊装耳板,并校核计算。
(9)玻璃钢件与结构件直接连接时应当有足够的强度,否则需要预埋满足强度要求的金属件;
(10)应当考虑大型游乐设施的可检验性,对于无法进行检验的结构应当有保证其安全的措施;在使用期间需要进行定期检查和无损检测的零部件,应当便于检查和检测,需要拆卸的,应当便于拆卸;
(11)检查孔和人孔的几何尺寸应当满足检查需要;
(12)运行中可能产生共振造成人员伤害或设备损坏的,应当采取措施避免共振;
点评:增加阻尼,改变质量,增加约束点,提高连接刚度,都是避免共振的措施。
(13)经常和水接触的零部件应采用防锈材料或采取防锈措施,不应有严重锈蚀或腐蚀。
点评:采用不锈钢,或镀锌管,或防锈漆。
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