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技术知识

浅析大型游乐设施设计使用寿命及报废条件

1.大型游乐设施设计
大型游乐设施设计单位应当按照《游乐设施安全技术监察规程(试行)》等相关安全技术规范和相应国家标准的安全技术要求进行设计,对设计的大型游乐设施的安全技术性能负责。设计时应遵循安全第一原则和审慎保守原则。安全第一原则主要体现为:保证人身安全。设计产品的任何经济或技术性能指标都应绝对服从安全指标要求;不允许游乐设施设计存在任何涉及人身安全方面的不确定性;对于可能影响乘客人身安全的主要受力部件、机械或电气系统或部件,必须留有足够的安全冗余,绝不能有导致设备严重损坏或造成人员严重伤害的不可检测的单一失效点或潜在的单一失效点。审慎保守原则主要体现为:采用成熟技术优于采用新开发技术;开发的全新游乐设施产品或新技术用于游乐设施,必须经过严格论证、多程序和多种方法检验与试验,以及足够的时间考验;重要设计就繁不就简(对于重要产品、部件或较大的不确定性,应通过不同方法计算或从不同角度进行分析并增加计算项目,不应只采取单一方法进行计算分析或消除不确定性);考虑安全系数影响因素就多不就少;载荷或载荷组合选取就重不就轻;选取材料强度值就低不就高等原则。
 
游乐设施的零部件和构件在运行中承受循环应力,根据疲劳强度理论和疲劳试验数据,决定其合理的结构和尺寸。机械零件和构件对疲劳破坏的抗力,称为零件和构件的疲劳强度。常规疲劳强度设计是以名义应力为基础的,可分为无限寿命设计和有限寿命设计。
1.1 无限寿命设计
游乐设施安全监察规程第七条,重要轴(销轴)类零部件,其设计寿命应大于8年(在设计说明书中有特殊规定的除外),不易拆卸的轴类(指拆装工作量占整机安装工作量的50%以上)按无限寿命设计。当循环载荷的最大计算应力小于材料的疲劳极限时,零部件为无限寿命,计算的疲劳安全系数满足下表。
 
零部件 对称循环 脉动循环
材料较均匀,载荷及应力计算较精确 ≥1.3 ≥1.73
材料不够均匀,载荷及应力计算较差 ≥1.5-1.8 ≥2.0-2.4
材料均匀度很差,计算精度很差 ≥1.8-2.5 ≥2.4-3.3
 
 
将工作应力限制在疲劳极限以下,即应用S-N 曲线的水平段进行设计,零件的疲劳寿命假设是无限的。

1.2 有限寿命设计  
    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。通常采用超过疲劳极限的工作应力,以减小零件截面,减轻重量或者采用廉价的材质,以降低成本。假设零件承受循环应力,当其最大和最小应力的数值固定不变时,有限寿命设计的方法与无限寿命设计相同,只是在强度判据中,以有限寿命的条件疲劳极限替代疲劳极限。
中国地域辽阔,分为4个气候带,寒带、北温带地区的游乐设备使用时间与热带、亚热带地区游乐设备的使用时间是不同的。如我国的东北地区的游乐设备半年闲置半年使用。又如激流勇进设备在北方地区每年只使用3—4个月的时间。设计使用寿命不能太短,最低设计使用寿命是8年,且其设计使用期限不得低于整机设计使用期限。低于这个标准,就说明这个产品质量太差。游乐设施设备设计使用年限不能等同自然年限,《游乐设施安全规范》GB 8408—2008中标明游乐设施的整机使用寿命不小于23000h。不同的游乐设备使用率是不一样的,要根据不同的游乐设施设备,事实求是的计算游乐设施设备使用年限。如石景山游乐园的原子滑车。每次运行时间1分25秒,按每天8小时满负荷运行,每次接待5分钟,每小时接待12次,每天接待96次,一天的设备运行时间是2.25小时。全年365天实际运行时间为821.25小时,用23000小时的国家标准计算,这台设备实际使用年限最少可达28年。因此要科学的对待游乐设备的设计使用年限。
2.游乐设施设计使用寿命与实际需要相结合
我国大部分地方,特别是经济较落后的地区,还是以个体经营模式为主,经济效益不好,操作人员均以中老年为主,普遍素质偏低,99%未购买设备及人员保险,基本无事故责任承受能力。一些问题较为突出,制造厂家资料缺失,甚至有些连使用说明书都没有,更没有制造厂家的日常维护保养记录表格;大部份设备未进行定期大修检查,大修时主要受力焊缝及主要销轴未进行必要的无损检测;乘人设施所用玻钢件老化破损的较多;主要结构件的锈蚀、磨损疏于检查;设备每天运行前的检查、空载运行工作未得到有效执行,设备运行记录造假;电气设备的金属外壳未接地现象较多,特别是较旧的设备;有个别人为短接电气安全装置现象(如遨游太空的移动平台);有的设备过于陈旧,设计满足不了现在的标准要求。