蔡志華

(湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院 長沙 410117）

世紀飛碟是國內(nèi)目前較新穎的大型游樂設(shè)備，此設(shè)備是將多種游藝機運動方式靈活性地綜合為單機的典范。各部位結(jié)構(gòu)緊密，環(huán)環(huán)相系，運行特點由自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的同時與快速升降相結(jié)合，構(gòu)成了二元螺旋線旋轉(zhuǎn)的運動軌跡。世紀飛碟是公園及游樂場所備受歡迎的大型娛樂設(shè)備之一。作為一種高空游樂設(shè)備，其控制裝置及相關(guān)設(shè)備運行的安全可靠性相對尤為重要。為此，該設(shè)備的安全性能設(shè)計必須合理，所選用元氣件品質(zhì)必須優(yōu)良，安全保護措施必須完善、可靠。該設(shè)備的運轉(zhuǎn)由下述三個系統(tǒng)構(gòu)成：

1）座艙升降系統(tǒng)：采用座艙旋轉(zhuǎn)大盤與配重通過兩組共10 根φ16 的曳引鋼絲繩懸掛，兩組曳引鋼絲繩分別與塔頂?shù)膬山M曳引輪摩擦傳動，升降電機通過齒輪減速機傳遞扭矩給兩組曳引輪從而實現(xiàn)座艙的升降。提升電機通過滑環(huán)在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻來改善電動機的機械特性，啟動時轉(zhuǎn)子回路作星形連接，分級切換啟動電阻器。隨著電動機轉(zhuǎn)速的升高，可變電阻逐級減小。啟動完畢后，可變電阻減小到零，轉(zhuǎn)子繞組串接電阻被直接短接，電動機便在額定狀態(tài)下運行。

2）座艙公轉(zhuǎn)系統(tǒng)：采用旋轉(zhuǎn)電機與回轉(zhuǎn)支承通過內(nèi)嚙合齒輪傳動，旋轉(zhuǎn)電機固定在旋轉(zhuǎn)大盤之上，輸出軸上通過鍵銷與小齒輪緊密配合，旋轉(zhuǎn)大齒輪通過高強度螺栓與回轉(zhuǎn)支承固定部分連接，旋轉(zhuǎn)電機運轉(zhuǎn)時小齒輪自轉(zhuǎn)的同時帶動旋轉(zhuǎn)大盤旋轉(zhuǎn)。大盤旋轉(zhuǎn)電機采用交流鼠籠式異步電動機。大盤旋轉(zhuǎn)電機的起動均采用二級起動方式，即串全電阻降壓起動。

3）座艙自轉(zhuǎn)系統(tǒng)：座艙與旋轉(zhuǎn)電機通過行星齒輪減速機相連。共有10 套旋轉(zhuǎn)座艙，每套座艙配備一臺0.75kW、380V 的旋轉(zhuǎn)電機，每臺電機均自帶制動系統(tǒng)用于座椅停止運行的定位。5 臺座艙為1 組，共用一臺變頻器，10 臺座艙共用2 臺變頻器用來控制旋轉(zhuǎn)速度，速度控制分3 級由變頻器內(nèi)部設(shè)定參數(shù)決定，旋轉(zhuǎn)座椅采用自動定位，運行由J6 靈敏繼電器控制。座椅安全壓杠采用常閉式氣缸控制，其閉鎖狀態(tài)由每臺旋轉(zhuǎn)座艙閉鎖檢測開關(guān)進行檢測，確保每臺座椅安全杠處于閉鎖狀態(tài)，產(chǎn)生閉鎖信號傳送至PLC 可編程控制器，任意一臺旋轉(zhuǎn)座椅未檢測到閉鎖信號時，設(shè)備將無法運行，用于保護乘客的安全。

1 設(shè)計改進

該臺游樂設(shè)備在安裝后進行試運行時，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計上仍存在一些需要改進的地方。下面就改進的內(nèi)容和方案提出個人的見解和觀點以供探討。

1.1 升降電機定子線圈供電主回路設(shè)計

旋轉(zhuǎn)大盤升降是靠兩組曳引鋼絲繩與兩組曳引輪摩擦傳動實現(xiàn)，但兩組曳引輪是通過齒輪減速機與同一臺升降電機傳遞扭矩。因此該臺升降電機的電氣保護系統(tǒng)是否可靠將影響到整個設(shè)備安全升降，所以升降電機的電氣保護裝置應(yīng)完整、可靠，電動機的保護裝置在目前機電控制系統(tǒng)中一般有短路、過流、斷錯相、漏電、接地等方式的保護裝置。該設(shè)備目前未單接觸器設(shè)計，一旦電動機接觸器因某種意外原因?qū)е陆佑|器機械性卡死、觸點熔粘等故障，造成曳引電機無法正常斷電，從而引發(fā)曳引輪與曳引繩出現(xiàn)“打滑”干摩擦的現(xiàn)象。曳引輪與曳引繩“打滑”干摩擦很容易因曳引鋼絲繩局部磨損產(chǎn)生高溫，局部高溫使曳引鋼絲繩產(chǎn)生退火，使其剛性變軟并加劇磨損，如果“打滑”干摩擦?xí)r間過長將有可能導(dǎo)致曳引鋼絲繩磨損斷裂，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)大盤和配重因鋼絲繩的斷裂而從高空直接墜落。

改進方案

1）增設(shè)啟動接觸器

在升降電機上升、下降主接觸器KM2 和KM3之前增設(shè)一個（如圖1 所示）同規(guī)格的啟動接觸器KM5。上升時需KM2 和KM5 同時吸合，下降時需KM3 和KM5 同時吸合，當(dāng)其中任何一只接觸器因機械卡阻、觸點熔粘，另一接觸器也可以可靠切斷升降電機主回路電流。

圖1 主回路增設(shè)原理圖

2）增設(shè)PLC 端口及改進梯形圖

PLC 端口增設(shè)原理見圖2，改進梯形圖見圖3。梯形圖中M8002 為PLC 初始化脈沖，X1 為手動/自動轉(zhuǎn)換信號，M1 安全壓杠檢測繼電器，M2 緊急停止繼電器，M3 為PLC 內(nèi)部安全繼電器。T1～T4 均為內(nèi)部時間繼電器，T1 作為運行中上下行接觸器監(jiān)測出錯時間繼電器，T2 作為停止時上下行接觸器監(jiān)測出錯時間繼電器，T3、T4 作為啟動接觸器監(jiān)測出錯時間繼電器。它們與M1、M2 等安全控輔助繼電器串聯(lián)在一起控制內(nèi)部安全繼電器M3，內(nèi)部安全繼電器M3 正常時它應(yīng)該是吸合的，它的常開觸點串在幾乎所有的輸出回路中，當(dāng)遇到異常情況時M3 釋放切斷所有輸出回路，使PLC 系統(tǒng)處于“保護停機”狀態(tài)。

圖2 PLC 端口增設(shè)原理圖

圖3 增設(shè)的梯形圖

1.2 升降電機上升、下降限位開關(guān)選用與動作碰刀形式設(shè)計

該臺游樂設(shè)備的上升、下降限位開關(guān)動作碰刀形式采用φ12 的圓鋼折彎制成，分別焊接在配重、旋轉(zhuǎn)大盤導(dǎo)向輪架上，在試運行過程中發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)大盤到達升、降停止位置時，限位開關(guān)動作后KM2 或KM3 確實已斷開升降接觸器，但由于旋轉(zhuǎn)大盤上升、下降時慣性作用，旋轉(zhuǎn)大盤仍將繼續(xù)運行一小段距離才能停止（見圖4，此圖為旋轉(zhuǎn)大盤在下降停止位置）。

如果在上升停止位置時，操作人員誤按上升啟動按鈕，將導(dǎo)致升降電機上升啟動運行，但此時配重已經(jīng)坐落在緩沖器上，驅(qū)動主機因在塔頂操作人員無法觀察。但此時曳引鋼絲繩與曳引輪已經(jīng)在產(chǎn)生“打滑”干摩擦，如果時間過長將會導(dǎo)致曳引鋼絲繩磨損斷裂，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)大盤因鋼絲繩的斷裂而從高空直接墜落。同理，旋轉(zhuǎn)大盤在下降停止位置時，操作人員誤按下降啟動按鈕將導(dǎo)致配重因鋼絲繩的斷裂而從高空直接 墜落。

圖4 旋轉(zhuǎn)大盤下降停止位置

改進方案

為確保上升、下降限位開關(guān)可靠動作，消除操作人員誤操作的可能性。上升、下降限位開關(guān)應(yīng)選用如下圖5 所示帶滾輪的安全觸點型行程開關(guān)，動作碰刀應(yīng)采用角鐵或其他型材制作成如圖5 所示型式，保證上升、下降限位開關(guān)在行程終端始終有效動作。

圖5 形成開關(guān)示意圖

1.3 塔頂檢修平臺的停止裝置設(shè)計

一臺安全可靠游樂設(shè)備保護裝置不但要保證乘客的安全，還應(yīng)最大限度地保障維護檢修人員的安全。由于該臺設(shè)備的特殊性，設(shè)備的操作控制柜設(shè)在站臺旁的操作室內(nèi)，而驅(qū)動主機設(shè)置在塔頂，塔頂和站臺垂直相差30m，操作人員無法觀察到塔頂檢修平臺的狀況。因此，維護檢修人員如需在塔頂檢修平臺對驅(qū)動主機進行維護和檢修時，如果沒有可靠的安全停止裝置控制驅(qū)動主機，對于維護檢修人員的人身安全將構(gòu)成潛在的威脅。

GB 8408—2008《游樂設(shè)施安全規(guī)范》第6.4.2條明確規(guī)定“在安裝、維護、檢修時，需要察看危險區(qū)域或人體某個部分（例如手臂）需要伸進危險區(qū)域的設(shè)施，應(yīng)有防止誤起動控制裝置?！?/p>

改進方案

在塔頂檢修平臺驅(qū)動主機附近設(shè)置一個雙穩(wěn)態(tài)型非自動復(fù)位安全開關(guān)可靠切斷提升電機主回路供電，或者在塔頂檢修平臺驅(qū)動主機附近設(shè)置一個如圖2 所示虛線框內(nèi)的斷路開關(guān)SA 切斷提升電機供電回路，確保塔頂維護檢修人員的人身安全。

1.4 旋轉(zhuǎn)大盤吊掛軸間距設(shè)計

設(shè)備整體運行一年后進行設(shè)備首次定期檢驗時，發(fā)現(xiàn)吊掛軸與塔身導(dǎo)軌切點位置上曳引鋼絲繩有磨損的痕跡。因為旋轉(zhuǎn)大盤吊掛軸間距設(shè)計過小，且塔身立柱導(dǎo)軌和吊掛軸在同一軸線上，導(dǎo)致吊掛軸上提升曳引鋼絲繩與塔身立柱導(dǎo)軌面間隙非常?。▽崪y最大值約5mm）。

旋轉(zhuǎn)大盤主要靠滾輪導(dǎo)向裝置（兩側(cè)）與塔身導(dǎo)軌進行定位和導(dǎo)向，旋轉(zhuǎn)大盤的上下提升采取與導(dǎo)軌同軸線上的兩個作用力點，所以導(dǎo)向裝置中的滾輪在旋轉(zhuǎn)大盤上下提升運動時不可避免的承受徑向和側(cè)向偏擺力，同一時間內(nèi)兩側(cè)滾輪所承受的力大小、方向不經(jīng)相同。因此加劇了滾輪的磨損。使得吊掛軸上提升曳引鋼絲繩與塔身立柱導(dǎo)軌面間隙更加縮小，加之旋轉(zhuǎn)大盤上不平衡負載的影響，導(dǎo)致吊掛軸上提升曳引鋼絲繩與塔身導(dǎo)軌發(fā)生摩擦，造成吊掛軸上提升曳引鋼絲繩出現(xiàn)磨損痕跡。

改進方案

為了有效避免吊掛軸上提升曳引鋼絲繩與塔身立柱導(dǎo)軌之間產(chǎn)生摩擦的可能性，確?！笆兰o飛碟”安全可靠運行，應(yīng)將旋轉(zhuǎn)大盤吊掛軸間距適當(dāng)增大，保證旋轉(zhuǎn)大盤兩側(cè)吊掛軸上提升曳引鋼絲繩與塔身立柱導(dǎo)軌間隙在20mm～40mm。

2 結(jié)束語

游樂設(shè)施的型式很多，多種技術(shù)綜合應(yīng)用使游樂設(shè)施表面上看來十分復(fù)雜，但歸納起來危險源只與設(shè)備、管理、操作(服務(wù))人員、乘客有關(guān)。游樂設(shè)備本身的安全性能很大程度上取決于前期設(shè)備的設(shè)計，制造質(zhì)量為提高游樂設(shè)備的整體安全保障能力，降低設(shè)備的事故風(fēng)險，必須注重設(shè)計的科學(xué)合理性。

[1] GB 8408—2008 游樂設(shè)施安全規(guī)范[S].

[2] GB/T 18161—2008 飛行塔類游藝機通用技術(shù)條件[S].

[3] GB 7588—2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].

[4] 李建勇.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，2009.

[5] 王立權(quán).機電控制與可編程序控制器[M].北京： 中央廣播電視大學(xué)出版社，2002.