高 巖

（遼寧省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證中心 遼寧省安全科學(xué)研究院電梯事業(yè)部， 遼寧 沈陽(yáng) 110004）

0 引言

游樂(lè)設(shè)施是指在特定的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行， 承載游客游樂(lè)的載體。 納入我國(guó)安全監(jiān)管范圍、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》定義的大型游樂(lè)設(shè)施是指“用于經(jīng)營(yíng)目的，承載乘客游樂(lè)的設(shè)施，其范圍規(guī)定為設(shè)計(jì)最大運(yùn)行線速度大于或者等于2m/s，或者運(yùn)行高度距地面高于或者等于2m 的載人大型游樂(lè)設(shè)施”。游樂(lè)設(shè)施在設(shè)計(jì)時(shí)廠家規(guī)定了其使用壽命，對(duì)于達(dá)到設(shè)計(jì)使用期限仍有改造、維修價(jià)值的設(shè)備，國(guó)家規(guī)定運(yùn)營(yíng)使用單位可委托設(shè)備原制造單位或具備相應(yīng)制造許可資格的單位進(jìn)行維修、重大維修或改造，確定繼續(xù)使用期限和使用條件。 本文就是以使用壽命到期的大型游樂(lè)設(shè)施—“迪斯科轉(zhuǎn)盤”為評(píng)價(jià)對(duì)象，應(yīng)用FMEA 方法，獲得各系統(tǒng)及零部件的失效分析表，給出維修的基本要求及延期使用的壽命， 這對(duì)于保障游樂(lè)設(shè)施的安全使用，提高游樂(lè)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)與質(zhì)量具有重大意義。

1 大型游樂(lè)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的意義

1.1 大型游樂(lè)設(shè)施的使用壽命

《游樂(lè)設(shè)施安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：“設(shè)計(jì)單位應(yīng)在設(shè)計(jì)文件明確主要受力部件， 并規(guī)定整機(jī)及關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)使用壽命”。國(guó)家質(zhì)檢總局質(zhì)檢特函2011〔53〕號(hào)文規(guī)定：“達(dá)到設(shè)計(jì)使用期限且無(wú)改造、維修價(jià)值的設(shè)備，運(yùn)營(yíng)使用單位應(yīng)按《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定及時(shí)予以報(bào)廢并辦理注銷手續(xù)。 達(dá)到設(shè)計(jì)使用期限仍有改造、維修價(jià)值的設(shè)備， 運(yùn)營(yíng)使用單位可委托設(shè)備原制造單位或具備相應(yīng)制造許可資格的單位進(jìn)行維修、重大維修或改造，確定繼續(xù)使用期限和使用條件。 ”

1.2 使用壽命影響因素

（1）在使用過(guò)程中，游樂(lè)設(shè)施受應(yīng)力、應(yīng)變影響，幾乎所有的零部件的形狀和尺寸都在相對(duì)改變并承受一定的疲勞載荷，它們的主要失效形式是疲勞破壞。

（2）另一種影響使用壽命的因素是磨損。 游樂(lè)設(shè)施各部件在做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在摩擦的作用下，摩擦面上的物質(zhì)不斷耗損，如軸和軸承、齒輪牙齒之間的磨損，導(dǎo)輪與導(dǎo)軌之間的耗損，它們破壞了零部件配合尺寸和強(qiáng)度，當(dāng)磨損量超過(guò)極限允許值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致它們的失效。

1.3 延期使用的建議

當(dāng)游樂(lè)設(shè)施使用壽命到期時(shí)， 為保障其能夠繼續(xù)地安全使用，應(yīng)制定統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，明確游樂(lè)設(shè)施需評(píng)估的重要零部件及評(píng)估檢測(cè)內(nèi)容， 確定繼續(xù)使用的有效期限和檢驗(yàn)頻次，達(dá)到安全運(yùn)營(yíng)的目的。

2 大型游樂(lè)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理念和程序

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是以系統(tǒng)方法對(duì)與設(shè)備有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評(píng)定的一系列邏輯步驟，必要時(shí)，評(píng)價(jià)之后應(yīng)采取方法減少風(fēng)險(xiǎn)并重復(fù)該過(guò)程。 游樂(lè)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的根本理念是以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，以人為本為原則進(jìn)行危險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和控制。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)都是圍繞乘客的安全展開，避免其他因素干擾，體現(xiàn)“人員重于設(shè)備”。評(píng)價(jià)程序見圖1。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和降低風(fēng)險(xiǎn)的循環(huán)過(guò)程

2.2 評(píng)價(jià)方法的選擇

游樂(lè)設(shè)施是一種機(jī)械、電氣、控制、液壓、氣動(dòng)等多種技術(shù)集成的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，各個(gè)部件和各個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系也很復(fù)雜。如用失效樹分析（FTA） 或事件樹分析（ETA），其故障樹的建造和計(jì)算過(guò)程極為復(fù)雜， 最終的分支樹會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)，產(chǎn)生大量的冗余分支。而且游樂(lè)設(shè)施都是單件、小批量生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)大多是一種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和個(gè)性化設(shè)計(jì)，缺乏成熟產(chǎn)品參考和定量數(shù)據(jù)的支持。 而采用基于零部件的FMEA 評(píng)價(jià)方法實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)單易懂。

FMEA 即“失效模式與影響分析”或“潛在失效模式及后果分析”。我們可以通過(guò)該方法分析游樂(lè)設(shè)施在繼續(xù)使用之前系統(tǒng)中每個(gè)零部件所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響， 并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、檢測(cè)難易程度以及發(fā)生頻度予以分類、歸納、分析，并解決以下問(wèn)題：

（1）科學(xué)區(qū)分安全關(guān)鍵零部件。

（2）合理定義各個(gè)零部件的檢查和更換周期。

（3）對(duì)可能發(fā)生的故障、事故狀態(tài)有清晰的了解并制定針對(duì)性應(yīng)急預(yù)案。

3 “迪斯科轉(zhuǎn)盤”風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)舉例

3.1 設(shè)備基本情況

“迪斯科轉(zhuǎn)盤”游藝機(jī)為陀螺類大型游樂(lè)設(shè)施，見圖2，乘人座椅分布在轉(zhuǎn)盤內(nèi)圓周圍， 游客也可站立在轉(zhuǎn)盤中央，轉(zhuǎn)盤邊升降邊繞垂直軸回轉(zhuǎn)，也可通過(guò)氣動(dòng)的方式控制轉(zhuǎn)盤的傾斜。

本文舉例產(chǎn)品整機(jī)設(shè)計(jì)使用壽命18400h （或8 年）；涉及乘客安全主要零部件（除座椅外）設(shè)計(jì)使用壽命為無(wú)限使用壽命；座椅設(shè)計(jì)使用壽命18400h（或8 年）；回轉(zhuǎn)支承、底座等設(shè)計(jì)使用壽命為無(wú)限使用壽命（無(wú)限使用壽命條件為：檢查、維護(hù)維修、涂漆保養(yǎng)、沒(méi)有人為破壞、無(wú)天災(zāi)、海嘯、地震等不可預(yù)知的因素）。 其運(yùn)行條件為：

（1）電源：TN-S 或TN-C-S、380V、50Hz，功率容量不小于25kW，電壓波動(dòng)范圍為±10%；

（2）使用環(huán)境溫度為-5℃～40℃，相對(duì)濕度≤85%RH（無(wú)結(jié)霜），風(fēng)速≤8m/s，雨雪天氣或遇有不可預(yù)測(cè)的事件禁止使用。

3.2 關(guān)鍵零部件的確認(rèn)

失效能引起乘客身體傷害的零部件為關(guān)鍵件， 其余為非關(guān)鍵件。下述為各系統(tǒng)零部件簡(jiǎn)要介紹，關(guān)鍵/非關(guān)鍵零部件的確認(rèn)將在后面各系統(tǒng)失效分析表中具體體現(xiàn)。

（1）氣動(dòng)系統(tǒng)：采用氣壓傳遞動(dòng)力控制轉(zhuǎn)盤的傾斜。包括第一路氣泵主回路；第二路旋轉(zhuǎn)主回路；第三路控制回路。

（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要有箱形軸裝置、導(dǎo)向裝置和大臂裝置、旋轉(zhuǎn)體下座、旋轉(zhuǎn)體、轉(zhuǎn)盤。

（3）支撐結(jié)構(gòu)：支座、大臂、大臂軸、耳梁、旋轉(zhuǎn)體等。支撐結(jié)構(gòu)件要求強(qiáng)度高，有很大的安全冗余，即使在偏載等惡劣工況下也不會(huì)造成乘客身體與精神傷害。

（4）電氣系統(tǒng)：多數(shù)電氣元件損壞不會(huì)造成乘客的身體傷害，主要需要注意的是觸電危險(xiǎn)。

3.3 失效分析的數(shù)字定義

（1）失效發(fā)生的可能性。1：不會(huì)失效；2：15 年；3：8年；4：1 年；5：1 個(gè)月；6：1 周。

（2）失效的嚴(yán)重性。 1：不值得關(guān)注；2：噪音，表面問(wèn)題，不能體驗(yàn)設(shè)備的功能樂(lè)趣；3：?jiǎn)稳说闹卸染o張狀況；4：多人的中度緊張狀況；5：?jiǎn)稳说母叨染o張狀況；6：多人的高度緊張狀況；7：?jiǎn)稳说妮p微傷害；8：多人的輕微傷害；9：?jiǎn)稳说膰?yán)重傷害；10：多人的嚴(yán)重傷害。

（3）檢測(cè)等級(jí)。 1：可立即檢測(cè)；2：可一個(gè)工作循環(huán)后檢測(cè)；3：可多個(gè)工作循環(huán)后檢測(cè)；4：可日檢期間內(nèi)檢測(cè)；5：可基于周檢的常規(guī)檢測(cè)；6：可基于月檢的常規(guī)檢測(cè)；7：可基于年檢的常規(guī)檢測(cè)；8：可拆卸或大修期間檢測(cè)；9：可冒險(xiǎn)檢測(cè)；10：不可檢測(cè)。

3.4 各系統(tǒng)失效分析表舉例

綜上，我們對(duì)各系統(tǒng)零部件信息進(jìn)行分類、歸納、分析，得到失效分析表，見表1 和表2。

表1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效分析表

表2 支撐結(jié)構(gòu)失效分析表

3.5 延期使用結(jié)論

按照失效分析表確定各關(guān)鍵零部件并有針對(duì)性地進(jìn)行全面檢測(cè)和維修后，得出如下結(jié)論：

按使用說(shuō)明書的相關(guān)要求合理使用、正常保養(yǎng)且沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)更換主要部件的情況下，可適當(dāng)?shù)难悠谑褂?，但不得超過(guò)四年（原設(shè)計(jì)壽命的一半），并應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）對(duì)轉(zhuǎn)盤架、耳梁、大臂、轉(zhuǎn)體、旋轉(zhuǎn)體下座、支座、十字接頭焊縫進(jìn)行全面探傷檢測(cè)， 探傷方法和質(zhì)量評(píng)定等級(jí)應(yīng)符合游樂(lè)設(shè)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）氣缸上下銷軸、十字接頭銷軸進(jìn)行更換新件。

（3）潤(rùn)滑處依次注入油脂。

（4）供氣源裝置全面保養(yǎng)，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

（5）重新安裝后進(jìn)行全面檢驗(yàn)合格。

4 結(jié)論

本文以使用壽命到期的大型游樂(lè)設(shè)施—“迪斯科轉(zhuǎn)盤”為評(píng)價(jià)對(duì)象，應(yīng)用FMEA，對(duì)各系統(tǒng)及零部件進(jìn)行失效分析， 獲得失效分析表并給出延期使用的壽命和維修的基本要求，得出如下結(jié)論：

（1）應(yīng)用FMEA 尤為有效，對(duì)各種危險(xiǎn)源的失效可能性、失效后果嚴(yán)重性、使用中能否便于檢查進(jìn)行分析，判斷其風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別；

（2）危險(xiǎn)識(shí)別注重將其分解為零部件層次和系統(tǒng)層次的危險(xiǎn)源， 既要針對(duì)設(shè)備中的具體零部件進(jìn)行梳理、辨識(shí)，還要考慮各子系統(tǒng)之間、設(shè)備與環(huán)境、設(shè)備與游客、操作人員等之間出現(xiàn)的危險(xiǎn)狀況；

（3）最終效果在于對(duì)危險(xiǎn)源加強(qiáng)日常維護(hù)和保養(yǎng)，有針對(duì)性地采取各種安全保護(hù)或防護(hù)措施；

（4）仍存在不可消除的意外（如斷電、人員誤操作等），必須制定針對(duì)性的救援預(yù)案并有效傳遞給使用單位。

此外，在設(shè)計(jì)上保證游樂(lè)設(shè)施的本質(zhì)安全更為重要，F(xiàn)MEA 作為前期分析的有效工具對(duì)游樂(lè)設(shè)施新產(chǎn)品的開發(fā)、分析、研制也有著積極的意義。