滑索設(shè)施安全性能分析

王 栓

（中山市漢唐游樂科技有限公司，廣東 中山 528437）

0 引言

滑索是以人體重力和自然山脈高度落差形成的下滑力為基礎(chǔ)原始化動(dòng)力來跨越山河或峽谷的重要設(shè)備，能夠在諸多復(fù)雜地理?xiàng)l件下進(jìn)行人員輸送和物資設(shè)備輸送，也是利用該設(shè)備兩側(cè)鋼絲繩滑動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能提供直線運(yùn)動(dòng)的游樂設(shè)施，常見于山谷、峽谷，也被人們稱為溜索、飛人和速降工具[1]。該項(xiàng)目是集體育項(xiàng)目和游樂游戲項(xiàng)目為一體的富有刺激性的重要項(xiàng)目類型，隨著旅游產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展而成為全新的游樂設(shè)施，更是我國安全監(jiān)察管理部門重點(diǎn)管控的特種設(shè)備之一。隨著當(dāng)前旅游市場(chǎng)的進(jìn)一步完善，人們對(duì)個(gè)性化需求的不斷提升，越來越多功能各異的多樣性滑索出現(xiàn)，滑索結(jié)構(gòu)形式逐步增多，與此相對(duì)應(yīng)的滑索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全控制難度隨之進(jìn)一步提高，因此，該文對(duì)滑索安全結(jié)構(gòu)性能的分析和研究，也就具備重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 滑索設(shè)備的工作原理和特點(diǎn)

通常情況下，滑索設(shè)備主要利用存在索懸掛其下端載人設(shè)備或者載物設(shè)備，利用滑索遷移牽引下端載人設(shè)備或載物設(shè)備的運(yùn)行，借助牽引索驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正向運(yùn)動(dòng)和反向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)載人設(shè)備或載物設(shè)備在山頂和山底之間的回環(huán)往復(fù)運(yùn)行[2]。在該過程中，旅客從下客站臺(tái)上車，牽引結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)，滑索下方載人飛艇運(yùn)行到上客站臺(tái)后乘客下車，此時(shí)牽引驅(qū)動(dòng)電機(jī)則處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，下方載人飛艇能進(jìn)一步回到上客站臺(tái)具體位置，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖如圖1 所示，由此可知，滑索設(shè)備主要包括上塔架、下塔架、車架、承載索、牽引索、電纜索、緩沖裝置、避雷針、基礎(chǔ)及電氣控制等結(jié)構(gòu)。其中，下塔架主要由尾座部件、下繩架部件、前支架、上拉梁、下拉梁和驅(qū)動(dòng)裝置組成，尾座部件是承載索的主要調(diào)節(jié)張緊的結(jié)構(gòu)，對(duì)承載索還設(shè)置二次保護(hù)鋼絲繩，防止意外發(fā)生。繩架部件安裝牽引索兩個(gè)繩輪并作為承載索支撐[3]。前支架、下拉梁和下拉梁形成框架結(jié)構(gòu)是下塔架主要支撐；當(dāng)飛艇進(jìn)入站臺(tái)時(shí)，減速到0.5m/s～1m/s，并緩慢停止，繩輪架前端設(shè)有防碰撞緩沖裝置，防止飛艇進(jìn)站時(shí)超過了停止點(diǎn)直接發(fā)生碰撞。上塔架主要由尾座部件、上繩架部件、前支架、上拉梁和下拉梁組成，尾座部件是承載索的主要固定點(diǎn)，設(shè)置二次保護(hù)鋼絲繩，是承載索固定結(jié)構(gòu)。繩架部件安裝牽引索調(diào)節(jié)張緊的機(jī)構(gòu)，并作為承載索支撐。飛艇進(jìn)入站臺(tái)時(shí)，減速到0.5m/s～1m/s，并緩慢停止，繩輪架前端設(shè)有防碰撞緩沖裝置。車架主要由底架、連接桿、滑架、座艙、外包裝組成，每個(gè)車架有4 個(gè)座位，額定載客4 人，700N/人，底架裝有4 個(gè)座艙，每個(gè)座位配有一根乘客不準(zhǔn)打開的安全帶和壓杠。滑架上裝有4 組承載滑輪，安裝在承載索上，裝有2 組牽引輪，牽引輪與牽引索連接固定，分別牽引車架上下往復(fù)運(yùn)行。連接桿連接底架和滑架，設(shè)有二次保護(hù)鋼絲繩，部分游樂場(chǎng)車架甚至配備燈光和音樂，最大限度使游客在游樂中享受不一樣的感覺。驅(qū)動(dòng)裝置主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)架、電梯用曳引機(jī)組成，是設(shè)備往復(fù)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力源和制動(dòng)裝置。當(dāng)發(fā)生斷電時(shí)，制動(dòng)器抱閘立即剎車，在緊急事故需要啟動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案時(shí)，手動(dòng)打開制動(dòng)器抱閘，進(jìn)行救援。制動(dòng)裝置是在車架上設(shè)置的自動(dòng)剎車裝置，當(dāng)牽引索失效時(shí)，剎車裝置立即生效，防止座艙因失去牽引力而快速下滑。

圖1 滑索設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖

2 滑索設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定

滑索設(shè)備在以往缺少安全技術(shù)規(guī)范、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和外部安全監(jiān)督檢查等嚴(yán)格把關(guān)的狀態(tài)下，頻頻發(fā)生一系列嚴(yán)重的安全事故，因此，國家進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)滑索這一重要特種設(shè)備的安全監(jiān)督與管理，貫徹實(shí)施滑索安全技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)滑索設(shè)備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造和安裝運(yùn)行以及后期運(yùn)營維護(hù)管理中的具體需要，明確了滑索設(shè)備運(yùn)營管理方應(yīng)做好相關(guān)工作，出臺(tái)了《大型游樂設(shè)施安全規(guī)范》《無動(dòng)力類游樂設(shè)施技術(shù)條件》《滑索通用技術(shù)條件》《滑索安全技術(shù)要求（試行）》等諸多文件不斷規(guī)范滑索安全管理。在該過程中，滑索所有者必須加強(qiáng)對(duì)滑索設(shè)備游樂設(shè)施的安全管理意識(shí)，加強(qiáng)全程安全管控和安全防范意識(shí)[4]。針對(duì)滑索設(shè)備外包給專業(yè)運(yùn)營機(jī)構(gòu)運(yùn)營管理的，必須在其外包合同中明確注明營運(yùn)管理單位的具體安全管理職責(zé)和管理范圍，新建滑索項(xiàng)目和改建滑索項(xiàng)目在正式投入運(yùn)營前，其所有單位必須嚴(yán)格按照行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)到所在區(qū)域的地市級(jí)以上特種設(shè)備安全監(jiān)督檢查管理機(jī)構(gòu)辦理登記注冊(cè)，必須將設(shè)備安全檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)置于滑索設(shè)備的明顯部位，保證所有游樂者能清晰觀察到該類滑索設(shè)備的結(jié)構(gòu)安全證明。同時(shí)，在滑索設(shè)備的日常運(yùn)營過程中，滑索設(shè)備必須定期開展國家監(jiān)督監(jiān)察機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)工作，新建或改建項(xiàng)目則應(yīng)將其設(shè)計(jì)圖紙交由國家游樂設(shè)施監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格審查，審查通過后方可進(jìn)行正式生產(chǎn)制造和安裝試運(yùn)行。最后，滑索設(shè)備運(yùn)營管理單位必須嚴(yán)格執(zhí)行滑索設(shè)備運(yùn)營管理過程中的相關(guān)制度，加強(qiáng)其日常維護(hù)檢修工作，確保滑索設(shè)備日常可以安全平穩(wěn)地運(yùn)行。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

由于滑索游樂項(xiàng)目具備較高的地勢(shì)差，其地面高度大多大于30m，最大下滑速度往往高達(dá)20m/s，其具備高空運(yùn)行、高速運(yùn)行等鮮明特質(zhì)，因此，對(duì)滑索游樂設(shè)施進(jìn)行安全結(jié)構(gòu)分析是非常必要的。滑索主要依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)下方載物設(shè)備或者載人飛艇在鎖道上的滾動(dòng)而進(jìn)行自由運(yùn)動(dòng)，在索道兩側(cè)由于載人飛艇滾動(dòng)所受的自然阻力較小而忽略不計(jì)的前提下，利用能量轉(zhuǎn)化定律可知，當(dāng)載物設(shè)備或載人飛艇在高度100m 處的上客位置自由運(yùn)行到下客站時(shí)，整個(gè)過程的實(shí)際速度受電機(jī)做功的影響，該速度產(chǎn)生的外部沖擊力，可能對(duì)載人飛艇內(nèi)的游客產(chǎn)生強(qiáng)烈的外在沖擊而導(dǎo)致安全事故發(fā)生。阻尼作用牽引索受到載人飛艇自重限制，往往直徑控制在8mm 左右，在高速運(yùn)行過程中，阻尼牽引索的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)并不穩(wěn)定，很容易出現(xiàn)自傳或外界動(dòng)力作用下的抖動(dòng)，從而在索道的部分固定節(jié)點(diǎn)位置產(chǎn)生疲勞變形，當(dāng)阻尼系統(tǒng)外在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括張緊結(jié)構(gòu)、制動(dòng)裝置甚至驅(qū)動(dòng)裝置等設(shè)計(jì)不合理時(shí)，很容易對(duì)阻尼牽引產(chǎn)生較大的荷載沖擊，長此以往阻尼牽引將產(chǎn)生疲勞斷裂，高速運(yùn)行過程中的載物設(shè)備或載人飛艇必將以較快速度向下俯沖，對(duì)車類游客產(chǎn)生致命傷害。也就是說，滑索游樂設(shè)備在整個(gè)運(yùn)行過程中，主要存在著以下三點(diǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)：首先是由于阻尼牽引索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不好，產(chǎn)生的作用力導(dǎo)致滑索設(shè)備脫落，行走小車發(fā)生變形而引發(fā)運(yùn)行過程中的安全事故；其次是同側(cè)運(yùn)行的承載索實(shí)際承受的內(nèi)部張力大小不一致，行走時(shí)小車受限于質(zhì)量問題，容易從承載索上脫落，發(fā)生載人飛艇高空墜落的安全事故；最后，承載索和下客站緩沖裝置結(jié)構(gòu)兩端的固定裝置以及整個(gè)運(yùn)行過程中的安全保護(hù)裝置等在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造應(yīng)用過程中，都可能存在安全問題，直接導(dǎo)致滑索設(shè)備運(yùn)行過程中安全事故發(fā)生概率的增加。

4 減小安全風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方法

4.1 基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

滑索設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要包括滑行裝備優(yōu)化、滑車優(yōu)化、軌道優(yōu)化和減速制動(dòng)裝置優(yōu)化、信號(hào)裝置優(yōu)化、放行裝置優(yōu)化、上客或下客升降裝置優(yōu)化等諸多內(nèi)容，其中，以滑索軌道優(yōu)化問題為例分析可知，滑索軌道的實(shí)際坡度走向以及曲率半徑都是影響乘客滑行安全的關(guān)鍵因素，當(dāng)滑索軌道過大時(shí)，實(shí)際所產(chǎn)生的波動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致滑索設(shè)備在運(yùn)行過程中的加速度增加，加快整個(gè)運(yùn)行平均速度，使乘客在軌道轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)較大幅度的側(cè)擺或跳躍，從而對(duì)乘客、滑行裝備的某一側(cè)甚至滑索下方牽引點(diǎn)造成較大的傷害。當(dāng)以較大的滑行速度經(jīng)過較小轉(zhuǎn)彎半徑的軌道路段時(shí)，乘客身體甚至?xí)蛲猱a(chǎn)生大幅度的擺動(dòng)，嚴(yán)重的甚至?xí)哂谡麄€(gè)滑行軌道高度，身體很容易與外側(cè)滑行軌道產(chǎn)生碰撞，導(dǎo)致乘客受到物理傷害。因此，在對(duì)滑索裝置的軌道進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，往往將其垂直方向設(shè)計(jì)為V 型結(jié)構(gòu)，使乘客能夠在先下坡后上坡中得到舒適的感官體驗(yàn)，整個(gè)過程以適宜的速度通過未知性軌道，有效避免滑行時(shí)軌道半徑過小而造成的乘客向左、向前和向右的大幅度擺動(dòng)，避免由此而造成的頭部與軌道之間碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，圖2 即為V 型軌道滑行結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 V 型軌道滑行結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 本質(zhì)安全技術(shù)

滑索設(shè)備的木質(zhì)安全防范技術(shù)主要是通過科學(xué)正確地受力分析計(jì)算，得到滑索的安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，保證滑索游樂項(xiàng)目設(shè)施的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵部位的受力特質(zhì)符合國家相關(guān)規(guī)范。其中，主要包括承載鋼絲繩、阻尼牽引索、夾索器三大部分的木質(zhì)全防范。以夾索器為例分析可知，夾索器是載人飛艇和阻尼牽引索斜口處有效連接的重點(diǎn)部位，必須具備夾緊力，才能夠保證整個(gè)牽引索設(shè)備和載人飛艇設(shè)備之間的可靠連接，但過大的夾緊力會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致牽引索受損，縮短牽引索結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間。由于牽引索結(jié)構(gòu)在彎曲時(shí)，其附近鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生一定程度的應(yīng)力集中，而牽引索的反復(fù)彎曲則進(jìn)一步導(dǎo)致附近鋼絲繩產(chǎn)生疲勞變形或斷裂，夾索器對(duì)牽引索遷所產(chǎn)生的附加壓力與其幾何狀態(tài)、結(jié)構(gòu)尺寸或者鋼絲繩材質(zhì)等諸多因素緊密相連，在該過程中，設(shè)計(jì)夾索器的優(yōu)化原則如下：首先，飛艇處于最不利受力條件時(shí)，整個(gè)夾索器的防滑能力應(yīng)大于小車重力分布的三倍，夾索器和鋼絲繩之間的摩擦系數(shù)為0.13 左右。其次，夾索器和鋼絲繩之間的比壓值應(yīng)小于20MPa，避免夾索器和鋼絲繩連接部位產(chǎn)生過大壓強(qiáng)而導(dǎo)致疲勞變形。最后，夾索器鉗口處斷面必須導(dǎo)大角，以此避免對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生損傷。最后，在夾索器外側(cè)1～1.5 倍鋼絲繩捻距離處，應(yīng)進(jìn)一步加裝支索裝器，最大限度減少鋼絲繩鉗口處的疲勞變形。

4.3 安全防護(hù)技術(shù)

承載結(jié)構(gòu)、制動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、夾索器、運(yùn)行小車甚至阻尼牽引索等諸多結(jié)構(gòu)都是滑索設(shè)備的重要零部件，任意一個(gè)零部件失效，都將導(dǎo)致滑索設(shè)備在運(yùn)行過程中處于不安全狀態(tài)，引發(fā)重大傷亡事故，因此，在對(duì)滑索設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在保證牽引索安全結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不斷對(duì)滑索設(shè)備阻尼牽引裝置進(jìn)行優(yōu)化改良，加強(qiáng)其安全防護(hù)能力。例如，可在柔性吊具懸掛處考慮下方載人飛艇的重量，以及下車的防沖撞和高速緩沖問題。由于滑索設(shè)備本身處于無動(dòng)力滑行狀態(tài)，受到外界荷載的影響較大，不同質(zhì)量的客戶、不同的滑行高度以及不同方向的風(fēng)荷載等對(duì)最終到達(dá)點(diǎn)的速度都會(huì)產(chǎn)生不同影響，因此，為了確保乘客安全，可在下客處設(shè)置人工操作的安全制動(dòng)裝置，通過該自動(dòng)裝置控制滑行載人飛艇的實(shí)際運(yùn)行速度。

4.4 使用信息的完善

滑索裝置使用信息的完善主要包括隨滑索設(shè)備的相關(guān)文件、基礎(chǔ)安全標(biāo)志等重要組成設(shè)備信息的完善，主要用于滑索設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的安全控制。隨機(jī)文件主要包括滑索設(shè)備的安全使用方法、維修使用說明以及安裝調(diào)試說明、維護(hù)保養(yǎng)措施等，旨在說明滑索設(shè)備相關(guān)零部件應(yīng)用程序和操作程序，也對(duì)滑索設(shè)備不規(guī)范使用或錯(cuò)誤使用隱含的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制和管理。此外，隨機(jī)文件進(jìn)一步包含滑索設(shè)備非正常運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)急對(duì)策措施以及維護(hù)更新措施，能夠使設(shè)備使用者在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)有著一定自救方法。

5 日常運(yùn)行管理與維護(hù)

滑索設(shè)備的日常運(yùn)行與管理維護(hù)主要包括阻尼牽引索的維護(hù)、夾索器移位的維護(hù)、阻尼遷引索的更換以及相關(guān)安設(shè)備控制管理人員的培訓(xùn)教育、安全管理機(jī)制的構(gòu)建等。以上站臺(tái)設(shè)備的維護(hù)管理分析可知，其檢查頻率和檢查內(nèi)容如表1 所示。

表1 上站臺(tái)設(shè)備維護(hù)檢修內(nèi)容

6 結(jié)論

總而言之，滑索設(shè)備作為當(dāng)前較流行的重要游樂項(xiàng)目，在滑行過程中受制于設(shè)備特質(zhì)和工程狀態(tài)，其風(fēng)險(xiǎn)程度往往較高，因此，在管理滑索設(shè)備機(jī)械安全時(shí)，應(yīng)立足于滑索設(shè)備的工作原理和運(yùn)行特制，在明確滑索設(shè)備的安全規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)滑索設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)分析，基于風(fēng)險(xiǎn)管理理論對(duì)其滑行裝備、滑車、軌道以及減速制動(dòng)裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，利用木質(zhì)安全技術(shù)、安全防范技術(shù)、完善信息以及加強(qiáng)日常運(yùn)營管理維護(hù)等諸多措施，促進(jìn)滑索設(shè)備安全管理水平穩(wěn)步提升。