大型游樂設施乘客束縛裝置工作原理與選型*

王亞坤，趙九峰，苗瑞芳，李壘壘

(河南省特種設備安全檢測研究院，河南 鄭州 450000)

0 引 言

隨著國內經濟發展，游樂設施向著大型化、高參數、高刺激等方向發展[1]，游樂設施的安全也成為國民關注的焦點。近年來，國內發生的多起大型游樂設施事故均與束縛裝置有關[2]，2014年以來，27起大型游樂設施事故中與乘客束縛裝置有關事故就有17起。2016年4月14日，揚州瘦西湖游樂場“超級秋千”乘客被碾壓致亡，事故原因：設備未停穩，乘客自行打開擋桿跳下，被設備碾壓；2018年4月21日，許昌西湖公園“飛鷹”乘客墜亡，事故原因：未確認安全壓杠鎖緊，攔腰安全帶未系，兜襠安全帶自行縫合斷裂。

發生事故的主要原因，一方面是游樂設施的生產制造企業，對束縛裝置的工作原理和應用環境理解不透，使得設計生產出來的產品存在先天性不足；另一發面游樂設施的經營人員安全意識淡薄[3]，對安全帶和安全壓杠進行私自改裝，未按照更換周期對安全帶進行定期更換，以及在節假日期間，由于客流量大，經營者為了追求經濟利益，一些安裝束縛裝置在未鎖緊的情況下啟動設備，造成人員傷亡[4]。筆者重點介紹了幾種常用束縛裝置的結構形式、工作原理、應用環境和使用要求，目的是為游樂設施制造企業的設計人員對束縛裝置進行合理的選型，以保證乘客處于失重狀態或被甩出時的安全[5]，同時為監管部門對束縛裝置的檢驗提供了參考。

1 束縛裝置的類型和工作原理

游樂設施束縛裝置用來防止乘客由于慣性被甩出或掉下座艙，并在設備停止運行前始終處于鎖定狀態[6]。大型游樂設施的束縛裝置，常見類型如下。

1.1 安全帶

安全帶作為防護性帶式保護裝置，是將乘客柔性固定在座椅上，由于安全帶自身具有一定寬度，同時在身體上跨越的部分較寬，當乘客受到脫離座椅的載荷時，人體受到的反作用力不會集中在一個較小的區域，因此不會對人體造成過大傷害，常用在運行速度較慢且沒有翻轉的游樂設施上[7]，如常見的自控飛機、轉馬、架空游覽車等設備；對運動激烈的設施，安全帶常用作安全冗余束縛裝置，但其獨立起作用時，應具有可靠的承載性能和安全性[8]。

由于游樂設施通常安裝在室外，安全帶經常受到風吹、日曬、雨淋等環境因素影響，宜腐蝕、變形和斷裂，因此安全帶的材質多采用適合露天使用的尼龍材料。為了保障安全帶的舒適性，帶寬應不小于30 mm。安全帶一般分成兩段，分別固定在座艙上，為了保障乘客的安全，安全帶必須能夠承受設備運行時乘客脫離座艙的力，安全帶的破斷拉力不小于6000 N[9]。安全帶的固定連接形式如圖1所示。

圖1 安全帶連接

由于人體的胸腔和骨盆相對來說比較強壯，安全帶的束縛位置通常繞在腰部或胸部。安全帶的形式，按照固定點和安裝方式，分為三種：兩點式、三點式、全背式[9]。如圖2所示。

圖2 安全帶的形式

(1) 兩點式：按照不同的約束位置，分為腰帶和肩帶兩種。由于腰帶只約束了腰部位移，乘客的上半身不受約束[8]，當游樂設施緊急制動和減速時，乘客上半生往前傾，容易給乘客的頭部造成傷害；肩帶可以限制乘客身體前傾，但乘客受到側向載荷時，身體容易從座椅側向滑出[10]。因此兩點式安全帶僅用在運行速度緩慢，沖擊力較小的游樂設施上。

(2) 三點式：三點式安全帶，借鑒汽車行業，是腰帶和肩帶兩種安全帶的組合，能夠限制乘客的前傾和側向搖擺，也是目前游樂設施行業大力推廣的一種安全帶形式[11]。

(3) 全背式：這種安全帶實現對乘客的全方位的限制，安全性能最好，保護效率最高，但由于鎖緊操作流程復雜，設備操作人員對其鎖緊步驟操作不熟練，難以在游樂行業進行大面積推廣，僅用在個別速度較大，運行較為激烈的游樂設施上。

1.2 安全壓杠

安全壓杠限制的對象為單個乘客，能夠根據乘客的體型調節鎖緊位置。通常安裝在速度較大，沖擊較大，或運行時存在翻滾的大型游樂設施上。其開啟和下壓動作都很簡單，就是壓杠圍繞支點O旋轉。

根據使用場合不同，安全壓杠可分為壓肩式和壓腿式兩種。安全壓杠的基本形式如圖3所示。

圖3 安全壓杠的基本形式1.壓缸、曲柄 2.搖桿 3.搖塊 4.座椅

(1) 壓肩式安全壓杠 當座艙存在翻滾動作，乘客有上拋趨勢時，需用安全壓杠限制乘客人體的自由度，并且用壓肩式安全壓杠，如過山車、大擺錘等大型游樂設施。此類設備運行速度高，慣性大，存在多方向的運動趨勢，乘人在乘坐此類設備時，存在著脫離座椅被拋出的潛在危險。安全壓杠能對乘客進行全方位的約束，確保乘客的人身安全[12]。

此類安全壓杠的鎖緊位置通常在座椅背部，搖桿做成齒條的結構形式，搖塊上裝有氣動插銷，氣動插銷由單作用的薄型氣缸提供動力，保證鎖緊裝置出現故障時，壓杠結構處于鎖緊狀態；還有一種壓肩式安全壓杠的鎖緊裝置位于壓杠端部，通過裝在壓杠端部的氣動插銷與座椅扶手上一排插銷孔配合，實現對不同體型乘客的個性化鎖緊。

(2) 壓腿式安全壓杠 壓腿式安全壓杠安裝在座椅前方(或前排座椅上)，壓杠落下，抵僅乘客的腰腿部位，由于這種壓杠不能約束乘客的上半身，僅僅是限制乘客離開座椅，因此這種形式的壓杠主要用在座艙不翻滾、慣性沖擊不大的游樂設施上，如家庭過山車、滑行龍等。

壓腿式安全壓杠的鎖緊機構位于壓杠根部，通常采用扇形齒輪、齒條、止逆齒配合的形式，壓腿式安全壓杠的結構如圖4所示。

圖4 壓腿式安全壓杠 圖5 搖頭飛椅的安全擋桿

游樂設施還有其他形式的安全壓杠，如用在神州飛碟上的背壓式安全壓杠，但這種形式的安全壓杠應用范圍小，在此不再詳細介紹。

安全壓杠的主體結構主要采用鋼管彎制而成，常用材料為不銹鋼，壓杠與人接觸的部位包裹柔軟的材料，這樣既保證了足夠的機械強度，又不至于挫傷乘人的身體。

1.3 安全擋桿

擋桿作為游樂設施中安全等級最低的一種束縛裝置，用在速度和沖擊較小的游樂設施中，擋桿僅僅用來阻擋人的不安全行為，既做安全裝置，又可以當扶手[13]。由于擋桿不能針對乘客個人的體型進行調節，通常在聯排座椅上共用一根安全擋桿，如海盜船一排座椅四五名乘客用一個安全擋桿；也有擋桿用于單個乘客，但不能根據乘客體型進行調解，如搖頭飛椅，其結構形式比較簡單，搖頭飛椅座椅上的安全擋桿如圖5所示。

安全擋桿的結構簡單，國內已發生了多起由于設備未停穩，乘客私自打開擋桿導致的事故，如前文中提到的超級秋千。因此在2018年國家市場局對游樂設施束縛裝置專項排查的通知中，近年由于乘客自行打開束縛裝置發生過事故的同類設備以及存在同樣風險的設備[14]，如海盜船、搖頭飛椅和高空腳踏車等，只允許操作人員手動或自動釋放束縛裝置，乘客在運行中不得自行打開[15]。安全擋桿的鎖緊形式多種多樣,既可采用像門鎖一樣的彈簧撞擊式，也可以采用方便的插銷式，若要求乘客不得自行打開，只需增加開鎖的難度或開鎖裝置乘客很難接觸到即可，增加開鎖難度需要專門的開鎖工具才可打開，乘客難以觸及到，只需把開鎖位置設置在四肢觸及不到的位置。

2 乘人安全束縛裝置的要求

對游樂設施束縛裝置的具體要求如下。

(1) 束縛裝置應滿足束縛功能要求，確保設備在運行過程中，乘客被限制在座椅上。

(2) 束縛裝置與人體的接觸部位，應具有一定的柔軟性和避免尖角，增加人體的舒適性和避免人體劃傷，如安全壓杠用聚氨酯泡沫包裹、螺帽用蓋型螺帽。

(3) 束縛裝置已具有一定抗沖擊承載性，其承載性能符合國家標準規范的要求。

(4) 束縛裝置應具有一定的可靠性，設備在運行過程中，或出現故障時，如斷電、斷氣時，束縛裝置仍能保持鎖緊狀態。

安全壓杠作為安全等級最高的束縛裝置，具有下列要求。

(1) 對運行速度高，危險性較大的大型游樂設施，應設置相互兩套獨立的束縛裝置[14]，具有翻滾動作的游樂設施，應設置肩壓式安全壓杠，并且安全壓杠須具有兩套獨立的鎖緊機構[16]。

(2) 安全壓杠的壓杠體應具有一定的承載力，鎖緊機構應具有可靠的鎖緊力，保證設備運行過程中安全壓杠不會失效。

(3) 安全壓杠的鎖緊機構可以手動或自動釋放，當自動釋放機構失效時，操作人員能夠手動打開安全壓杠。

(4) 安全壓杠針對乘客個人體型進行調節，調節鎖緊裝置應具有無級或有級調節，鎖緊后壓杠端部的游動量不大于35 mm[7]。

3 總 結

游樂設施運行時，束縛裝置不斷受到沖擊和振動，易使束縛裝置失效，進而導致事故的發生，選擇安全可靠的束縛裝置成為重中之重。為提高游樂設施的運行安全，制造企業、運營單位、檢驗機構和監管部門應通力協作，降低并消除由于束縛裝置造成的安全隱患。

(1) 制造企業在設計制造環節，應能有效防范乘客自行打開安全擋桿或安全帶等行為，以及操作人員未鎖緊工況下啟動游樂設施，如增加乘客束縛裝置閉合并鎖緊與設備啟動自動聯鎖功能。

(2) 運營單位應加強操作人員的培訓考核，持證上崗，并對束縛裝置進行維護保養、定期更換易損件，加強日常的檢驗和管理，提升操作人員的業務能力和責任心。

(3) 檢驗機構對設備定期檢驗，提升檢驗人員的業務能力，會同監察部門強大型游樂設施安全宣傳教育，對存在安全隱患的游樂設施限期整改，安全意識淡薄的經營者加強教育，拒不整改的設備堅決查封。

全社會應具有游樂設施的安全意識，共同營造一個安全、舒適、和諧的社會環境。