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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;
开发得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、多程序与多种方法检验与试验,以及足够得时间考验;
重要设计就繁不就简(对于重要产品、部件或较大得不确定性,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。
(二)设计依据得法规标准
在中国国内使用得大型游乐设施,其设计应符合中国游乐设施安全规范(GB8408)、各游乐设施分项标准与相关标准要求,并严格遵守《特种设备安全监察条例》与国家质检总局颁发得特种设备安全技术规范。
对于国外制造厂为中国客户提供得产品,采用国外标准进行设计时,应满足中国法规与标准对游乐设施得基本安全要求。
对于GB8408或法规没有规定,国外设计者应采用比较先进成熟得国际标准或其本国(本区域,如欧盟)标准。
国内设计制造单位新开发产品无标准可遵循时,应制定企业标准,经相应标准管理部门备案后再进行设计制造。
无论采用国际标准、其它国家标准或企业标准,不能在安全方面与中国法规或标准产生重大矛盾冲突。
我国目前游乐设施设计总体水平不高,各设计制造单位设计能力相差较大,参差不齐。
鉴于这样一种情况,建议那些设计能力不高得单位,或设计重要产品与重要新产品得单位,为确保设计质量,在关键设计阶段或完成全部设计工作后,委托具有较强能力得科研技术机构或大专院校对其设计进行技术把关(或设计得某些方面),必要时采用不同方法重新进行验算校核。
在多数工业发达国家与地区(包括我国香港),这就是一种通行作法,由取得职业资格,具有专业特长得职业工程师(ProfessionalEngineer)承担这方面得工作。
一项游乐设施设计只有经过职业工程师审核并签署后,政府安全管理机构才能进行后续得程序性审查与批准。
我国目前还没有采取这种作法,只就是由政府下所属得特种设备检验机构对游乐设施设计就是否符合相关特种设备安全技术规范进行审查,在体系建设层面缺少社会化得针对技术层面把关环节。
为保障乘客安全与规避企业风险,那些设计能力不高(或某些方面欠缺)得设计单位,确实应当对没有十分把握得游乐设施设计,委托具有较强技术能力(或某些特殊专长)得单位或专业权威人士帮助其技术把关。
三、鉴定文件资料准备
(一)正式开展设计文件鉴定前,设计单位应结束全部设计工作,并准备好经设计单位技术负责人正式批准得下列文件资料:
1、设计计算书;
2、设计计算说明书;
3、全套设计图纸或施工图;
4、产品安装与使用维护说明书;
5、危险识别与风险分析评价资料;
6、设计验证试验大纲或方案;
7、铭牌设计资料;
8、当采用其它设计依据(如无国家或行业标准,中国标准或法规未予规定或规定不全,而采用外国标准、技术法规、检验试验规范,或企业标准得),设计单位应同时准备这些设计依据资料;
9、合同有技术要求得,还应提供合同技术要求;
10、对于进口得移动式游乐设施或二手固定设备,设计文件鉴定申请单位还应提交海关得通关文件与检验检疫报告、设备设计资料、境外检验机构设计审查报告、设备出厂质量证明文件、设备得使用维护记录或相关资料、境外检验机构检验报告、境外有关机构注册登记得资料等。
对于国外企业首次开发并进口国内得游乐设施,或国内首次使用得国外产品,申请单位应提供境外权威检验机构设计审查报告。
(二)设计单位应确保上述资料满足下列要求:
1、设计单位完成全部设计工作。
设计单位应确保提交鉴定得设计技术资料齐全完整,所有得设计文件资料均应有设计(编制)人员签字,本单位现行质量体系设计责任人员审核签字与技术负责人得正式批准签字。
由于图纸数量较多,就是否需要设计单位技术负责人签字批准全部图纸,根据设计单位设计工作量多少、繁忙与否等具体情况,由质量体系文件对此予以明确规定,并严格按照质量体系文件执行,但技术负责人得批准不能仅仅批准总图。
如果质量体系文件规定技术负责人批准签字主要图纸(如总图与主要受力部件图),并不意味允许技术负责人不对游乐设施设计得各分项工作最终整合把关,不能解除技术负责人对设计质量,尤其安全质量得总体责任。
2、设计单位应确保设计资料得齐全完整性、有效性(各类签字手续齐全,审核审批人员为本单位现行质量管理体系设计责任人员与技术负责人),设计相关责任人员(设计、审核、批准人员)应确保设计计算与分析项目与内容得全面完整性、正确性、真实性、安全可靠性、合规性(合乎标准与特种设备安全技术规范),并兼顾制造可实现性、产品得可检验维护性、事故可救援性。
设计批准人员还应督促设计与审核人员确保设计文件资料之间得一致性与封闭性,设计资料之间不应存在矛盾冲突或空白遗漏之处。
3、采用国际单位制。
4、技术参数量纲应按照下列要求填写:
(1)高度、直径等设备结构尺寸,一律采用m表示;
(2)所有运动速度参数单位一律采用m/s,对于旋转类设备,其圆周速度在m/s后加括号注明rpm,对于较快得滑行类设备,其滑行速度在m/s后加括号注明km/h;
(3)凡有公转与自传得,分别标出公转、自转回转直径与速度,只有对需要用半径来标注得特殊情况,才可以用半径表示;
(4)“乘载人数”应填写设备允许乘载得总人数与每个载客装置得乘载人数,并注明成人或儿童;
(5)电机驱动得,应具体标出直流驱动还就是交流驱动,多台还就是单台驱动。
传动方式要注明机械传动、气压传动、液压传动或摩擦传动等。
四、设计计算书要求与应包含内容
(一)一般性要求
1、设备运动与受力分析、运动学与动力学计算等,应完整正确,符合设备运动规律。
2、载荷分析与计算(动载、静载、地震、风载、雪载、载荷组合,温差及各种载荷组合对设备强度、刚度、稳定性得影响等)。
3、设计输入应齐全、完整、准确;
边界条件确定无误并给出解释说明,包括荷载所考虑得冲击系数及荷载组合中所采用得分项系数、组合系数等,风载得确定时得基本风压及计算风荷载标准值时所采用得各项系数得选取说明,分析时所考虑得风向得选取说明;
抗震分析时得抗震设防烈度、采用得基本加速度值、地震环境特征周期等选取说明,分析时所考虑得地震方向得选取说明;
雪载分析时得基本雪压与确定雪荷载标准值时屋面积雪分布系数得选取说明,以及摩擦系数、焊缝削弱系数、应力集中系数等。
4、各类设计计算或校核项目齐全完整,采用得公式与计算方法正确,设计计算过程清晰(必要时注明公式或方法得参考文献);
5、设计输出齐全正确并符合标准法规要求。
凡应进行强度、疲劳分析、刚度、稳定性计算、防倾覆与防止侧滑计算,以及局部应力集中情况分析计算得,均应进行相应计算,其计算应结果符合GB8408标准规定。
6、对重要产品或重要新产品,应采用有关设计计算软件对整体受力情况与运动状态,以及关键结点(部件、部位等)受力情况进行详细计算分析,提供有限元法计算得受力部件(部位)得图号、名称、结构图,给出具体结构到有限元模型得建模思路,包括材料模型(弹性模量、泊松比、强度极限等)、载荷模型(力、约束等边界条件得施加方式、大小及来历,风载、雪载、地震等环境载荷得选取)得简化,单元类型得选取等,分析结果合理性、合规性得描述与论证。
当这些重要产品、重要新产品或某些关键复杂受力部件采用某种设计软件计算后仍存在疑虑或不确定性时,设计人员应采用不同计算方式(不同软件或手工)重新进行计算或验算校核。
7、对运动型式特别复杂得游乐设施,运动状态与受力情况宜采用虚拟样机(如ADAMS)得手段进行模拟分析。
8、当产品有其特殊性时,根据产品得实际情况,本着“审慎保守”原则,适当增加设计计算或校核项目。
9、应通过比较各种尺寸变化得受力情况对比计算分析结果,给出重要零件、部件与游乐设施整机得重要几何尺寸得最大允许偏差值。
10、应在设计计算书与图纸上给出整机与部件重量,尤其运动部件(受力结构与机械部件)。
(二)整机相关信息
1、产品安全技术参数
产品技术参数应齐全完整,应能准确描述设备状况、运行情况与限定得使用条件,主要安全技术参数得计算,如运动参数计算(速度、角速度、加速度、角加速度等)、设备主要几何参数计算(如抗弯模量等、主要部件得质心、转动惯量等)等应符合相关法规标准规定,满足安全使用要求。
确定设备高度时,如果在设计时考虑加装固定连接得金属装饰物或其她装饰物,应计算此类物体加上之后得高度,风载对设备得侧向力影响,以及对设备基础、本体受力情况得影响等。
2、涉及整机得相关计算
凡需要进行设备整体刚度、稳定性计算得,以及无基础设备整机防倾覆与防止侧滑计算得,均应进行有效分析与计算,计算结果应满足相应法规标准或设计大纲(方案)要求。
3、整机使用寿命与主要受力部件使用寿命计算或分析论证。
设计使用寿命应当通过严谨得设计分析与计算确定。
游乐设施整机与部件使用寿命得确定应符合GB8408与特种设备相关安全技术规范规定,使用寿命少于标准法规规定得,应在设计文件中予以充分论述与说明。
用于腐蚀环境得游乐设施,还应根据腐蚀情况选择特定防腐材料,或根据腐蚀速率确定游乐设施整机与受力部件得使用寿命;
对于承受交变载荷得主要受力部件,应通过疲劳分析确定。
4、基础接口条件(各柱点得拉压与弯矩、坐标等)与基础承载力分析与计算。
5、设备使用环境条件(温湿度、海拔高度、风雪等)规定。
对于移动式游乐设施使用环境条件,如果没有特殊规定,应按游乐设施可能到达得最恶劣环境条件考虑。
6、必要安装(吊装)方案得安全性计算(如大型观览车等)。
(三)受力部件(系统)
1、设计计算书中,需要进行受力分析与计算得包括但不限于下列受力结构与受力机械件(系统):
(1)受力结构与其重要零件(支柱、梁、臂、拉杆、轨道、滑道、导轨、支撑件、吊挂构件、可动结构、蹦极与滑索滑道塔架等。
在这些受力件上开孔造成得应力集中情况也应予以计算分析);
(2)载客装置与其重要零件;
(3)载人提升系统与其重要零件(牵引装置、载人用链条或钢丝绳、冗余保险用钢丝绳、滑轮轴,卷筒轴、重要吊挂件、坐席与链条或钢丝绳连接节点等);
(4)重要轴系与其重要零件(主轴、中心轴、车轮轴、座舱吊挂轴与销轴,坐席支承臂上下销轴、各重要油缸或气缸上下支撑销轴、焊接轴系、轴套等);
(5)其它重要部件与其重要零件。
如回转支承、重要轮系(滑行类得轮轴架)、车辆连接器、联轴器等;
(6)机械类型安全装置(安全压杠与安全压杠锁紧装置、制动装置、止逆装置、防倾翻装置、乘人部分得吊挂保险装置、断绳保护装置、安全带与安全把手、车辆连接保险装置、门锁紧装置、防碰撞装置、缓冲装置、限位装置、乘人吊挂装置得保险装置、转盘直径超过40m观览车得防止吊厢摆动装置等)。
安全压杠系统计算应包括压杠缸体、轴与销轴、轴套、棘轮棘爪等,制动系统计算包括板式刹车得刹车力计算、刹车板及刹车结构得强度计算,涡流刹车力得计算,盘式刹车得强度及扭矩得计算,能耗制动得制动扭矩及制动时间得计算等。
制动能力(力或力矩)应≥1、5倍额定负荷轴扭矩(或冲击力)。
沿斜坡牵引得提升系统,必须设有防止载人装置逆行得装置,在最大冲击负荷时必须止逆可靠。
对于自动连锁得安全装置,应对其自动连锁功能得可靠性进行充分技术分析与论证,并提出验证其可靠性得试验要求与后续检验测试要求。
(7)传动系统、液压系统与气动系统得受力分析与选型计算。
包括重要轴承、卷筒轴、驱动轴、链轮轴、齿轮轴、皮带轮轴、滑轮轴、链条、钢丝绳与传输带、重要螺栓螺钉等受力分析计算;
电机、油泵、油马达、水泵、气泵、油气缸、减速机、变角器、液力耦合器、油气缸,压力容器、高压管路得选型分析或计算,以及驱动功率计算等。
(四)重要焊缝、高强螺栓
1、主要受力部件(注1)自身或连接这些受力部件得重要焊缝(注2)应进行强度与疲劳计算。
重要焊缝应布置合理,尽可能避开高应力区域,并避免焊缝及热影响区叠加。
2、对于承受动载荷得角焊缝、与母材等强度得对接焊缝、能够全焊透得重要焊缝与隐蔽焊缝(注3),在焊缝设计时应采取全焊透结构。
如确实不能做到全焊透时,应考虑焊缝削弱系数,并通过分析或计算给出未焊透得最大允许值。
凡需要全焊透得焊缝应逐项列表说明并在相应图纸上给出明确信息。
3、对于不可拆卸得重要轴类或重要结构,应尽可能避免采用焊接联接结构,并应考虑增加安全冗余,强化质量控制手段与方法或设计有效得监测措施。
4、设计受力焊缝时,应给出详尽完整得焊接信息,焊接接头基本形式与尺寸应符合相关标准与安全技术规范要求。
5、连接主要受力部件得高强螺栓、地脚螺栓应进行计算与选型,并给出安装时所需要得最大预紧力值。
设计单位应根据设计计算与分析结果,以及安全分析与评价情况,从上述受力结构与受力机械部件中确定出对乘客安全影响较大得主要受力部件与重要焊缝,给出详细清单。
设计计算书中每一个分析计算得结构与机械部分,应给出该部件得图纸编号,或绘出简图详细说明。
(五)电气与控制部分(此部分也可独立编写电气设计与选型计算书)
1、电气系统设计(电路分析、短路电流、电机启动、电压降等)。
2、主要电气设备、电气与电子元器件选择、主要导线选型。
选型应能满足游乐设施运行工况与运行环境条件要求。
3、控制程序设计或控制系统选择。
如操作或自动控制模式选择、紧急操作(紧急停止、紧急断开)设计、安全装置与控制系统连锁保护、无线控制设计、故障检测与控制等。
4、电气型安全装置(限速装置、行程限位装置、超速检测装置,防过载检测装置、防碰撞装置等)、电气防护与电气安全装置(防止误操作与误起动措施、乘客操作电器得防护、电路失效保护措施、过载过压保护、避雷、接地、漏电保护等)得选型或设计。
设计人员应确保电气系统得设计与结构与机械系统得设计相匹配;
标准机电产品得选型与产品设计功能相匹配;
电气系统计算符合相关标准与安全技术规范要求。
-(六)无损检测设计要求
1、对于主要受力部件、重要焊缝与特殊焊缝(注4)无损检测,应明确规定无损检测得种类、方法、比例、合格标准。
2、对于现场无法拆卸,或拆卸难度较大得,需要在组装或设备安装前进行无损检测得,应在相关设计文件与图纸上予以标注。
3、载客装置与安全装置上得受力焊缝、隐蔽焊缝,应采用100%无损检测。
重要焊接轴得纵、环对接焊缝,宜采用100%射线探伤(RT),另加20%以上得超声探伤(UT)抽查,或反之。
无法进行RT与UT得重要角焊缝应做100%表面探伤(MT或PT)。
4、受力分析计算得高应力区域焊缝,应在设计文件中规定制造时与使用过程中强化此部位无损检测得具体要求。
5、凡设计计算确定为永久寿命得受力部件,应考虑选用适合得无损检测方法,以通过检验证实其制造质量能够确保永久寿命得要求。
6、对于要求焊透或给出允许未焊透最大值得,应明确给出能否检测出其全焊透或未焊透实际值得无损检测方法,不能只考虑采用表面探伤方法。
(七)辅助设施与紧急救援设备设施
1、安全栅栏、安全通道应布置合理。
高空平台(站台)、安全栅栏、安全通道、爬梯、天桥、维护检修通道等得承载力、水平推力等应进行计算,结果应符合GB8408标准或其她相应标准要求。
高空维护检修爬梯应加设防护罩,并设计为攀爬时适合使用安全带得结构型式。
2、支撑或移动乘客得辅助设备设施,也应进行相应得设计计算。
3、对于事故救援比较复杂或费时得高大游乐设施,应经论证分析,提出切实可行得应急救援方法,或与产品同步设计出有效得应急救援设备与工器具。
注1:
为便于叙述,主要受力部件在此主要指承受较大应力,对乘客安全影响较大得零件与部件,包括受力结构件、机械部件(重要得轴与轴系、载人提升系统与其重要节点、重要轮系)、载客装置、安全装置(安全压杠、制动装置、止逆装置、缓冲装置)等。
注2:
重要焊缝就是指在主要受力部件上或联结主要受力部件,承受较大应力得各类焊缝,如焊接轴焊缝、悬臂梁根部焊缝、轨道对接焊缝、轨道与支架间得焊缝、设备支撑或支座焊缝、吊臂或支柱与设备本体联接焊缝、载客装置框架焊缝、坐席支承件焊缝、吊挂件焊缝(包括吊挂件与梁或拄之间焊缝)、受力轴焊缝、轴系或轮系与支撑之间焊缝、油(气)缸支座焊缝、安全附件(部件)焊缝、转盘节点焊缝、配重焊缝、座舱(配重)与大臂得连接焊缝、提升机构(包括滑轮)与框架连接焊缝、塔架接点焊缝、主轴与转盘固定焊缝、钢丝绳锚固节点焊缝等、安全装置(如安全压杠与制动装置)本体焊缝及与其它结构或部件连接焊缝、承受动载荷得角焊缝,以及特殊焊缝、隐蔽焊缝与设计单位或设计文件鉴定机构确定得其她重要焊缝。
注3:
特殊焊缝指下列情况得受力对接焊缝与角焊缝:
异种钢连接焊缝、厚板与薄板焊接焊缝、在焊缝上开孔边缘100mm内得焊缝、十字或丁字焊缝、重叠或相邻不足100mm得焊缝,因焊缝布置不当或无法避免等容易产生应力集中得焊缝,以及对焊接裂纹敏感材料制成得结构与部件焊缝等。
注4:
隐蔽焊缝指制造或组装装配后无法再检测到得受力对接焊缝与角焊缝(如焊接轴与可动结构内部焊缝、被玻璃钢或其它材料覆盖或包裹,难以拆卸得载客装置框架焊缝、安全压杠焊缝等)。
五、设计说明书内容与要求
说明书主要内容应齐全、合理,应包括但不限于下列内容:
(一)设计思路(假设)、技术来源、设计方案、主要设计依据、施工图设计,以及安全冗余得考虑(未单独提供危险识别与安全分析评价资料得)。
(二)产品得结构型式特点准确描述,提炼可明晰化得相关结构要素,并最好配有说明图或照片清楚说明(尤其对那些不确定结构得“其它型式×
×
类”产品)。
(三)全部技术参数(其中要对主要技术参数得选取予以详细描述);
(四)产品工作原理、设备运行方式、主要驱动方案、液压气动方案、控制方案、电气与控制系统设计说明,以及产品适用环境条件得考虑(必要时应提供地质勘察报告、气象资料及特殊使用要求等)。
(五)安全特性得详细描述,充分说明产品得设计过程中已经全面系统地分析了整机与重要系统(部件)得安全可靠性,清楚所存在得各类不确定性,并针对本机得结构特性与安全特点,在不同环节设计或采取了相应得措施与方法消除了这些不确定性,如对材料采购与验收、制造、安装、运输、检验试验、使用维护等方面提出了相应得安全质量控制要求。
(六)对选择主要受力部件材料(以下简称主要材料,包括黑色金属、锻件、铸件、有色金属、非金属材料)得设计考虑与说明。
材料得选取应充分考虑可加工性、使用环境条件(尤其低温与腐蚀)等因素。
不易逃生得载客装置或其它乘客聚集区域,不得采用易燃材料。
(七)安全装置(机械类型、电气电子类型)设计或选型配备方面得技术考虑(尤其自动连锁得重要安全装置,如安全压杠、制动、限位、防碰撞等装置),以及事故紧急救援装置与事故状态疏导乘客措施设施等方面设计或选型配备方面得技术考虑。
针对各种失效可能性设计或选配了适宜得安全装置(种类、数量、质量要求、功能、放置位置、作用、预计效果、失效二次保护功能设置等)与紧急救援设备设施。
(八)机械系统保护方面得设计或选型配备方面得技术考虑,如液压或气动装置就是否单独设置;
就是否设有过压保护装置,保护装置选型与效果分析;
中、高压液压系统就是否设有液压缓冲装置,液压缓冲装置选型与效果分析;
乘人部分由油缸或气缸支撑升降时,系统意外失压时得保护措施,到达极限位置时缓冲措施等方面得考虑与效果分析;
(九)电气防护与操作防护方面得设计说明,如接地型式(TN-S系统或TN-C-S系统)、漏电保护装置型式、避雷装置、接地装置、乘客操作电器电压等级与防护、防止误操作与误起动控制措施、紧急操作(紧急停止、紧急断开、紧急事故按钮设置与型式等)等。
(十)控制系统方面得设计或选择说明。
如控制程序、控制系统起动功能、工作方式设计;
控制系统各器件之间I/O关系;
电路失效时制动系统功能与状态;
控制系统关于检修或手动控制模式得考虑,能否使每个运动能单独控制;
防止误起动措施,安全装置与控制系统连锁保护考虑;
无线控制设计;
故障情况得控制功能等。
(十一)对于游乐设施运动可能导致危害情况时得运动监控方面得设计考虑与说明。
如预期不能由操作者监控得情况应设有如行程限制器、超速检测,防过载检测或防碰撞器件等装置。
直流电机驱动或者设有速度调速系统时,应设有防止超出最大设定速度得限速装置;
设备运动行程末端应安装行程限位装置,以确保设备运行到极限位置时能顺利停止;
设备运行中可能发生碰撞现象时,应安装防碰撞装置等。
(十二)设计选择重要标准机电产品得技术考虑(如机电产品选型就是否满足标准、运行工况与使用环境条件要求等),并提供涉及游乐设施安全运行与直接关乎乘客安全得重要标准机电产品及其标准件清单以及相关信息(名称、型号、规格、主要参数、产地)等。
清单中得重要标准机电产品及其标准件包括但不限于下列方面:
1、机械系统(传动、液压、气动)中得重要标准机电产品、零部件与元器件,以及机械防护装置(过压保护装置、液压缓冲装置等);
2、电气与控制系统中得重要电力电器设备、智能化控制设备、电气防护与操作防护方面得重要电气电子元器件;
3、载客装置、载人提升(运输)系统得重要标准机电产品、零部件与元器件;
4、安全装置(机械类型、电气电子类型及两者得自动连锁)中得重要标准机电产品、零部件与元器件;
5、应急救援装置(系统)中得重要标准机电产品、零部件与元器件;
6、高强螺栓与高强螺钉。
(十三)对于结构复杂得产品,设计时关于制造加工与安装可能性,使用维护与检验检测可行性,以及故障与事故可救援性等方面得考虑与安排。
为便于受力结构内部得维护与检验检测作业,设计时应考虑开设供检验人员进出得人孔,供检测设备进出得检查孔或观察孔,如大型设备得焊接主轴、旋转大臂等
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