“中国游乐”特约作者

年大连理工大学工程机械专业硕士毕业，CAD/CAE工程师，检验师，主要从事游乐设备设计、计算、有限元仿真，仿真论坛AnsysWB版主。发表游乐设施设计计算方面的论文十余篇。

前言

GB-《大型游乐设施安全规范》于年12月1日实施，新标准作为游乐设施行业最重要的标准，以保障设备质量和运行安全为目的，将推动行业健康有序的发展，保障群众生命和财产安全，具有重要的社会经济效益。作者针对新规范的个别条款进行深度解读，提出了个人观点及见解，若有不当之处，敬请留言讨论、指正！

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……采用Q钢、20号钢、45号钢……(《大型游乐设施安全规范》6.2.1条)

作为强制推行的国标，材料牌号的命名一定要准确。此处材料牌号的命名不严谨。正确的命名是20钢、45钢，没有“号”。可实际中许多人此处出错（写错和读错，钢材牌号不是按序号排列的，否则1号钢、2号钢在哪里？），但标准不能出错。

在机械设计领域，有一部工具书不能不提——《机械设计手册》，年由化学工业出版社正式出版发行，至今已修订到第6版，传承半个世纪，成为我国在机械领域最具权威和影响力的大型工具书。《机械设计手册》中对20钢、45钢的描述（注意红圈位置）如图1所示：

（a）20钢截图

(b)45钢截图

图1《优质碳素结构钢》截图

大学教材是高校培养人才,进行教学的基本工具,是教学工作的重要组成部分,也是完成教学大纲和培养目标的主要手段。一经审定和批准使用,它就具有较大的权威性。所谓权威性,是指课本提供的知识真实可靠、用语严谨、堪为典范、经得起检验。作者翻阅普通高等教育“十一五”国家级规划教材：《工程力学》（范钦珊）和《机械设计》（濮良贵），其中对材料的描述（注意红圈位置），截图如图2所示。

（a）《工程力学》(P)

(b)《机械设计》（P）

图2《机械设计手册》截图

图3GB/T《钢铁产品牌号表示方法》截图

20钢与45钢，标准读法应该叫“二零钢”、“四五钢”，而不是“二十号钢”、“四十五号钢”。标注“45”就可。标成“45号”或“45#”、“#45”，不是规范标准写法，“号”和“#”都是多余的，是画蛇添足。

20钢与45钢属《优质碳素结构钢》GB/T-，数字代表含碳量，20钢的平均含碳量0.20%，45钢的平均含碳量0.45%。20钢物理力学性能及化学成分与Q接近。按照无缝钢管的产品标准，是没有Q钢的，与Q钢接近的是20钢。

2

提升乘人装置用的卷筒、滑轮直径与钢丝绳直径之比应不小于30。当钢丝绳对滑轮包角不大于90°时，滑轮直径与钢丝绳直径之比应不小于20倍。应规定钢丝绳的使用寿命(《大型游乐设施安全规范》6.6.2.9条)

牵引绳的弯曲直径与钢丝绳直径之比不小于30，回收装置用钢丝绳的弯曲直径与钢丝绳直径之比不小于20；承载绳应至少每6年更换一次(《滑索通用技术条件》4.1.5、4.1.6条)

理解这句话，就要理解为什么要定义一个比值。

钢丝绳的破坏主要是疲劳破坏，但钢丝绳是组装件（外层钢丝，内层为纤维芯或钢芯），是无法通过疲劳试验来测定出钢丝绳的疲劳极限的（其他材料，如Q,通过试样可以在实验室的疲劳试验机上测出疲劳极限，得出S-n曲线），这样就无法核算钢丝绳的疲劳寿命和疲劳安全系数。钢丝绳的更换依靠两个指标：1、达到使用说明书规定的更换周期，例如4年；2、日常检测中，发现达到更换的参数值，如直径减小了或断丝达到多少，具体可参考GB表15，如图4所示。

图4GB《大型游乐设施安全规范》钢丝绳报废指标

既然钢丝绳的破坏主要是疲劳破坏（而不是拉力超过钢丝绳破断拉力被拉断），首先要明白什么地方能引起钢丝绳的疲劳。当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时，钢丝绳在卷筒上的状态：直-弯；在滑轮上的状态：直-弯-直。在卷绕和松开钢丝绳的过程中，在钢丝绳的钢丝上产生弯曲疲劳和挤压疲劳，增大卷筒和滑轮的直径，可以降低钢丝的弯曲应力和挤压应力，提高钢丝绳的寿命，因此GB中限制了卷筒和滑轮直径与钢丝绳直径的比，目的就是降低卷绕过程中的弯曲应力和挤压应力，提高钢丝绳的寿命。包角的大小直接影响弯曲应力和挤压应力。包角在°时，挤压合力为2F，包角在90°时，挤压合力为1.4F，包角的90°的合力约为包角°合力的三分之二。所以，在包角不大于90°时，滑轮直径与钢丝绳直径之比应不小于20倍即可。如图5所示。

图5不同包角钢丝绳挤压力

由于钢丝绳通过滑轮折弯两次（直-弯-直），通过卷筒只折弯一次（直-弯），因此在GB/T《起重机设计规范》中，对卷筒直径、滑轮直径与钢丝绳直径的比值，分别作了规定，卷筒直径与钢丝绳直径的比小于滑轮直径与钢丝绳直径的比，就是因为运行一次，卷筒上钢丝绳的折弯次数小于滑轮上钢丝绳的折弯次数。如图6所示（《起重机设计规范》P84）。

图6《起重机设计规范》截图

GB中没有再细分，虽然滑轮上钢丝绳受到的疲劳要大于卷筒，但GB对卷筒、滑轮与钢丝绳直径，规定了一个统一的下限值。

卷筒直径和滑轮直径是如何计算的？是按照按钢丝绳中心计算的卷筒、滑轮的最小卷绕直径计算。下面通过一个计算进行说明：例：游乐设施提升乘人装置用的卷筒绳槽底直径D=mm，钢丝绳直径d=14mm，计算卷筒直径是否满足要求：

卷筒的计算直径：

D0=D+d=+14=mm

卷筒直径与钢丝绳直径的比：

n=D0/d=/14=30.3

综上：30.3≥30.0,表明卷筒直径符合设计要求。

3

问：下图中索轮的直径与钢丝绳直径比是否按照标准规定的绳径比要求执行？

（a）索轮

（b）钢丝绳索轮连接

图7钢丝绳索轮工程图

这个索轮是固定不动的，是轴与钢丝绳的连接件，相当于钢丝绳套环。带有绳槽，供绳索末端环绕扎结或绳夹固定，以防钢丝绳绕过轴时过度弯曲和磨损。钢丝绳端固定部位，是否按照GB规定的直径比？答案是否定的。

通过前面的分析可知，为什么限定卷筒、滑轮与钢丝绳的直径比，就是为了降低弯曲疲劳应力和挤压疲劳应力，而绳端固定是没有相对运动的，固定后位置相对不变的，因此就不存在变化的应力，也就不存在疲劳，所以这个地方不能按照GB规定的直径比。而应该按照《机械设计手册》标准执行，由《机械设计手册》P8-66：套环所采用的销轴直径不得小于钢丝绳直径的2倍。所以此处直径比为2，而不是30.

4

游乐设施视其运动形式、速度及结构的不同，采用不同的制动方式和制动器结构(《大型游乐设施安全规范》6.9.2.1条)

游乐设施制动装置必须平稳可靠，制动能力（力或力矩）≥1.5倍额定负荷轴扭矩（或冲力），当切断电源时，制动装置应处于制动状态(《游乐设施安全技术监察规程》第十一条)

游乐设施是否要采用两套制动器。游乐设施的相关标准对此定义相对笼统。但其他特种设备的规定就很明确：

游乐设施是否要采用两套制动器。游乐设施的相关标准对此定义相对笼统。但其他特种设备的规定就很明确：

GB12-《客运架空索道安全规范》规定：“每台驱动机上应配备工作制动和紧急制动两套制动器，两套制动器都能自动动作和可调节，并且彼此独立。其中一个制动器必须直接作用在驱动轮上，作为紧急制动器”。

GB《自动扶梯和自动人行道的制造与安装规范》中5.4.2.2.1规定：提升高度大于6m，提升高度不大于6m的公共交通型，需设置附加机械式(利用摩擦原理)制动器。装在驱动主轴上。

GB.5-《起重机械安全技术规程》中9.5.1规定：吊运炽热金属的起重机，主起升机构传动链设置两套驱动机构且输出轴无刚性连接或设置一套驱动机构时，均应在钢丝绳卷筒上设置安全制动器，制动器为常闭式。

采用两套制动器，除了工作制动器外，客运索道上称作紧急制动器，自动扶梯上称作附加制动器，而起重机上称作安全制动器。他们都是装在卷筒或驱动主轴上。为什么要装在这里呢？

制动器一般安装在减速机的输入轴上，因为减速机的输入轴转速高，扭矩小，可以采用一个小型号的制动器，就能对传动设备进行有效制动，不但能使驱动结构紧凑，还能降低成本。如果采用两套制动器，另一套需装在减速机的输出端（驱动轴和卷筒），是因为如果传动部件出现故障或折断（例如电机轴、联轴器折断，传动链条断裂），由于另一套制动器是安装在卷筒和驱动主轴上，不受传动部件的故障影响，可以直接在终端进行制动，缺点是此处制动器的制动力矩较大（减速机输出端扭矩是输入端扭矩的减速比倍）。

以此类比，则在危险的大型游乐设施上（通常为A级），如卷筒提升的机构，应设置两套制动器，其中一个制动器应安装在卷筒或驱动主轴上。例如高空飞翔、大型滑索等游乐设施。下图为某游乐设施上的制动器分布结构图。

图8两套制动器的驱动装置

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……室外安全栅栏高度不应低于mm，室内儿童娱乐项目，安全栅栏高度应不低于mm……(《大型游乐设施安全规范》6.9.9.2条)

这个条款估计参考了建筑设计标准方面的条款，分为室内和室外，建筑中的室外是指分隔开居住活动空间与楼体外，护栏两侧存在高度差，这样的护栏要高，室内仅仅是为了分割室内空间，护栏两侧没有高度差。而针对游乐设施这样的规定却不够严谨。

有人就有这样的疑问，标准仅规定了室外和室内儿童两种情形，而室内成人游乐设施的护栏是多高呢？查不到相应的标准说明，“无法可依”了。有的游乐设施，虽然在室内，但是立在室内“广场”上，有两三层楼高，供成人游玩。如图9的游乐设施，吊装在钢结构房顶上。

图9室内成人游乐设施

对于上图的游乐设施，虽然是室内，出发站台护栏高度应该按照不低于mm设计。护栏的主要作用是是防止乘客从平台坠落受伤，另外限制其他人员远离运行的游乐设备，mm是针对成人的，成人的平均身高1.7米多，1.1m的护栏高度高于成人站立时重心的高度，即使有人依靠在护栏上，也不会由于重心不稳翻落下去。从这个层面上说，只要护栏内外存在较大的落差（大于0.5m）,针对成人的护栏就不能低于mm，而不应该分室内室外，所以标准中此条款的定语，画蛇添足，不严谨给制造企业的设计人员造成了理解偏差。

后记：新标准实施以来，广大设计人员和检验人员进行了认真的研读并开展了广泛的讨论，并对其中个别条款的疑惑进行了询问。以上几点作者也是经常被垂询，本人仅仅站在个人立场，对新标准的个别条款进行了综合论述与分析，指出了存在的问题和不足，并提出一些看法和解读，由于本人才疏学浅，能力有限，有不足之处，欢迎指正，望各位专家和前辈不吝赐教。