关于大型游乐设施中极限开关应用的探讨

文/张宇光

极限开关是大型游乐设施中的重要安全装置，主要是为了防止大型游乐设施某部分的运动超过极限位置而引发事故或伤害事件。当游乐设施某部分运动达到极限位置时，它会自动作用，停止或限制游乐设施某部分运动，从而保障游乐设施的安全运营。

一、标准中关于极限开关的要求

1.极限开关

极限开关有接触式和非接触式两种。接触式的常见形式为行程开关，非接触式的常见形式为光电开关和接近开关。行程开关是一种常用的小电流主令电器，利用机械运动部件的碰撞使触头动作，以此实现接通或分段控制电路，达到一定的控制目的。光电开关是一种常见的传感器，它将输入电流在发射器上转换为光信号射出，利用被检测物对光束的遮挡或反射，让接收器根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。接近开关又称无触点接近开关，当金属检测体接近开关的感应区域，该开关就能无接触、无压力、无火花，且迅速发出电气指令，准确反映出运动机构的位置和行程。

2.标准要求

极限开关是大型游乐设施中的重要安全装置，应用范围较广。《大型游乐设施安全规范》（GB 8408–2018）第6.9.3.1 条对极限开关的要求为：“游乐设施在运行中超过预定位置有可能发生危险时（如油缸或气缸的终点、绕固定轴转动的升降臂、绕固定轴摆动的构件、行程终点位置等），应设置限位装置，阻止其向不安全方向运行。必要时加装能切断总电源的极限开关。” 限位装置的设置，能在游乐设施某部分运动达到限定位置时有限位功能；极限开关的设置，能在游乐设施某部分运动达到极限位置时有限位功能。在正常情况下，当游乐设施某部分运动达到限定位置时，限位装置会自动作用，停止或限制该部分运动，不会使其运动至极限位置。限位装置故障、控制系统故障等问题的出现，可能会导致游乐设施某部分运动达到限定位置处后限位功能失效，该部分会继续向不安全方向运动。当该部分运动达到极限位置时，极限开关会自动作用，切断总电源，停止或限制该部分运动。

二、大型游乐设施中极限开关标准要求的探讨

通过设置极限开关，使游乐设施某部分运动达到极限位置处时具有限位功能，是对游乐设施限位功能失效情况下的保护措施。由于极限开关与限位装置的应用场合不同，在设置和作用等方面应与限位装置也有所不同。本文从极限开关的设置、作用和维护保养等3 个方面，就大型游乐设施中极限开关的应用进行以下探讨。

1.设置

① 必要性

根据GB 8408–2018 第6.9.3.1 条对极限开关的要求，游乐设施在运行中超过预定位置有可能发生危险时应设置限位装置，阻止其向不安全方向运行，必要时加装能切断总电源的极限开关。该标准对什么情况属于必要时加装极限开关并没有更明确的规定，游乐设施生产企业必需按照对应的大型游乐设施的分项标准要求，并对设备的结构、运动形式、危险性等进行具体分析，综合判断是否需要加装极限开关。

比如，对于飞行塔类游乐设施的典型设备“飓风飞椅”“青蛙跳”来说，游乐设施在运行中某部分运动达到油缸或气缸的终点这一预定位置时，有可能发生危险，因此此处应设置限位装置，使该部分运动达到限定位置处时有限位功能。对于是否需要加装极限开关，与之对应的大型游乐设施分项标准《飞行塔类游乐设施通用技术条件》（GB/T 18161–2020）并未明确规定。再对“飓风飞椅”“青蛙跳”设备的结构、运动形式和危险性等进行具体分析，如果游乐设施某部分运动达到油缸或气缸终点这一预定位置时，会对乘客造成较大冲击，甚至可能破坏设备整体结构，进而导致乘客或座舱跌落，造成严重事故。因此，为了更可靠地保障游乐设施的安全运营，目前“飓风飞椅”“青蛙跳”设备一般都在极限位置处设有极限开关，使游乐设施某部分运动达到极限位置处时有限位功能，作为限位功能失效情况下的保护措施。

又如，对于自控飞机类游乐设施的典型设备“自控飞机”来说，游乐设施在运行中超过乘人装置升降支承臂下方油缸或气缸的终点这一预定位置时有可能发生危险，因此应设置限位装置，使游乐设施乘人装置升降支承臂运动达到限定位置处有限位功能。对于是否需要加装极限开关，与之对应的大型游乐设施分项标准《自控飞机类游乐设施通用技术条件》（GB/T 18163–2020）第5.4.10条有如下规定：“电子类的限速、限位、极限位装置控制功能应灵敏可靠，限位开关失效后可能造成风险的，应设置冗余的限位措施。” 该条款提到了极限位装置控制功能应灵敏可靠，而目前“自控飞机”一般只设置了一个限位装置，使游乐设施乘人装置升降支承臂运动达到限定位置处有限位功能。本文建议游乐设施生产企业应对设备的结构、运动形式和危险性等方面进行具体分析，探讨在“自控飞机”中加装极限开关的必要性和可行性。

② 位置

限位装置的设置，使游乐设施某部分运动达到限定位置处有限位功能；极限开关的设置，使游乐设施某部分运动达到极限位置处有限位功能。比如，“飓风飞椅”的转伞是位于飞椅顶部的盘状旋转构件，在盘体底面的不同半径上悬吊着座椅。支撑系统是转伞的支撑和运动导向部件，主要由立柱轨道、导轮装置和液压油缸等组成。立柱轨道通常为箱形结构，由型钢或钢板焊接成形（见图1）。液压油缸用于带动导轮装置上下运动，导轮装置由油缸顶起并沿立柱轨道运动。支撑系统用以保证相关的相对位置，支持上部设备的安全运转。为确保支撑系统运动不超过预定位置，“飓风飞椅”的转伞上方相应位置被安装了限位装置和极限开关（见图2）。限位装置和极限开关都采用行程开关。在油缸顶升作用下，导轮装置沿着立柱轨道运动向上运动，带动转伞（包括转伞上方的限位开关和极限开关）向上运动，到达图2所示立柱轨道顶部处。在正常情况下，当限位装置所采用的行程开关触碰到轨道顶部钢结构处后动作，油缸停止顶升，此时“飓风飞椅”的转伞和支撑系统达到限定位置；若“飓风飞椅”的转伞和支撑系统达到限定位置时，若限位功能失效，油缸会继续顶升，使“飓风飞椅”的转伞和支撑系统向上运动，直到极限开关触碰到轨道顶部钢结构处，极限开关动作，切断总电源，油缸停止顶升，此时，“飓风飞椅”的转伞和支撑系统达到极限位置。游乐设施生产企业应根据设备具体情况，合理安排极限开关设置的位置，使限定位置和极限位置之间错开一小段距离，并确保游乐设施在运行中不会出现某部分超过预定位置（超过该位置有可能发生危险）的情况。

图1 立柱轨道

图2 限位装置和极限开关

2.作用

按 照GB 8408–2018 第6.9.3.1 条 对 极 限 开 关的要求，极限开关的一个基本作用是切断特定运动部件的动力电源,使游乐设施某部分停止向不安全方向运动。由于在游乐设施限定位置处已设置了限位装置，在正常情况下，当游乐设施某部分运动达到限定位置时，限位装置会自动作用，停止或限制该部分运动，该部分是不会达到极限位置的。因此，当该部分运动达到极限位置使极限开关自动作用时，相关安全管理人员除了应切断总电源，使游乐设施某部分停止向不安全方向运动外，还应使游乐设施自动进入故障模式，只有当故障排除后，才能由相关安全管理人员使设备进入正常运行模式。

3.维护保养

极限开关是大型游乐设施中的重要安全装置，游乐设施运营使用企业应重视极限开关的维护保养工作。由于在正常情况下，游乐设施某部分是不会运动至极限位置处并使极限开关动作的。因此，游乐设施运营使用企业应按使用维护说明书的要求，定期检查极限开关，确定极限开关是否有效可靠。同时，游乐设施生产企业在选择极限开关设置位置时，应在确保游乐设施某部分运动达到极限位置处有限位功能的前提下，尽量设置在维护保养人员易达之处，便于他们对极限开关进行检查，提高极限开关的可维护性。

比如，“青蛙跳”设备的座舱由钢丝绳吊挂连接，设备的后部安装有液压缸。液压缸动作后，通过连接板将设备后部的钢丝绳向下拉，钢丝绳通过设备顶部的定滑轮拉动设备前部的座舱往上提。为保障设备安全运行，相关安全管理人员需对设备座舱的运动进行限制，即在设备前部顶端设置限位装置。该设置采用光电开关（见图3），当座舱运动到该位置处，光电开关动作，油缸停止动作，座舱停止运动，此时座舱达到限定位置，设备后部连接板在图4 位置，还没有触碰到极限开关。若座舱运动到限定位置时，限位功能失效，设备前部的座舱会继续向上运动，与此同时设备后部的连接板会继续向下运动直至触碰到极限开关，极限开关动作，切断总电源，油缸停止动作，座舱停止运动，此时座舱达到极限位置。极限开关设置在设备后部下方处，既能满足座舱运动达到极限位置处有限位功能的要求，同时方便维护保养人员到达，便于他们对极限开关进行检查，提高了极限开关的可维护性。

图3 限位装置

图4 极限开关

三、结束语

极限开关是大型游乐设施中的重要安全装置。本文从极限开关的设置、作用和维护保养等方面进行探讨，希望游乐设施生产企业对设备的结构、运动形式、危险性等方面进行具体分析，对极限开关设计进行优化，进一步保障游乐设施安全运营；同时在修订游乐设施相关标准时，对极限开关设置、作用、维护保养等方面提出更为详细全面的规定。