Ride Operators and Inspections

ride operators and inspections

Periodical ride inspections: what to do when the user and maintenance manual is not complete?

RIDE OPERATORS AND INSPECTIONS

Written by Enrico Fabbri

We have already discussed the importance of periodical inspections (daily, weekly and monthly) that operators must perform on rides as normal routine prevention. These are very important and serve to verify both that the most important welded joints are intact and the correct position of the pins and bolts connecting the different components, as well as finally to check that the rider safety mechanisms are fully operational.

Many rides that are currently in use were built many years ago and do not have user and maintenance manuals written according to current standards. It is also often the case that the manufacturer is no longer in business and consequently the operator (owner of the attraction) is responsible for updating the documents and defining the points that need to be inspected periodically.

This is a very delicate task and one that needs to be coordinated and carried out by a professional (engineer), who also acquires the required information based on the operator’s experience.

For travelling rides, it is important to draft a checklist of operations to be performed immediately after setting up the ride, before opening to the public, as well as a second checklist of operations to be performed over the subsequent days and weeks.

The criteria to be applied in defining such checks can be summarised as follows:

1. The importance of the component in relation to rider safety: what would happen if this component broke or failed?
2. Pin connections: the strength of the connection, the presence of safety pins, and how long the ride is used without noticing breakages or problems. In addition, the pins need to be replaced at least every 5 years, as well as periodically replacing the safety pins.
3. Bolted connections: as for point B, the strength of the joint, the presence of safety pins or nuts, and how long the ride is used without noticing any breakages or problems need to be evaluated. Again, the bolts will have to be replaced at least every 5 years (especially for travelling rides), as well as periodically replacing the safety pins.
4. Electrical connections: the electrical system that controls the safety components must be fail-safe, so periodical inspections of plugs and junction boxes need to be performed for maintenance purposes. For example, cleaning them from dust and water, checking tightness of the screws in the plugs and in the electrical panel, etc.
5. Safety components, for example, in passenger cars: checking whether the safety bar or harness has a double safety mechanism, and whether the various components are assembled using pins and bolts featuring good fixing systems, such as safety pins and lock nuts (to avoid loosening).

These points represent a simple example of how to evaluate each component of the ride. Often, it is clear that a carefully designed and constructed ride may need less frequent inspection than rides designed and constructed with less care. It is not true that all new rides are well designed and built; the quality of the design, in fact, depends solely on the experience and professionalism of the manufacturer’s technical staff. For example, there are many rides from the 1990s (e.g. built in Germany) that are still very good. I should also underline that periodical checks need to be performed more frequently when the rides operate more intensively. In other words, the more cycles, the more frequent the checks. I can conclude by recommending that operators apply the utmost care: critically analyse your rides with the help of a trusted engineer, and where necessary do not hesitate to carry out more checks than those specified by the manufacturer.

Ref: 22-2017 / May 2017

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Ispezioni periodiche delle attrazioni: come fare quando il manuale di uso e manutenzione non è completo?

OPERATORI ED ISPEZIONI ALLE ATTRAZIONI

Scritto da Enrico Fabbri

Abbiamo già discusso dell’importanza delle ispezioni periodiche (giornaliere, settimanali e mensili) che gli operatori devono eseguire sull’attrazione quale normale attività di routine per la prevenzione. Questa attività è molto importante e serve per verificare sia l’integrità delle saldature più importanti che la presenza nella corretta posizione delle spine e viti che collegano i diversi componenti, oltre che per verificare, infine, che i meccanismi di sicurezza dei passeggeri siano pienamente operativi.

Molte attrazioni attualmente in uso sono state costruite molti anni fa e non hanno manuali d’uso e manutenzione scritti secondo gli standard attuali. Spesso accade anche che il costruttore non sia più in attività e di conseguenza ricade sotto la responsabilità dell’operatore (proprietario dell’attrazione) aggiornare la documentazione soffermandosi anche sui punti da ispezionare periodicamente.

Si tratta di un’attività molto delicata che dev’essere coordinata ed eseguita da un tecnico professionista (un ingegnere) che recuperi le informazioni anche dall’esperienza dell’operatore.

Per le attrazioni viaggianti si dovrebbe creare una lista di controlli da eseguire immediatamente dopo ogni installazione dell’attrazione, prima dell’apertura al pubblico, e una seconda lista di controlli da eseguire invece nei giorni e settimane successive.

I criteri da seguire per quest’attività si possono così riassumere:

1. L’importanza del componente in relazione alla sicurezza delle persone: che cosa succederebbe se questo componente si rompesse o guastasse?
2. Collegamenti di spine: andrà valutata la robustezza del giunto di collegamento, la presenza di coppiglie di sicurezza, e ci si dovrà chiedere da quanto tempo l’attrazione è utilizzata senza notare rotture o problemi. Inoltre, si dovrà fare attenzione a sostituire in ogni caso le spine almeno ogni 5 anni, e a cambiare, periodicamente anche le coppiglie di sicurezza.
3. Collegamenti con viti: come al punto B, andrà valutata la robustezza del giunto di collegamento, la presenza di coppiglie o dadi di sicurezza, e da quanto tempo l’attrazione è utilizzata senza notare rotture o problemi. Di nuovo, andranno sostituite le viti almeno ogni 5 anni (soprattutto per le attrazioni itineranti) e con una regolare cadenza periodica anche le coppiglie di sicurezza.
4. Collegamenti elettrici: il sistema elettrico che controlla i componenti relativi alla sicurezza deve già essere a prova di guasto, quindi si tratta di fare ispezioni periodiche a spine e scatole elettriche per curarne la manutenzione: per esempio, pulirle da polveri ed acqua, controllare il serraggio delle viti sia nelle spine che nel quadro elettrico, ecc.
5. Componenti relativi alla sicurezza, per esempio, nelle vetture passeggeri: andrà verificato se il maniglione o la bretella di sicurezza possiedono un doppio meccanismo, e se i vari componenti sono assemblati con viti e spine dotati di buoni sistemi di serraggio come coppiglie di sicurezza e dadi di sicurezza (che evitano lo svitamento).

Questi punti rappresentano un semplice esempio di come valutare ogni componente dell’attrazione. Spesso risulta evidente che un’attrazione progettata e costruita con attenzione potrebbe richiedere ispezioni periodiche da parte dell’operatore meno frequenti di attrazioni progettate e costruite con minor attenzione. Non è vero che tutte le attrazioni di nuova costruzione sono ben progettate e costruite; la bontà del progetto, infatti, dipende solo ed esclusivamente dall’esperienza e professionalità del personale tecnico del costruttore. Per esempio, ci sono molte attrazioni degli anni ’90 (per esempio, costruite in Germania) che sono tutt’ora molto valide.

Ricordo poi che i controlli periodici dovrebbero essere eseguiti con più frequenza quando le attrazioni sono sottoposte ad un ciclo intenso di lavoro. In altre parole, più ci sono cicli di lavoro più ci saranno controlli.

Concludo quindi col raccomandare agli operatori la massima attenzione: analizzate con occhio critico le vostre attrazioni con l’aiuto del vostro tecnico di fiducia, e dove necessario non abbiate remore ad eseguire più controlli di quelli richiesti dal costruttore.

Ref: 22-2017 / May 2017

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NAARSO (USA)

Naarso (USA)

A look at how new safety officials are certified in the USA, and how they keep up-to-date: details of an organization that has been operating for over 30 years and has more than 1,200 members.

NAARSO: SAFETY THROUGH SHARING EXPERIENCES AND ONGOING EDUCATION

Written by Alberto Fabbri

Every January US-based NAARSO (National Association of Amusement Ride Safety Officials), organizes a conference that sees the participation of hundreds of active and aspiring safety inspectors from across the United States. Most of the 50 states of the USA delegate these safety officials responsibility for annual inspections. The objective of NAARSO is to promote knowledge of ride safety in the industry, and it does so through its specialist courses and certifications that are issued to those who pass the qualifying exams. NAARSO provides 3 different levels of ride safety official qualification, with the possibility for anyone who can progressively pass the exams and remain certified to establish a career.

This year the conference was held in Orlando (Florida), with more than 450 participants from across the country. An aspiring safety official needs to attend a certain number of lessons provided for each level before sitting the exam and being certified.

But that’s not all: once certified, officials must attend a number of other classes every year to remain certified. Being a safety official, then, is not a privilege for life, but rather requires proof of keeping up-to-date with changes in the industry, year in year out.

We mentioned lessons, so what are they and how do they work? More expert safety officials who make themselves available hold classes on a particular topic, for example analysis of accelerations on a ride or the aspects to be considered when inspecting a Ghost Train, and aspiring and active safety officials attend so as to learn from the experience of the teacher. Other courses cover the basics of inspection, for example, US regulations on electrical systems, correct ride installation procedures or how to analyze and understand the manufacturer’s user and maintenance manual, all aspects that an aspiring safety official needs to know off by heart.

One of the most important activities of safety officials is to keep up-to-date with the service bulletins issued by manufacturers or other international safety officials, which indicate important changes or maintenance operations to ensure safety.

The NAARSO organization is very strict in verifying effective participation at the classes and during exams. I participated for the first time this year and took the courses to become a Level 1 ride safety official. The exam was very difficult, there were more than 150 questions, some general knowledge but others that were very specific, and it took me more than 4 hours to complete. NAARSO also organizes courses for ride operators, classes that teach aspiring ride operators the basic safety and maintenance criteria, as well as how to comply with the most important rules for ride and above all passenger safety. Rides are very complex machines that require specific professionalism. My experience at NAARSO in January was very interesting, a week of full immersion with the chance to meet senior safety officials from different parts of the USA and from other countries, such as Canada and Dubai. The ability of NAARSO to share experiences and to create an organization that trains safety officials and certifies them is certainly the key to its success, which strengthens the organization itself and safety in the long term. It is a model that is still lacking here in Europe and that we should learn from. If we compare what is happening on our continent, only very few people know what happens in other European countries and this makes it enormously difficult for operators to be effectively free to do business

Ref: 21-2017 / April 2017

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Ecco come vengono certificati i nuovi ispettori negli Stati Uniti e come si tengono aggiornati: focus su un’organizzazione che opera da più di 30 anni e conta oltre 1.200 associati.

NAARSO: SICUREZZA ATTRAVERSO LA CONDIVISIONE DI ESPERIENZE E UNA SERIA FORMAZIONE CONTINUA

Scritto da Alberto Fabbri

Ogni anno a gennaio la NAARSO (National Association of Amusement Ride Safety Officials), l’associazione statunitense degli ispettori di sicurezza delle giostre, organizza un convegno a cui partecipano centinaia di ispettori e aspiranti tali provenienti da tutti gli Stati Uniti. Gli USA hanno più di 50 stati diversi e la maggior parte di questi delegano a questi ispettori le procedure relative alle ispezioni annuali. Lo scopo della NAARSO è promuovere la conoscenza della sicurezza nel settore delle giostre, e lo fa tramite i suoi corsi di specializzazione e le certificazioni che rilascia a coloro che superano gli esami di qualificazione. La NAARSO prevede tre diversi livelli di qualifica di Ispettore di Giostre con possibilità di fare carriera per chiunque riesca a superare via via gli esami e mantenere la propria certificazione.

Quest’anno il convegno si è tenuto a Orlando (Florida) e l’organizzazione ha gestito più di 450 partecipanti provenienti da tutta la nazione. Ogni aspirante ispettore deve frequentare un certo numero di lezioni previste per il suo livello prima di poter accedere all’esame ed essere certificato.

Ma non è finita qui: anche una volta che ha conseguito la certificazione deve frequentare un certo numero di altre lezioni tutti gli anni per mantenerla. Essere ispettore, quindi, non è un privilegio a vita ma è necessario applicarsi e dimostrare che si resta aggiornati su quello che accade nel settore di anno in anno. Abbiamo parlato di lezioni, ma cosa sono e come funzionano? Gli ispettori più esperti, e comunque quelli che si rendono disponibili, tengono delle lezioni su un tema particolare, per esempio l’analisi delle accelerazioni in una giostra o gli aspetti di cui tenere conto in un’ispezione di un Treno Fantasma e gli aspiranti ispettori (o quelli che sono già ispettori) ascoltano l’esperienza del relatore. Altri corsi, invece, trattano i temi base dell’attività ispettiva come, per esempio, le normative americane circa gli impianti elettrici, le corrette modalità di montaggio di una giostra o come analizzare e capire il manuale d’uso e manutenzione del costruttore, tutti aspetti che un aspirante ispettore deve conoscere a menadito.

Ricordo che una delle attività più importanti degli ispettori è anche quella di restare aggiornati sui bollettini di servizio ( i ‘service bulletin’), emessi dai costruttori o da altri ispettori internazionali, che segnalano importanti modifiche o manutenzioni per la sicurezza.

Esiste una grande serietà nell’organizzazione che verifica l’effettiva partecipazione alle lezioni ed una grande serietà durante gli esami. Quest’anno per me è stata la mia prima partecipazione e ho seguito i corsi per diventare ispettore di primo livello. L’esame è stato molto difficile, c’erano oltre 150 domande, alcune di cultura generale ma altre molto specifiche che mi hanno impegnato per più di 4 ore.

La NAARSO organizza anche corsi per gli operatori, cioè lezioni che insegnano ad aspiranti operatori di giostre i criteri fondamentali di sicurezza e manutenzione, nonché il rispetto delle regole più importanti per la sicurezza dell’attrazione e soprattutto dei passeggeri. Le attrazioni sono macchine molto complesse che necessitano di una professionalità non comune.

Per me quella in NAARSO a gennaio è stata un’esperienza molto interessante, una settimana di full immersion con la possibilità di conoscere ispettori di alto livello provenienti dalle diverse parti degli Stati Uniti e anche da altri paesi come Canada e Dubai.

La capacità della NAARSO di condividere le esperienze e di creare un’organizzazione che formi gli ispettori e li certifichi è sicuramente la sua chiave di successo e questo rafforza l’organizzazione e alla lunga anche la sicurezza. È un modello che invece manca qui in Europa e da cui dovremmo prendere spunto. Se confrontiamo quanto succede nel nostro continente, solo pochissime persone sanno quello che accade nelle altre nazioni europee e questo rende enormemente difficile agli operatori essere veramente liberi di fare business.

Ref: 21-2017 / April 2017

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Design Ferris Wheel

Design Ferris Wheel

Large Ferris wheels are very complex structures that require considerable attention during design and construction

DESIGN DETAILS THAT HAVE AN IMPACT ON THE SAFETY OF LARGE STRUCTURES

Written by Enrico Fabbri

Ferris Wheels Design & Manufacturing

It is commonly believed that the design and construction of a Ferris wheel is quite simple. This opinion may be partly true when building a small Ferris wheel, but is absolutely not true when dealing with large wheels. In this article we will examine the important critical points that need to be taken into consideration on large fixed Ferris wheels, i.e. anchored to the ground with concrete foundations.

FORCES AT WORK

Unlike many other attractions, Ferris wheels may be subjected to significant wind and earthquake loads. These external factors are significant due to the large surface area exposed to the wind, and the mass of the rotating structure, as concerns earthquakes. In most cases, the sizing of the structure depends on these factors rather than on the calculation of the structure’s fatigue strength during routine operation. A good designer therefore needs to appropriately determine the action of wind and earthquakes and design all the structural details needed to distribute these forces down to the ride’s foundations. The image below shows an example of how a force acting at the top creates stress on the entire structure, represented by the various colors. Now try and imagine strong winds or intense earthquake forces acting on the entire rotating structure of a Ferris wheel, pushing against it and all of its components. These forces are then exerted on the main axle and therefore on the masts that support the Ferris wheel. A customer who purchases a large Ferris wheel naturally expects that it can be used for several decades (around 3), without major maintenance work on the structure. We know that installation costs are quite high and therefore it is fundamental that the design of the structure and the structural calculation are extremely accurate: if, for example, after 10 years major defects are found that require the structure to be dismantled, this would mean economic disaster for the operator. Consequently, carefully evaluating the manufacturer’s construction procedures and the specific experience of the engineering firm that carries out the structural calculations is the first step towards obtaining an attraction that will stand the test of time. In particular, the manufacturer’s designers and the engineering firm that carries out the structural calculations must use advanced software that indicate to reinforce the structure only where necessary and no more, so as to obtain a structure that is both resistant and light, and at the same time streamlined and attractive. If the wheel is installed between very high buildings that can create turbulence and whirlwinds, the action of the wind can be simulated using special software or alternatively models placed in a wind tunnel.

FOUNDATIONS

The foundations are a likewise important element that are often not given due consideration. I have already spoken in a previous article (see G&PI February 2016) about the importance of the design of a ride’s foundations, therefore refer to this article for further information. In this case, however, the anchoring of the Ferris wheel’s masts to the concrete foundations is even more important. Usually these are anchored to base plates embedded in the concrete foundations using anchor bolts. The masts are fixed to the top of these plates, which is where the problems start. Some manufacturers weld the masts directly to the plates on site, others use flanges with bolts, and others use adjustable anchor bolts. All of these systems are suitable for achieving the purpose, however specifying that: g each weld and anchor bolt must always be visible, even after assembling the ride, so as to be able to perform periodical inspections; g each weld must be flawless and inspected using non-destructive testing; g a system is needed to level the wheel’s structure and compensate for errors that always occur in the level of the concrete foundations; g the certifying body that inspects the Ferris wheel must also include certification of the systems used to anchor it to the ground. Another important aspect is that, during an earthquake, the foundations may move in relation to one another, causing further stress on the structure; the foundations must therefore be suitably joined together.

MASTS

The masts of a Ferris wheel represent a relatively simple part from a constructional point of view; usually they are made from round tubular steel for aesthetical reasons. The larger a wheel, the bigger diameter the masts need to be, and in some cases need to be especially made to measure. The various components of the masts are bolted together, and here it is worth remembering that it is always preferable to use a large number of small bolts rather than few large ones. The larger a bolt, the harder it is to tighten it to the right torque and therefore also carry out periodical checks. The accessories that are fastened to the masts are also important, such as the ladders for maintenance and the platforms that are used to access the drive system. These accessories are essential and must be designed taking into account local regulations and not only the general requirements of EN-13814, as this type of structure resembles more a building than a funfair ride. In fact, in some cases emergency lighting, fire-fighting equipment and safety signs for the maintenance operators are required.

AXLE

The axle is the most important part of a Ferris wheel, as it supports the entire rotating structure. Any major problems involving the axle may mean the ride needs to be dismantled, at a very high cost. In this case too, it is worth remembering the value of a good designer and an excellent engineering firm to achieve the objective of long operating life. The first decisions concern the system used for the rotation of the wheel. Usually bearings are used, however the larger the wheel the bigger and stronger these need to be. For certain designs, standard bearings may not be readily available, and consequently may need to be specially built, meaning much longer delivery times. Above all when wind or earthquake forces are quite significant, it may be more suitable to use large bushings rather than bearings. These, in fact, offer a larger support surface area than bearings and therefore longer life. The choice of product quality and expected lifespan is important, as it will not be possible to dismantle these components for maintenance. The shaft structure must be designed taking into account the possibility to easily periodically inspect both the structure and the welding, all the pins, bolts and safety pins. All the shaft’s components need to be designed and calculated considering a lifespan that is longer than that specified by EN-13814 or ISO-17842.

SPOKES AND RING BEAM

Even if the spokes and ring beam are quite simple parts to construct during production, they are nonetheless sensitive elements. The most important elements that are often neglected are the tension system that fastens the spokes together. On a large wheel there are significant wind forces (as already mentioned in Part 1), which cause repeated small movements (vibrations) that in turn affect the durability of these components. Consequently, it is worth oversizing these parts, designing them in a way that the forces can be suitably transferred and paying the utmost attention to the welding. On the entire structure of the spokes there must be no part where water can accumulate, so as to prevent rust from forming. These aspects are important above all on the tension fixing system and the lighting.

FALLING OBJECTS

The main concern of any Ferris wheel operator is to prevent falling objects that may injure the operators themselves, the passengers or the public nearby. This aspect is important both during assembly and in operation and maintenance. All components that are dismantled for any reason must be equipped with rings and chains to secure them and prevent them from falling. Not just plates and covers but also pins and bolts of any size. It should never be forgotten in fact that also even a small object falling from a great height can be a risk to safety. This applies above all to the lighting fixing system. As the lighting is usually fixed to the rotating part of the wheel, clearly this too is subjected to stress over time and the safety pins may break, creating a significant risk of falling objects. We know that there have been cases in which lighting fixtures have detached from the spokes, causing serious injuries. For this reason, even if EN-13814 does not expressly require such, proper risk assessment must also include these aspects, determining the most suitable solutions. The fixing system must therefore be double and independent, so as to prevent the breakage of a component from becoming a general safety risk.

CARS

The cars are another important component in terms of safety. We can start by examining the system for securing the cars to the ring beam. The most common solution is a shaft that supports the car, which at the top is connected to the two ring beams of the rotating structure. This shaft must be designed in such a way as to avoid any structural indentations and places where breakages may occur; the process for fixing the bearings must not overly reduce the load resistant section and this must not become fragile due to unsuitable mechanical processing. Not many accidents have ever occurred regarding these components (I can recall just one, in Argentina); nonetheless the new design criteria, until now adopted by only very few manufacturers, recommends the addition of emergency support plates that can sustain the car’s shaft even if the main supporting joint breaks. This is a very simple yet effective idea and above all has a minor impact on overall production costs. Let’s now look at the access doors to the passenger car or cabin. These should always open towards the inside, or alternatively be built in such a way as to never interfere with any part of the wheel’s rotating structure, either when open or during the opening and closing movements. When the doors are closed, they must not be able to be opened by passengers, and they must feature double (redundant) locking. A fault in one of the components of the locking systems must not allow the door to open. For large wheels, it is good practice to also check that any openable panels on the car, even small ones, cannot be accessed by children, so as to prevent the objects from falling out of the windows and causing injuries. In wheels over 100 meters high, some countries also require a defibrillator in the cars in the event of passenger heart attacks, given that the time needed for evacuation may exceed 30 minutes.

 STATION

The design of the station platform is also worthy of attention. When a car arrives at the station and stops, there is a gap between the same car and the platform. If this is too large, passengers may be exposed to risk when embarking/disembarking by stepping between the car and the platform. The design of the gap between these two elements is always a major point of discussion between manufacturers and certifying bodies with regard to local regulations. Another source of risk is the space between cars: passengers may accidentally miss the car and fall from the platform. For this reason, safety nets should be placed underneath the area where the cars transit.

DRIVE SYSTEM

We will now turn our attention to something that the public does not see, yet nonetheless is very important: the drive system and all the electrical systems required to make a Ferris wheel turn. Each wheel has several motors used to move the rotating structure; these are normally installed on the two sides of the structure. The total number of reduction drives installed must be such as to ensure the system keeps operating even if there are faults on one or two of these. They must also be easy to inspect via work platforms and must be able to be disconnected from the system in a few minutes. I recall that several years ago a major Ferris wheel in Asia saw a fire break out on the main electrical panel, causing an extended emergency stop. Since that incident, on large wheels it is preferable to install two independent control panels, so that one can still operate correctly even if there is a fire on the other. In addition, all of the main electrical panels must be equipped with temperature sensors, smoke detectors and effective fire-fighting systems.

EVACUATION SYSTEMS

When something doesn’t go as planned, alarms are activated on the wheel and a procedure must commence to evacuate the passengers. The evacuation procedure implemented will depend on the seriousness of the fault. On large wheels, this becomes even more important. In simple terms, these procedures can be classed as

• Routine
• Exceptional
• Extreme

The rise must have a sufficient number of sensors to identify correct operation of the critical safety components. The term ‘routine evacuation procedure’ refers to faults that are not particularly serious. This category also includes faults that are statistically repetitive. An ordinary power outage is the most recurrent fault on these types of major attractions, accounting I believe for over 30-40% of all faults (the electronic systems, in fact, detect even very short power failures). Other common faults may affect one drive unit or the electronic system that drives it. In these cases, the management system must gradually bring the attraction to a safe stop. This is followed by a check on what happened and a quick temporarily restart to evacuate the passengers. ‘Exceptional evacuation procedure’ refers to serious faults that generally +cannot be fixed by a specialist maintenance operator. The attraction always stops safely, but in order to restart it, even temporarily, a specialist technician needs to work on the ride, meaning it will be out of service for an extended period. This category usually includes multiple faults on drive units or faults on the electrical panel that involve more than one power supply. For these reasons, each drive unit should have its own power supply and control unit that is separate from the others. In this case, the ride can restart temporarily, even if often at lower speed than usual. ‘Extreme evacuation procedure’, finally, covers events triggered when the fault or faults affect the operation of the entire attraction, even temporarily. For small Ferris wheels, the last-recourse evacuation system is quite simple and exploits the weight of the passengers to push the heavier part downwards due to gravity. As the height of the ride increases, friction in the system prevents the structure from turning to bring the passenger cars downwards, and consequently other systems must be designed to evacuate passengers. If you are on a Ferris wheel 150 meters above the ground, which has stopped, and the drive system is not working, how do you get down? Have you ever asked yourself this question? There is in fact an answer. The spokes of the rotating part must be equipped with ladders, passageways and safety hooks to allow professional climbers to reach any of the cars; there must also be a manual emergency door opening system to access the inside of the cars. Similarly to what happens when a mountain cable car stops, the passengers will be harnessed with safety straps and a system of winches controlled manually by experts will allow passengers to descend to a safe position at a lower level. This procedure obviously takes a lot of time, but currently there are no alternatives, and no other valid solutions are available on the market.

CONCLUSIONS

I hope to have covered many of the issues relating to the design, calculation and construction of a large Ferris wheel. If however you are still not convinced, I should remind you that a famous Ferris wheel installed in Australia, designed in Japan and manufactured in China, measuring 100 meters high, was dismantled after just two months due to serious problems with the welding. It was then redesigned and rebuilt. Again, serious structural problems were found that led to the demolition of the attraction. Only the third time round, after several years, did they actually succeed; today that wheel is fully operating, albeit it is up for sale due to insufficient passenger numbers. If this were not enough, I can also recall the case of another major Ferris wheel currently under construction in an Arab country. Installation work has been stopper for a year and it seems that there are serious design problems that may require the part built so far to be demolished. The secret for the construction of complex designs is to have a good team of specialized professionals, and to verify that the purchaser of the attraction can organize a skilled and trained maintenance team.

Ref: 20-2017 / March 2017

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Ferris Wheels Design & Manufacturing

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Le ruote panoramiche di grandi dimensioni sono strutture molto complesse che richiedono molta attenzione durante la progettazione e costruzione

I DETTAGLI PROGETTUALI CHE INCIDONO SULLA SICUREZZA DI GRANDI STRUTTURE

di Enrico Fabbri

È opinione comune che la progettazione e la costruzione di una ruota panoramica sia abbastanza semplice. Quest’opinione può essere parzialmente vera quando si tratta di costruire una ruota panoramica di piccole dimensioni ma non lo è assolutamente quando invece si parla di ruote di grandi dimensioni. In quest’articolo vedremo quali sono i punti critici importanti che devono essere considerati nelle ruote panoramiche di grandi dimensioni di tipo fisso, cioè fissate al suolo con fondazioni in cemento.

LE FORZE IN GIOCO

Diversamente da molte altre attrazioni, le ruote panoramiche possono essere soggette a sovraccarichi importanti dovuti all’azione del vento e dei terremoti. Questi agenti esterni diventano importanti in virtù della grande superficie esposta al vento e della grande massa della struttura rotante, per quanto riguarda invece l’azione del terremoto. Nella maggior parte dei casi il dimensionamento della struttura dipende da questi fattori e non invece dal calcolo della resistenza a fatica della struttura durante il funzionamento ordinario. Un bravo progettista dovrà quindi calcolare nel modo appropriato l’azione del vento e del terremoto e progettare tutti i dettagli strutturali idonei a distribuire queste forze sino alle fondazioni dell’attrazione. L’immagine a sinistra illustra un esempio di come una forza agente alla sommità determini uno stress all’intera struttura rappresentata dai vari colori. Provate ora ad immaginare le forze di vento intenso, o di terremoto, che agiscono sull’intera struttura rotante di una ruota panoramica, spingendo su di essa e su tutte le sue componenti. Queste forze si scaricano quindi sull’asse principale e vanno quindi a gravare sulle colonne che sostengono la ruota panoramica. L’acquirente di una ruota panoramica di grandi dimensioni si aspetta, come è logico, che possa essere utilizzata per più decenni (grosso modo 3) senza manutenzioni straordinarie alla struttura. Sappiamo bene che i costi d’installazione sono importanti e quindi è fondamentale che il progetto della struttura e il calcolo strutturale siano molto accurati: se, per esempio dopo 10 anni, ci fossero importanti difetti che obbligassero allo smontaggio, questo per l’operatore sarebbe un disastro economico. Quindi valutare accuratamente le procedure di costruzione del costruttore e valutare l’esperienza specifica dello studio d’ingegneria che eseguirà il calcolo strutturale, è il primo passo per avere un’attrazione resistente e affidabile nel tempo. In particolare, i progettisti del costruttore e lo studio d’ingegneria che esegue il calcolo strutturale devono usare software avanzati che permettano loro di capire di rinforzare la struttura solo dove è necessario e non di più, ottenendo una struttura resistente e leggera, e allo stesso tempo una struttura snella e quindi bella alla vista. Se la posizione di una ruota è tra palazzi molto alti che possono creare turbolenze e mulinelli, si arriverà anche a simulare l’azione del vento con software speciali oppure con modellini da immettere nella galleria del vento.

FONDAZIONI

Le fondazioni sono un elemento altrettanto impor- tante a cui spesso non si dà la dovuta importanza. Ho già trattato in un precedente articolo (v. G&PI febbraio 2016) l’importanza della progettazione delle fon- dazioni di un’attrazione, per cui vi rimando ad esso per approfondimenti. In questo caso però, assume un’importanza ancora maggiore il collegamento delle colonne della ruota panoramica alle fondazioni in cemento. Solitamente questo collegamento si esegue con delle piastre di fondazione che vengono annegate nella fondazione in cemento tramite dei tiranti. Sulla parte alta di queste piastre vengono poi fissate le colonne, e qui iniziano i problemi. Alcuni costruttori saldano le colonne direttamente in opera su queste piastre, altri usano delle flange con bulloni ed altri ancora usano dei tiranti provvisti di viti di regolazione. Tutti i sistemi possono essere idonei a raggiungere lo scopo, precisando però che è opportuno: g che ogni saldatura e tirante siano sempre visibili anche dopo il montaggio dell’attrazione per poter effettuare controlli periodici; g che ogni saldatura sia eseguita a regola d’arte ed ispezionata con controlli non distruttivi; g che esista un sistema per livellare la struttura della ruota per compensare gli errori di livello delle fondazioni in cemento (che ci sono sempre); g che l’ente certificatore che ispeziona la ruota panoramica includa anche la certificazione dei sistemi di ancoraggio della stessa al suolo. Altro aspetto importante è che, durante un terremoto, le fondazioni potrebbero spostarsi una relativamente alle altre, determinando degli sforzi ulteriori sulla struttura; occorre quindi che le fondazioni siano legate fra di loro in modo opportuno.

COLONNE

Le colonne di una ruota panoramica rappresentano una parte relativamente semplice sotto il profilo della costruzione; solitamente sono tubolari in acciaio con sezione rotonda per esigenze di estetica. Più una ruota è grande e più queste colonne devono essere di grande diametro, sino a doverle richiedere appositamente su misura. I vari componenti delle colonne vengono assemblati tramite collegamenti a vite e qui va ricordato che è sempre preferibile usare un numero elevato di viti piccole piuttosto che poche viti grandi. Più una vite è grande e più è difficile stringerla alla giusta tensione e quindi anche fare le verifiche periodiche. Acquistano invece particolare importanza tutti gli accessori che vengono fissati alle colonne, tipo le scale per la manutenzione e le piattaforme di manutenzione che portano al gruppo trasmissione. Questi accessori sono indispensabili e vanno progettati tenendo conto delle leggi locali e non solo delle norme generali della EN-13814 in quanto una struttura di questo tipo è più simile ad un edificio che ad una attrazione da luna park. Infatti, in alcuni casi vanno previste luci di emergenza, sistemi antiincendio e scritte relative alla sicurezza degli operatori della manutenzione.

ASSE

L’asse è l’elemento più importante di una ruota panoramica poiché supporta l’intera struttura della parte rotante. Qualsiasi problema importante all’asse può determinare lo smontaggio, quindi lo smontaggio di tutta l’attrazione con danni economici enormi. Anche in questo caso ricordo che è vincente un buon progettista del costruttore con un ottimo studio d’ingegneria per raggiungere gli obbiettivi di durata del progetto. Le prime scelte riguardano il sistema da usare per la rotazione della ruota. Di solito si usano dei cuscinetti di base (ralle), ma più una ruota diventa grande e più questi devono essere di grande diametro e molto resistenti. Per progetti particolari potrebbero non essere facilmente identificabili cuscinetti di base standard, potrebbero quindi essere richieste delle esecuzioni speciali con conseguenti tempi di consegna che si allungano. Soprattutto quando le forze del vento o del terremoto sono molto grandi, può risultare più idoneo l’uso di grandi bronzine al posto dei cuscinetti di base. Queste, infatti, offrono una superficie di appoggio molto più ampia dei cuscinetti di base e quindi una durata maggiore nel tempo. La scelta della qualità dei prodotti e della durata prevista nel tempo sono importanti poiché non sarà mai possibile smontarli per fare della manutenzione. La progettazione della struttura dell’asse deve essere eseguita tenendo conto di poter facilmente ispezionare periodicamente sia la struttura che le saldature, tutte le spine, viti e coppiglie di sicurezza. Tutti i componenti dell’albero dovrebbero quindi essere progettati e calcolati tenendo conto di una durata di vita superiore a quanto previsto dalle norme EN-13814 oppure ISO-17842.

BRACCI E ROTAIA

Sebbene bracci e rotaia siano parti abbastanza semplici da eseguire in fase di produzione, rappresentano un elemento sensibile. Gli elementi più importanti che spesso vengono trascurati sono i sistemi di fissaggio dei tiranti che legano i bracci tra loro. In una ruota di grandi dimensioni ci sono notevoli forze dovute al vento (come già scritto nella prima parte dell’articolo), le quali creano piccoli spostamenti ripetuti (vibrazioni) che incidono sulla resistenza nel tempo di questi componenti. È bene quindi sovradimensionare nel modo opportuno questi particolari, progettarli in modo che le forze possano trasmettersi adeguatamente e porre la massima attenzione alla realizzazione delle saldature. In tutta la struttura dei bracci non si devono lasciare parti che possono raccogliere l’acqua per non favorire la formazione di ruggine nel tempo. Questi aspetti diventano importanti soprattutto nei sistemi di fissaggio dei tiranti e dell’illuminazione.

GLI OGGETTI CHE POSSONO CADERE

La prima preoccupazione di qualsiasi operatore di ruote panoramiche è prevenire la caduta di oggetti che possano ferire gli operatori, i passeggeri o il pubblico astante. Quest’aspetto ha una grande importanza sia durante la fase di montaggio che in quelle di utilizzo e manutenzione. Tutti i componenti che vengono smontati per qualsiasi motivo devono essere muniti di anelli e di catene che ne consentano il fissaggio e ne impediscano la caduta; non solo piastre e coperchi ma anche spine e viti di qualsiasi dimensione. Non va mai dimenticato, infatti, che anche un piccolo oggetto che cade da una grande altezza può incidere sulla sicurezza. Questo vale anche e soprattutto per i sistemi di fissaggio dei sistemi d’illuminazione. Poiché l’illuminazione è solitamente fissata alla parte rotante della ruota, è chiaro che viene anch’essa sollecitata nel tempo e le coppiglie di sicurezza si possono rompere determinando un rischio elevato di caduta di oggetti. Sappiamo che ci sono stati casi in cui sistemi d’illuminazione si sono staccati dal braccio causando gravi lesioni a persone. Per questo motivo, anche se le norme EN-13814 non lo prevedono esplicitamente, un’analisi dei rischi accurata deve porre attenzione a questi aspetti determinando le soluzioni più idonee. I sistemi di fissaggio devono quindi essere doppi e indipendenti, in modo da prevenire che la rottura di un componente possa mettere a rischio la sicurezza generale.

VETTURE

Le vetture sono un componente importante per la sicurezza. Iniziamo quindi dall’esaminare il sistema di fissaggio delle vetture alla rotaia. Quello più comune prevede un albero che sostiene la vettura, il quale nella parte alta è collegato alle due rotaie della parte rotante. La progettazione di quest’albero è molto importante e deve essere eseguita in modo da non presentare particolari intagli strutturali e inviti alla rottura; le lavorazioni necessarie per il fissaggio dei cuscinetti non devono ridurre troppo la sezione resistente e non devono renderla fragile con lavorazioni meccaniche inopportune. Non si sono presentati molti incidenti relativamente a questa tipologia di componenti (io ne ricordo solo uno in Argentina); tuttavia i nuovi criteri di progettazione, adottati per ora solo da pochissimi costruttori, consigliano di aggiungere delle piastre di sostegno d’emergenza che consentano di sostenere l’albero delle vettura anche in caso di rottura del giunto supporto principale. Si tratta di un’idea molto semplice ma efficace e che oltretutto incide molto poco sui costi di produzione complessivi. Passiamo ora alle porte di accesso alla vettura o cabina passeggeri. Queste dovrebbero sempre aprirsi verso l’interno, oppure essere costruite in modo da non poter mai interferire con qualsiasi parte della struttura rotante della ruota, sia quando sono aperte che durante il loro movimento di apertura e chiusura. Quando le porte sono chiuse, non devono poter essere aperte dai passeggeri ed i loro sistemi di chiusura devono essere doppi (ridondanti). Un guasto a uno dei componenti dei sistemi di chiusura non deve determinare l’apertura della porta. Per le ruote di grandi dimensioni è anche bene assicurarsi che qualsiasi sportello apribile della vettura, se esiste, sia di piccole dimensioni e non raggiungibile da bambini, in modo da prevenire che possano essere gettati dal finestrino oggetti che, cadendo, potrebbero arrecare lesioni a persone. Nelle ruote che superano i 100 metri, in alcune nazioni viene anche richiesta la presenza nella vettura di un defibrillatore per situazioni di arresto cardiaco di un passeggero, visto che il tempo necessario per l’evacuazione potrebbe superare i 30 minuti.

STAZIONE

Anche la progettazione della pedana di stazione è un elemento degno di nota. Quando una vettura arriva in stazione e si ferma, si crea uno spazio tra la vettura stessa e il marciapiede della stazione. Se questo è troppo grande, si potrebbe generare un pericolo di caduta nel momento di salita/discesa dei passeggeri, dato che potrebbero mettere un piede tra la vettura ed il marciapiede. La progettazione dello spazio libero tra questi due elementi è sempre fonte di grandissima discussione tra i costruttori e i certificatori nel rispetto delle leggi locali. Un altro elemento di rischio è poi lo spazio che esiste tra le vetture: un potenziale passeggero potrebbe inavvertitamente sbagliare la vettura e cadere dal marciapiedi. Per questo motivo, sotto alla zona di azione delle vetture vanno previste delle reti anticaduta.

SISTEMA DI TRASMISSIONE

Analizziamo ora invece qualcosa che il pubblico non vede, ma che è comunque molto importante: il sistema di trasmissione e tutti gli impianti elettrici necessari per la rotazione di una ruota panoramica. Ogni ruota ha più motori che servono a muovere la struttura rotante; essi sono normalmente installati ai due lati della struttura. Il numero totale dei gruppi motoriduttori da installare deve essere tale da mantenere il sistema funzionante anche qualora uno o due di essi si guastino. Devono inoltre essere facilmente ispezionabili tramite piattaforme di manutenzione e devono consentire di essere scollegati dal sistema in pochi minuti. Ricordo che qualche anno fa un’importante ruota panoramica in Asia ebbe un grosso incendio al quadro elettrico principale che determinò un arresto di emergenza piuttosto lungo. Da quell’incidente in poi, tutti noi sappiamo che nelle grandi ruote è preferibile che i quadri elettrici di comando siano due e indipendenti, in modo tale che uno possa funzionare perfettamente anche in caso d’incendio dell’altro. In aggiunta, tutti i quadri elettrici principali devono essere muniti di sensori di temperatura, sensori di fumo e sistemi di anti-incendio efficaci.

SISTEMI DI EVACUAZIONE

Quando qualcosa non funziona nel modo previsto, si attivano gli allarmi della ruota e quindi deve iniziare una procedura di evacuazione dei passeggeri. A seconda del livello di gravità del guasto occorre prevedere delle appropriate procedure di evacuazione. Nelle ruote di grandi dimensioni la cosa acquista una grande importanza. Per semplicità, suddivido queste procedure in

• Ordinarie
• Straordinarie
• Estreme

L’attrazione deve avere un numero di sensori sufficienti per identificare il corretto funzionamento dei componenti critici per la sicurezza. Con il termine ‘procedure di evacuazione ordinarie’ s’intendono quelle relative a guasti che non sono particolarmente importanti. In questa categoria rientrano anche quei guasti che sono statisticamente ripetitivi. Un comunissimo black-out è il guasto più ricorrente nelle grandi attrazioni di questo tipo, con un’incidenza che credo possa superare il 30-40% di tutti i guasti (i sistemi elettronici, infatti, rilevano anche le interruzioni brevissime di alimentazione). Altri guasti tipici possono essere quello a un solo gruppo di trasmissione o quello al sistema elettronico che lo alimenta. In questi casi, il sistema di gestione deve consentire l’arresto graduale in sicurezza dell’attrazione, quindi la verifica di quanto successo e la rapida accensione in modalità provvisoria necessaria per evacuare i passeggeri. Per ‘procedure di evacuazione straordinarie’ s’intendono quelle relative a guasti importanti che generalmente non si possono risolvere con l’intervento di un manutentore specializzato. L’attrazione si ferma sempre in sicurezza, ma per poterla riavviare anche in modalità provvisoria serve che un tecnico intervenga determinando un prolungato stop della giostra. In questa categoria rientrano, di solito, guasti multipli a gruppi di trasmissione oppure guasti al quadro elettrico che coinvolgono più di un gruppo di alimentazione. Per questi motivi è in genere raccomandabile che ogni gruppo di trasmissione abbia il proprio sistema di alimentazione e controllo separato dagli altri. In questo caso l’attrazione ripartirà in modalità provvisoria, anche se spesso ad una velocità inferiore al solito. Con il termine ‘procedure di evacuazione estreme’ s’intendono quelle che scattano quando il guasto/i guasti compromettono del tutto l’utilizzo dell’attrazione anche in modalità provvisoria. Per le ruote panoramiche di piccole dimensioni il sistema di evacuazione ultimativo è più semplice e sfrutta il peso dei passeggeri che spinge per gravità la parte più pesante verso il basso. All’aumentare dell’altezza dell’attrazione, gli attriti del sistema impediscono la rotazione della struttura per portare le vetture con i passeggeri verso il basso, quindi occorre studiare un altro sistema per evacuare i passeggeri. Se quindi siete su una ruota panoramica alta 150 metri, ferma, ed i sistemi di trasmissione non sono utilizzabili, come farete a scendere? Ve lo siete mai chiesti? Ebbene, esiste una risposta. I bracci della parte rotante devono prevedere delle scale, passaggi e ganci di sicurezza per consentire ad un arrampicatore professionale di poter raggiungere una qualsiasi delle vetture; deve anche esserci un sistema manuale di apertura d’emergenza delle porte che consenta l’accesso all’interno delle vetture. A questo punto, un po’ come accade quando una funivia di montagna si arresta, i passeggeri saranno imbracati con delle cinture di sicurezza e un sistema di carrucole controllato manualmente da esperti consentirà di far scendere i passeggeri fino ad una posizione di sicurezza a livello inferiore. Il sistema richiederà ovviamente molto tempo, ma ad oggi non c’è alternativa, non essendo presente sul mercato nessun altro sistema valido.

CONCLUSIONE

Spero di avere dato prova delle tante problematiche legate alla progettazione, calcolo e realizzazione di una ruota panoramica di grandi dimensioni. Se però qualcuno non fosse ancora convinto, desidero ricordargli che una famosa ruota installata in Australia, progettata in Giappone e costruita in Cina, con un’altezza di 100 metri, è stata smontata dopo solo 2 mesi per gravi problemi alle saldature. È stata quindi riprogettata e ricostruita per la seconda volta. Anche la seconda volta si sono constatati gravi problemi strutturali che hanno comportato la demolizione dell’attrazione. È andata bene solo la terza volta, dopo anni; oggi quella ruota è pienamente funzionante anche se però in vendita per scarso afflusso di pubblico. Se questo non bastasse, segnalo il caso di un’altra importante ruota panoramica attualmente in costruzione nei paesi arabi. I lavori d’installazione sono fermi da un anno e sembra che ci siano gravi problemi di progettazione che potrebbero comportare la demolizione di quanto fatto sino a oggi. Il segreto per la realizzazione di progetti complessi è avere un buon team di professionisti specializzati ed assicurarsi che chi acquisterà l’attrazione possa organizzare un team di manutenzione attento e preparato.

Ref: 20-2017 / Marzo 2017

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