舞臺(tái)升降機(jī)構(gòu)的研究

湯峻嶺

摘要：概述了舞臺(tái)升降機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，比較了幾種常用的升降機(jī)構(gòu)，對(duì)液壓式升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出了簡單模型，并分析了液壓缸的受力情況，從理論上提出了合理選擇液壓缸的途徑。

關(guān)鍵詞：升降機(jī)構(gòu)；簡單模型；液壓缸

為滿足當(dāng)代觀眾的需求，求得完美的效果，舞臺(tái)上除了燈光、音響外，舞臺(tái)機(jī)械尤為重要。舞臺(tái)上設(shè)有吊桿、吊點(diǎn)、燈光渡橋、燈光吊籠、防火幕，臺(tái)下設(shè)有升降臺(tái)、車臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、升降樂池等，有的升降臺(tái)中配套轉(zhuǎn)臺(tái)，或轉(zhuǎn)臺(tái)中有升降臺(tái)。升降臺(tái)是舞臺(tái)下機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，在專業(yè)歌劇院、舞劇院、話劇院以及許多國際知名音樂廳里都配備著各種類型的升降臺(tái)。它具有快速遷換布景、滿足舞臺(tái)工藝布置的需要、滿足舞美設(shè)計(jì)和劇目編導(dǎo)人員的需要、制造特殊的氣氛和效果、根據(jù)表演的需求改變舞臺(tái)形式等作用。本文主要是對(duì)舞臺(tái)升降技術(shù)中的一種形式的液壓升降臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

一、常用升降機(jī)構(gòu)比較

（1）液壓升降臺(tái)，采用液壓技術(shù)，升降平穩(wěn)、噪音低。

（2）垂直絲杠升降臺(tái)，采用絲杠傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)雙層臺(tái)面的升降。根據(jù)需要可多塊組成升降臺(tái)群，能在行程范圍內(nèi)組成不同的臺(tái)階，滿足會(huì)議和演出的需要，是在舞臺(tái)上搭設(shè)亭、臺(tái)、樓、閣的理想道具。

（3）水平絲杠升降臺(tái)，該結(jié)構(gòu)的升降臺(tái)具有土建量小、所需基坑淺、行程大，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低定位準(zhǔn)確、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。采用水平絲杠傳動(dòng)，通過剪叉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)臺(tái)面的升降運(yùn)動(dòng)，在行程范圍內(nèi)可任意停止。

（4）鏈條式升降臺(tái)，有良好的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，保證設(shè)備運(yùn)行時(shí)無傾斜。

（5）齒輪齒條式升降臺(tái)，傳動(dòng)精確，造價(jià)高。

（6）螺旋器升降臺(tái)，具有普通升降臺(tái)的全部功能，主要特點(diǎn)是設(shè)備。占用基坑小，行程大。設(shè)備高度僅200—500 mm，行程可達(dá)14 m。當(dāng)舞臺(tái)建在2層以上的建筑物時(shí)，因空間受到限制時(shí)尤為適合。

從上面的比較可知，液壓式升降機(jī)構(gòu)升降平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長、承受載荷大而且控制相對(duì)簡單，應(yīng)用在舞臺(tái)設(shè)備中比較合適。

二、升降臺(tái)機(jī)構(gòu)形式

升降臺(tái)采用剪叉結(jié)構(gòu)達(dá)到放大行程的效果，而且要求基坑較淺，從而可節(jié)約投資。液壓缸左右對(duì)稱布置，工作時(shí)總體水平方向所受合力為零；使得臺(tái)面水平方向不發(fā)生運(yùn)動(dòng)，只是垂直方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。上下方向設(shè)置有高低位行程開關(guān)，可保證升降高度。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）方案確定，升降舞臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)形式，其驅(qū)動(dòng)方式有電力驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)2種，傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式有液壓缸直頂式、液壓缸一剪叉機(jī)構(gòu)式、液壓缸一鋼絲繩式、液壓馬達(dá)—鋼絲繩式、電動(dòng)機(jī)一鏈條式、電動(dòng)機(jī)一螺旋機(jī)構(gòu)式、電動(dòng)機(jī)一齒輪齒條式等。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)都是成熟、可靠的技術(shù)，其應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備中也獲得了長時(shí)間的應(yīng)用。綜合分析以上各傳動(dòng)方式，并結(jié)合升降舞臺(tái)升降高度達(dá)4 m的設(shè)計(jì)要求，確定設(shè)計(jì)方案為：液壓驅(qū)動(dòng)、液壓缸斜頂剪叉機(jī)構(gòu)，每一塊升降舞臺(tái)由一個(gè)獨(dú)立的液壓系統(tǒng)控制，而3塊升降舞臺(tái)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，則由計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了升降舞臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。為了使該系統(tǒng)能適用乳化液或純水工作介質(zhì)，系統(tǒng)中所有操縱控制閥都采用了二通插裝閥控制技術(shù)。

四、工作原理

本系統(tǒng)采用定量泵、開式系統(tǒng)，系統(tǒng)的壓力控制分為二級(jí)，升降液壓缸13的壓力設(shè)定和泵的卸載由電磁溢流閥5控制，鎖緊液壓缸16（雙缸并聯(lián)）的壓力由減壓閥14設(shè)定。升降液壓缸13是系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，為了使其在任意位置停止，在其活塞腔油路上設(shè)置一個(gè)液控單向閥12。該液壓缸在上升時(shí)負(fù)載為正值，下降時(shí)負(fù)載為負(fù)值，這使得液壓缸的工況變化很大，為了保持舞臺(tái)升降速度的一致，設(shè)計(jì)了由4個(gè)單向閥7、8、9、10和單向節(jié)流閥11組成的液橋?qū)σ簤焊走M(jìn)行進(jìn)口節(jié)流和回油出口節(jié)流調(diào)速，其動(dòng)作由三位四通換向閥6控制，原理如下：當(dāng)二位三通電磁閥6e、6f、6g、6h：全部斷電時(shí)主閥6b、6c關(guān)閉，主閥6a、6d開啟，液壓缸兩腔油液經(jīng)6A、6B 口通油箱；當(dāng)電磁閥6e、6f通電，69、6h斷電時(shí)，由6P口來的壓力油，經(jīng)6b，由6A口輸出，經(jīng)單向閥7、單向節(jié)流閥11、單向閥10、液控單向閥12進(jìn)入液壓缸13的下腔，液壓缸上腔油液由6B口，經(jīng)6d由6T回油箱；當(dāng)電磁閥69、6h通電，6e、6f斷電時(shí)，由6P口來的壓力油，經(jīng)6c，由6B進(jìn)入液壓缸上腔，并同時(shí)進(jìn)入液控單向閥12，打開其中的交替單向閥12c，液壓缸下腔的油液經(jīng)12a、單向閥9、單向節(jié)流閥11、單向閥8，進(jìn)入6A口，并經(jīng)6a由6T回油箱。由以上分析知，換向閥6為三位四通Y型電磁換向閥。為了使舞臺(tái)可靠地停在任意位置，系統(tǒng)設(shè)置了鎖緊液壓缸16，兩缸并聯(lián)，其壓力由減壓閥14設(shè)定，動(dòng)作由二位四通電磁換向閥15控制。

五、結(jié)論

液壓升降臺(tái)是一種典型的舞臺(tái)機(jī)械，它把機(jī)械、液壓、控制3方面有機(jī)的結(jié)合起來。通過對(duì)液壓升降臺(tái)的研究和設(shè)計(jì)，提供了一般的舞臺(tái)機(jī)械升降臺(tái)的設(shè)計(jì)思路和方法，供有關(guān)技術(shù)人員參考。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：江西省京劇團(tuán)有限責(zé)任公司）