舞臺(tái)輸送鏈預(yù)緊力計(jì)算與調(diào)整

李國(guó)富+榮志曉

【摘 要】 以某劇場(chǎng)側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)輸送鏈系統(tǒng)為例，計(jì)算出其鏈條需要的預(yù)緊力理論值，并提出了鏈條張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)置建議。

【關(guān)鍵詞】 舞臺(tái)輸送鏈；平穩(wěn)性；預(yù)緊力；張力

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.12.007

現(xiàn)代劇場(chǎng)的舞臺(tái)多具有推、拉、升、降、轉(zhuǎn)的功能，其中，大部分舞臺(tái)的升降與平移功能是由輸送鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。采用具有支撐導(dǎo)軌的輸送鏈傳動(dòng)是實(shí)現(xiàn)側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)從側(cè)臺(tái)位置平移到主舞臺(tái)位置常用方式之一。工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于輸送鏈具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、輸送距離遠(yuǎn)的特性，微小的磨損都會(huì)使得其振動(dòng)情況劇烈惡化。鏈條節(jié)距磨損不僅影響輸送鏈的傳動(dòng)效率，更加劇了鏈條的振動(dòng)情況。鏈條的磨損會(huì)引起鏈條節(jié)距的伸長(zhǎng)，設(shè)置合理的預(yù)緊力可以有效地降低磨損引起的振動(dòng)[1]。

1 輸送鏈對(duì)舞臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)性的影響

作為劇場(chǎng)中重要的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備之一，側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)的運(yùn)行安全、可靠、平穩(wěn)對(duì)劇目演出具有重要意義。輸送鏈作為側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一[2]，其振動(dòng)噪聲、運(yùn)行平穩(wěn)性將直接關(guān)系到劇目演出順利進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)輸送鏈工作環(huán)境比較差。輸送鏈正對(duì)著舞臺(tái)面設(shè)置的導(dǎo)軌縫隙，因此，舞臺(tái)面上的灰塵、螺釘?shù)犬愇飿O易直接落到鏈條上，造成鏈條損傷。

另外，側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中舞臺(tái)面上布景移動(dòng)、人員走動(dòng)等帶來(lái)的載荷變化等也會(huì)對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性造成一定的影響，這就對(duì)輸送鏈的檢修與維護(hù)提出了更高的要求。所以，合理選擇輸送鏈的張緊力、降低鏈條磨損等措施就顯得尤為重要。輸送鏈太松，鏈條運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生跳鏈，啟動(dòng)時(shí)發(fā)生卡鏈，造成安全事故；輸送鏈太緊，會(huì)造成鏈輪的迅速磨損，增加鏈條的負(fù)荷，縮短了設(shè)備使用壽命。

2 輸送鏈載荷分析

2.1 逐點(diǎn)分析法

連續(xù)輸送鏈鏈節(jié)之間的張力包括張緊裝置提供的預(yù)張緊力、運(yùn)行時(shí)克服各種阻力需要的張力以及動(dòng)載荷引起的張力[3]。筆者采用逐點(diǎn)分析法對(duì)輸送鏈的張力進(jìn)行計(jì)算，其理論基礎(chǔ)就是：牽引構(gòu)件在連續(xù)輸送鏈沿運(yùn)動(dòng)方向上的任一點(diǎn)載荷等于后面一個(gè)點(diǎn)與這兩點(diǎn)間的阻力之和。因此，逐點(diǎn)分析法中最主要的就是各種阻力的計(jì)算，包括直線段運(yùn)動(dòng)阻力、繞入繞出鏈輪的運(yùn)動(dòng)阻力以及其他附加阻力。直線段運(yùn)動(dòng)阻力的計(jì)算主要是阻力系數(shù)的確定。當(dāng)牽引構(gòu)件沿導(dǎo)軌滑動(dòng)時(shí)，阻力系數(shù)就等于構(gòu)件與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)。當(dāng)牽引構(gòu)件裝有滾輪時(shí)，摩擦阻力包括滾輪軸頸處的摩擦阻力和滾輪與導(dǎo)軌之間的摩擦阻力。

在輸送鏈系統(tǒng)中，常采用鏈輪、曲線導(dǎo)軌等來(lái)改變牽引構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)牽引構(gòu)件通過(guò)這些曲線區(qū)間時(shí)，會(huì)受到鏈輪或者曲線導(dǎo)軌帶來(lái)的阻力。鏈輪產(chǎn)生的阻力包括軸承摩擦阻力以及牽引構(gòu)件繞入、繞出時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力組成。因此，牽引構(gòu)件繞出端張力會(huì)有所增大。曲線導(dǎo)軌產(chǎn)生的阻力則分為牽引構(gòu)件與曲線導(dǎo)軌之間的滾動(dòng)摩擦阻力或滑動(dòng)摩擦阻力[4～5]。其他附加阻力則需要根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況、輸送鏈張緊情況等具體分析。

2.2 輸送鏈力學(xué)模型

側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)輸送鏈為一閉合環(huán)形鏈，包含沿鏈條架設(shè)的支撐軌道、張緊裝置、鏈條以及兩個(gè)同尺寸的鏈輪。輸送鏈通過(guò)側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)鏈接裝置與側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)鏈接，鏈接裝置直接安裝在輸送鏈的直邊形鏈板上，通過(guò)鏈接裝置的掛鉤與脫鉤實(shí)現(xiàn)輸送鏈機(jī)構(gòu)與側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)的結(jié)合與分離，如圖1所示。

側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)輸送鏈簡(jiǎn)化模型如圖2所示。La，Lb分別為鏈輪輪心距和側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)行程，m點(diǎn)為側(cè)車(chē)臺(tái)鏈接裝置所在位置。根據(jù)逐點(diǎn)分析法，將輸送鏈系統(tǒng)中鏈條布置分成負(fù)載水平直線段ab，鏈輪繞入繞出段bc、ah，空載傾斜直線段cd、gh，空載曲線段de、fg和空載水平直線段ef。

2.3 輸送鏈載荷計(jì)算

根據(jù)輸送鏈簡(jiǎn)化模型，對(duì)輸送鏈進(jìn)行載荷分析如圖3所示。

根據(jù)逐點(diǎn)分析法基本原理，在輸送鏈工作過(guò)程中，從鏈條嚙入鏈輪點(diǎn)開(kāi)始依次逐點(diǎn)分析。鏈條a點(diǎn)的緊邊張力Sa主要由三組力構(gòu)成：有效圓周力Fe、離心張力Fc、懸垂拉力Ff和最小預(yù)緊張力F0。通常長(zhǎng)距離輸送鏈系統(tǒng)中的運(yùn)行鏈段都依托于導(dǎo)軌，鏈條的懸垂量非常小，因此，計(jì)算時(shí)可以忽略掉懸垂拉力Ff[6]，即緊邊張力Sa需要克服有效圓周力、離心張力和預(yù)緊張力。

由公式（1）和公式（2）可知，F(xiàn)1、F2僅與輸送鏈系統(tǒng)的負(fù)載、驅(qū)動(dòng)有關(guān)，與鏈條節(jié)距沒(méi)有直接關(guān)系，因此可以忽略鏈條磨損節(jié)距伸長(zhǎng)帶來(lái)的影響，可以在后面分析時(shí)將F1、F2視為常數(shù)值。

其中ab為鏈條的負(fù)載水平直線段，在該區(qū)段鏈條主要受動(dòng)態(tài)負(fù)載阻力與鏈條與導(dǎo)軌之間的摩擦力作用，得b點(diǎn)張力為：

曲線段de和fg設(shè)置的主要目的是降低鏈條張力突變情況，該段鏈條載荷只與鏈條的布置參數(shù)如包角、軸承型式、牽引構(gòu)件型式有關(guān)[7]，因而該段載荷采用張力增大系數(shù)計(jì)算。

2.4 舞臺(tái)輸送鏈張力計(jì)算

通過(guò)查閱舞臺(tái)設(shè)備技術(shù)手冊(cè)、圖紙等資料確定舞臺(tái)輸送鏈各個(gè)參數(shù)：

鏈條型號(hào)為16A帶滾輪雙排鏈，鏈條節(jié)距p=25.4 mm，鏈條單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=5.9 kg/m，鏈輪中心距La=26 208 mm，行程Lb=25 600 mm，Lef=24 723 mm，Lcd=639 mm ，Lgh=862 mm，傳動(dòng)效率=87.3%，鏈速v=0.61 m/s，動(dòng)態(tài)負(fù)載阻力Fm在1 562.4 N（空載）～6 410.9 N（滿載），加速狀態(tài)下電機(jī)功率Pd在2.3 kW（空載）～7.1 kW（滿載），摩擦系數(shù)u=0.033 6，張力增大系數(shù)C取1.06，輸送鏈布置上傾角 =9.82°，輸送鏈布置下傾角 =7.68°，最小預(yù)緊張力F0假設(shè)為0。

通過(guò)公式（1）～公式（9）求得舞臺(tái)空載時(shí)，F(xiàn)v=1 283.4 N；舞臺(tái)滿載時(shí)：Fv=3 506 N。

如上述舞臺(tái)的動(dòng)態(tài)負(fù)載阻力Fv是在1 562.4 N～6 410.9 N范圍內(nèi)變動(dòng)的，因此可知，最小預(yù)緊力Fvmin=1 283.4 N，最大預(yù)緊力Fvmax=3 506 N。在設(shè)備檢修時(shí)，該舞臺(tái)輸送鏈可以根據(jù)舞臺(tái)實(shí)際負(fù)載情況對(duì)輸送鏈預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整。理想狀況是設(shè)置自動(dòng)伸縮張緊裝置，其預(yù)緊力大小可以根據(jù)舞臺(tái)實(shí)際負(fù)載大小進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)輸送鏈傳動(dòng)式舞臺(tái)進(jìn)行分析，提出鏈條設(shè)置合適的預(yù)緊力對(duì)舞臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)性有著極為重要的影響。

（2）對(duì)輸送鏈系統(tǒng)進(jìn)行載荷分析，采用逐點(diǎn)分析法計(jì)算輸送鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)的張力，最后求得輸送鏈鏈條所需預(yù)緊力。

（3）以某劇場(chǎng)側(cè)舞臺(tái)車(chē)臺(tái)使用的輸送鏈系統(tǒng)為例，通過(guò)查閱資料確定舞臺(tái)輸送鏈系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)，計(jì)算出該舞臺(tái)鏈條需要的理論預(yù)緊力值，為舞臺(tái)鏈條維護(hù)與調(diào)整提供了參考。另外，鏈條的預(yù)緊力大小理想狀況應(yīng)該是根據(jù)舞臺(tái)實(shí)際負(fù)載大小相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)整。但實(shí)際上，該舞臺(tái)輸送鏈系統(tǒng)是采用固定式結(jié)構(gòu)的鏈條張緊器，因此，在調(diào)整鏈條松緊時(shí)，則需要將預(yù)緊力調(diào)整到相對(duì)較高的水平，以防止發(fā)生松鏈現(xiàn)象。后期改造時(shí)可以選用可伸縮緊鏈裝置。

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作者簡(jiǎn)介：

李國(guó)富，國(guó)家大劇院舞臺(tái)技術(shù)保障主管，主要從事舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備檢修與維護(hù)工作。endprint