一種新型卷盤式燈光升降吊機的設計與應用*

萬占寧

(甘肅工大舞臺技術(shù)工程有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

燈光升降吊機是舞臺機械臺上設備中的一種吊掛升降設備，其廣泛應用在劇院、電視臺演播廳、多功能廳、會議廳、戶外演繹秀場等，可用于提升燈具或其它演出道具。目前普遍應用的燈光升降吊機是電機減速機帶動卷筒鋼絲繩提升燈具，配置收線器收放供電電纜，實際是提升和供電的兩套設備同步運行，這種提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，故障率高，成本高，使用多有弊病。設計一種新型燈光提升吊機，去除電纜收線器輔助機構(gòu)，只使用一套升降機構(gòu)，使用新型鋼絲繩、電纜復合繩纜吊掛燈具，進一步簡化結(jié)構(gòu)，減少運行故障，降低成本。

1 傳統(tǒng)燈光提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

目前在舞臺設備中，有懸掛提升重物需要時采用卷筒鋼絲繩的提升方式，但被提升物件有供電需要和信號傳輸需要時需另外配置電纜附加相應的收線機構(gòu)同步運行，特別是舞臺上運用最多的燈光升降機構(gòu)，不僅需要能吊掛承載燈具重量的鋼絲繩，還需要能給燈具供電的電纜，因鋼絲繩能承載燈具重量但不能供電，電纜能給燈具供電但不能吊掛一定的重量，由此產(chǎn)生使用兩套機構(gòu)同時運行而組成統(tǒng)一的燈光升降系統(tǒng)，升降時鋼絲繩隨著卷筒的旋轉(zhuǎn)而纏繞在提升機構(gòu)卷筒的繩槽內(nèi)，供電電纜則由附加的收線器控制跟隨燈具的來回升降而收放。

一個燈具的升降由兩套升降機構(gòu)升降運行導致機構(gòu)繁雜，設備運行同步性差、可靠性差、成本高。這種結(jié)構(gòu)時常會發(fā)生電纜收放不同步而造成電纜拖纜或墜纜故障，而影響燈具不能正常升降，時而造成燈具供電或信號中斷現(xiàn)象。傳統(tǒng)燈光升降機構(gòu)如圖1。

圖1 傳統(tǒng)燈光升降機構(gòu)

從圖1可以看出，一個燈具上面同時連接鋼絲繩和供電線纜，附加物太多太寬影響觀眾視線，另外燈具在最高點和最低點時所對應的鋼絲繩在卷筒上的接入點在水平方向有位移，從而導致燈具在水平面上的投影點有位置變動。燈具行程越大，鋼絲繩和線纜水平位移越大，水平面內(nèi)燈具的位置變動也就越大，在實際使用中燈具提升機構(gòu)和卷線器是安裝在舞臺柵頂或廳堂天花板以上空間的，而廳堂天花板往往不許開有過大下鋼絲繩的孔洞，有時也會受到安裝頂部格柵結(jié)構(gòu)件的限制而使鋼絲繩和線纜水平位移不能太大，即使固定鋼絲繩的下繩點也會使鋼絲繩對卷筒的入繩角度過大而發(fā)生鋼絲繩跳槽現(xiàn)象。

2 新型燈光提升系統(tǒng)的設計

2.1 設計要求

引用技術(shù)文件《卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機》[2]和《新型鋼絲繩、電纜、光纜復合繩纜》[3]的特殊結(jié)構(gòu)，簡化升降提升機構(gòu)，將卷筒提升機構(gòu)改用卷盤式提升機構(gòu)；去除收放電纜的卷線器，采用既能提升燈具又能給燈具供電的新型鋼絲繩電纜復合繩纜，配置卷盤中心滑環(huán)，下繩點配置固繩機構(gòu)防止升降時燈具水平移位。

2.2 卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機結(jié)構(gòu)的可引用性分析

卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機的輸出軸上安裝可供單根鋼絲繩纏繞的夾板槽式卷盤，卷盤夾板槽的寬度可限制僅供單根鋼絲繩在卷盤夾槽內(nèi)徑向逐層纏繞而不夾層，不夾繩，鋼絲繩頭在卷盤中心孔處引出并在夾板外側(cè)面上固定。一個卷盤對應電動吊桿一個吊點的提升需要，可根據(jù)吊點的數(shù)量需要配置卷盤的數(shù)量。加裝吊桿行程控制機構(gòu)。按舞臺機械設備吊桿驅(qū)動機的載重量和提升速度要求配用相應功率的制動電機和減速機[1]。卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機如圖2。

圖2 卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機

卷盤局部結(jié)構(gòu)如圖3。本吊桿驅(qū)動機顯著特點是不受鋼絲繩入繩角度的限制和安裝空間的限制，容易安裝。新型燈光提升吊機可采用它的卷盤式纏繞結(jié)構(gòu)。

2.3 新型鋼絲繩、電纜、光纜復合繩纜結(jié)構(gòu)的可引用分析

新型鋼絲繩、電纜、光纜復合繩纜是在同一復合繩纜外皮內(nèi)設置鋼絲繩，電纜或光纜，鋼絲繩、電纜或光纜之間被填充物固定且相互絕緣，內(nèi)置填充物、電纜、光纜、繩纜外皮都是柔軟的具有一定彎曲度的柔性絕緣材料。

它的顯著特點是鋼絲繩、電纜或光纜被復合在同一纜繩中，在有提升、供電或信號采集傳輸需要的設備中只需要配置一套提升機構(gòu)即可，這樣整齊簡單而不分散，成本低，設備運行同步性強、可靠性高，新型鋼絲繩、電纜、光纜復合繩纜結(jié)構(gòu)如圖4。

圖3 卷盤結(jié)構(gòu) 圖4 新型鋼絲繩、電纜、 光纜復合繩纜結(jié)構(gòu)

新型燈光提升吊機可采用它的復合繩纜結(jié)構(gòu)，將提升和供電的鋼絲繩和電纜合二為一使用，可以很大程度的簡化結(jié)構(gòu)。

2.4 設計結(jié)果

在分析和綜合應用卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機和新型鋼絲繩、電纜、光纜復合繩纜的特殊結(jié)構(gòu)基礎上，按燈光提升需要設計出一種新型卷盤式燈光升降吊機，可作為專用燈具的提升設備使用，其設計結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 新型卷盤式燈光提升吊機

新型卷盤式燈光提升吊機采用了夾板槽式卷盤作為旋轉(zhuǎn)纏繞升降結(jié)構(gòu)，采用了兼起吊燈具和供電功能為一體的鋼絲繩、電纜復合繩纜，棄用卷筒纏繞升降和使用卷線器收放電纜的繁雜結(jié)構(gòu)。

新型卷盤式燈光提升吊機的卷盤中心安裝有供電滑環(huán)，在卷盤邊緣下繩點安裝防止燈具偏移的固繩輪，保證在全行程內(nèi)燈具升降時所對應的水平投影位置不變動。

這里對復合繩纜的截面和內(nèi)置鋼絲繩、線纜的排布做了調(diào)整，如圖6所示復合繩纜的截面由圓形變成扁平形狀，起吊燈具的鋼絲繩作為兩根對稱布置在兩側(cè)，中間布置供電線纜，目的是讓扁平的繩纜起吊燈具時受力均勻。扁平繩纜包有柔軟的耐磨損可彎曲纏繞的絕緣外皮，內(nèi)部填充絕緣柔性材料固化鋼絲繩和供電線纜空間位置，防止篡位。截面改變?yōu)楸馄叫螤?，減少了繩纜纏繞時占用卷盤徑向尺寸，相同的行程卷盤直徑可以做的更小，且有利于擴展大行程使用。由于所提升的是單個燈具，重量較輕，但也要按照舞臺機械設備相關(guān)安全系數(shù)[5]要求選取鋼絲繩直徑大小，相關(guān)有絕緣要求的材料也要達到一定的絕緣等級[4-5]，保證使用安全。

夾板槽式卷盤詳細機構(gòu)見圖7，夾板槽式卷盤作為旋轉(zhuǎn)纏繞升降結(jié)構(gòu)，合理設計夾槽寬度和與扁平線纜間隙，保證升降時扁平線纜能逐層纏繞通暢，不夾層不卡槽。

圖6 復合繩纜圖7 夾板槽式卷盤

新型卷盤式燈光升降吊機明顯的特點是省去了傳統(tǒng)燈光提升系統(tǒng)中的收線器，結(jié)構(gòu)進一步得到了精簡，不受卷筒鋼絲繩入繩角度的限制，結(jié)構(gòu)簡單，故障少，使用穩(wěn)定可靠。

3 新型卷盤式燈光升降吊機應用

新型卷盤式燈光升降吊機可廣泛應用在劇院、電視臺演播廳、多功能廳、會議廳、戶外演繹秀場等，可用于提升燈具外也可提升其它演出道具。除可應用在表演場所外，也可應用在有特殊照明需要的場所；

其結(jié)構(gòu)簡單占用空間高度小，重量輕，卷盤式提升不受繩纜入繩角度限制，尤其是多功能廳、會議廳等天花夾層高度低安裝空間有限的時能得到廣泛的應用。

新型卷盤式燈光升降吊機可作為單個燈具的提升機構(gòu)使用，卷盤提升機構(gòu)直接安裝在減速機輸出軸上，單點式使用時如圖5，其多個提升機構(gòu)可組合成一定數(shù)量的燈具群組編程控制使用，可應用在大型燈光表演秀場所。組合使用時也可在減速機輸出軸上加配多個夾板槽式卷盤，或傳動軸連接多點組合安裝使用如圖8，組成燈光矩陣。

圖8 組合安裝

4 結(jié) 語

新型卷盤式燈光升降吊機已經(jīng)在多項舞臺設備工程和燈光表演秀項目設備中得到應用，其使用結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，運行穩(wěn)定可靠。

其引用結(jié)構(gòu)《卷盤式輕載吊桿驅(qū)動機》已在2012年9月申請了國家專利，專利號：2012 2047 71391；其引用結(jié)構(gòu)《新型鋼絲繩、電纜、光纜復合繩纜》已在2012年9月申請了國家專利，專利號：2012 2045 05764。