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斜面驱动剪臂叉升降台的设计与研究

发布日期:2017-08-17 来源: 中国升降机网 查看次数: 266
核心提示:  舞台机械bookmark0斜面驱动剪臂叉升降台的设计与研究严华锋在现代剧场,舞台机械已被广泛采用,尤其是升降台。升降台的形式很多,如主舞台升降台、侧车台补偿台、侧辅助升降台、前及后辅助升降台、后车

  舞台机械bookmark0斜面驱动剪臂叉升降台的设计与研究严华锋在现代剧场,舞台机械已被广泛采用,尤其是升降台。升降台的形式很多,如主舞台升降台、侧车台补偿台、侧辅助升降台、前及后辅助升降台、后车台补偿台等。各种升降台的驱动方式也多样化,下面介绍一种升降台,它具有行程升降大(即基坑深度与升降行程的比例小)、制造成本低、配置电机功率小、安装维护方便等特点。

  如图i所示,本图为绍兴大剧院前和后辅助升降台、后车台补偿台的结构图。升降台由驱动减速电机、驱动丝杆、力梁、驱动小车、驱动滚轮、剪臂叉机构、台面钢架等组成。本升降台有2m的升降行程,而基坑深度也仅2m.如用常规的线性升降驱动,如链式升降、齿条式驱动、丝杆式垂直驱动等升降已无法满足升降台的工艺要求。我们采用了剪臂叉式驱动升降方式,如用常规的剪臂叉式升降台方式,尽管也能满足升降台的工艺要求,但会导致电机功率大幅度增加,升降台的设计构件也会相应地加大,最终导致成本的2驱动原理驱动减速电机通过传动链驱动丝杆旋转,旋转的丝杆驱动力梁左或右移动,力梁通过联接拉杆牵引驱动小车左或右移动,小车则安装在两根轨道上;由于小车的移动,驱动剪臂叉上的驱动滚轮沿小车斜面向上移动,同时推动整个剪臂叉上移,最终推动升降台上升。下降过程则相反,升降台下降的动力是升降台面本身的自重和载荷,然而由于电机的旋向与速度是可控的,因此整个升降台的下降过程也是可控的。在舞台机械行业,如升降台作为各种补偿台及辅助台使用时,升降台的中间位置不一定要求准确定位,中间过程只要能顺利运行即可,而对最高点或最低点往往有准确的定位要求、同时在最低点或最高点往往要求有较大的载荷。因此我们在设计时,考虑了最低点和最高的定位基准,如可以看出,最低的定位基准已经是水平面了,所以升降驱动滚轮在此位时,整个驱动系统,包括电机、丝杆等均不受力;在最高点也设置了定位基准,但由于升降台下降时须靠自重,因此最高点就不能设置成平面,所以我们设计成了斜度很小的斜面,以求最高点时,驱动机构受力最小,但又能保证升降台从最高点顺利下降。

  3与常规剪臂叉升降台的对比为斜面驱动剪臂叉升降台的受力分析,而则为常规型剪臂叉的受力分析。其中W为升降台的自重和载荷,而Q则为力梁或丝杆对小车或剪臂叉的牵引力,即为丝杆直接发出的力,此力直接影响到驱动电机的功率大小,若力梁的移动速度为V.则电机的理论功率为P=QV(忽略了丝杆的驱动效率及各种摩擦阻力)。所以在保证能提升起工艺要求W重量的提前下,我们总希望电机的功率最小化,也就是说希望Q力最小化。从受力分析可知,斜面驱动剪臂叉升降台的Q=2Wcos(a)sin40/cos(a-40)。而常规剪臂叉升降台的Q=W/tan(a)。其中40是小车驱动斜面与水平面的夹角,a则是剪臂叉与水平面的夹角。而小车斜面(此处为40)的设计主要取决于基坑深度与升降行程的比例关系,通常,我们将值设计在3550之间。角度小时,我们可以以较大的丝杆行程换取较小的升降台升降行程;反之若斜面角度大,则可以以较小的丝杆行程换取较大的升降台升降行程。很多工程中,斜面的角度会有区别,但以45为常用。

  舞台机械3.1受力情况明显改善通常,剪臂叉升降台的剪臂叉角度由20至70,表1、列出了在此角度范围内,两种升降台的Q与W比例关系。

  从表1可以看出,两种升降台的受力情况明显不一样,尤其在初始上升时。而这一较大的Q/W比值,给了常规式剪臂叉升降台以很大的打击。也就是说,在起始角20时,常规剪臂叉式升降台要以2.86倍升降台自重+载荷的力,方能提起。而斜面式升降台即大于1.23倍的力可以提起。而升降台电机功率的选择必须以起始角为标准进行。也就是说,斜面式升降台比常规式剪臂叉升降台的电机功率小2.86/1.23=2.32倍。电机功率的减小,也可以相应地减小丝杆的大小,钢结构的强度等等,从而大大节约升降台的制造成本。

  3.2速度波动减小剪臂叉升降台是一种非均速度升或降的升降台,常规讲,如水平牵引的速度不变,剪臂叉与水平面夹角较小时,升或降的速度即高,随着角度的增加,速度会相应减小。表2是两种速度的对应关系。如升降台在20至70范围内运行,斜面式升降台的最大速度与最小速度比值为1.23/0.57=2.16.而常规剪臂叉的比值则为2.86/0.82=3.49.所以从此数据看,斜面驱动剪臂叉升降台的速度波动明显好于常规的。

  自绍兴大剧院建成后,此形式的升降台得到了很大的发展,实际证明:这是一种电机功率低、运行平稳、成本低、安全可靠、性能优异的升降台。

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