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1、 舞台机械 S t a g e M a c h i n e r y 直线销齿顶升乐池升降台的驱动方案设计 关键词：乐池 升降台 驱动 魏万明 浙江舞台设计研究院 Ke y W o r d s ： Or c h e s t r a Li f t i n g Pl a t f o r m Dr i v e n 剧场的乐池升降台主要供有乐队伴奏或合唱队伴 唱的歌舞剧演出使用，其位置处在台口与观众厅之间。 乐池升降台利用不同的高度变化 ，形成各种使用形式。 乐池升降台的最高工作标高为与舞台的台面齐平，作 为舞台的前部扩展部分；停在观众厅地面高度用于增 加观众席前区座位；下降至不同高度时，可以形成不 同
2、深度的乐池。有的乐池为一整块结构，有的分前后 2 块，可单独升降运行也可同步运行。乐池作为一种 升降运动设备，其升降驱动的方式有很多种，有液压 驱动方式、链条提升方式、螺旋副方式、大螺旋顶升 方式等。现以我公司承接的盐城市亭湖区文化艺术中 心大剧院乐池升降台为例，为大家介绍一种直线销齿 顶升乐池升降台的驱动方案设计。 1 已知条件 1 1乐 池设 计 面积 约 7 2 m ，以前 、后布 局 形式 设 置 升降乐池 2块。乐池池底建筑平面距舞台固定地板面 6 0 m ，升降乐池的工作行程范围 4 5 m 。 1 2前升降乐池：前乐池前沿弧半径约 3 0 0 7 m ，前乐 池前弧长约 2 0
3、m ，前乐池进深约 2 1 m ，前升降乐池面 积约 3 9 I f 1 2 。 1 3后升降乐池：后乐池弧型前沿弧半径约 2 7 9 7 r n ， 后 乐池 前 弧 长约 l 7 2 m ， 后 乐池 进 深约 2 3 m ，后 升 降 乐池面积约 3 1 m 。 1 4乐池行程：4 5 m ，行程范 围内任意定位；在标 高一 2 1 2 m 、一 3 1 2 m 、一 4 3 2 m 、 一 6 6 2 m有预停位点。 ( 4 个预停位点)。 1 5升降乐池采用直线销齿顶升驱动方式，升降速度： 0 0 0 1 0 1 m s 。 前 乐 池 鲁 ， 一 、 一 后 乐 弛 暑 、 、 1
4、 广 I r 1 I I r I I 前后乐池 的几何外形 图 2传统的驱动方式设计方案 此为同一剧场的两块乐池，考虑到其在设计、采 购、加工、安装过程中统一性，按两块乐池中面积较 大的一块进行设计计算。在设计前进行的现场安装土 建基础尺寸参数复测，确定前乐池面积为 3 8 6 m ，后 乐池面积为2 7 2 m ， 设计计算选择的乐池面积参数为： 3 8 6 m 。 。 合 同要求乐池升降台的驱动方式为直线销齿顶 升；行程为：4 5 m 。按传统的工艺布置设计方案，四 根直线销齿顶升一个乐池。考虑到行程 4 5 m ，直线销 齿在顶升过程中带 2 k N m动载荷时的稳定性，及在静 止时承受
5、 4 k N m静载荷的稳定性，选用节距为：8 0 ra m 的直线销齿 ( 每根节距 8 0 ra m的直线销齿的承载参数： 动载荷：6 0 0 0 0 N ；静载荷：9 0 0 0 0 N )。 按照此方案，进行驱动工艺 的初步布置，见 附图： 艺术科技 2 0 1 1 年第 3 期 传统的四根直线销齿顶升工艺布置图 从附图来看，四根直线销齿是可 以布置到乐池的 基坑 内，但两边的悬挑太多，最长处有 4 5 m之多， 与平板乐池结构的刚度要求相矛盾，乐池在带载荷升 降过程中，钢结构会发生弯曲。 乐 池 的几 何形 状 ，宽度 为 2 1 m的扇 形 环 ，四根 直线销齿的顶升位置，相对于结
6、构重心是偏离的，乐 池在升降过程中是偏载的，对整个设备的运行安全性、 可靠 性是不利 的。 进 行初 步计算：四根直 线销 齿要承 受 的动 载 荷 为 1 6 3 2 9 0 N( 含 结构体重量、木地板 重量、四根 直线销齿 重量)； 四根直 线销齿要 承受 的静载 荷 为 2 4 0 4 9 0 N( 含 结 构体 重 量、木 地 板 重 量、 四根 直 线 销 齿 重 量 )。 而 四根 直 线 销 齿 能 够 承 受 的 动 载 荷：6 0 0 0 0 N X 4 ： 2 4 0 0 0 0 N 1 6 3 2 9 0 N ， 远 远 大 于 实 际需要承 载； 四根 直线销齿 能够
7、承 受 的静载 荷： 9 0 0 0 0 N X 4 = 3 6 0 0 0 0 N 2 4 0 4 9 0 N ，远远大于实际需要承载。 从经济的角度，浪费太多。 3直线销齿顶升驱动方式方案的设计 从上面对传统的驱动方式的不利因素分析来看， 针对本案驱动方式的主要不利因素是：偏载、刚性差、 1 4 成本高。下面笔者采用三根直线销齿顶升驱动方式方 案从这三个方面想办法 解决问题。 3 1直线销齿顶升数量的确定 针对偏载，乐池的几何形状为近似的扇形环状， 若采用三个顶点，台面体的重心在三个顶点围成的三 角形中间，可以很好的分摊整个台面体的承载力。 针对刚性差，若采用三个顶点，整个驱动部分都 在乐
8、池的扇形结构形状内，乐池的结构可以作成框式 桁架，大大增强了整个台面钢结构的结构刚度。 针对成本高，现对三根 8 0 m m节距的直线销齿进 行承载验算： 动载荷验算 ：6 0 0 0 0 N X 3 = 1 8 0 0 0 0 N 1 6 3 2 9 0 N满足要 求 ，且浪费不多 。 静载荷验算：9 0 0 0 0 N X 3 = 2 7 0 0 0 0 N ) 2 4 0 4 9 0 N满足要 求 ，且浪费不多 。 承载验算满足要求，成本相 比四根直线销齿，大 大节约。 根据以上论述，可采用三根直线销齿顶升一个乐 池，具体的驱动工艺布置，见下图。 3 2乐池传动与整体结构的布置方案 根据
9、土建结构施工图及现场尺寸复测的实际情 况，乐池基坑底部四周除立柱外，部有空间，为直线 销齿的运行存储提供了空间上的方便。如图中所示， 有四根直线销齿储藏盒伸到乐池空问外。 舞台机械 S t a g e Ma c h i n e r y 乐池基坑底部距离座椅库平台上平面只有 1 5 m ， 当乐池结构上平面下降到座椅库平台时，乐池结构体、 直线销齿驱动组件都必须在这 1 5 m的空间内，且不 能相互干涉。如下图。 l 一 1 I 一 5 f 2 0 巾 1 I 5 2o I L 日 i 山 l E j lI 1 11 l I 。 1 ： I l I “、 _ J l lI一 I l 一6 6 2
10、 0 l _ l _ 6620 i l I l_】l 11 L 【 JL JL JL JL L上 lfl J 1 i J l11Il 一 8 r 2 0 经过对乐池台面体结构强度和刚度的验算校核， 台面体结构高度可做到 o 9 2 m( 包括木地板的厚度)。 直线销齿储藏盒顶部距离基坑底部基准平面的高度为 0 3 5 m 。舞台面与观众厅最低平面的落差为 1 O m ，乐 池周边装饰挡板的高度应大于 1 O m ，现取装饰挡板连 同防剪切装置的高度为 1 1 2 m 。 1 5 一 1 1 2 0 3 5 = 0 0 3 m 。 当乐池下降到最低位置时，乐池台面体与直线销齿储 藏盒不接触 。
11、吲 = 8 0 m m节距 的直线销齿驱动箱的高度为 0 9 4 5 m ， 驱动轴中心线距基坑底部基准平面的高度为 0 7 5 m 。 0 9 2 + 0 7 5 1 5 m ，也就是 说，当乐池 下降到最低位 置 时，台面体钢结构与驱动地轴是干涉的。基于这一不 利条件，笔者想到了F系列平行轴斜齿轮减速机的扭 力臂立式安装形式，刚好可 以解决这一问题。将减速 机的输出轴孔与直线销齿驱动箱的输入轴连接，扭力 臂附件与驱动箱底座连接。这样大大降低了减速机 输入轴及传动地轴的高度，同时 F系列减速机与直线 销齿驱动箱作为一个部件进行装配，结构紧凑，为避 免干涉节约空间。如上图。 主驱动电动机通过一级减速后，可以有两个动力 输出，而此布置形式有三个动力需求，这样需要增加 一 个 T型动力分配器，为保证三根直线销齿同时上升， 同时下降，分配器的形式选用 “ 卜L R ”。 从整体布置来看，直线销齿需要的大扭矩，通过 与其直连的二级 F 系列减速机大大减少了，一级减速、 一 级与二级之间的传动部件 规格相对较小 。 从经济的角度分析，本案用的三个二级减速机 F 系列， F 1 0 7 就满足要求，相比两只工业齿轮箱的价格， 也没有造成成本上的浪费。一级减速及传动部件对比 四根直线销齿顶升的工艺配置，也没有造成成本上的 浪费 。 下转 ( 第 l 2 页 ) 1 5
