舞臺升降機構的研究

湯峻嶺

摘要：概述了舞臺升降機構的發展狀況，比較了幾種常用的升降機構，對液壓式升降機構進行了研究，設計出了簡單模型，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。

關鍵詞：升降機構；簡單模型；液壓缸

為滿足當代觀眾的需求，求得完美的效果，舞臺上除了燈光、音響外，舞臺機械尤為重要。舞臺上設有吊桿、吊點、燈光渡橋、燈光吊籠、防火幕，臺下設有升降臺、車臺、轉臺、升降樂池等，有的升降臺中配套轉臺，或轉臺中有升降臺。升降臺是舞臺下機械設備中應用最廣泛的設備之一，在專業歌劇院、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。它具有快速遷換布景、滿足舞臺工藝布置的需要、滿足舞美設計和劇目編導人員的需要、制造特殊的氣氛和效果、根據表演的需求改變舞臺形式等作用。本文主要是對舞臺升降技術中的一種形式的液壓升降臺進行設計。

一、常用升降機構比較

（1）液壓升降臺，采用液壓技術，升降平穩、噪音低。

（2）垂直絲杠升降臺，采用絲杠傳動方式，實現雙層臺面的升降。根據需要可多塊組成升降臺群，能在行程范圍內組成不同的臺階，滿足會議和演出的需要，是在舞臺上搭設亭、臺、樓、閣的理想道具。

（3）水平絲杠升降臺，該結構的升降臺具有土建量小、所需基坑淺、行程大，運行平穩，噪音低定位準確、造價低等優點。采用水平絲杠傳動，通過剪叉結構實現臺面的升降運動，在行程范圍內可任意停止。

（4）鏈條式升降臺，有良好的導向機構，保證設備運行時無傾斜。

（5）齒輪齒條式升降臺，傳動精確，造價高。

（6）螺旋器升降臺，具有普通升降臺的全部功能，主要特點是設備。占用基坑小，行程大。設備高度僅200—500 mm，行程可達14 m。當舞臺建在2層以上的建筑物時，因空間受到限制時尤為適合。

從上面的比較可知，液壓式升降機構升降平穩、噪音低、使用壽命長、承受載荷大而且控制相對簡單，應用在舞臺設備中比較合適。

二、升降臺機構形式

升降臺采用剪叉結構達到放大行程的效果，而且要求基坑較淺，從而可節約投資。液壓缸左右對稱布置，工作時總體水平方向所受合力為零；使得臺面水平方向不發生運動，只是垂直方向的往復運動。上下方向設置有高低位行程開關，可保證升降高度。

三、系統設計

（1）方案確定，升降舞臺的驅動方式和結構形式，其驅動方式有電力驅動和液壓驅動2種，傳動的結構形式有液壓缸直頂式、液壓缸一剪叉機構式、液壓缸一鋼絲繩式、液壓馬達—鋼絲繩式、電動機一鏈條式、電動機一螺旋機構式、電動機一齒輪齒條式等。電動機驅動和液壓驅動都是成熟、可靠的技術，其應用遍及國民經濟的各個領域，在舞臺機械設備中也獲得了長時間的應用。綜合分析以上各傳動方式，并結合升降舞臺升降高度達4 m的設計要求，確定設計方案為：液壓驅動、液壓缸斜頂剪叉機構，每一塊升降舞臺由一個獨立的液壓系統控制，而3塊升降舞臺之間的協調運動，則由計算機進行實時控制。

（2）系統設計，根據設計條件及設計方案，設計了升降舞臺的液壓傳動系統原理圖，如圖1所示。為了使該系統能適用乳化液或純水工作介質，系統中所有操縱控制閥都采用了二通插裝閥控制技術。

四、工作原理

本系統采用定量泵、開式系統，系統的壓力控制分為二級，升降液壓缸13的壓力設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）的壓力由減壓閥14設定。升降液壓缸13是系統的主要執行元件，為了使其在任意位置停止，在其活塞腔油路上設置一個液控單向閥12。該液壓缸在上升時負載為正值，下降時負載為負值，這使得液壓缸的工況變化很大，為了保持舞臺升降速度的一致，設計了由4個單向閥7、8、9、10和單向節流閥11組成的液橋對液壓缸進行進口節流和回油出口節流調速，其動作由三位四通換向閥6控制，原理如下：當二位三通電磁閥6e、6f、6g、6h：全部斷電時主閥6b、6c關閉，主閥6a、6d開啟，液壓缸兩腔油液經6A、6B 口通油箱；當電磁閥6e、6f通電，69、6h斷電時，由6P口來的壓力油，經6b，由6A口輸出，經單向閥7、單向節流閥11、單向閥10、液控單向閥12進入液壓缸13的下腔，液壓缸上腔油液由6B口，經6d由6T回油箱；當電磁閥69、6h通電，6e、6f斷電時，由6P口來的壓力油，經6c，由6B進入液壓缸上腔，并同時進入液控單向閥12，打開其中的交替單向閥12c，液壓缸下腔的油液經12a、單向閥9、單向節流閥11、單向閥8，進入6A口，并經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。為了使舞臺可靠地停在任意位置，系統設置了鎖緊液壓缸16，兩缸并聯，其壓力由減壓閥14設定，動作由二位四通電磁換向閥15控制。

五、結論

液壓升降臺是一種典型的舞臺機械，它把機械、液壓、控制3方面有機的結合起來。通過對液壓升降臺的研究和設計，提供了一般的舞臺機械升降臺的設計思路和方法，供有關技術人員參考。

參考文獻：

[1]陳立定.電氣控制與可編程控制器.廣州：華南理工大學出版社，2001

[2]胡宗武等.非標準機械設備設計手冊.北京：機械工業出版社，2002

（作者單位：江西省京劇團有限責任公司）