手動(dòng)反翻轉(zhuǎn)活門機(jī)構(gòu)淺析

李陽(yáng) 嚴(yán)睿晟 徐慧文

摘要：介紹了一種集約化模組手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門機(jī)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)活門;手動(dòng)

1 概述

隨著科技進(jìn)步與演藝市場(chǎng)變革，各類秀場(chǎng)類演藝劇院項(xiàng)目層數(shù)不窮，推動(dòng)了相關(guān)設(shè)備的研發(fā)。本文介紹了一種全新的集約化手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門，可以用于各類小型雜技項(xiàng)目。

快速翻轉(zhuǎn)活門根據(jù)演出需要在劇院特定位置設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)人員或者景物快速變換，產(chǎn)生特殊演出效果。舞臺(tái)設(shè)備中的翻轉(zhuǎn)活門一般分為電動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門與手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門兩種。所謂電動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門是指利用電動(dòng)推桿或者伺服電機(jī)等實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)活門快速打開與恢復(fù);所謂手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門是指利用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，人為配合演出完成設(shè)備動(dòng)作與恢復(fù)。在各類秀場(chǎng)演出中，舞臺(tái)設(shè)備中的翻轉(zhuǎn)活門使用過程中需確保與現(xiàn)場(chǎng)表演同步，因此對(duì)翻轉(zhuǎn)活門在靈活度和易操作度上要求較高。從安全角度上看，翻轉(zhuǎn)活門的安全性與演出人員的生命安全息息相關(guān)。若翻轉(zhuǎn)活門出現(xiàn)故障，不僅影響演出效果，嚴(yán)重的甚至威脅工作人員的生命安全。因此，翻轉(zhuǎn)活門需定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，以確保演出人員安全。手動(dòng)形式的翻轉(zhuǎn)活門在這兩方面有較大優(yōu)勢(shì)：第一，手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門操作簡(jiǎn)便且靈活，可以更好地配合演出人員的現(xiàn)場(chǎng)表演;第二，手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門故障率遠(yuǎn)低于電動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門，同時(shí)在日常維護(hù)上，手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門也比電動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門更為方便。手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門可以通過側(cè)插銷機(jī)構(gòu)、絲桿機(jī)構(gòu)、凸輪楔塊機(jī)構(gòu)等多種形式實(shí)現(xiàn)，但各類系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中插銷機(jī)構(gòu)鎖定力較大，不容易解鎖與恢復(fù);絲桿機(jī)構(gòu)難于實(shí)現(xiàn)快速出發(fā)與快速恢復(fù);凸輪楔塊機(jī)構(gòu)較難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鎖定狀態(tài)。

本文闡述的手動(dòng)翻轉(zhuǎn)活門利用反拉自鎖鉤與滾動(dòng)銷，采用全新思路設(shè)計(jì)。當(dāng)翻轉(zhuǎn)活門處于補(bǔ)平狀態(tài)時(shí)利用反拉勾壓力點(diǎn)自鎖特點(diǎn)，使臺(tái)面全部壓力通過反拉勾傳遞到兩側(cè)主梁上，形成穩(wěn)定平衡的靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)手動(dòng)拉動(dòng)翻轉(zhuǎn)繩時(shí)，拉桿克服了壓簧壓力，經(jīng)過一小段弧形滑動(dòng)，反拉鉤迅速解鎖，翻板利用自重下滑，快速觸發(fā)運(yùn)動(dòng)，翻板迅速打開。

2 機(jī)械組成

3 設(shè)計(jì)過程

本設(shè)備中自鎖拉鉤是關(guān)鍵零件，關(guān)系到系統(tǒng)安全性及使用可靠性，另外手動(dòng)拉動(dòng)及恢復(fù)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)也必不可少。

3.1 自鎖拉鉤設(shè)計(jì)

F1：翻轉(zhuǎn)活門總載荷;L1：翻轉(zhuǎn)活門總載荷力臂;F2：翻轉(zhuǎn)活門載荷轉(zhuǎn)化到鎖定鉤受力;F2’：鎖定鉤反向支撐力;L2：鎖定鉤對(duì)應(yīng)翻轉(zhuǎn)活門翻轉(zhuǎn)鉸鏈力臂;F3：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)阻力;L3：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)阻力臂;F4：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力;L4：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力臂

實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過層層轉(zhuǎn)化F4值很小，僅需要非常小的驅(qū)動(dòng)力，即可將翻轉(zhuǎn)活門驅(qū)動(dòng)打開。同理，一個(gè)很小的彈簧反向作用在F4點(diǎn)，將對(duì)系統(tǒng)末端產(chǎn)生非常大的阻力。理論上若鎖定鉤安裝位置保持水平，F(xiàn)2’延伸線在鎖定鉤翻轉(zhuǎn)鉸鏈點(diǎn)上，將對(duì)整體系統(tǒng)自鎖，必須通過F4驅(qū)動(dòng)力才能打開活門。

3.2緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緩沖系統(tǒng)的選擇需正好將翻轉(zhuǎn)活門瞬間產(chǎn)生的沖擊能量化解。這樣才可以保證緩沖系統(tǒng)長(zhǎng)期使用，瞬間化解能量，防止反彈。

s5：緩沖作用行程;g：重力加速度;G：翻轉(zhuǎn)活門重力;F5：緩沖器平均受力;V：緩沖器觸發(fā)初始速度;則

需要根據(jù)F5選取適合的緩沖器，緩沖器能量值越接近計(jì)算數(shù)值效果越好，緩沖器選擇過小則設(shè)備容易損壞，無法起到吸收全部能量的效果，會(huì)有一定反彈;緩沖器選擇過大，則設(shè)備沖擊較大，不利于保護(hù)轉(zhuǎn)動(dòng)副等構(gòu)件壽命，且成本較高。

3.3活門關(guān)閉拉力計(jì)算

假設(shè)則：

單人可以較為輕松關(guān)閉翻板。

3.4結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

鎖定鉤強(qiáng)度計(jì)算

本設(shè)計(jì)中共4組鎖定鉤，臺(tái)面面積S=1㎡;假設(shè)單位面積載荷M1=5kN，臺(tái)面單位面積自重M2=1kN，總載荷6N。

單個(gè)鎖鉤受力F6：

分別多鎖定鉤、臺(tái)面鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，可以得出應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等各類信息，結(jié)構(gòu)完全符合使用需求：

4 技術(shù)特點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)形式新穎：通過鎖定鉤與滾輪銷觸發(fā)臺(tái)面動(dòng)作，結(jié)構(gòu)較為緊湊，使用方便，易于安裝維護(hù);采用模塊化設(shè)計(jì)，可以方便的整體更換，提高了安裝及維護(hù)效率。

4.2 安全可靠：采用機(jī)械自鎖結(jié)構(gòu)，滿足結(jié)構(gòu)承載最大強(qiáng)度。

4.3 觸發(fā)靈敏：通過杠桿效應(yīng)，減小了觸發(fā)力，觸發(fā)靈活方便。

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)為臺(tái)下雜技演出或者各類綜藝節(jié)目中自由落體翻轉(zhuǎn)活門提供了一種解決方案，適用于各類中小型演出場(chǎng)所。