國內幾種典型車臺研究

姚吉芳，宋耀軍，崔建輝，嚴華鋒

（浙江大豐實業有限公司，浙江 余姚 315400）

在現代化劇院中，車臺是一種常見的舞臺機械設備。車臺，是一種設置在演出場所需要位置的水平移動平臺。在正常情況下，放之于側舞臺區，能借助動力從側舞臺區移入主舞臺區。也就是說，它能將側舞臺區的景、物或演員輸送到主舞臺區。國內有不少大中型劇院在建設時配置了車臺。

車臺性能的好壞將直接影響劇院的演出功能。性能良好的車臺，會給劇院的演出帶來極大的便利，為舞美人員提供更大的創作空間，制造出更多的舞臺特殊效果。在已建的劇院中，車臺被不同程度地使用。當然，也有個別劇院，因為設計、制造、安裝不當等原因，造成車臺無法正常使用，最后被劇院廢棄直至拆除。

車臺按動力配置可以分為兩大類，一類為主動型車臺，另一類為被動型車臺，每大類中又有不同的形式。目前已有的車臺形式不下十種。本文就國內劇院中的幾種典型車臺進行討論與研究，以供同業參考與借鑒。

1 拖纜自行走式車臺

此類車臺屬主動型車臺，應用案例之一：上海大劇院。

1.1 原理與結構

如圖1所示，車臺由車臺臺面木地板、驅動機構、臺面鋼架、行走輪、導向機構等組成。

一塊車臺一般須由三套及以上的驅動電機組成，驅動電機分別沿車臺的長度方向布置，以使驅動輪有足夠的摩擦力驅動整個車臺運行。每組驅動電機的運行方向在調試時取得一致；同時，由于每套驅動電機之間采用剛性聯接，因此，行走時必然保持同步運行。正常情況下，車臺置于車臺補償臺上。當需使用時，車臺則向主舞臺區運行，經過側輔助升降臺，最終到達主升降臺上。多臺電機的控制僅需一臺變頻器。

1.1.1 動力供給

電機電力通過車臺尾部拖掛動力電纜實現供給，并與固定位置上的供電站相聯。

1.1.2 運行速度檢測

是通過安裝在電機尾部的光電編碼器與車臺尾部拖掛的信號電纜，電纜與固定位置的控制中心聯接。但由于驅動是摩擦式的，驅動輪與地板之間總有打滑的現象，所以，檢測的速度總比實際要大。

1.1.3 位置檢測

同樣由于是摩擦式驅動的原因，位置檢測一般分兩步進行。由于驅動輪的打滑率有時候可能會較高，所有在驅動輪或在電機尾部安裝編碼器來檢測帶來的誤差必然會較大。通常，在車臺上配套一個被動輪，在該輪上安裝編碼器，以測位置。但被動輪也略有打滑現象，而且檢測的距離總比實際的行走距離要小。所以，在車臺補償臺、主升降臺上的某幾個特定位置設置感應片，以求準確的位置。位置檢測為：被動輪上的編碼器測得車臺的大概位置，而車臺準確位置的檢測則需要感應片。

圖1 自行走式車臺

1.2 輔助機構

1.2.1 鎖定機構

由于是摩擦驅動，加上各傳動付的間隙，車臺在電機尾部的制動器制動后，車臺實際上會有前后偏移量，有時會達到10 mm左右。當車臺停在主升降臺上，主升降臺往往要有上下升降的要求，這時車臺有可能與旁邊的側輔助升降臺發生干擾，嚴重時損壞設備。因此，車臺在主升降臺上或在車臺補償臺上時，將車臺與主升降臺或車臺與車臺補償臺鎖定，以免車臺左右晃動。

1.2.2 動力和信號拖纜的快速插拔機構

由于車臺必須隨主升降臺一起升降，因此，當車臺在主升降臺上時，動力拖纜及信號拖纜必須與車臺分離，所以必須配套一個人力或機械的機構將兩者分離。而需要時，又能將它們迅速聯接。

1.2.3 車臺上的導向機構

如果一個車臺想要在另一個車臺上運行，也就是說一塊車臺可以從舞臺的一側連續地運行到舞臺的另一側，車臺的上面必須開設另一個車臺運行的導向機構。

1.3 優缺點

1.3.1 優點

（1）結構簡單、成本低、運行噪聲小。

（2）能從舞臺的一側連續地運行至另一側。

1.3.2 缺點

（1）車臺尾部有拖纜，使用不方便，演出不安全。

（2）驅動有打滑現象，兩塊或多塊車臺間的同步不容易保證。

（3）電機安裝在很薄的車臺內，電機及驅動輪的維護保養不易。

2 蓄電池自行走式車臺

此類車臺屬主動型車臺，應用案例之一：浙江省人民大會堂。

2.1 原理與結構

這種車臺是在拖纜自行走式車臺的基礎上發展起來的，由于拖纜自行走式車臺存在拖纜的問題，給使用與管理帶來很大的麻煩。因此，研發了一種不用拖纜的自行走式車臺。其驅動形式與拖纜自行走式車臺基本一致（其結構圖也與拖纜自行走式車臺相似），只是用蓄電池作為動力。幾組蓄電池串聯在一起，然后通過逆變器將直流電變成交流電，由變頻器驅動電機。一般組合后的蓄電池能讓車臺連續運行十幾個小時，然后再充電使用。十幾小時的連續運行時間，能完全滿足劇院演出的要求。車臺控制系統與舞臺機械主控制器之間的通信，則通過無線通信的方式進行。

2.2 優缺點

2.2.1 優點

（1）運行噪聲小。

（2）能從舞臺的一側連續地運行至另一側。完全不受空間的限制。

2.2.2 缺點

（1）制造成本高。主要是蓄電池及逆變器的價格高。（2）車臺間同步較難保證。

3 鏈條驅動式車臺

此類車臺屬被動型車臺，應用案例：國家大劇院、北京電視臺。

3.1 原理與結構

鏈條驅動式車臺主要由兩部分組成，即車臺臺體和驅動系統，如圖2所示。車臺臺體是沒有動力的，它包括車臺臺面木地板、車臺鋼架、行走輪、導向機構、脫掛鉤聯接銷等。車臺臺體與自行走式車臺的結構相似。驅動系統由驅動電機、閉環式驅動鏈、鏈條支承軌道、鏈條漲緊機構、驅動小車、驅動小車軌道、脫掛釋放機構等組成。整個驅動系統安裝在車臺補償臺與側輔助升降臺的下面，固定在地面上。驅動系統與車臺臺體的聯接是通過脫掛機構實現的，脫掛機構在通常情況下是將驅動系統與車臺臺體聯接在一起的，只有當車臺臺體到達主升降臺后，而且車臺須與主升降臺一起上下升降時，才通過脫掛釋放機構將脫掛機構脫開，驅動鏈帶動驅動小車退回。相反，如放置在主升降臺上的車臺需要回到側舞臺區時，由驅動小車前行，小車碰到車臺臺體上的脫掛鉤聯接銷后，通過彈簧力自動鎖上，再由驅動小車拉著車臺臺體返回側舞臺區。

3.1.1 動力供給

由于驅動系統安裝在固定的地面上，驅動電機的位置也是固定不變的，因此動力供給就可按常規進行。

3.1.2 運行速度檢測

圖2 鏈式驅動車臺

由于驅動小車聯接在一個閉環的鏈條上，而且閉環鏈條由驅動電機驅動，中間又設置了鏈條漲緊機構，所以在通常情況下，驅動小車的運行速度可以通過安裝在電機尾部的光電編碼器來測定。

3.1.3 位置檢測

同速度測檢一樣，位置檢測也是通過安裝在電機尾部的光電編碼器進行的，因為驅動小車與脫掛鉤聯接銷之間的聯接是零間隙的聯接，而整個驅動鏈又是漲緊閉環的，惟一能引起位置誤差的因素是減速器中的齒側間隙，往往這種齒側間隙的累計值是很小的，正常減速器的齒側間隙不足0.5 mm。

3.2 輔助機構

當車臺臺體置于主升降臺時，由于臺體上沒有任何動力及制動機構，臺體可能會左右移動，這可能會帶來很大的危險。因此，在主升降臺上，設置了車臺臺體與主升降臺的鎖定機構，在驅動小車與車臺臺體的掛鉤脫離之前，將車臺臺體鎖定在主升降臺上。在車臺補償臺上時，由于驅動小車與車臺臺體聯接在一起，車臺不會發生左右移動的現象，所以，在這種形式的車臺上，往往省去在車臺補償臺上的鎖定機構。

3.3 優缺點

3.3.1 優點

（1）運行噪聲小。

（2）車臺的速度與位置控制容易，車臺之間的同步運行性好。

3.3.2 缺點

（1）由于整個鏈條為閉環式，因此，給車臺補償臺及側輔助升降臺的鋼結構制作帶來了很大的困難，結構復雜。

（2）車臺從側舞臺到主升降臺時的起始位置，受力鏈條的總長度可能在50 m及以上；同時，由于鏈條具有彈性，車臺在重載起動時，往往會有鏈條的彈性變形（拉伸）現象，對速度及位置控制有一定的影響。

（3）在側舞臺區的側墻面與車臺之間必須留有足夠的空間來安裝驅動電機及驅動小車，一般此空間在1.5 m左右。

4 剛性鏈推拉式車臺

此類車臺屬被動型車臺，應用案例之一：杭州大劇院。

4.1 原理與結構

車臺臺體的結構與形式基本與鏈條式一致，只是驅動系統不一樣而已。如圖3所示，其驅動主要包括剛性鏈驅動機構、剛性鏈、驅動小車、剛性鏈及驅動小車運行軌道、剛性鏈支承軌道等。剛性鏈直接與驅動小車聯接，驅動小車與車臺臺體之間也采用了脫掛鉤的方式，其中脫掛鉤方式與鏈條式車臺相類似。驅動機構往往安裝在車臺與側舞臺墻之間的空間內。車臺從側舞臺區向主舞臺區運行時，驅動機構驅動剛性鏈，剛性鏈推動車臺向前運行。到主升降臺后，脫掛鉤也能分離，車臺可隨主升降臺一起上下升降。當車臺從主舞臺區向側舞臺區運行時，剛性鏈則拉著車臺返回。

4.1.1 運行速度檢測

由于驅動小車聯接在剛性鏈上，而剛性鏈直接由驅動機構驅動，所以在通常情況下，車臺的運行速度可以通過安裝在電機尾部的光電編碼器來測定。

4.1.2 位置檢測

由于剛性鏈沒有形成一個閉環的鏈，而且車臺往前與返回時，剛性鏈的受力情況也不一樣，一個受壓，而另一個受拉。因為剛性鏈由很多個小單元鉸接而成，每一個鉸接處不可能做到零間隙，所以，剛性鏈在相同節數時，其受壓與受拉時的長度會有所不同。因此，靠電機尾部的光電編碼器來檢測位置會造成一定的誤差。在這種形式的車臺中，往往設置一個測定位置的拉線式編碼器，用來準確定位。

4.2 輔助機構

4.2.1 鎖定機構

用來鎖定車臺與主升降臺，原理與上述車臺一樣。

4.2.2 拉線式編碼器

用來測定車臺的位置。拉線式編碼器的拉線在車臺運行時一般靠自重平放在剛性鏈的上面，而編碼器一般安裝在驅動機構的上方。

4.3 優缺點

4.3.1 優點

車臺的速度與位置容易控制，車臺之間的同步運行性好。

4.3.2 缺點

（1）目前尚無國產剛性鏈，進口剛性鏈價格高，導致整個車臺造價高。

（2）噪聲大。剛性鏈的支承輪是金屬材料，而剛性鏈的導軌又是金屬材料。因為剛性鏈受壓時，支承輪與導軌之間會產生相對較大的力，所以兩種材料無法用非金屬材料來承受較大的壓應力。

（3）在側舞臺區的側墻面與車臺之間必須留有足夠的空間來安裝驅動電機及驅動小車，一般此空間要在1 m左右。

（4）在主升降臺面、側輔助升降臺面及車臺補償臺面上須開設兩條槽，一條是導向槽，另一條是驅動槽，使得舞臺面有太多的縫隙。

圖3 剛性鏈推拉式車臺

5 齒條驅動式車臺

此類車臺屬被動型車臺，應用案例：天津大劇院、洛陽廣電中心（在建）、濟南大劇院、寧波文化廣場大劇院等。

5.1 原理與結構

如圖4所示，車臺臺體由臺面木地板、臺面鋼架、行走輪組、導向機構、齒條組成。齒條與臺面鋼架之間通過螺栓聯接，齒條位于車臺行走地板的上面，距地板面約20 mm，齒條長度稍短于車臺的臺面長度。由于車臺的行程一般在22 m～26 m，車臺長度一般為18 m，而齒條的長度稍小于18 m。因此，靠一組驅動機構是無法達到此行程的。在工程中一般設置兩組驅動機構，一組驅動機構安裝在車臺補償臺的下方，當車臺在車臺補償臺位附近時，此驅動機構與車臺上的齒條嚙合。而另一組驅動機構則安裝在主升降臺下方，當車臺在主升降臺附近時，此驅動機構與齒條嚙合。每一組驅動機構與齒條有一個嚙合或分離的過程，當車臺靠近側舞臺區時，安裝在車臺補償臺下面的驅動機構驅動，而當車臺在主舞臺區附近時，安裝在主升降臺下面的驅動機構驅動。運行過程中，兩驅動機構分段接力驅動。在中間位置，兩組驅動機構同時運行，一般會選擇1 m左右的行程。讓兩個驅動機構“和諧”接力。不僅在動力上接力，同時也在控制信號及計量上接力。這種形式的車臺，需要兩套獨立的驅動機構，同時配置兩套能互為同步的控制系統（包括兩臺變頻器）。

5.1.1 運行速度檢測

由于驅動機構與車臺之間沒有任何中間傳動機構，直接由驅動機構上的齒輪與車臺上的齒條嚙合，因此，兩者之間沒有速度上的差別。車臺的運行速度可以通過安裝在電機尾部的光電編碼器來測定。

5.1.2 位置檢測

與速度檢測的道理一樣，齒輪與齒條的位置誤差只是齒輪與齒條之間的間隙和減速器內部的齒側間隙，而兩者相加也不會超過1 mm。所以，位置也通過安裝在電機尾部的光電編碼器來測定。

5.2 輔助機構

這種形式的車臺基本上不要任何形式的輔助機構，如鎖定機構等。因為車臺無論在主升降臺位，還是在車臺補償臺位，在電機尾部帶有制動器的驅動機構均能將車臺鎖定在停止的位置上，如前所述，鎖定后的位置偏移量也就是齒輪與齒條之間的間隙和減速器內部的齒側間隙，最大也不會超過1 mm，能完全滿足使用的要求。

圖4 齒條驅動式車臺

5.3 優缺點

5.3.1 優點

（1）車臺運行平穩、噪聲低。

（2）車臺的速度與位置容易控制，車臺之間的同步運行性好。（3）車臺維護保養簡單。

5.3.2 缺點

需兩套驅動機構，對控制的軟件編制要求高。

6 雙齒條驅動式車臺

此類車臺屬被動型車臺，應用案例之一：重慶大劇院。

6.1 原理與結構

這種車臺也是齒輪齒條式驅動，見圖5，其齒條布置在車臺的下方，支承車臺木地板的上方，而驅動齒輪布置在地板的下面。正常情況下，驅動齒輪隱藏在地板下面，如需要驅動時，則打開齒輪上面的蓋板，然后升起齒輪，與齒條嚙合，再進行驅動。雙齒條是指車臺在其深度方向，一般是3 m方向，布置了兩根齒條，兩根齒條的間距約2.4 m左右。從理論上講，只要一個車臺上的兩根齒條與位于兩根齒條上的兩組驅動機構同時嚙合，車臺的位置就可以完全確定，也就是說，這種車臺不需要導向機構。驅動機構與齒條之間的傳動形式與上述的齒輪齒條式車臺基本一致，也采用接力的方式。車臺的行走輪則采用了如圖5所示的結構，三個萬向輪組合成一個行走輪組，這種結構可以說是真正的萬向輪，在車臺走偏時，驅動機構容易糾偏。

6.2 速度與位置檢測

基本上與上述的齒輪齒條式車臺一致。

圖5 雙齒條驅動式車臺

6.3 優缺點

6.3.1 優點

（1）舞臺面沒有導向槽，舞臺面平整。

6.3.2 缺點

（1）造價高，配置多臺驅動機構。

（2）驅動機構上方的蓋板過多，而且是金屬材料，形成舞臺面上很多塊面積較大的金屬蓋板。

（3）對舞臺表面的木地板硬度要求高，而硬度過高的地板不適應作為舞臺地板，造成舞臺地板性能不佳。因為行走輪組在往前移動的同時，還會自轉，自轉的輪子對軟質的地板會造成很大的破壞。

7 其他類型的車臺

其他類型的車臺，如鏈條與剛性鏈結合驅動式車臺、銷齒與鏈輪驅動式車臺、摩擦驅動式車臺、鋼絲繩驅動式車臺等，綜合性能不盡如人意，盡管曾在國內劇院試用過，但最終沒有被全面推廣。

8 結論

筆者通過理論分析、研究及實際應用，在對劇院建設及設備選型中，對舞臺機械設備中的車臺建議采用：第一方案，齒輪齒條驅動式車臺；第二方案，蓄電池自行走式車臺。