舞臺升降臺長臺面支撐的解決措施*

劉明強

(斯畢士工程技術(北京)有限公司， 北京 100027)

1 引 言

某劇場設計的舞臺升降臺，升降臺的側邊是風管通道。在初期設計過程中，臺面是按照5.5 m，即保留風管的方式設計的，如圖1所示。

在設備工廠制造完成，現場臺面鋼結構正在安裝時，導演組根據演出的需要，提出要求將風管處的固定臺板部分也做成升降臺，并須與原升降臺面同步運行。經與設計院討論后決定將該處風管移到其他位置，此位置留給舞臺機械專業，由舞臺機械專業來實現導演要求。

圖1 原方案

2 分析問題

此處地面標高比原舞臺升降臺地面標高要高，而此處行程須與原升降臺一致，重新設計同行程的升降臺在成本、工期等方面難度很大。因此采取直接將原升降臺臺面鋼結構延伸并加固的方法，如圖2所示。由此帶來的問題是：升降臺的一端臺面懸伸太長(2.5 m)，按臺面承受的載荷計算臺面主鋼梁截面太大，原臺面部件鋼結構主鋼梁也需加固，這樣則整個臺面鋼結構重量太大，原設計剪刀臂部件強度、剛度及驅動部件驅動功率均不足[1-3]。

圖2 導演組要求方案

3 最終方案的確定

通過計算和討論，最終確定方案為在延伸端鋼結構增加支點來解決臺面鋼結構的剛度和強度問題[4]，如圖3所示。這樣做的優點是延伸端的主鋼梁截面可相對較小，自重也較輕；原臺面部件的鋼結構梁也可不加固。整個臺面鋼結構重量增加不多。

又經與導演組溝通，同意將升降臺動載荷由2 kN/m2改為1.5 kN/m2，經計算，原功率滿足要求。

圖3 最終方案

升降臺共有2個停泊位，即標高16.200舞臺面位和標高15.450觀眾席位。因此將舞臺面位和觀眾席位分別做支撐，即為低位支撐裝置和高位支撐裝置。低位支撐裝置為可調的固定支座。高位支撐裝置主要由一個可隨升降臺臺面鋼結構滑動的支撐桿和斜面鎖緊組件組成，如圖4所示。

圖4 高位支撐裝置

4 支撐裝置機構運行步驟

(1) 從觀眾席位形成舞臺面位狀態過程：升降臺臺面部件通過升降臺驅動，即絲杠螺母副運行帶動剪刀臂運行，使升降臺臺面部件升起[5-6]。此過程中，臺面部件通過件1支座(固定在臺面部件上)帶動件2支撐桿上升，通過件1支座與件2支撐桿的鉸鏈連接，件2支撐桿旋轉并立起，安裝在件2支撐桿下端部的件9軸承在件3導軌內滾動。當升降臺臺面部件到達舞臺面位時，安裝在件2支撐桿下端部的件9軸承也到達預定位，件2支撐桿立起達到一定的角度(設計角度為85°)。然后啟動件6電動推桿，推動件4鎖緊銷向前，件4鎖緊銷由件8導向件導向。件4鎖緊銷與件2支撐桿接觸面為曲面，在件4鎖緊銷前移的過程中通過曲面推動件2支撐桿頂緊(即件2受一定的預緊力，安裝過程中預調節，由限位開關來控制)，同時件4另一面由件5擋塊和件8導向定位，防止向后移位。

(2) 從舞臺面位狀態形成觀眾席位的過程：啟動件6電動推桿后退使件4鎖緊銷沿件8導向后撤回到原始狀態(由限位開關來控制)。然后升降臺臺面部件通過升降臺驅動，即絲杠螺母副運行帶動剪叉運行，使升降臺臺面部件下降，在此過程中，件2支撐件

通過臺面部件向下的壓力，件1支座與件2支撐桿的鉸鏈連接，件2支撐桿旋轉并下降，安裝在件2支撐桿下端部的件9軸承在件3導軌內向外側滾動，直到臺面部件達到觀眾席位，由底位支撐裝置支撐。即完成一個運行周期。

(3) 控制方面須將件6電動推桿的運行和升降臺驅動部件實行互鎖。即在升降臺臺面部件處于觀眾席位時，件6電動推桿須撤回(在操作臺界面中顯示解鎖到位)；在升降臺臺面部件處于舞臺面位時，件6電動推桿須伸出即鎖到位(在操作臺界面中顯示鎖到位)。在升降臺臺面部件要向下移動前須將件6電動推桿解鎖到位。

5 支撐裝置機構結果和分析

圖5為現場安裝圖，本機構按設計圖制造加工安裝后，運行良好，并達到了預期的效果，臺面部件處于舞臺面位高位支撐裝置鎖定，在臺面部件延伸部分加載試驗后完全達到導演(業主)的要求。

該機構的不足之處是：在臺面部件處于舞臺面位，啟動件6電動推桿推動件4鎖緊銷向前，件4鎖緊銷與件2支撐桿接觸面為曲面，在件4鎖緊銷前移的過程中通過曲面推動件2支撐桿頂緊，此過程中鎖緊銷曲面與支撐桿處是滑動摩擦，其中產生的分力使件2支撐桿側向受力，其軸承受力圖如圖6所示。優化思路：將曲面處的滑動摩擦改為滾動摩擦，增大鎖緊分力，減小側向分力。

圖5 現場安裝圖 圖6 軸承受力圖

參考文獻：

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2006.

[2] 倪振華.振動力學[M].第一版.西安：西安交大出版社，1989.

[3] 徐芝倫.彈性力學(上冊)[M].第三版.北京：高等教育出版社，1990.

[4] 郝桐生.理論力學[M].北京:高等教育出版社,1982.

[5] 魏發孔.水平驅動剪刀撐樂池升降臺的動性能研究[J].甘肅工業大學學報,1997,23(4):48-50.

[6] 張 宇.一種新型升降臺的設計研究[J].機械，2000(6)：6-7.