單點吊機的三種驅動方式及應用形式

嚴睿晟+方慧麗+姚亮

【摘 要】 闡述目前國內劇院中三種典型的單點吊機的結構與驅動原理，并分析它們的優缺點及應用形式。

【關鍵詞】 單點吊機；結構；驅動原理；優缺點；應用

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.07.011

【Abstract】This paper introduced the structure and driving principle of three typical kinds of point hoist in domestic theater， and also analyzed their merits and demerits and application forms.

【Key Words】point hoist； structure； driving principle； merits and demerits； application

隨著各種規模的劇院、特定演出秀場的不斷涌現，單點吊機的配置顯得越來越重要。如武漢漢秀劇場配置了16臺移動式單點吊機，87臺固定式單點吊機，幾乎占臺上機械設備數量的80%以上；福州貴安大劇院，配置了119臺單點吊機，占臺上機械數量的70%以上；西雙版納的傣秀秀場，臺上配置的設備一半以上是單點吊機。

在常規的歌劇院，單點吊機一般分為兩種類型。一種是吊點固定式單點吊機，往往布置在臺口外面，樂池上方，配置數量以4臺～8臺居多；每臺獨立使用，也可以成組使用，或編程組合使用。另一種是吊點可以移動式的單點吊機，往往布置在舞臺上空，且可以到達舞臺上空的任意點位置，配置數量以8臺～16臺居多；使用方法與臺口外的相似，可以單個使用，也可以成組或編程使用。

在演出秀場，單點吊機的布置與使用都很靈活，它可以布置在演出區，也可以布置在觀眾區，只要觀眾能看到的區域，均能布置單點吊機。由于演出秀場的演出功能及劇目相對固定，因此，單點吊機的布置位置也相對固定，吊點固定式單點吊機在演出秀場應用較廣泛。

單點吊機在正常情況下要求出繩點在空間上的位置不變，但由于是纏繞卷筒上的，一旦鋼絲繩進或出時，鋼絲繩相對于卷筒的位置就要發生變化。為做到單點吊機的最終出繩點的空間位置不變，目前基本上采用三種方法來實施。根據結構不同，也可將單點吊機分為三種類型。

1 搖臂式單點吊機

1.1 基本構成

搖臂式單點吊機主要由機架、電機、卷筒、搖臂、編碼器、限位開關、配重等組成，如圖1所示。

1.2 驅動原理

這是一種鋼絲繩單層卷繞式的吊機，搖臂通過上下兩個滾動軸承安裝在機架上，這樣搖臂轉動就非常靈活。當鋼絲繩繞在卷筒上，并通過搖臂上的滑輪下降到固定的吊點位置，卷筒旋轉時，鋼絲繩升或降，此時鋼絲繩在卷筒的出槽點在水平方向向左或右移動，導致卷筒到滑輪上的鋼絲繩水平偏移。由于單點吊機下方配重或吊點載荷的作用，偏移的鋼絲繩會產生一個水平分力，這個水平分力可以促使搖臂旋轉，并保持鋼絲繩垂直，使鋼絲繩在卷筒上的入槽角基本上為零度。保證吊點在任何位置單點吊機都能正常工作。

1.3 優缺點

此類吊機結構相對簡單，制造成本低，故障率低，安裝方便。所以目前應用非常廣泛。但是它也存在一些缺點，單點吊機的運行速度不宜過快，一般控制在1.5 m/s及以下；載荷偏小，250 kg以下為宜。當速度過快時，卷筒在急停或啟動時加速度過大，鋼絲繩容易脫槽，造成亂繩。當載荷過大時，要求擺臂的強度很高，也就是說增加了擺臂的重量或者說是擺臂的旋轉慣性，由于慣性的增大，導致擺臂的不靈活，最終導致擺臂擺動的幅度跟不上卷筒上鋼絲繩移動的速度，導致鋼絲繩跳槽。

1.4 應用

此類單點吊機在經典劇院應用非常廣泛，應用形式主要有兩種。

（1）吊點固定式

主要應用在劇院臺口外的樂池上方，一般布置4臺～8臺吊點固定式單點吊機，可以每臺獨立使用，也可以由幾臺聯合使用。在柵頂上的布置形式與圖1基本一致。如天津文化中心（速度0.5 m/s，載荷2.5 kN，電機功率2.2 kW）、濟南大劇院（速度0.4 m/s，載荷2.5 kN，電機功率1.5 kW）臺口外的單點吊機。

（2）吊點移動式

如圖2所示，這類單點吊機主要應用于常規劇院主舞臺上空，將卷揚機安裝在靠近柵頂上、靠近后臺塔墻或后馬道的上方。它在固定式的基礎上，增加了出繩滑輪、轉角滑輪、定位滑輪等附件，同時由于定位滑輪要求布置在主舞臺上方的任意一點，因此，要求卷揚機的容繩量很大，一般要求卷揚機的行程在50 m～60 m。為控制方便，卷揚機上還配置了離合器，以適應定位滑輪在不同位置時，限位開關起到限位、位置控制的零點的作用。也就是說，當定位滑輪在某一點時，纏在卷筒上的鋼絲繩容許最大量釋放，限位開關起作用；當需要更換定位滑輪位置時，打開離合器，固定定位滑輪位置后，重新合上離合器，此時當卷揚機上的鋼絲繩釋放到容許最大量時，限位開關不需要調整同樣會起作用。每個劇院配置6臺～12臺不等的吊機，可以獨立使用，也可以由幾臺組合在一起聯合使用，每臺之間的速度保持同步或定比；可以在主舞臺區域內吊景、物、演員或不規則的實體。如江蘇大劇院（速度1.5 m/s，載荷2.5 kN，電機功率5.5 kW）、重慶大劇院（速度1.5 m/s，載荷3.5 kN，電機功率9.2 kW）主舞臺上方的單點吊機。

2 出繩滑輪與卷筒移動式單點吊機

2.1 基本構成

卷筒移動式單點吊機主要由基座、電機、卷筒、卷筒驅動絲桿、卷筒移動滑軌、編碼器等組成，如圖3所示。

2.2 驅動原理

這也是一種鋼絲繩單層卷繞式的吊機，鋼絲繩最終通過滑輪可以向下或水平出入單點吊機。單點吊機的一端與電機相連，一端與驅動絲桿相連，當驅動電機旋轉時，卷筒也隨之旋轉，此時纏在卷筒上的鋼絲繩進或出，通過出繩滑輪，最后經滑輪而進或出單點吊機。當卷筒旋轉時，另一側相聯的驅動絲桿也同時旋轉，而套在絲桿上的絲母則固定在基座上，這樣就推動卷筒沿軸向移動；同時整個卷筒安裝在一組滑軌上，以滿足卷筒軸向移動的要求。另外，鋼絲繩從卷筒出來后經過的出繩滑輪固定地安裝在基座上，讓卷筒與出繩滑輪產生相對移動，移動量則取決于驅動絲桿的節距，設計時節距與卷筒的螺距一致。因此，卷筒每旋轉一圈，卷筒軸向移動量正好是一個螺距。這樣保證了出繩滑輪的入繩位置永遠與卷筒的出繩位置對齊，保證了卷筒上鋼絲繩的出或入槽角永遠是零度。

這是卷筒移動式的，也有卷筒在軸向是固定的，而移動的出繩滑輪，盡管形式不一樣，但驅動原理是一樣的，如圖4所示。

無論是卷筒移動式還是出繩滑輪移動式，其設計原理基本是一致的，就是保證進出卷筒的鋼絲繩入或出槽角始終為零度。

2.3 優缺點

此類單點吊機，結構相對復雜，制造成本高。但它具有運行速度快、載荷大的特點，由于出繩滑輪與卷筒上出入槽鋼絲繩的位置始終對應，這類的單點吊機在一般情況下，鋼絲繩不會跳槽，所以高速單點吊機基本上均采用這類結構，目前最高速度可到達10 m/s左右。

2.4 應用

這類單點吊機的應用與圖2的應用基本類似，主要適用于速度高或載荷大的場合，如武漢漢秀劇場、國家大劇院實驗劇場（速度1.2 m/s，載荷5 kN，電機功率7.5 kW）、浙江小百花大劇院（速度0.2 m/s，載荷6 kN，電機功率2.2 kW）等。

（1）圖5是出繩滑輪與卷筒移動式單點吊機的另一類版本，它應用于中國中央電視臺大劇院，將卷筒立起來布置，并將卷筒、電機、出繩滑輪及各種控制器件集中在一個單元內，這是卷筒固定、出繩滑輪相對移動的一種。整體吊掛在導軌上，并可沿舞臺軸線方向來回推動，吊點可布置在沿舞臺軸線方向的任意一點上。此吊機的技術參數為：載荷4.0 kN，速度1.2 m/s，電機功率7.5 kW。

（2）用圖3的2臺卷揚機可構成一套2維空間的飛行器，理論上做到一個平面的任何空間均能到達。也可以用4臺卷揚機構成一套3D空間自由飛行器，可用于吊掛演員或其他景物，或在3D空間中任意飛行。圖6所示是位于浙江安吉的HELLO KITTY劇場內應用的由4臺單點吊機構成的3D飛行器。

3 整體移動式單點吊機

3.1 基本構成

整體移動式單點吊機主要由電機、卷筒、整體移動式行走輪、單點吊機柵頂固定鉤、地面固定支撐、翻起式聯桿、鋼絲繩滑輪等組成，如圖7所示。

3.2 驅動原理

由電機直接驅動卷筒，卷筒上的鋼絲繩通過滑輪直接下落到單點吊機需要的地方。由于卷筒與滑輪之間的相對位置不變，因此，進出卷筒的入或出槽角會發生變化，正常情況下，出或入槽角超過3°時，就會發生跳槽或鋼絲繩卡擦現象，導致單點吊機無法正常工作。因此在設計時，往往把卷筒做得很大，在有限的軸向距離內將容繩量做到足夠，來滿足單點吊機的升降要求。同時，由于卷筒的增大，導致電機需要的力矩增加，則要求選用更大的減速器來適應吊機的要求。

3.3 優缺點

此類單點吊機結構簡單，使用方便，運行可靠；但制造成本高。

3.4 應用

這類單點吊機主要應用于經典劇場主舞臺上空，由于它可以在舞臺上空的柵頂上自由移動，因此，它的吊點可以布置在舞臺上空的任意點，但隨著位置的改變，與吊機連接的電纜線也必須隨之移動。圖7所示的整體移動式單點吊機（速度1.5 m/s，載荷2.5 kN，電機功率5.5 kW）應用在臺灣臺中大都會歌劇院（目前臺灣規模最大的歌劇院）中劇場。圖8所示的整體移動式單點吊機應用在中央電視臺大劇院。

4 結論

綜上，在劇院建設及設備選型中，對舞臺機械設備中的單點吊機，可以首先考慮搖臂式單點吊機；在速度（≥1.5 m/s）或載荷（≥3 kN）要求較高的場合，建議采用出繩滑輪與卷筒移動式單點吊機或整體移動式單點吊機。

（編輯 王 芳）