舞臺輸送鏈預緊力計算與調整

李國富+榮志曉

【摘 要】 以某劇場側舞臺車臺輸送鏈系統為例，計算出其鏈條需要的預緊力理論值，并提出了鏈條張緊機構的設置建議。

【關鍵詞】 舞臺輸送鏈；平穩性；預緊力；張力

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.12.007

現代劇場的舞臺多具有推、拉、升、降、轉的功能，其中，大部分舞臺的升降與平移功能是由輸送鏈機構實現的。采用具有支撐導軌的輸送鏈傳動是實現側舞臺車臺從側臺位置平移到主舞臺位置常用方式之一。工程實踐中發現，由于輸送鏈具有傳動比準確、輸送距離遠的特性，微小的磨損都會使得其振動情況劇烈惡化。鏈條節距磨損不僅影響輸送鏈的傳動效率，更加劇了鏈條的振動情況。鏈條的磨損會引起鏈條節距的伸長，設置合理的預緊力可以有效地降低磨損引起的振動[1]。

1 輸送鏈對舞臺運行平穩性的影響

作為劇場中重要的舞臺機械設備之一，側舞臺車臺的運行安全、可靠、平穩對劇目演出具有重要意義。輸送鏈作為側舞臺車臺的關鍵結構之一[2]，其振動噪聲、運行平穩性將直接關系到劇目演出順利進行。一般來說，側舞臺車臺輸送鏈工作環境比較差。輸送鏈正對著舞臺面設置的導軌縫隙，因此，舞臺面上的灰塵、螺釘等異物極易直接落到鏈條上，造成鏈條損傷。

另外，側舞臺車臺運動過程中舞臺面上布景移動、人員走動等帶來的載荷變化等也會對運行平穩性造成一定的影響，這就對輸送鏈的檢修與維護提出了更高的要求。所以，合理選擇輸送鏈的張緊力、降低鏈條磨損等措施就顯得尤為重要。輸送鏈太松，鏈條運行過程中容易發生跳鏈，啟動時發生卡鏈，造成安全事故；輸送鏈太緊，會造成鏈輪的迅速磨損，增加鏈條的負荷，縮短了設備使用壽命。

2 輸送鏈載荷分析

2.1 逐點分析法

連續輸送鏈鏈節之間的張力包括張緊裝置提供的預張緊力、運行時克服各種阻力需要的張力以及動載荷引起的張力[3]。筆者采用逐點分析法對輸送鏈的張力進行計算，其理論基礎就是：牽引構件在連續輸送鏈沿運動方向上的任一點載荷等于后面一個點與這兩點間的阻力之和。因此，逐點分析法中最主要的就是各種阻力的計算，包括直線段運動阻力、繞入繞出鏈輪的運動阻力以及其他附加阻力。直線段運動阻力的計算主要是阻力系數的確定。當牽引構件沿導軌滑動時，阻力系數就等于構件與導軌之間的摩擦系數。當牽引構件裝有滾輪時，摩擦阻力包括滾輪軸頸處的摩擦阻力和滾輪與導軌之間的摩擦阻力。

在輸送鏈系統中，常采用鏈輪、曲線導軌等來改變牽引構件的運動方向，當牽引構件通過這些曲線區間時，會受到鏈輪或者曲線導軌帶來的阻力。鏈輪產生的阻力包括軸承摩擦阻力以及牽引構件繞入、繞出時的轉動摩擦阻力組成。因此，牽引構件繞出端張力會有所增大。曲線導軌產生的阻力則分為牽引構件與曲線導軌之間的滾動摩擦阻力或滑動摩擦阻力[4～5]。其他附加阻力則需要根據實際負載情況、輸送鏈張緊情況等具體分析。

2.2 輸送鏈力學模型

側舞臺車臺輸送鏈為一閉合環形鏈，包含沿鏈條架設的支撐軌道、張緊裝置、鏈條以及兩個同尺寸的鏈輪。輸送鏈通過側舞臺車臺鏈接裝置與側舞臺車臺鏈接，鏈接裝置直接安裝在輸送鏈的直邊形鏈板上，通過鏈接裝置的掛鉤與脫鉤實現輸送鏈機構與側舞臺車臺的結合與分離，如圖1所示。

側舞臺車臺輸送鏈簡化模型如圖2所示。La，Lb分別為鏈輪輪心距和側舞臺車臺行程，m點為側車臺鏈接裝置所在位置。根據逐點分析法，將輸送鏈系統中鏈條布置分成負載水平直線段ab，鏈輪繞入繞出段bc、ah，空載傾斜直線段cd、gh，空載曲線段de、fg和空載水平直線段ef。

2.3 輸送鏈載荷計算

根據輸送鏈簡化模型，對輸送鏈進行載荷分析如圖3所示。

根據逐點分析法基本原理，在輸送鏈工作過程中，從鏈條嚙入鏈輪點開始依次逐點分析。鏈條a點的緊邊張力Sa主要由三組力構成：有效圓周力Fe、離心張力Fc、懸垂拉力Ff和最小預緊張力F0。通常長距離輸送鏈系統中的運行鏈段都依托于導軌，鏈條的懸垂量非常小，因此，計算時可以忽略掉懸垂拉力Ff[6]，即緊邊張力Sa需要克服有效圓周力、離心張力和預緊張力。

由公式（1）和公式（2）可知，F1、F2僅與輸送鏈系統的負載、驅動有關，與鏈條節距沒有直接關系，因此可以忽略鏈條磨損節距伸長帶來的影響，可以在后面分析時將F1、F2視為常數值。

其中ab為鏈條的負載水平直線段，在該區段鏈條主要受動態負載阻力與鏈條與導軌之間的摩擦力作用，得b點張力為：

曲線段de和fg設置的主要目的是降低鏈條張力突變情況，該段鏈條載荷只與鏈條的布置參數如包角、軸承型式、牽引構件型式有關[7]，因而該段載荷采用張力增大系數計算。

2.4 舞臺輸送鏈張力計算

通過查閱舞臺設備技術手冊、圖紙等資料確定舞臺輸送鏈各個參數：

鏈條型號為16A帶滾輪雙排鏈，鏈條節距p=25.4 mm，鏈條單位長度質量q=5.9 kg/m，鏈輪中心距La=26 208 mm，行程Lb=25 600 mm，Lef=24 723 mm，Lcd=639 mm ，Lgh=862 mm，傳動效率=87.3%，鏈速v=0.61 m/s，動態負載阻力Fm在1 562.4 N（空載）～6 410.9 N（滿載），加速狀態下電機功率Pd在2.3 kW（空載）～7.1 kW（滿載），摩擦系數u=0.033 6，張力增大系數C取1.06，輸送鏈布置上傾角 =9.82°，輸送鏈布置下傾角 =7.68°，最小預緊張力F0假設為0。

通過公式（1）～公式（9）求得舞臺空載時，Fv=1 283.4 N；舞臺滿載時：Fv=3 506 N。

如上述舞臺的動態負載阻力Fv是在1 562.4 N～6 410.9 N范圍內變動的，因此可知，最小預緊力Fvmin=1 283.4 N，最大預緊力Fvmax=3 506 N。在設備檢修時，該舞臺輸送鏈可以根據舞臺實際負載情況對輸送鏈預緊力進行調整。理想狀況是設置自動伸縮張緊裝置，其預緊力大小可以根據舞臺實際負載大小進行相應的自動調節。

3 結論

（1）通過對輸送鏈傳動式舞臺進行分析，提出鏈條設置合適的預緊力對舞臺運行平穩性有著極為重要的影響。

（2）對輸送鏈系統進行載荷分析，采用逐點分析法計算輸送鏈各個節點的張力，最后求得輸送鏈鏈條所需預緊力。

（3）以某劇場側舞臺車臺使用的輸送鏈系統為例，通過查閱資料確定舞臺輸送鏈系統各個參數，計算出該舞臺鏈條需要的理論預緊力值，為舞臺鏈條維護與調整提供了參考。另外，鏈條的預緊力大小理想狀況應該是根據舞臺實際負載大小相應的進行調整。但實際上，該舞臺輸送鏈系統是采用固定式結構的鏈條張緊器，因此，在調整鏈條松緊時，則需要將預緊力調整到相對較高的水平，以防止發生松鏈現象。后期改造時可以選用可伸縮緊鏈裝置。

參考文獻：

[1] 王波，張延友. 刮板輸送機預張緊力及緊鏈力計算[J]. 煤炭科學技術， 1983（9）：44-48.

[2] 徐奇，劉建斌，王超. 舞臺車臺的作用與驅動形式[J]. 演藝設備與科技，2006（5）：40-51.

[3] 濮良貴，紀名剛. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[4] 趙俊天，王順增，王振興. 遠距離輸送鏈傳動載荷分析及其磨損伸長研究[J]. 機械傳動，2014（2）：25-29.

[5] 丁守坤. 重型刮板輸送機預張力的計算及伸縮機尾緊鏈油缸的確定[J]. 煤礦機械，2010（10）：3-6.

[6] 郭曉娥，趙金錄. 重型刮板輸送機鏈條張力自動調節系統研究[J]. 煤礦機電，2008（5）：26-27.

[7] 聞邦椿. 機械設計手冊[G]. 北京：機械工業出版社，2010.

[8] 徐廣明，楊偉紅. 刮板輸送機鏈條預緊力、緊鏈力計算方法探討[J]. 煤炭工程，2009（1）：10-11.

作者簡介：

李國富，國家大劇院舞臺技術保障主管，主要從事舞臺機械設備檢修與維護工作。endprint