一種無(wú)級(jí)調(diào)速大幕的設(shè)計(jì)研究

王斌

甘肅工大舞臺(tái)技術(shù)工程有限公司 甘肅 蘭州 730050

1 無(wú)級(jí)調(diào)速大幕的機(jī)械設(shè)計(jì)

大幕設(shè)備是舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵性機(jī)械設(shè)備，使用頻繁，安全性要求極高，用來(lái)懸掛對(duì)開(kāi)幕布，做雙向打開(kāi)或閉合用。劇場(chǎng)作為文藝演出和會(huì)議使用的主要場(chǎng)所，大幕設(shè)備是必不可少的機(jī)械設(shè)備，目前主要有對(duì)開(kāi)提升功能和單一對(duì)開(kāi)功能兩種大幕設(shè)備，通常以單一對(duì)開(kāi)功能為主，大幕的使用方式有對(duì)開(kāi)，斜拉，提升，因?yàn)槠浒惭b位置特殊，功能獨(dú)特，從某種程度上決定了整個(gè)劇場(chǎng)的裝飾風(fēng)格，演出效果。所以大幕設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜而分散，如下圖1大幕機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。

目前，常用的鏡框式舞臺(tái)，對(duì)于具有升降對(duì)開(kāi)功能的大幕，大幕導(dǎo)軌可以在上下限位之間垂直自由運(yùn)動(dòng)，提升速度0.007～0.7m/s，在舞臺(tái)柵頂設(shè)備層位置安裝升降用驅(qū)動(dòng)機(jī)，升降鋼絲繩通過(guò)L型電機(jī)卷筒，導(dǎo)向滑輪，吊點(diǎn)滑輪傳動(dòng)。只有對(duì)開(kāi)功能的大幕導(dǎo)軌，位置是固定的。大幕導(dǎo)軌一般懸掛在柵頂正下方，安裝在距離臺(tái)口下沿位1.5m位置，舞臺(tái)臺(tái)口正上方，假臺(tái)口與臺(tái)口墻體之間，根據(jù)臺(tái)口寬度設(shè)計(jì)位置吊點(diǎn)，一般為7到8個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)鋼絲繩從柵頂引下和導(dǎo)軌吊點(diǎn)掛鉤通過(guò)花籃螺栓，鋼絲繩卡緊固連接，為了防止大幕運(yùn)動(dòng)過(guò)程中架體晃動(dòng)，可以和臺(tái)口墻體之間做剛性連接固定。現(xiàn)代劇場(chǎng)舞臺(tái)臺(tái)口寬度根據(jù)劇場(chǎng)建設(shè)規(guī)模，功能定位各不相同，通常有18m，20m，22m幾種形式，臺(tái)口寬度決定了導(dǎo)軌的長(zhǎng)度，導(dǎo)軌一般要延伸至舞臺(tái)左右側(cè)各2.5m左右，靠近一層天橋邊沿，利于隱藏懸掛的幕布，改變臺(tái)口位置大小。大幕導(dǎo)軌由承載幕布運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，均勻伸縮的連鎖片，傳動(dòng)鋼絲繩，牽引鋼絲繩的首車(chē)裝置，收縮鋼絲繩的導(dǎo)向水平滑輪，懸掛固定用鋼絲繩，行程保護(hù)限位開(kāi)關(guān)，位置檢測(cè)增量型編碼器，手動(dòng)拉繩應(yīng)急摩擦輪裝置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，對(duì)開(kāi)電機(jī)鋼絲繩曳引傳動(dòng)。導(dǎo)軌上部分是120×120×5的方管，下部是兩根50×50×5的角鋼，中間留有15mm的縫隙，上下整體用連接件螺栓固定，橫截面形成一個(gè)長(zhǎng)方形，均勻伸縮的連接片就卡在導(dǎo)軌內(nèi)部，連接片由大小型號(hào)一致的長(zhǎng)方形連接件組成剪刀撐形狀，讓所有的連接件做到同步打開(kāi)，同步閉合，從而做到均勻收縮，對(duì)開(kāi)牽引鋼絲繩選用3ZBB6×7+FC1770ZS型，單層纏繞在舞臺(tái)面電氣控制柜內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)卷筒（Ф264）上，采用壓繩卡子在卷筒繩槽位置用內(nèi)六角螺栓打孔固定，形成一個(gè)完整運(yùn)動(dòng)閉環(huán)，減速電機(jī)通常選用性能穩(wěn)定，無(wú)噪音扭矩恒定的恒齒EKA37-（YPEJ-50-1.5-4-B5+E）-15.39-M1-270°，單制動(dòng)，可手動(dòng)釋放（出現(xiàn)機(jī)械或電氣故障時(shí)應(yīng)急使用）。牽引鋼絲繩的首車(chē)裝置根據(jù)鋼絲繩的纏繞情況確定卡位，固定在鋼絲繩上面，隨著鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)，牽引均勻伸縮的連鎖片做左右運(yùn)動(dòng)，單邊對(duì)開(kāi)速度為0.01～1.0m/s，實(shí)現(xiàn)大幕雙向打開(kāi)閉合功能，收縮鋼絲繩的導(dǎo)向水平滑輪在導(dǎo)軌的端部位置設(shè)計(jì)，可以手動(dòng)改變水平滑輪與導(dǎo)軌端部的距離，鋼絲繩換向時(shí)跨過(guò)水平滑輪即可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需要收緊鋼絲繩，增大鋼絲繩與滑輪的摩擦力，防止大幕開(kāi)合過(guò)程中鋼絲繩打滑，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)法正常拉動(dòng)幕布。位置檢測(cè)編碼器采用電機(jī)后出軸連接，可選擇彈性聯(lián)軸器或盲孔固定安裝，一般選用ELCO增量型編碼器（EI40F8-L6PR-1024），以提高幕布運(yùn)行的定位精度。行程保護(hù)用限位開(kāi)關(guān)選用霍尼韋爾SZL-VL-S-J（撥桿式）4個(gè)，SZL-WL-DC01AH（羊角式）2個(gè)，限位開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)在導(dǎo)軌的中部和端部，即大幕幕布完全閉合位置和打開(kāi)停止位置，根據(jù)臺(tái)口寬度，舞臺(tái)側(cè)臺(tái)幕布收縮量確定具體安裝位置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)在導(dǎo)軌的端部，第一個(gè)吊點(diǎn)鋼絲繩位，以減輕驅(qū)動(dòng)機(jī)重量對(duì)導(dǎo)軌的影響，形成集中載荷，防止導(dǎo)軌彎曲，扭曲變形，導(dǎo)致大幕均勻伸縮連鎖片開(kāi)合運(yùn)動(dòng)不暢，出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象！

2 無(wú)級(jí)調(diào)速大幕的電氣設(shè)計(jì)

無(wú)級(jí)調(diào)速大幕采用變頻器控制。如下圖2（電氣控制原理圖）

大幕的打開(kāi)閉合運(yùn)行，在沒(méi)有使用變頻器驅(qū)動(dòng)之前，主要的變速操作方式是操作人員依靠手臂搖動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)手臂搖動(dòng)的速度快慢來(lái)控制幕布的打開(kāi)閉合速度，變頻器的出現(xiàn)和應(yīng)用完美地解決了這一問(wèn)題，在工頻0～50Hz之間根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)速度，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的軟起軟停，運(yùn)行位置可知，速度可控，無(wú)級(jí)調(diào)速。電氣控制部分由變頻驅(qū)動(dòng)單元，運(yùn)行指令發(fā)送單元，運(yùn)行速度模擬量給定單元，運(yùn)行指示顯示單元，故障顯示復(fù)位單元組成，電動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。電氣控制柜安裝在舞臺(tái)面上場(chǎng)口位，大幕設(shè)備導(dǎo)軌末端正下方，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接入舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)，采用上位機(jī)下發(fā)運(yùn)行指令，速度指令，實(shí)現(xiàn)大幕機(jī)遠(yuǎn)程控制。本地控制終端設(shè)計(jì)在大幕電氣柜正上方，部分劇場(chǎng)還設(shè)計(jì)了壁掛柜操作方式，這些不同的操作方式結(jié)合了端子控制和網(wǎng)絡(luò)控制的所有優(yōu)點(diǎn)，外部限位信號(hào)，本地操作指令，直接進(jìn)入變頻器輸入端子，模擬量速度信號(hào)直接接入變頻器模擬量端子，有電流4～20mA和電壓0到±10V兩種信號(hào)源可供選擇，網(wǎng)絡(luò)通信利用profibus-dp接口和主控系統(tǒng)CPU實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。操作面板正上方設(shè)計(jì)有鑰匙開(kāi)關(guān)，本地遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，電源按鈕，報(bào)警復(fù)位按鈕，速度顯示板，位置動(dòng)態(tài)顯示條，指令操作按鈕，速度給定旋鈕，操作人員在大幕電氣柜就可以實(shí)現(xiàn)本地控制。本地和遠(yuǎn)程都屬于電動(dòng)控制模式。手動(dòng)控制是指在設(shè)備斷電或出現(xiàn)故障的情況下，操作人員通過(guò)手動(dòng)拉繩帶動(dòng)摩擦輪驅(qū)動(dòng)大幕運(yùn)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)閉合的行為，手動(dòng)控制是一種備份操作方式，依靠拉繩和過(guò)繩輪之間的摩擦力帶動(dòng)大幕運(yùn)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)變頻器一般采用施耐德ATV312變頻器 ，諾德變頻器，CT變頻器，西門(mén)子變頻器等進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的變頻器，利用profibus- dp，Can等通訊方式連接遠(yuǎn)程主機(jī)，本地速度給定板采用自主研發(fā)的本地遠(yuǎn)程可隨時(shí)切換的GDWT-BD-YC-0120線路板，啟動(dòng)指令給定采用GDWT-WTJX-0130線路板，點(diǎn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)都可以通過(guò)操作按鈕實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同型號(hào)的變頻器，設(shè)置相應(yīng)的啟動(dòng)指令給定，速度給定通道，通訊方式參數(shù)，建立通訊連接，讀取外部限位信號(hào)，急停信號(hào)，位置檢測(cè)信號(hào)，讀入上位機(jī)指令，就可以完成正常的本地遠(yuǎn)程切換操作，控制大幕設(shè)備。

3 無(wú)級(jí)調(diào)速大幕的應(yīng)用

大幕設(shè)備作為舞臺(tái)機(jī)械產(chǎn)品的核心產(chǎn)品，只要有劇場(chǎng)就會(huì)有大幕設(shè)備[2]。是演出和會(huì)議中不可缺少的應(yīng)用設(shè)備，懸掛在大幕導(dǎo)軌上的幕布大大提高了舞臺(tái)的裝飾效果，緩緩拉開(kāi)的大幕給人以身臨其境之感，演員造型躍然舞臺(tái)，讓舞美藝術(shù)展現(xiàn)的淋漓盡致[3]。以雜技表演為主劇場(chǎng)的蝶形對(duì)開(kāi)大幕，以會(huì)議類(lèi)活動(dòng)為主劇場(chǎng)的均勻?qū)﹂_(kāi)大幕，以多功能演出活動(dòng)為主劇場(chǎng)的升降對(duì)開(kāi)大幕，未來(lái)隨著劇院功能的多樣化，舞美設(shè)計(jì)水平的不斷提高，會(huì)有更多的，各種各樣的大幕設(shè)備廣泛的應(yīng)用與各大劇場(chǎng)，為舞美藝術(shù)的不斷發(fā)展增添色彩！

4 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，文化產(chǎn)業(yè)的日趨成熟，繁榮發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)，人們對(duì)精神文化生活的不斷追求，文化消費(fèi)的需求越來(lái)越高，一場(chǎng)別出心裁的文化盛宴，離不開(kāi)劇院內(nèi)舞臺(tái)的反復(fù)錘煉打造，大幕作為演出時(shí)最重要的舞臺(tái)設(shè)備，也會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷更新完善它的使用效果。劇院建設(shè)的多樣化，劇場(chǎng)功能的差異性要求，對(duì)大幕設(shè)備的性能提出了更高的要求，大幕設(shè)備一定會(huì)隨著人們對(duì)舞美藝術(shù)的不斷追求而不斷完善！