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舞台机械丨看单点吊机在舞台上如何应用?

随着各种规模的剧院、特定演出秀场的不断涌现,单点吊机的配置显得越来越重要。如武汉汉秀剧场配置了16台移动式单点吊机,87台固定式单点吊机,几乎占台上机械设备数量的80%以上...
 

  随着各种规模的剧院、特定演出秀场的不断涌现,单点吊机的配置显得越来越重要。如武汉汉秀剧场配置了16台移动式单点吊机,87台固定式单点吊机,几乎占台上机械设备数量的80%以上;福州贵安大剧院,配置了119台单点吊机,占台上机械数量的70%以上;西双版纳的傣秀秀场,台上配置的设备一半以上是单点吊机。

  在常规的歌剧院,单点吊机一般分为两种类型。一种是吊点固定式单点吊机,往往布置在台口外面,乐池上方,配置数量以4台~8台居多;每立使用,也可以成组使用,或编程组合使用。另一种是吊点可以移动式的单点吊机,往往布置在舞台上空,且可以到达舞台上空的任意点位置,配置数量以8台~16台居多;使用方法与台口外的相似,可以单个使用,也可以成组或编程使用。

  在演出秀场,单点吊机的布置与使用都很灵活,它可以布置在演出区,也可以布置在观众区,只要观众能看到的区域,均能布置单点吊机。由于演出秀场的演出功能及剧目相对固定,因此,单点吊机的布置位置也相对固定,吊点固定式单点吊机在演出秀场应用较广泛。

  单点吊机在正常情况下要求出绳点在空间上的位置不变,但由于是缠绕卷筒上的,一旦钢丝绳进或出时,钢丝绳相对于卷筒的位置就要发生变化。为做到单点吊机的最终出绳点的空间位置不变,目前基本上采用三种方法来实施。根据结构不同,也可将单点吊机分为三种类型。

  摇臂式单点吊机主要由机架、电机、卷筒、摇臂、编码器、限位开关、配重等组成,如图1所示。

  这是一种钢丝绳单层卷绕式的吊机,摇臂通过上下两个滚动轴承安装在机架上,这样摇臂转动就非常灵活。当钢丝绳绕在卷筒上,并通过摇臂上的滑轮下降到固定的吊点位置,卷筒旋转时,钢丝绳升或降,此时钢丝绳在卷筒的出槽点在水平方向向左或右移动,导致卷筒到滑轮上的钢丝绳水平偏移。由于单点吊机下方配重或吊点载荷的作用,偏移的钢丝绳会产生一个水平分力,这个水平分力可以促使摇臂旋转,并保持钢丝绳垂直,使钢丝绳在卷筒上的入槽角基本上为零度。保证吊点在任何位置单点吊机都能正常工作。

  此类吊机结构相对简单,制造成本低,故障率低,安装方便。所以目前应用非常广泛。但是它也存在一些缺点,单点吊机的运行速度不宜过快,一般控制在1.5 m/s及以下;载荷偏小,250 kg以下为宜。当速度过快时,卷筒在急停或启动时加速度过大,钢丝绳容易脱槽,造成乱绳。当载荷过大时,要求摆臂的强度很高,也就是说增加了摆臂的重量或者说是摆臂的旋转惯性,由于惯性的增大,导致摆臂的不灵活,最终导致摆臂摆动的幅度跟不上卷筒上钢丝绳移动的速度,导致钢丝绳跳槽。

  吊点固定式:主要应用在剧院台口外的乐池上方,一般布置4台~8台吊点固定式单点吊机,可以每立使用,也可以由几台联合使用。在栅顶上的布置形式与图1基本一致。如天津文化中心(速度0.5 m/s,载荷2.5 kN,电机功率2.2 kW)、济南大剧院(速度0.4 m/s,载荷2.5 kN,电机功率1.5 kW)台口外的单点吊机。

  吊点移动式:如图2所示,这类单点吊机主要应用于常规剧院主舞台上空,将卷扬机安装在靠近栅顶上、靠近后台塔墙或后马道的上方。它在固定式的基础上,增加了出绳滑轮、转角滑轮、定位滑轮等附件,同时由于定位滑轮要求布置在主舞台上方的任意一点,因此,要求卷扬机的容绳量很大,一般要求卷扬机的行程在50 m~60 m。为控制方便,卷扬机上还配置了离合器,以适应定位滑轮在不同位置时,限位开关起到限位、位置控制的零点的作用。也就是说,当定位滑轮在某一点时,缠在卷筒上的钢丝绳容许最大量释放,限位开关起作用;当需要更换定位滑轮位置时,打开离合器,固定定位滑轮位置后,重新合上离合器,此时当卷扬机上的钢丝绳释放到容许最大量时,限位开关不需要调整同样会起作用。每个剧院配置6台~12台不等的吊机,可以独立使用,也可以由几台组合在一起联合使用,每台之间的速度保持同步或定比;可以在主舞台区域内吊景、物、演员或不规则的实体。如江苏大剧院(速度1.5 m/s,载荷2.5 kN,电机功率5.5 kW)、重庆大剧院(速度1.5 m/s,载荷3.5 kN,电机功率9.2 kW)主舞台上方的单点吊机。

  卷筒移动式单点吊机主要由基座、电机、卷筒、卷筒驱动丝杆、卷筒移动滑轨、编码器等组成,如图3所示。

  这也是一种钢丝绳单层卷绕式的吊机,钢丝绳最终通过滑轮可以向下或水平出入单点吊机。单点吊机的一端与电机相连,一端与驱动丝杆相连,当驱动电机旋转时,卷筒也随之旋转,此时缠在卷筒上的钢丝绳进或出,通过出绳滑轮,最后经滑轮而进或出单点吊机。当卷筒旋转时,另一侧相联的驱动丝杆也同时旋转,而套在丝杆上的丝母则固定在基座上,这样就推动卷筒沿轴向移动;同时整个卷筒安装在一组滑轨上,以满足卷筒轴向移动的要求。另外,钢丝绳从卷筒出来后经过的出绳滑轮固定地安装在基座上,让卷筒与出绳滑轮产生相对移动,移动量则取决于驱动丝杆的节距,设计时节距与卷筒的螺距一致。因此,卷筒每旋转一圈,卷筒轴向移动量正好是一个螺距。这样保证了出绳滑轮的入绳位置永远与卷筒的出绳位置对齐,保证了卷筒上钢丝绳的出或入槽角永远是零度。

  这是卷筒移动式的,也有卷筒在轴向是固定的,而移动的出绳滑轮,尽管形式不一样,但驱动原理是一样的,如图4所示。无论是卷筒移动式还是出绳滑轮移动式,其设计原理基本是一致的,就是保证进出卷筒的钢丝绳入或出槽角始终为零度。

  此类单点吊机,结构相对复杂,制造成本高。但它具有运行速度快、载荷大的特点,由于出绳滑轮与卷筒上出入槽钢丝绳的位置始终对应,这类的单点吊机在一般情况下,钢丝绳不会跳槽,所以高速单点吊机基本上均采用这类结构,目前最高速度可到达10 m/s左右。

  这类单点吊机的应用与图2的应用基本类似,主要适用于速度高或载荷大的场合,如武汉汉秀剧场、国家大剧院实验剧场(速度1.2 m/s,载荷5 kN,电机功率7.5 kW)、浙江小百花大剧院(速度0.2 m/s,载荷6 kN,电机功率2.2 kW)等。

  图5是出绳滑轮与卷筒移动式单点吊机的另一类版本,它应用于中国中央电视台大剧院,将卷筒立起来布置,并将卷筒、电机、出绳滑轮及各种控制器件集中在一个单元内,这是卷筒固定、出绳滑轮相对移动的一种。整体吊挂在导轨上,并可沿舞台轴线方向来回推动,吊点可布置在沿舞台轴线方向的任意一点上。此吊机的技术参数为:载荷4.0 kN,速度1.2 m/s,电机功率7.5 kW。

  用图3的2台卷扬机可构成一套2维空间的飞行器,理论上做到一个平面的任何空间均能到达。也可以用4台卷扬机构成一套3D空间自由飞行器,可用于吊挂演员或其他景物,或在3D空间中任意飞行。图6所示是位于浙江安吉的HELLOKITTY剧场内应用的由4台单点吊机构成的3D飞行器。

  整体移动式单点吊机主要由电机、卷筒、整体移动式行走轮、单点吊机栅顶固定钩、地面固定支撑、翻起式联杆、钢丝绳滑轮等组成,如图7所示。

  由电机直接驱动卷筒,卷筒上的钢丝绳通过滑轮直接下落到单点吊机需要的地方。由于卷筒与滑轮之间的相对位置不变,因此,进出卷筒的入或出槽角会发生变化,正常情况下,出或入槽角超过3°时,就会发生跳槽或钢丝绳卡擦现象,导致单点吊机无法正常工作。因此在设计时,往往把卷筒做得很大,在有限的轴向距离内将容绳量做到足够,来满足单点吊机的升降要求。同时,由于卷筒的增大,导致电机需要的力矩增加,则要求选用更大的减速器来适应吊机的要求。

  这类单点吊机主要应用于经典剧场主舞台上空,由于它可以在舞台上空的栅顶上自由移动,因此,它的吊点可以布置在舞台上空的任意点,但随着位置的改变,与吊机连接的电缆线所示的整体移动式单点吊机(速度1.5 m/s,载荷2.5 kN,电机功率5.5 kW)应用在台湾台中大都会歌剧院(目前台湾规模最大的歌剧院)中剧场。图8所示的整体移动式单点吊机应用在中央电视台大剧院。

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