嚴(yán)睿晟+方慧麗+姚亮

【摘 要】 闡述目前國(guó)內(nèi)劇院中三種典型的單點(diǎn)吊機(jī)的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)原理，并分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用形式。

【關(guān)鍵詞】 單點(diǎn)吊機(jī)；結(jié)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)原理；優(yōu)缺點(diǎn)；應(yīng)用

文章編號(hào)： 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(guī)模的劇院、特定演出秀場(chǎng)的不斷涌現(xiàn)，單點(diǎn)吊機(jī)的配置顯得越來越重要。如武漢漢秀劇場(chǎng)配置了16臺(tái)移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)，87臺(tái)固定式單點(diǎn)吊機(jī)，幾乎占臺(tái)上機(jī)械設(shè)備數(shù)量的80%以上；福州貴安大劇院，配置了119臺(tái)單點(diǎn)吊機(jī)，占臺(tái)上機(jī)械數(shù)量的70%以上；西雙版納的傣秀秀場(chǎng)，臺(tái)上配置的設(shè)備一半以上是單點(diǎn)吊機(jī)。

在常規(guī)的歌劇院，單點(diǎn)吊機(jī)一般分為兩種類型。一種是吊點(diǎn)固定式單點(diǎn)吊機(jī)，往往布置在臺(tái)口外面，樂池上方，配置數(shù)量以4臺(tái)～8臺(tái)居多；每臺(tái)獨(dú)立使用，也可以成組使用，或編程組合使用。另一種是吊點(diǎn)可以移動(dòng)式的單點(diǎn)吊機(jī)，往往布置在舞臺(tái)上空，且可以到達(dá)舞臺(tái)上空的任意點(diǎn)位置，配置數(shù)量以8臺(tái)～16臺(tái)居多；使用方法與臺(tái)口外的相似，可以單個(gè)使用，也可以成組或編程使用。

在演出秀場(chǎng)，單點(diǎn)吊機(jī)的布置與使用都很靈活，它可以布置在演出區(qū)，也可以布置在觀眾區(qū)，只要觀眾能看到的區(qū)域，均能布置單點(diǎn)吊機(jī)。由于演出秀場(chǎng)的演出功能及劇目相對(duì)固定，因此，單點(diǎn)吊機(jī)的布置位置也相對(duì)固定，吊點(diǎn)固定式單點(diǎn)吊機(jī)在演出秀場(chǎng)應(yīng)用較廣泛。

單點(diǎn)吊機(jī)在正常情況下要求出繩點(diǎn)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(jìn)或出時(shí)，鋼絲繩相對(duì)于卷筒的位置就要發(fā)生變化。為做到單點(diǎn)吊機(jī)的最終出繩點(diǎn)的空間位置不變，目前基本上采用三種方法來實(shí)施。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，也可將單點(diǎn)吊機(jī)分為三種類型。

1 搖臂式單點(diǎn)吊機(jī)

1.1 基本構(gòu)成

搖臂式單點(diǎn)吊機(jī)主要由機(jī)架、電機(jī)、卷筒、搖臂、編碼器、限位開關(guān)、配重等組成，如圖1所示。

1.2 驅(qū)動(dòng)原理

這是一種鋼絲繩單層卷繞式的吊機(jī)，搖臂通過上下兩個(gè)滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)架上，這樣搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)就非常靈活。當(dāng)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(diǎn)位置，卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼絲繩升或降，此時(shí)鋼絲繩在卷筒的出槽點(diǎn)在水平方向向左或右移動(dòng)，導(dǎo)致卷筒到滑輪上的鋼絲繩水平偏移。由于單點(diǎn)吊機(jī)下方配重或吊點(diǎn)載荷的作用，偏移的鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平分力，這個(gè)水平分力可以促使搖臂旋轉(zhuǎn)，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(diǎn)在任何位置單點(diǎn)吊機(jī)都能正常工作。

1.3 優(yōu)缺點(diǎn)

此類吊機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本低，故障率低，安裝方便。所以目前應(yīng)用非常廣泛。但是它也存在一些缺點(diǎn)，單點(diǎn)吊機(jī)的運(yùn)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(dāng)速度過快時(shí)，卷筒在急?；騿?dòng)時(shí)加速度過大，鋼絲繩容易脫槽，造成亂繩。當(dāng)載荷過大時(shí)，要求擺臂的強(qiáng)度很高，也就是說增加了擺臂的重量或者說是擺臂的旋轉(zhuǎn)慣性，由于慣性的增大，導(dǎo)致擺臂的不靈活，最終導(dǎo)致擺臂擺動(dòng)的幅度跟不上卷筒上鋼絲繩移動(dòng)的速度，導(dǎo)致鋼絲繩跳槽。

1.4 應(yīng)用

此類單點(diǎn)吊機(jī)在經(jīng)典劇院應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用形式主要有兩種。

（1）吊點(diǎn)固定式

主要應(yīng)用在劇院臺(tái)口外的樂池上方，一般布置4臺(tái)～8臺(tái)吊點(diǎn)固定式單點(diǎn)吊機(jī)，可以每臺(tái)獨(dú)立使用，也可以由幾臺(tái)聯(lián)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(jī)功率2.2 kW）、濟(jì)南大劇院（速度0.4 m/s，載荷2.5 kN，電機(jī)功率1.5 kW）臺(tái)口外的單點(diǎn)吊機(jī)。

（2）吊點(diǎn)移動(dòng)式

如圖2所示，這類單點(diǎn)吊機(jī)主要應(yīng)用于常規(guī)劇院主舞臺(tái)上空，將卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝在靠近柵頂上、靠近后臺(tái)塔墻或后馬道的上方。它在固定式的基礎(chǔ)上，增加了出繩滑輪、轉(zhuǎn)角滑輪、定位滑輪等附件，同時(shí)由于定位滑輪要求布置在主舞臺(tái)上方的任意一點(diǎn)，因此，要求卷?yè)P(yáng)機(jī)的容繩量很大，一般要求卷?yè)P(yáng)機(jī)的行程在50 m～60 m。為控制方便，卷?yè)P(yáng)機(jī)上還配置了離合器，以適應(yīng)定位滑輪在不同位置時(shí)，限位開關(guān)起到限位、位置控制的零點(diǎn)的作用。也就是說，當(dāng)定位滑輪在某一點(diǎn)時(shí)，纏在卷筒上的鋼絲繩容許最大量釋放，限位開關(guān)起作用；當(dāng)需要更換定位滑輪位置時(shí)，打開離合器，固定定位滑輪位置后，重新合上離合器，此時(shí)當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)上的鋼絲繩釋放到容許最大量時(shí)，限位開關(guān)不需要調(diào)整同樣會(huì)起作用。每個(gè)劇院配置6臺(tái)～12臺(tái)不等的吊機(jī)，可以獨(dú)立使用，也可以由幾臺(tái)組合在一起聯(lián)合使用，每臺(tái)之間的速度保持同步或定比；可以在主舞臺(tái)區(qū)域內(nèi)吊景、物、演員或不規(guī)則的實(shí)體。如江蘇大劇院（速度1.5 m/s，載荷2.5 kN，電機(jī)功率5.5 kW）、重慶大劇院（速度1.5 m/s，載荷3.5 kN，電機(jī)功率9.2 kW）主舞臺(tái)上方的單點(diǎn)吊機(jī)。

2 出繩滑輪與卷筒移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)

2.1 基本構(gòu)成

卷筒移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)主要由基座、電機(jī)、卷筒、卷筒驅(qū)動(dòng)絲桿、卷筒移動(dòng)滑軌、編碼器等組成，如圖3所示。

2.2 驅(qū)動(dòng)原理

這也是一種鋼絲繩單層卷繞式的吊機(jī)，鋼絲繩最終通過滑輪可以向下或水平出入單點(diǎn)吊機(jī)。單點(diǎn)吊機(jī)的一端與電機(jī)相連，一端與驅(qū)動(dòng)絲桿相連，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，卷筒也隨之旋轉(zhuǎn)，此時(shí)纏在卷筒上的鋼絲繩進(jìn)或出，通過出繩滑輪，最后經(jīng)滑輪而進(jìn)或出單點(diǎn)吊機(jī)。當(dāng)卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)絲桿也同時(shí)旋轉(zhuǎn)，而套在絲桿上的絲母則固定在基座上，這樣就推動(dòng)卷筒沿軸向移動(dòng)；同時(shí)整個(gè)卷筒安裝在一組滑軌上，以滿足卷筒軸向移動(dòng)的要求。另外，鋼絲繩從卷筒出來后經(jīng)過的出繩滑輪固定地安裝在基座上，讓卷筒與出繩滑輪產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，移動(dòng)量則取決于驅(qū)動(dòng)絲桿的節(jié)距，設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)距與卷筒的螺距一致。因此，卷筒每旋轉(zhuǎn)一圈，卷筒軸向移動(dòng)量正好是一個(gè)螺距。這樣保證了出繩滑輪的入繩位置永遠(yuǎn)與卷筒的出繩位置對(duì)齊，保證了卷筒上鋼絲繩的出或入槽角永遠(yuǎn)是零度。

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

無論是卷筒移動(dòng)式還是出繩滑輪移動(dòng)式，其設(shè)計(jì)原理基本是一致的，就是保證進(jìn)出卷筒的鋼絲繩入或出槽角始終為零度。

2.3 優(yōu)缺點(diǎn)

此類單點(diǎn)吊機(jī)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造成本高。但它具有運(yùn)行速度快、載荷大的特點(diǎn)，由于出繩滑輪與卷筒上出入槽鋼絲繩的位置始終對(duì)應(yīng)，這類的單點(diǎn)吊機(jī)在一般情況下，鋼絲繩不會(huì)跳槽，所以高速單點(diǎn)吊機(jī)基本上均采用這類結(jié)構(gòu)，目前最高速度可到達(dá)10 m/s左右。

2.4 應(yīng)用

這類單點(diǎn)吊機(jī)的應(yīng)用與圖2的應(yīng)用基本類似，主要適用于速度高或載荷大的場(chǎng)合，如武漢漢秀劇場(chǎng)、國(guó)家大劇院實(shí)驗(yàn)劇場(chǎng)（速度1.2 m/s，載荷5 kN，電機(jī)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(jī)功率2.2 kW）等。

（1）圖5是出繩滑輪與卷筒移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)的另一類版本，它應(yīng)用于中國(guó)中央電視臺(tái)大劇院，將卷筒立起來布置，并將卷筒、電機(jī)、出繩滑輪及各種控制器件集中在一個(gè)單元內(nèi)，這是卷筒固定、出繩滑輪相對(duì)移動(dòng)的一種。整體吊掛在導(dǎo)軌上，并可沿舞臺(tái)軸線方向來回推動(dòng)，吊點(diǎn)可布置在沿舞臺(tái)軸線方向的任意一點(diǎn)上。此吊機(jī)的技術(shù)參數(shù)為：載荷4.0 kN，速度1.2 m/s，電機(jī)功率7.5 kW。

（2）用圖3的2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)可構(gòu)成一套2維空間的飛行器，理論上做到一個(gè)平面的任何空間均能到達(dá)。也可以用4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)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(chǎng)內(nèi)應(yīng)用的由4臺(tái)單點(diǎn)吊機(jī)構(gòu)成的3D飛行器。

3 整體移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)

3.1 基本構(gòu)成

整體移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)主要由電機(jī)、卷筒、整體移動(dòng)式行走輪、單點(diǎn)吊機(jī)柵頂固定鉤、地面固定支撐、翻起式聯(lián)桿、鋼絲繩滑輪等組成，如圖7所示。

3.2 驅(qū)動(dòng)原理

由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷筒，卷筒上的鋼絲繩通過滑輪直接下落到單點(diǎn)吊機(jī)需要的地方。由于卷筒與滑輪之間的相對(duì)位置不變，因此，進(jìn)出卷筒的入或出槽角會(huì)發(fā)生變化，正常情況下，出或入槽角超過3°時(shí)，就會(huì)發(fā)生跳槽或鋼絲繩卡擦現(xiàn)象，導(dǎo)致單點(diǎn)吊機(jī)無法正常工作。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，往往把卷筒做得很大，在有限的軸向距離內(nèi)將容繩量做到足夠，來滿足單點(diǎn)吊機(jī)的升降要求。同時(shí)，由于卷筒的增大，導(dǎo)致電機(jī)需要的力矩增加，則要求選用更大的減速器來適應(yīng)吊機(jī)的要求。

3.3 優(yōu)缺點(diǎn)

此類單點(diǎn)吊機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，運(yùn)行可靠；但制造成本高。

3.4 應(yīng)用

這類單點(diǎn)吊機(jī)主要應(yīng)用于經(jīng)典劇場(chǎng)主舞臺(tái)上空，由于它可以在舞臺(tái)上空的柵頂上自由移動(dòng)，因此，它的吊點(diǎn)可以布置在舞臺(tái)上空的任意點(diǎn)，但隨著位置的改變，與吊機(jī)連接的電纜線也必須隨之移動(dòng)。圖7所示的整體移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)（速度1.5 m/s，載荷2.5 kN，電機(jī)功率5.5 kW）應(yīng)用在臺(tái)灣臺(tái)中大都會(huì)歌劇院（目前臺(tái)灣規(guī)模最大的歌劇院）中劇場(chǎng)。圖8所示的整體移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)應(yīng)用在中央電視臺(tái)大劇院。

4 結(jié)論

綜上，在劇院建設(shè)及設(shè)備選型中，對(duì)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備中的單點(diǎn)吊機(jī)，可以首先考慮搖臂式單點(diǎn)吊機(jī)；在速度（≥1.5 m/s）或載荷（≥3 kN）要求較高的場(chǎng)合，建議采用出繩滑輪與卷筒移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)或整體移動(dòng)式單點(diǎn)吊機(jī)。

（編輯 王 芳）