張光劉，林瑞進(jìn)，汪自祥，顏海峰

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州310052）

2017年9月4日G20第十一次峰會在杭州盛大開幕，一場與2008年北京奧運(yùn)會開幕式相媲美的文藝匯演在杭州西湖上演。美輪美奐，璀璨奪目，給世界人民呈現(xiàn)視覺與聽覺的饕餮盛宴。杭州向世界傳達(dá)了中華民族的包容大氣，以及濃濃的江南韻味。

杭州西湖作為世界文化遺產(chǎn)，世界著名的旅游景點，對周邊的建筑都有嚴(yán)格的規(guī)劃和要求，不能破壞西湖的自然風(fēng)光。既要保證節(jié)目組在細(xì)雨中能演出，但又不能讓嘉賓和觀眾淋雨，印象西湖組委會提出了要有一種可以快速拆裝，但又不影響西湖的自然風(fēng)光和白天游客正常旅游的自動伸縮折疊雨棚的解決方案。

1　設(shè)計要求

印象西湖組委會提出的自動伸縮雨棚解決方案中，看臺長度20 m，共4跨，每跨15.5 m，總跨度62 m，新建面積超過1 200 m2.在觀眾席需要雨棚時自動伸縮折疊雨棚可沿每跨立柱橫梁自動伸展，不需要雨棚時自動伸縮折疊雨棚可自動收縮折疊[2-3]。

2　設(shè)計方案及原理

根據(jù)看臺特點，自動伸縮折疊雨棚可設(shè)計4套相同的且每套滿足長度20 m、跨距15.5 m單跨距看臺遮掩需求。雨棚在展開工作時雨水應(yīng)順利向后方滑落，不影響前方視線，因此雨棚展開時應(yīng)具備一定斜度，同時雨棚在收縮過程中，可利用自身向下分力實現(xiàn)收縮滑行，有效減少收縮電機(jī)動力。

自動伸縮折疊雨棚主要包括雨棚牽引系統(tǒng)、折疊雨棚機(jī)構(gòu)、雨棚運(yùn)行軌道及控制系統(tǒng)等部分。雨棚牽引系統(tǒng)用于驅(qū)動折疊雨棚機(jī)構(gòu)的展開與收縮，并具有防止雨棚意外展開或收縮的安全防護(hù)裝置；折疊雨棚機(jī)構(gòu)用于雨布規(guī)整展開與收縮；雨棚運(yùn)行軌道用于折疊雨棚機(jī)構(gòu)的行走，雨棚運(yùn)行軌道安裝固定于看臺立柱頂端；控制系統(tǒng)用于控制雨棚展開與收縮，同時監(jiān)測工作過程的雨棚牽引系統(tǒng)的實時工況，具有良好的安全防護(hù)作用。

在觀眾席需要雨棚時，雨棚牽引系統(tǒng)電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動，折疊雨棚片架從前端開始依次張開，雨布展開到位后，電機(jī)停止運(yùn)行和電動推桿防滑裝置開始工作，雨棚自動展開完成。

在觀眾席不需雨棚時，雨棚牽引系統(tǒng)的電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動，同時電動推桿防滑裝置自動拔掉安全軸，雨棚自重產(chǎn)生的向下分力使雨棚片架從尾端開始依次折疊，雨棚折疊到位后，電機(jī)停止運(yùn)行，雨棚自動折疊完成。

3　雨棚結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1　雨棚牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

雨棚牽引系統(tǒng)主要由滑輪組、電動防護(hù)裝置、牽引傳動機(jī)構(gòu)、鋼桁架、導(dǎo)輪組等組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　雨棚牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

考慮雨棚運(yùn)行軌道安裝誤差及因室外環(huán)境對桁架的影響，雨棚牽引系統(tǒng)設(shè)置了滑輪組與導(dǎo)輪組，滑輪組采用無輪緣走輪結(jié)構(gòu)，導(dǎo)輪組采用有輪緣走輪結(jié)構(gòu)。牽引傳動機(jī)構(gòu)安裝在鋼桁架內(nèi)部，其主要由減速電機(jī)、聯(lián)軸器、鏈輪等組成，減速電機(jī)兩側(cè)各通過聯(lián)軸器帶動輪組運(yùn)行，牽引傳動機(jī)構(gòu)與雨棚運(yùn)行軌道采用銷齒輪傳動形式，保證雨棚展開或收縮時運(yùn)行平穩(wěn)。文中[4]采用自動夾軌器通過電氣聯(lián)鎖，由電機(jī)帶動螺桿使壓縮彈簧產(chǎn)生夾緊力自動夾緊軌道，該方式若在電機(jī)停電情況下就無法實現(xiàn)有效的安全保護(hù)。本文采用機(jī)電配合方式有效保證雨棚運(yùn)行安全可靠性。電動防護(hù)裝置由電動推桿、彈性安全插銷等組成，在銷齒輪傳動停止動作時電動推桿自動向下推動彈性安全插銷插入銷齒內(nèi)，有效防止雨棚的意外滑動。此外，雨棚牽引系統(tǒng)的電流或速度變化若有異常，則電動推桿可將插銷插入銷齒內(nèi)，具有良好的安全防護(hù)功能。電動防護(hù)裝置為雨棚展開或收縮提供了第二道安全保護(hù)措施，保證了雨棚在正常展開或收縮時的安全性。鋼桁架為鋼管經(jīng)過焊接組成的矩形框架，鋼桁架具有良好的強(qiáng)度性能，有效保證了雨棚著雨時的強(qiáng)度。

3.2　折疊雨棚機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計

折疊雨棚機(jī)構(gòu)主要由折疊機(jī)構(gòu)鋼骨架、雨布膜、鉸鏈組件、鋼絲繩、鋼絲繩夾等組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2　雨棚牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

折疊機(jī)構(gòu)鋼骨架由鋼骨片架通過上方鉸鏈聯(lián)接、下部鉸鏈組成而成，折疊機(jī)構(gòu)鋼骨架的上部鉸鏈聯(lián)接安裝固定后，雨布膜可固定于鉸鏈上方，與鋼骨架隨動，實現(xiàn)雨布膜的展開收縮功能。鋼骨架采用三角形結(jié)構(gòu)的鋼骨片架聯(lián)接，具有良好的強(qiáng)度，有效保證展開時雨布膜受雨飄打而不形變。鋼骨片架之間通過鉸鏈組件、鋼絲繩、鋼絲繩夾等聯(lián)接。鋼絲繩具有柔性收縮性能，保證了鋼骨片架收縮時可隱藏不可見。

雨布膜采用高強(qiáng)薄膜材料（PVC或Teflon），具有超高的抗拉強(qiáng)度和彈性，可自適應(yīng)接合處內(nèi)、外隨季節(jié)發(fā)生的溫度變化。

3.3　雨棚運(yùn)行軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計

雨棚運(yùn)行軌道作為雨棚展開收縮軌道，安裝固定于看臺頂部，每側(cè)各一組軌道，軌道安裝時保證一定斜度，便于雨棚展開雨水可以順利向后滑落。軌道安裝同時應(yīng)保證其水平度，直線度等要求。安裝誤差將會使其結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致雨棚折疊機(jī)構(gòu)無法正常順利運(yùn)行。因此，在軌道安裝時應(yīng)制定相應(yīng)的技術(shù)措施保證各項技術(shù)指標(biāo)的要求。在安裝時還應(yīng)保證軌道跨距的調(diào)整量。雨棚運(yùn)行軌道主要由銷齒齒條組合件，軌道安裝底座等組成。銷齒齒條組合件主要由銷軸、軸套構(gòu)成，輪齒與圓柱銷軸平衡嚙合，具有運(yùn)行平穩(wěn)可靠等特點，同時圓柱銷軸加工簡單、造價低且拆修維護(hù)方便，在使用過程中若個別銷齒損壞，只需更換損壞的銷齒，不需要整體銷輪更換。見圖3.

圖3　雨棚運(yùn)行軌道示意圖

3.4　控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為雨棚展開收縮的控制中心，運(yùn)行過程中應(yīng)保證折疊雨棚機(jī)構(gòu)在兩條運(yùn)行軌道上的同步運(yùn)行，同時還應(yīng)防止雨棚的傾斜運(yùn)行，控制系統(tǒng)在雨棚移動過程中應(yīng)時刻注意位置監(jiān)測及到位后的安全保護(hù)監(jiān)測。由可編程控制器實現(xiàn)其程序的自動控制功能。

雨棚運(yùn)行軌道上根據(jù)定位，監(jiān)測需求安裝各傳感器，在極限位置安裝限位器及緩沖器。傳感器通過可編程控制器進(jìn)行實時監(jiān)控雨棚移動位置。

4　自動伸縮折疊雨棚結(jié)構(gòu)特點

自動伸縮折疊雨棚采用銷齒傳動結(jié)構(gòu)，具有安裝精度低、造價低等特點，同時在運(yùn)行時無噪聲；自動伸縮折疊雨棚在展開雨棚膜后可通過電動安全防護(hù)裝置，有效保證了雨棚的可靠安全性。雨棚運(yùn)行軌道固定安裝在頂梁且具有一定斜度，有效保證了雨水向水滑落，減輕了展開后雨棚的重量，提高了雨棚工作可靠性，另雨棚在收縮過程中可依靠自己重量進(jìn)行緩慢折疊，具有節(jié)能效果。

自動伸縮雨棚可滿足大跨度、大面積的實現(xiàn)自動展開和收縮折疊需要場所，具有操作簡單靈活等特點。

5　結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了自動伸縮折疊雨棚機(jī)構(gòu)的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并描述了自動伸縮折疊雨棚結(jié)構(gòu)特點，該自動伸縮折疊雨棚結(jié)構(gòu)具有運(yùn)行原理簡單，功能新穎，其成功設(shè)計不僅滿足市場需求，同時也對其他折疊型機(jī)構(gòu)的設(shè)計具有一定的參考意義。目前，大規(guī)模露天演出場所，體育場館等公共設(shè)施均提出同時需要滿足露天和室內(nèi)兩種使用要求，不僅需要滿足觀眾在晴朗的天氣中享受戶外的歡樂，也要滿足雨雪天氣下這些場所的使用，這種能自動伸縮折疊機(jī)構(gòu)的設(shè)計就可為這些場所頂棚設(shè)計提供新的參考方案。

本文所述的自動伸縮折疊雨棚機(jī)構(gòu)已在2017年9月5日晚G20峰會演出時正式使用。