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多功能舞台升降机的直顶液压传动应用
由于现代综合性影剧院、多功能会展中心在建筑设计上日趋新颖，与传统的舞台设计相比，舞台台面以下可利用空间十分有限；此外，在一些流动演出中使用的拼装舞台对升降舞台的自身高度也有所限制。而当今的艺术创作不断创新，在表演中往往希望升降舞台具有较大的行程。目前国内升降舞台采用的主要结构形式有：钢丝绳(链条)牵引式；齿轮齿条爬升式；丝杠螺母副式；液压(水平丝杠)剪刀撑式；刚性链驱动式(目前使用场合还较少)。
前三种形式动力均为电动机，机械传动。丝杠螺母副式近年来应用最多，驱动机动力由皮带传动于地轴至中间减速器，再分别传动于前后丝杠减速器，最后由四对丝杠螺母副驱动台面升降。其特点是：举升台面大，行程长，同步精度高，运行平稳可靠，故障率小。其次，这三种形式均要求较深的基坑(即基坑深度必须大于升降行程)。
液压传动以其诸多优点在升降机机械中得到广泛应用，基本上与机械传动平分天下，但其也存在着一定的缺点。大型升降舞台一般采用双剪叉撑、双缸顶升的方式，这样就存在以下几个问题：1．双缸同步问题；2．剪叉低角度启动力矩大，需要功率储备大，如不使用剪叉撑结构而使用多只液压缸直接顶升又不容易解决多缸同步问题，尤其是台面下降时；3．双缸内泄漏不同造成台面升起后长时间停放时沉降的平衡问题。
如要在液压系统中解决以上问题，只有在控制系统中使用计算机控制技术，否则很难取得满意效果，尤其是多台并用时更为明显。但在使用率不高的舞台机械中使用计算机成本太高，另外要解决低角度启动力矩大的问题，剪叉撑在舞台降到最低时必须保持一定角度，这样就造成基坑过深，土方量增大，并造成升起后支点靠一端，承重点不合理，重载时台面变形，如要解决这个问题，就得增加台面钢结构钢度和自重，势必要增加驱动力。目前国内外应用液压传动由于受到液压元件质量水平的限制以致影响到整个设备的可靠性，而进口元件昂贵又一时难以承受，由此而产生了对高效率机械传动结构的需求。
综合机械和液压的各自优点，在舞台升降机设计中采用液压与机械传动相结合的方式，利用液压低速大功率调速平稳，机械传动制动可靠的长处，液压传动与机械传动并用取得了很好的效果，具体方案如图2所示。中央垂直安装一液压缸，活塞顶部通过4根工业链条顶升台面四角，同时液压缸活塞顶部通过缓冲块与台面连接形成五点顶升，使台面在重载荷时变形小，链条之间通过钢性传动轴连接达到同步，并通过传动轴及变矩器与机械制动器连接，形成可靠的制动系统。
升降机动力系统初级传动使用液压系统，保留了液压传动的优点，但因为使用的是单缸所以不存在同步问题，末级使用链条传动省去耗材多、低角度启动力矩大的剪叉结构，并增加了液压助力器，减小了启动瞬间的驱动功率，升降机面采用桁架结构，并设有一定向上的拱起，因为顶升点多，所以在同等荷载情况下台面刚性要求相对低，节约了造价。
针对液压系统存在的泄漏问题，我们在系统中加有液压锁，尽量减少系统泄漏造成的沉降问题。舞台的升降动作，要求舞台升降时要平稳，保证其停止时不跌落。工作原理如图3所示。以从地基坑上升到指定位置为例：工作时启动液压泵2，液压油通过溢流阀3使电磁换向阀4上的电磁铁b通电，油液经液控单向阀6，推动液压缸7上的配重块1O向下运动，驱动液压油经节流阀11进入驱动缸，使台面上升至指定位置，电磁阀4得到到位信号后断电复中位，泵卸载停机。舞台下降时，起动液压泵2，电磁阀4上的电磁铁b断电，电磁铁a通)电，液控单向阀6反向打开， 由于舞台台面重量略重于平衡块10的重量，利用舞台台面自重使舞台下降， 回油将平衡块10缓慢顶起，台面的下降速度以及平衡块10上升速度由节流阀调节，电磁阀4上的节流孔9用来辅助调节下降时间。其优点是占地面积小，下降时可利用舞台的自重实现液压缸的回程运动而无需动力；上升时借助平衡块的重量，只需少量的液压力，节约了能量。
机械传动部分，链条通过链轮组、传动轴、变矩器与机械制动器组成机械制动系统，将荷载与液压系统在舞台静止时通过单向阀6隔开，使液压缸在台面静止时减小负载，减小内泄，末级通过机械制动将台面固定，并将台面沉降的微小变化通过变矩器扩大传给制动器，得以控制、锁定台面，避免台面长时间静止时因液压系统泄漏造成定位不准的问题。这样既利用液压系统低速大功率调速的优点，又利用了机械传动容易同步、制动简单可靠的优点，由于平衡块的应用，减小了驱动功率，使运行平稳。又因为是五点提升所以台面不需要太高的刚性，因而变形小，重量轻，运行平稳，定位准确沉降小，通过长时间使用效果良好。为了保证驱动臂本身具有良好的水平稳定性，同时在升降机机坑的两侧墙上固定导轨，在升降机台面钢结构上安装导靴，导轨与导靴之间衬垫聚四氟乙烯材料，具有很小的摩擦系数及优异的耐磨性。导轨与导靴之间的间隙可以调整，通常在0．1毫米以内，完全能够满足升降机水平稳定性要求。在升降机机坑底部装设缓冲装置，以进一步提高安全性。定位控制采用固定多点行程开关形式，行程开关选用进口开关产品(如日本oMRoN)。
垂直液压传动大型举升设备除具备上述功能及特点外，还具有以下特点：1)同步精度高，重复定位误差一般不大于5mm ；2)运行平稳可靠，故障率小；3)安装调试过程相对双缸剪刀撑液压驱动更加简易可靠。
垂直液压传动大型举升设备的设计计算需根据功能及外载要求合理设计、准确计算，对关键部件要详细分析，对出现的问题要认真加以改进，方能达到要求，制造出精良的设备。本文就垂直液压传动的动力性能进行了分析研究，期求为合理配置驱动功率和结构设计寻求新的途径。
前三种形式动力均为电动机，机械传动。丝杠螺母副式近年来应用最多，驱动机动力由皮带传动于地轴至中间减速器，再分别传动于前后丝杠减速器，最后由四对丝杠螺母副驱动台面升降。其特点是：举升台面大，行程长，同步精度高，运行平稳可靠，故障率小。其次，这三种形式均要求较深的基坑(即基坑深度必须大于升降行程)。
液压传动以其诸多优点在升降机机械中得到广泛应用，基本上与机械传动平分天下，但其也存在着一定的缺点。大型升降舞台一般采用双剪叉撑、双缸顶升的方式，这样就存在以下几个问题：1．双缸同步问题；2．剪叉低角度启动力矩大，需要功率储备大，如不使用剪叉撑结构而使用多只液压缸直接顶升又不容易解决多缸同步问题，尤其是台面下降时；3．双缸内泄漏不同造成台面升起后长时间停放时沉降的平衡问题。
如要在液压系统中解决以上问题，只有在控制系统中使用计算机控制技术，否则很难取得满意效果，尤其是多台并用时更为明显。但在使用率不高的舞台机械中使用计算机成本太高，另外要解决低角度启动力矩大的问题，剪叉撑在舞台降到最低时必须保持一定角度，这样就造成基坑过深，土方量增大，并造成升起后支点靠一端，承重点不合理，重载时台面变形，如要解决这个问题，就得增加台面钢结构钢度和自重，势必要增加驱动力。目前国内外应用液压传动由于受到液压元件质量水平的限制以致影响到整个设备的可靠性，而进口元件昂贵又一时难以承受，由此而产生了对高效率机械传动结构的需求。
综合机械和液压的各自优点，在舞台升降机设计中采用液压与机械传动相结合的方式，利用液压低速大功率调速平稳，机械传动制动可靠的长处，液压传动与机械传动并用取得了很好的效果，具体方案如图2所示。中央垂直安装一液压缸，活塞顶部通过4根工业链条顶升台面四角，同时液压缸活塞顶部通过缓冲块与台面连接形成五点顶升，使台面在重载荷时变形小，链条之间通过钢性传动轴连接达到同步，并通过传动轴及变矩器与机械制动器连接，形成可靠的制动系统。
升降机动力系统初级传动使用液压系统，保留了液压传动的优点，但因为使用的是单缸所以不存在同步问题，末级使用链条传动省去耗材多、低角度启动力矩大的剪叉结构，并增加了液压助力器，减小了启动瞬间的驱动功率，升降机面采用桁架结构，并设有一定向上的拱起，因为顶升点多，所以在同等荷载情况下台面刚性要求相对低，节约了造价。
针对液压系统存在的泄漏问题，我们在系统中加有液压锁，尽量减少系统泄漏造成的沉降问题。舞台的升降动作，要求舞台升降时要平稳，保证其停止时不跌落。工作原理如图3所示。以从地基坑上升到指定位置为例：工作时启动液压泵2，液压油通过溢流阀3使电磁换向阀4上的电磁铁b通电，油液经液控单向阀6，推动液压缸7上的配重块1O向下运动，驱动液压油经节流阀11进入驱动缸，使台面上升至指定位置，电磁阀4得到到位信号后断电复中位，泵卸载停机。舞台下降时，起动液压泵2，电磁阀4上的电磁铁b断电，电磁铁a通)电，液控单向阀6反向打开， 由于舞台台面重量略重于平衡块10的重量，利用舞台台面自重使舞台下降， 回油将平衡块10缓慢顶起，台面的下降速度以及平衡块10上升速度由节流阀调节，电磁阀4上的节流孔9用来辅助调节下降时间。其优点是占地面积小，下降时可利用舞台的自重实现液压缸的回程运动而无需动力；上升时借助平衡块的重量，只需少量的液压力，节约了能量。
机械传动部分，链条通过链轮组、传动轴、变矩器与机械制动器组成机械制动系统，将荷载与液压系统在舞台静止时通过单向阀6隔开，使液压缸在台面静止时减小负载，减小内泄，末级通过机械制动将台面固定，并将台面沉降的微小变化通过变矩器扩大传给制动器，得以控制、锁定台面，避免台面长时间静止时因液压系统泄漏造成定位不准的问题。这样既利用液压系统低速大功率调速的优点，又利用了机械传动容易同步、制动简单可靠的优点，由于平衡块的应用，减小了驱动功率，使运行平稳。又因为是五点提升所以台面不需要太高的刚性，因而变形小，重量轻，运行平稳，定位准确沉降小，通过长时间使用效果良好。为了保证驱动臂本身具有良好的水平稳定性，同时在升降机机坑的两侧墙上固定导轨，在升降机台面钢结构上安装导靴，导轨与导靴之间衬垫聚四氟乙烯材料，具有很小的摩擦系数及优异的耐磨性。导轨与导靴之间的间隙可以调整，通常在0．1毫米以内，完全能够满足升降机水平稳定性要求。在升降机机坑底部装设缓冲装置，以进一步提高安全性。定位控制采用固定多点行程开关形式，行程开关选用进口开关产品(如日本oMRoN)。
垂直液压传动大型举升设备除具备上述功能及特点外，还具有以下特点：1)同步精度高，重复定位误差一般不大于5mm ；2)运行平稳可靠，故障率小；3)安装调试过程相对双缸剪刀撑液压驱动更加简易可靠。
垂直液压传动大型举升设备的设计计算需根据功能及外载要求合理设计、准确计算，对关键部件要详细分析，对出现的问题要认真加以改进，方能达到要求，制造出精良的设备。本文就垂直液压传动的动力性能进行了分析研究，期求为合理配置驱动功率和结构设计寻求新的途径。
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