手動反翻轉(zhuǎn)活門機構(gòu)淺析

李陽 嚴睿晟 徐慧文

摘要：介紹了一種集約化模組手動翻轉(zhuǎn)活門機構(gòu)。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)活門;手動

1 概述

隨著科技進步與演藝市場變革，各類秀場類演藝劇院項目層數(shù)不窮，推動了相關(guān)設(shè)備的研發(fā)。本文介紹了一種全新的集約化手動翻轉(zhuǎn)活門，可以用于各類小型雜技項目。

快速翻轉(zhuǎn)活門根據(jù)演出需要在劇院特定位置設(shè)置，可以實現(xiàn)人員或者景物快速變換，產(chǎn)生特殊演出效果。舞臺設(shè)備中的翻轉(zhuǎn)活門一般分為電動翻轉(zhuǎn)活門與手動翻轉(zhuǎn)活門兩種。所謂電動翻轉(zhuǎn)活門是指利用電動推桿或者伺服電機等實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)活門快速打開與恢復(fù);所謂手動翻轉(zhuǎn)活門是指利用手動機構(gòu)，人為配合演出完成設(shè)備動作與恢復(fù)。在各類秀場演出中，舞臺設(shè)備中的翻轉(zhuǎn)活門使用過程中需確保與現(xiàn)場表演同步，因此對翻轉(zhuǎn)活門在靈活度和易操作度上要求較高。從安全角度上看，翻轉(zhuǎn)活門的安全性與演出人員的生命安全息息相關(guān)。若翻轉(zhuǎn)活門出現(xiàn)故障，不僅影響演出效果，嚴重的甚至威脅工作人員的生命安全。因此，翻轉(zhuǎn)活門需定期進行設(shè)備維護，以確保演出人員安全。手動形式的翻轉(zhuǎn)活門在這兩方面有較大優(yōu)勢：第一，手動翻轉(zhuǎn)活門操作簡便且靈活，可以更好地配合演出人員的現(xiàn)場表演;第二，手動翻轉(zhuǎn)活門故障率遠低于電動翻轉(zhuǎn)活門，同時在日常維護上，手動翻轉(zhuǎn)活門也比電動翻轉(zhuǎn)活門更為方便。手動翻轉(zhuǎn)活門可以通過側(cè)插銷機構(gòu)、絲桿機構(gòu)、凸輪楔塊機構(gòu)等多種形式實現(xiàn)，但各類系統(tǒng)各有優(yōu)缺點。其中插銷機構(gòu)鎖定力較大，不容易解鎖與恢復(fù);絲桿機構(gòu)難于實現(xiàn)快速出發(fā)與快速恢復(fù);凸輪楔塊機構(gòu)較難實現(xiàn)穩(wěn)定鎖定狀態(tài)。

本文闡述的手動翻轉(zhuǎn)活門利用反拉自鎖鉤與滾動銷，采用全新思路設(shè)計。當翻轉(zhuǎn)活門處于補平狀態(tài)時利用反拉勾壓力點自鎖特點，使臺面全部壓力通過反拉勾傳遞到兩側(cè)主梁上，形成穩(wěn)定平衡的靜止狀態(tài)。當手動拉動翻轉(zhuǎn)繩時，拉桿克服了壓簧壓力，經(jīng)過一小段弧形滑動，反拉鉤迅速解鎖，翻板利用自重下滑，快速觸發(fā)運動，翻板迅速打開。

2 機械組成

3 設(shè)計過程

本設(shè)備中自鎖拉鉤是關(guān)鍵零件，關(guān)系到系統(tǒng)安全性及使用可靠性，另外手動拉動及恢復(fù)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)也必不可少。

3.1 自鎖拉鉤設(shè)計

F1：翻轉(zhuǎn)活門總載荷;L1：翻轉(zhuǎn)活門總載荷力臂;F2：翻轉(zhuǎn)活門載荷轉(zhuǎn)化到鎖定鉤受力;F2’：鎖定鉤反向支撐力;L2：鎖定鉤對應(yīng)翻轉(zhuǎn)活門翻轉(zhuǎn)鉸鏈力臂;F3：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)阻力;L3：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)阻力臂;F4：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力;L4：鎖定鉤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力臂

實際設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過層層轉(zhuǎn)化F4值很小，僅需要非常小的驅(qū)動力，即可將翻轉(zhuǎn)活門驅(qū)動打開。同理，一個很小的彈簧反向作用在F4點，將對系統(tǒng)末端產(chǎn)生非常大的阻力。理論上若鎖定鉤安裝位置保持水平，F(xiàn)2’延伸線在鎖定鉤翻轉(zhuǎn)鉸鏈點上，將對整體系統(tǒng)自鎖，必須通過F4驅(qū)動力才能打開活門。

3.2緩沖系統(tǒng)設(shè)計

緩沖系統(tǒng)的選擇需正好將翻轉(zhuǎn)活門瞬間產(chǎn)生的沖擊能量化解。這樣才可以保證緩沖系統(tǒng)長期使用，瞬間化解能量，防止反彈。

s5：緩沖作用行程;g：重力加速度;G：翻轉(zhuǎn)活門重力;F5：緩沖器平均受力;V：緩沖器觸發(fā)初始速度;則

需要根據(jù)F5選取適合的緩沖器，緩沖器能量值越接近計算數(shù)值效果越好，緩沖器選擇過小則設(shè)備容易損壞，無法起到吸收全部能量的效果，會有一定反彈;緩沖器選擇過大，則設(shè)備沖擊較大，不利于保護轉(zhuǎn)動副等構(gòu)件壽命，且成本較高。

3.3活門關(guān)閉拉力計算

假設(shè)則：

單人可以較為輕松關(guān)閉翻板。

3.4結(jié)構(gòu)強度計算

鎖定鉤強度計算

本設(shè)計中共4組鎖定鉤，臺面面積S=1㎡;假設(shè)單位面積載荷M1=5kN，臺面單位面積自重M2=1kN，總載荷6N。

單個鎖鉤受力F6：

分別多鎖定鉤、臺面鋼結(jié)構(gòu)進行有限元分析，可以得出應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等各類信息，結(jié)構(gòu)完全符合使用需求：

4 技術(shù)特點

4.1 結(jié)構(gòu)形式新穎：通過鎖定鉤與滾輪銷觸發(fā)臺面動作，結(jié)構(gòu)較為緊湊，使用方便，易于安裝維護;采用模塊化設(shè)計，可以方便的整體更換，提高了安裝及維護效率。

4.2 安全可靠：采用機械自鎖結(jié)構(gòu)，滿足結(jié)構(gòu)承載最大強度。

4.3 觸發(fā)靈敏：通過杠桿效應(yīng)，減小了觸發(fā)力，觸發(fā)靈活方便。

5 結(jié)束語

本設(shè)計為臺下雜技演出或者各類綜藝節(jié)目中自由落體翻轉(zhuǎn)活門提供了一種解決方案，適用于各類中小型演出場所。