一种新型卷盘式灯光升降吊机的设计与应用*

2019-01-18万占宁

机械研究与应用 2018年6期

万占宁

(甘肃工大舞台技术工程有限公司，甘肃兰州 730050)

0 引言

灯光升降吊机是舞台机械台上设备中的一种吊挂升降设备，其广泛应用在剧院、电视台演播厅、多功能厅、会议厅、户外演绎秀场等，可用于提升灯具或其它演出道具。目前普遍应用的灯光升降吊机是电机减速机带动卷筒钢丝绳提升灯具，配置收线器收放供电电缆，实际是提升和供电的两套设备同步运行，这种提升系统结构复杂，故障率高，成本高，使用多有弊病。设计一种新型灯光提升吊机，去除电缆收线器辅助机构，只使用一套升降机构，使用新型钢丝绳、电缆复合绳缆吊挂灯具，进一步简化结构，减少运行故障，降低成本。

1 传统灯光提升系统结构特点

目前在舞台设备中，有悬挂提升重物需要时采用卷筒钢丝绳的提升方式，但被提升物件有供电需要和信号传输需要时需另外配置电缆附加相应的收线机构同步运行，特别是舞台上运用最多的灯光升降机构，不仅需要能吊挂承载灯具重量的钢丝绳，还需要能给灯具供电的电缆，因钢丝绳能承载灯具重量但不能供电，电缆能给灯具供电但不能吊挂一定的重量，由此产生使用两套机构同时运行而组成统一的灯光升降系统，升降时钢丝绳随着卷筒的旋转而缠绕在提升机构卷筒的绳槽内，供电电缆则由附加的收线器控制跟随灯具的来回升降而收放。

一个灯具的升降由两套升降机构升降运行导致机构繁杂，设备运行同步性差、可靠性差、成本高。这种结构时常会发生电缆收放不同步而造成电缆拖缆或坠缆故障，而影响灯具不能正常升降，时而造成灯具供电或信号中断现象。传统灯光升降机构如图1。

图1 传统灯光升降机构

从图1可以看出，一个灯具上面同时连接钢丝绳和供电线缆，附加物太多太宽影响观众视线，另外灯具在最高点和最低点时所对应的钢丝绳在卷筒上的接入点在水平方向有位移，从而导致灯具在水平面上的投影点有位置变动。灯具行程越大，钢丝绳和线缆水平位移越大，水平面内灯具的位置变动也就越大，在实际使用中灯具提升机构和卷线器是安装在舞台栅顶或厅堂天花板以上空间的，而厅堂天花板往往不许开有过大下钢丝绳的孔洞，有时也会受到安装顶部格栅结构件的限制而使钢丝绳和线缆水平位移不能太大，即使固定钢丝绳的下绳点也会使钢丝绳对卷筒的入绳角度过大而发生钢丝绳跳槽现象。

2 新型灯光提升系统的设计

2.1 设计要求

引用技术文件《卷盘式轻载吊杆驱动机》[2]和《新型钢丝绳、电缆、光缆复合绳缆》[3]的特殊结构，简化升降提升机构，将卷筒提升机构改用卷盘式提升机构；去除收放电缆的卷线器，采用既能提升灯具又能给灯具供电的新型钢丝绳电缆复合绳缆，配置卷盘中心滑环，下绳点配置固绳机构防止升降时灯具水平移位。

2.2 卷盘式轻载吊杆驱动机结构的可引用性分析

卷盘式轻载吊杆驱动机的输出轴上安装可供单根钢丝绳缠绕的夹板槽式卷盘，卷盘夹板槽的宽度可限制仅供单根钢丝绳在卷盘夹槽内径向逐层缠绕而不夹层，不夹绳，钢丝绳头在卷盘中心孔处引出并在夹板外侧面上固定。一个卷盘对应电动吊杆一个吊点的提升需要，可根据吊点的数量需要配置卷盘的数量。加装吊杆行程控制机构。按舞台机械设备吊杆驱动机的载重量和提升速度要求配用相应功率的制动电机和减速机[1]。卷盘式轻载吊杆驱动机如图2。

图2 卷盘式轻载吊杆驱动机

卷盘局部结构如图3。本吊杆驱动机显著特点是不受钢丝绳入绳角度的限制和安装空间的限制，容易安装。新型灯光提升吊机可采用它的卷盘式缠绕结构。

2.3 新型钢丝绳、电缆、光缆复合绳缆结构的可引用分析

新型钢丝绳、电缆、光缆复合绳缆是在同一复合绳缆外皮内设置钢丝绳，电缆或光缆，钢丝绳、电缆或光缆之间被填充物固定且相互绝缘，内置填充物、电缆、光缆、绳缆外皮都是柔软的具有一定弯曲度的柔性绝缘材料。

它的显著特点是钢丝绳、电缆或光缆被复合在同一缆绳中，在有提升、供电或信号采集传输需要的设备中只需要配置一套提升机构即可，这样整齐简单而不分散，成本低，设备运行同步性强、可靠性高，新型钢丝绳、电缆、光缆复合绳缆结构如图4。

图3 卷盘结构图4 新型钢丝绳、电缆、光缆复合绳缆结构

新型灯光提升吊机可采用它的复合绳缆结构，将提升和供电的钢丝绳和电缆合二为一使用，可以很大程度的简化结构。

2.4 设计结果

在分析和综合应用卷盘式轻载吊杆驱动机和新型钢丝绳、电缆、光缆复合绳缆的特殊结构基础上，按灯光提升需要设计出一种新型卷盘式灯光升降吊机，可作为专用灯具的提升设备使用，其设计结构如图5。

图5 新型卷盘式灯光提升吊机

新型卷盘式灯光提升吊机采用了夹板槽式卷盘作为旋转缠绕升降结构，采用了兼起吊灯具和供电功能为一体的钢丝绳、电缆复合绳缆，弃用卷筒缠绕升降和使用卷线器收放电缆的繁杂结构。

新型卷盘式灯光提升吊机的卷盘中心安装有供电滑环，在卷盘边缘下绳点安装防止灯具偏移的固绳轮，保证在全行程内灯具升降时所对应的水平投影位置不变动。

这里对复合绳缆的截面和内置钢丝绳、线缆的排布做了调整，如图6所示复合绳缆的截面由圆形变成扁平形状，起吊灯具的钢丝绳作为两根对称布置在两侧，中间布置供电线缆，目的是让扁平的绳缆起吊灯具时受力均匀。扁平绳缆包有柔软的耐磨损可弯曲缠绕的绝缘外皮，内部填充绝缘柔性材料固化钢丝绳和供电线缆空间位置，防止篡位。截面改变为扁平形状，减少了绳缆缠绕时占用卷盘径向尺寸，相同的行程卷盘直径可以做的更小，且有利于扩展大行程使用。由于所提升的是单个灯具，重量较轻，但也要按照舞台机械设备相关安全系数[5]要求选取钢丝绳直径大小，相关有绝缘要求的材料也要达到一定的绝缘等级[4-5]，保证使用安全。

夹板槽式卷盘详细机构见图7，夹板槽式卷盘作为旋转缠绕升降结构，合理设计夹槽宽度和与扁平线缆间隙，保证升降时扁平线缆能逐层缠绕通畅，不夹层不卡槽。