一种无级调速大幕的设计研究

王斌

甘肃工大舞台技术工程有限公司 甘肃 兰州 730050

1 无级调速大幕的机械设计

大幕设备是舞台机械设备中的关键性机械设备，使用频繁，安全性要求极高，用来悬挂对开幕布，做双向打开或闭合用。剧场作为文艺演出和会议使用的主要场所，大幕设备是必不可少的机械设备，目前主要有对开提升功能和单一对开功能两种大幕设备，通常以单一对开功能为主，大幕的使用方式有对开，斜拉，提升，因为其安装位置特殊，功能独特，从某种程度上决定了整个剧场的装饰风格，演出效果。所以大幕设备的机械结构显得复杂而分散，如下图1大幕机械结构图。

目前，常用的镜框式舞台，对于具有升降对开功能的大幕，大幕导轨可以在上下限位之间垂直自由运动，提升速度0.007～0.7m/s，在舞台栅顶设备层位置安装升降用驱动机，升降钢丝绳通过L型电机卷筒，导向滑轮，吊点滑轮传动。只有对开功能的大幕导轨，位置是固定的。大幕导轨一般悬挂在栅顶正下方，安装在距离台口下沿位1.5m位置，舞台台口正上方，假台口与台口墙体之间，根据台口宽度设计位置吊点，一般为7到8个吊点，吊点钢丝绳从栅顶引下和导轨吊点挂钩通过花篮螺栓，钢丝绳卡紧固连接，为了防止大幕运动过程中架体晃动，可以和台口墙体之间做刚性连接固定。现代剧场舞台台口宽度根据剧场建设规模，功能定位各不相同，通常有18m，20m，22m几种形式，台口宽度决定了导轨的长度，导轨一般要延伸至舞台左右侧各2.5m左右，靠近一层天桥边沿，利于隐藏悬挂的幕布，改变台口位置大小。大幕导轨由承载幕布运动的导轨，均匀伸缩的连锁片，传动钢丝绳，牵引钢丝绳的首车装置，收缩钢丝绳的导向水平滑轮，悬挂固定用钢丝绳，行程保护限位开关，位置检测增量型编码器，手动拉绳应急摩擦轮装置，驱动电机组成，对开电机钢丝绳曳引传动。导轨上部分是120×120×5的方管，下部是两根50×50×5的角钢，中间留有15mm的缝隙，上下整体用连接件螺栓固定，横截面形成一个长方形，均匀伸缩的连接片就卡在导轨内部，连接片由大小型号一致的长方形连接件组成剪刀撑形状，让所有的连接件做到同步打开，同步闭合，从而做到均匀收缩，对开牵引钢丝绳选用3ZBB6×7+FC1770ZS型，单层缠绕在舞台面电气控制柜内驱动电机卷筒（Ф264）上，采用压绳卡子在卷筒绳槽位置用内六角螺栓打孔固定，形成一个完整运动闭环，减速电机通常选用性能稳定，无噪音扭矩恒定的恒齿EKA37-（YPEJ-50-1.5-4-B5+E）-15.39-M1-270°，单制动，可手动释放（出现机械或电气故障时应急使用）。牵引钢丝绳的首车装置根据钢丝绳的缠绕情况确定卡位，固定在钢丝绳上面，随着钢丝绳的运动，牵引均匀伸缩的连锁片做左右运动，单边对开速度为0.01～1.0m/s，实现大幕双向打开闭合功能，收缩钢丝绳的导向水平滑轮在导轨的端部位置设计，可以手动改变水平滑轮与导轨端部的距离，钢丝绳换向时跨过水平滑轮即可实现，同时还可以根据实际需要收紧钢丝绳，增大钢丝绳与滑轮的摩擦力，防止大幕开合过程中钢丝绳打滑，导致驱动电机无法正常拉动幕布。位置检测编码器采用电机后出轴连接，可选择弹性联轴器或盲孔固定安装，一般选用ELCO增量型编码器（EI40F8-L6PR-1024），以提高幕布运行的定位精度。行程保护用限位开关选用霍尼韦尔SZL-VL-S-J（拨杆式）4个，SZL-WL-DC01AH（羊角式）2个，限位开关设计在导轨的中部和端部，即大幕幕布完全闭合位置和打开停止位置，根据台口宽度，舞台侧台幕布收缩量确定具体安装位置，驱动电机设计在导轨的端部，第一个吊点钢丝绳位，以减轻驱动机重量对导轨的影响，形成集中载荷，防止导轨弯曲，扭曲变形，导致大幕均匀伸缩连锁片开合运动不畅，出现卡滞现象！

2 无级调速大幕的电气设计

无级调速大幕采用变频器控制。如下图2（电气控制原理图）

大幕的打开闭合运行，在没有使用变频器驱动之前，主要的变速操作方式是操作人员依靠手臂摇动驱动齿轮机构，通过手臂摇动的速度快慢来控制幕布的打开闭合速度，变频器的出现和应用完美地解决了这一问题，在工频0～50Hz之间根据需要随时调节速度，实现了真正意义上的软起软停，运行位置可知，速度可控，无级调速。电气控制部分由变频驱动单元，运行指令发送单元，运行速度模拟量给定单元，运行指示显示单元，故障显示复位单元组成，电动和手动两种控制方式。电气控制柜安装在舞台面上场口位，大幕设备导轨末端正下方，通过网络通讯接入舞台机械控制系统，采用上位机下发运行指令，速度指令，实现大幕机远程控制。本地控制终端设计在大幕电气柜正上方，部分剧场还设计了壁挂柜操作方式，这些不同的操作方式结合了端子控制和网络控制的所有优点，外部限位信号，本地操作指令，直接进入变频器输入端子，模拟量速度信号直接接入变频器模拟量端子，有电流4～20mA和电压0到±10V两种信号源可供选择，网络通信利用profibus-dp接口和主控系统CPU实现互联互通。操作面板正上方设计有钥匙开关，本地远程转换开关，电源按钮，报警复位按钮，速度显示板，位置动态显示条，指令操作按钮，速度给定旋钮，操作人员在大幕电气柜就可以实现本地控制。本地和远程都属于电动控制模式。手动控制是指在设备断电或出现故障的情况下，操作人员通过手动拉绳带动摩擦轮驱动大幕运行机构实现对开闭合的行为，手动控制是一种备份操作方式，依靠拉绳和过绳轮之间的摩擦力带动大幕运行机构实现设备运转。驱动变频器一般采用施耐德ATV312变频器 ，诺德变频器，CT变频器，西门子变频器等进口和国产的变频器，利用profibus- dp，Can等通讯方式连接远程主机，本地速度给定板采用自主研发的本地远程可随时切换的GDWT-BD-YC-0120线路板，启动指令给定采用GDWT-WTJX-0130线路板，点动联动都可以通过操作按钮实现。根据不同型号的变频器，设置相应的启动指令给定，速度给定通道，通讯方式参数，建立通讯连接，读取外部限位信号，急停信号，位置检测信号，读入上位机指令，就可以完成正常的本地远程切换操作，控制大幕设备。

3 无级调速大幕的应用

大幕设备作为舞台机械产品的核心产品，只要有剧场就会有大幕设备[2]。是演出和会议中不可缺少的应用设备，悬挂在大幕导轨上的幕布大大提高了舞台的装饰效果，缓缓拉开的大幕给人以身临其境之感，演员造型跃然舞台，让舞美艺术展现的淋漓尽致[3]。以杂技表演为主剧场的蝶形对开大幕，以会议类活动为主剧场的均匀对开大幕，以多功能演出活动为主剧场的升降对开大幕，未来随着剧院功能的多样化，舞美设计水平的不断提高，会有更多的，各种各样的大幕设备广泛的应用与各大剧场，为舞美艺术的不断发展增添色彩！

4 结束语

伴随着社会经济的飞速发展，文化产业的日趋成熟，繁荣发展和转型升级，人们对精神文化生活的不断追求，文化消费的需求越来越高，一场别出心裁的文化盛宴，离不开剧院内舞台的反复锤炼打造，大幕作为演出时最重要的舞台设备，也会随着时间的推移不断更新完善它的使用效果。剧院建设的多样化，剧场功能的差异性要求，对大幕设备的性能提出了更高的要求，大幕设备一定会随着人们对舞美艺术的不断追求而不断完善！