舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计说明书.doc
舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计含11张CAD图
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舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计含11张CAD图,舞台,防火,提升,下降,装置,开发,设计,11,CAD
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附录1：外文翻译在周期性链轮振荡下，链驱动系统的稳定性 实验结果表明，由动力列车载荷引起的发动机凸轮轴的周期性扭转振动能在时间链上引起较大的张力变化，并放大链条横向振动和噪声水平。结果表明，链轮动力特性和链振动特性是紧密耦合的。到目前为止，链传动模型无法解决这些现象。摘要提出了一种以轴向运动链的横向和纵向振动为基础的综合链传动系统的非线性模型。利用该模型，研究了链轮周期载荷对整个系统的影响。结果表明，链轮振荡会引起连锁纵向振动。这可能会破坏系统的稳定，并导致链条承受较大的横向振动。发现了参数谐振子的次谐波和求和类型，并推导出了不稳定区域。研究了各种系统参数的影响，如链轮惯性、链速度和在不稳定区域内的速度相关的激励频率。结果表明，稳定边界的陀螺条件具有重要的意义。1 背景链传动是机械系统中最有效的传动方式之一。链传动的主要优点是灵活地选择轴中心,能够驱动多个轴,易于装配和调整,效率高、密实度、高耐用性和可靠性,广泛的力量和速度的能力。然而，由链条驱动产生的噪音和振动一直是一个问题，特别是在今天的产品中需要更高的速度、更轻的重量和更高的质量。各种研究人员对链传动的振动进行了建模和研究。为了对这一主题进行全面的回顾，读者可以参考王和刘。本文仅对目前研究中最相关的一些研究进行了简要回顾。各种噪声源已确定实验在一个滚子链Uehara和及其驱动系统。最重要的是啮合噪声引起的链轮齿和链式滚筒之间的交互活动,从轴承传动噪音,敲打振动引起的噪声链跨度影响导游。莫里森首先用四连杆的类比分析了链传动中的多边形动作。这种运动分析从那时起就被广泛使用。特恩布尔和福西特讨论了动态行为链的一系列独立的刚性链接。结果表明，随着速度的增加，链惯性效应是重要的，而单纯的运动学分析则变得不那么准确。Mahalingam模拟动力传动链轴向移动沉重的字符串,并调查他们的横向振动特性。Parametricall兴奋不稳定造成的多边形行动是由Ariartnam和Asokanthan报道。一个基本分析影响惯性固定链/链轮啮合过程中被王了。扩展王的工作，将横向振动与分析结合起来。结果表明，横向振动速度和啮合脉冲相互影响较大。在先前的分析中，链纵向运动、链横向振动和链轮动力学通常被认为是相互解耦的。例如，在多边形动作研究中，链的横向振动不包括在模型中。另一方面，当对链横向振动进行研究时，通过在链轮上的通过，将振动链段与系统的其余部分分离。在恒速或恒转矩条件下，链传动系统也得到了研究。2 问题陈述最近的一项实验观察表明，发动机凸轮轴的周期性扭转载荷能在时间链上引起较大的张力变化，并放大链条横向振动。该结果表明，链轮动力特性和链振动行为是紧密耦合的。由于链横向振动可以显著影响系统噪声影响链式/链轮啮合过程和链/指导交互,这个问题需要仔细研究。由于上一节所述的原因，链驱动模型无法解决这些现象。这篇论文的目的是开发一个综合动态模型的链传动夫妇链条与链轮跨越,并研究系统动态行为在链轮外部引起的振荡周期加载在此基础上推导出模型。尽管该方法是通用的，但使用引擎计时链系统作为例子来说明该研究。3 制定 3.1 模型推导 图1显示了链传动的原理图，并在命名法中定义了符号。链的跨度被建模为两个轴向移动的弦，它们的末端固定在两个刚性的链轮上，由线性弹簧支撑。定义这个问题的假设如下:(1)的位移测量链跨越和链轮的运动从最初的恒张力恒定速度,持续的驱动转矩,驱动的零负荷,轴向移动链配置和相应的恒速链轮的状况。(2)恒转矩输入应用于驱动轴。驱动链轮是在周期性的扭转激励下。这是在一个时间链系统中模拟凸轮轴的外部负载。为了讨论，链多边形作用对系统的影响被认为与链轮扭转激励效应相比可以忽略不计。(3)等效线性扭转阻尼器是假定两个链轮模拟摩擦在链轮轴接口。(4)之间的间隙和滑链和链轮不考虑。(5)初始张力紧和松边链的驱动链轮的扭转阻尼力平衡和常数在最初的恒速条件下驱动转矩。(6)出平面运动链的不考虑。(7)链的纵向位移跨度相比非常小的横向位移。(8)只在轴向因变量的变化很重要,方向。上面的模型表明,链跨越的纵向振动是耦合运动通过链轮,链条横向与纵向振动非线性耦合振荡。扭转加载驱动链轮会诱发纵向运动链横向跨度和激发。 3.2 离散化 为一个精确解的方程式(1)-(10)无法在一般情况下,获取金混合弱形式的离散化追求。4 分析和讨论出于讨论的目的,让链轮支持是刚性的,司机转矩保持不变,从动链轮与无量纲励磁频率谐波负载下Q(T = Ti0 cos QT)。这模拟了一个典型的发动机凸轮驱动的定时链系统，在表1中列出的参数在表1中列出，除非有不同的表述。5 结论 (1)角振荡的链轮链条传动系统将产生纵向振动的链跨越。这也将导致链振动横向通过非线性耦合效应。随着激励频率和链轮惯性的增加，激励引起的链张力变化幅度减小。(2)分谐波类型和求和类型参数共振对琐碎的横向解决方案。摘要研究了轴向运动连续参数的参数稳定性问题，并对几个重要系统参数对稳定性边界的影响进行了深入的研究。其中包括链轮惯性效应、链陀螺仪和速度效应，以及与速度相关的激励频率的影响。本文提出了一种解决这些问题的方法，并对链传动动力学的研究提供了新的见解。(3)摘要旅行链的陀螺效应和速度的提高，将减少次谐波共振的不稳定性区域，但会引起组合共振的不稳定区域的增加。忽略陀螺仪的术语会导致预测稳定边界的重大错误。参数谐振区随链轮惯性的增大而减小。(4)参数不稳定发生的关键驱动速度随激励频率和递增的顺序减少链条张力。致谢 这项研究得到了通用汽车公司的支持。作者也想感谢他的同事教授S.I.哈耶克和m . w .崔德威陈和弗兰克博士(通用研究实验室)的建议,和辛迪米勒太太准备这个手稿。附录2：外文原文任务书论文(设计)题目：舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计工作日期：2016年12月12日 2017年05月22日1.选题依据:本题目来源于工程设计问题，属于工程结构设计类问题。通过本次毕业设计，学生能够将理论与设计联系在一起。可以培养学生查阅文献、分析问题、解决问题的能力。题目工作量适中，难易程度适中。2.论文要求(设计参数):平衡差m=500kg，幕体最大提升高度H=10m ,幕体提升速度0.2m/s ,幕体下落速度vx（总时间小于 45s）:距台面 2.5以上v1 =0.3 /； 距台面 2.5 0.2 v2=0.2 /；距台面 0.2以内v3=0.05 /。卷筒直径Dj=275mm, 钢丝绳直径ds=11mm3.个人工作重点:1.通过已知参数，对相应结构进行尺寸设计2.幕布提升与下降装置的机械结构设计3.对阻尼装置进行结构设计4.工程二维图纸的表达4.时间安排及应完成的工作:第1周：明确设计任务，了解设计选题，和指导老师沟通设计内容 第2周：查阅相关中英文文献，做好英文文献的翻译工作第3周：书写开题报告，和指导老师沟通，进一步完善开题报告内容 第4周：完成开题报告，进行开题报告答辩第5周：分析舞台防火幕布的工作原理第6周：根据设计参数对卷筒进行设计 第7周：根据设计参数对联轴器进行设计第8周：根据设计参数对轴承进行设计第9周：根据设计参数对链条传动系统进行设计 第10周：整理前期工作，并进行中期检查第11周：进行阻尼装置中的液压缸设计第12周：进行阻尼装置中的螺杆设计第13周：用CAD软件完成装配图和零件图的设计第14周：书写设计说明书第15周：制作ppt，进一步修改说明书，进行毕业答辩5.应阅读的基本文献:1魏发孔;耿向忠;宋耀军，舞台防火幕提升阻尼系统性能试验研究及改进J,起重运输机械,2002.122李永平，舞台防火隔离幕热工性能及安全机理分析J,甘肃工业大学学报，1997.6 3李振军，剧场舞台防火幕的改造方案解析J,艺术科技，2016. 4徐铁;周省如;闰瑛;任大刚,中华人民共和国文化行业标准-舞台升降式刚性防火幕,1993. 5徐长城，舞台防火隔离幕驱动机液压阻尼系统设计及阻尼力计算J,液压与气动，2013. 6姚国阳；刘榛，多级分片式升降刚性防火幕在哈萨克斯坦国家大剧院中的成功应用J,专题探讨，20087Billen, Andrew,Stage against the machineJ,New Statesman, 2011.8Magdi S. Mahmoud,A Comparison of Identification Methods of a Hydraulic Pumping SystemJ,IFAC Proceedings Volumes, 20129RobertL.Norton. An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanisms and MachinesJ. New York： McGraw-Hill,2003.1.10 Robert O.Parmley,P.E.Illustrated Soucebook of Mechanical ComponentsJ.New York： McGraw-Hill，2000.指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年01月03日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年01月03日 学院公章进度检查表第-1周工作进展情况完成了选题，与指导教师讨论后，初步明确了设计任务。了解了机械舞台在国内外的发展概况，做好开题报告的前期准备。重新温习了机械设计液压传动等相关课程，为整个毕业设计做好充足准备。2017年01月04日指导教师意见该生在这几周内阅读了国内外相关文献，了解了机械舞台结构设计方面在国内外的最新发展情况。与指导教师沟通论文写作思路和大纲，初步完成开题报告。但开题报告中文献综述部分写的过于简单，没有抓住文献综述写作要点，建议继续修改开题报告。指导教师(签字)：XX 2017年01月05日第 1周工作进展情况在老师检查开题报告初稿后，明确了其中的不足，继续查找了一些关于机械舞台、舞台防火幕、液压系统等主题的中文与外文文献，并且对外文文献进行了翻译，从这些文献中提取了一些需要的要点，完善了文献综述，并且继续修改开题报告，为下一步工作做好准备。2017年01月18日指导教师意见该生在假期期间进行了课题的相关的调研，查阅了大量的文献资料，并对外文文献进行了翻译和整理工作，继续修改了开题报告，为开学除的开题报告答辩做好了准备。指导教师(签字)：XX 2017年05月09日第 3周工作进展情况在本阶段时间里，我完善好开题报告，进行了开题答辩，并在与指导教师交流后，明确了设计思路，制定出详细的设计计划。2017年03月20日指导教师意见该生开学后按时返校，指导老师对开题报告再次提出了修改意见，该生修改后参加了开题报告答辩，并顺利通过开题答辩，为下一步的工作做好了准备。指导教师(签字)：XX 2017年05月09日第 5周工作进展情况本次设计的核心在于舞台防火幕的机械结构和部分液压系统分析，在第一阶段的设计内容中，我查阅了国内外很多机械舞台的资料，然后分析出舞台防火幕的工作原理，拉开了设计的序幕。2017年03月20日指导教师意见该生在这两周内，对舞台防火幕布的提升和下降装置的工作原理进行了研究，查阅了大量的文献，并初步画出了装配图。指导教师(签字)：XX 2017年05月09日第 7周工作进展情况这一阶段进行的是卷筒的设计和联轴器的选择。根据刚丝绳的直径我们初步选定卷筒外径为275mm，卷筒的长度计算公式Ld=L0+2L1+L2所得，其 值为380mm，最终取420mm。根据电机轴与减速器轴的大小，我们选择了带 制动轮柱销联轴器。再在它外面套一个TJ2交流电磁铁制动器TJ2-200/100。2017年04月08日指导教师意见该生在这两周对卷筒和联轴器进行了设计和选择，选择出卷筒的外径、长度。选择出了联轴器的类型和交流电磁铁制动器的型号。指导教师(签字)：XX 2017年05月09日第 9周工作进展情况这一阶段进行的是链条传动系统的设计与选择。为了保证传动的强度，我们选择了双列链轮，节距为12.7mm。根据前面的设计计算，选择的齿数分别为56和30。根据带链轮螺母的设计，可知螺母两端伸出的轴是通过轴 承来固定在支架上的。2017年05月05日指导教师意见该生对链条传动系统进行了设计和选择，计算出了相关数据，数据真实合理，并画出了相应的结构图。图纸有错误的地方，还需要进一步修改。指导教师(签字)：XX 2017年05月09日第 11周工作进展情况本周进行了中期检查，导师对我前期的工作给予了肯定，也开始了液压部分的设计。液压缸是液压系统的执行元件，用来将液压能转变为机械能，操纵机械按所需要求的推力和速度运动。液压缸的壁厚:15mm。小孔间距分别为7、81、265mm。2017年05月05日指导教师意见本周进行毕业设计中期检查。该生完全按照预期进度进行毕业论文的设计。本周进行液压部分设计，液压缸的零件图已经画完，但还需要修改。指导教师(签字)：XX 2017年05月09日第 13周工作进展情况这一阶段首先进行螺杆的设计与校核，也完成了全部的计算设计，然后开始了零件图与装配图的CAD设计。主要零件为联轴器、螺杆、液压缸等，对提升下降装置以及整个舞台结构进行装配图设计。2017年05月05日指导教师意见学生完成了全部的结构设计和计算，并开始进行图纸的绘制，绘制图纸包括联轴器，螺杆，液压缸等。但结构部分的计算有部分数据不准确，还需要修改指导教师(签字)：XX 2017年05月17日第 15周工作进展情况这一阶段结合所有的设计，进行说明书的书写和答辩PPT的制作，做好答辩的所有准备。首先要做好外文文献的查找和翻译，其次是摘要的书写，在PPT制作方面投入一定精力，力求做到简洁明了，一语中的。2017年05月05日指导教师意见学生所有图纸基本绘制完成，开始进行说明书的书写和ppt的制作。指导教师(签字)：XX 2017年05月17日第 16周工作进展情况这一周要完善图纸、说明书已经ppt，为整个毕业设计做好完美收官，以最好的状态迎接毕业答辩。2017年05月05日指导教师意见最后完善说明书、图纸和ppt，为论文答辩做好准备，整理好相关好文件指导教师(签字)：XX 2017年05月18日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨33遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计13 过程管 理评语 该生自接受毕业设计任务之后，通过网络或电话，每周都能主动跟指导老师联系，汇报毕业设计进度，提出问题，主动要求老师给予指导。对于老师给出的意见和建议，该生能够虚心接受，认真查找资料，并作出相应修改。作风严谨，态度认真。开题报告内容丰富，基本符合开题报告要求。截止答辩之前，该生已经完成说明书的撰写和图纸的绘制。说明书基本符合规范要求，图表、公式符合要求，图纸绘制的比较精确。基本完成指导老师布置的各项任务。指导教师签字:XX日期:2017-05-23指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108指导教师评分合计16 指导教 师评语 该生所做毕业设计为舞台防火幕布的提升和下降装置的设计与开发，舞台防火幕布在实际生活中有着广泛的应用，防火幕布提升与下降装置的优劣直接决定了在剧场中观看表演的观众的安全，因此该题目有着广泛的实际应用和研究价值。该毕业设计难度和深度适中，工作内容丰富，很好地符合了培养方案的要求。该生能够运用网络和计算机进行文献的检索，能够运用计算机相关软件进行图纸的绘制。论文中，既有结构设计，又有公式计算。论文书写、公式、图表、文字排版符合要求，图纸绘制比较精确。指导教师签字:XX日期:2017-05-23评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规109评阅人评分合计17 评阅人 评语 该设计在参考近年来舞台防火幕提升及下降阻尼装置基础上，通过文献查阅分析，结合各个机构自身的的特点，对各个机构进行具体分析，提出了整体结构以及各个执行部件结构的设计方案，方案合理可行。根据给定的相关参数进行设计计算，算出准确的下降时间，加速度，速度等，并且根据压力等液压参数选择材料、零件型号，计算结果正确。将机械的上升下降速度和液压阻尼系统有效的结合起来，通过活塞在液压缸内的运动速度调节幕体的速度，很好的把机械结构和液压系统相连接，较好地解决了问题。通过控制活塞杆的运动来控制幕体的下降速度，靠油液经过阻尼小孔的流量来进行控制活塞的的运动速度具有一定特点。论文书写规范，内容符合设计要求，可以参加答辩。评阅人签字：XX评阅人工作单位：XX日期：2017-05-24答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理108答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据108选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力108答辩委员会评分合计37 答辩委员会评语 栾林昊同学在毕业设计工作期间，工作努力，态度认真，能遵守各项纪律，表现良好。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析得当，解决问题方案实用，结论正确。 论文使用的概念正确，语言表达准确，结构严谨，条理清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，规范化较好。 具有一定的独立查阅文献资料及外语应用能力，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确。 答辩过程中，能够简明和正确地阐述论文的主要内容，思路清晰，论点基本正确；回答问题准确，有应变力；有较好的语言表达能力。答辩成绩： 37答辩委员会主任：XX2017年05月31日毕业论文(设计)成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分13指导教师评分16评阅人评分17答辩委员会评分37总分83成绩等级B成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX学院审核人签章： XX一、选题依据1、研究领域舞台防火幕提升与下降装置的机械结构设计与液压系统结构设计2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值机械化舞台的定义：所谓机械话舞台是舞台上补和下部都有机械化的舞台。舞台上部机械设备主要包括布景吊杆，灯光吊杆，灯光渡笼，假台口等等，舞台下部主要包括转台、车台、升降台三大类。其中我们所要研究的舞台防火幕是机械化舞台的一个十分重要的组成部分，也是至关重要的一部分。我国机械舞台的现状及发展前景在国内基础工业大力发展的基础上，国外新技术、新产品、新材料的不断涌入， 使国内舞台机械设备的成套能力大大增强，并涌现出一批舞台机械设计、制造厂家， 从舞台机械设计手段、采用标准、专用零部件的选用等方面逐步与国际接轨，单项指标接进或正在接近国际先进水平。如：北京首都剧院新设置的乐池升降台分为 3 块，采用 10 台螺旋升降器（Spiralifts），这是国内舞台机械总包方首次采用这一加拿大专利技术；电动吊杆分别采用伺服控制技术和矢量变频技术，定位、重复定位精度可达3，电动机、减速器采用德国独资、天津传动设备厂生产的产品。在国内舞台机械发展的同时，国外的舞台机械制造厂商也在国内积极开拓市场，承包舞台机械工程。1985 年在深圳大剧院，国内首次引进国外舞台机械设备，其中台上设备国内设计、加工，台下设备由英国剧场技术公司 (T.T)提供。90 年代初，北京保利国际剧院、二十一世纪剧院的全部台上、台下设备分别由英国 T.T 公司和日本三精公司提供。1997 年开始使用的河北艺术中心的部分台下设备由英国公司提供。1998 建成投入使用的上海大剧院的舞台机械设备由日本三菱公司总包，台上设备为韩国中央综合舞台设备公司的产品，台下为三菱公司产品，其中设备的安装、部分钢结构的加工为国内配合。随着新世纪的来临，国内文化设施建设的兴起，国内外的舞台机械生产厂家一致看好国内舞台机械的潜在市场。3、目前研究的概况和发展趋势（1）设备技术指标适当设备的单项指标与剧场的装备水平，投资规模关系紧密，应根据不同的剧场，不同的演出效果而分别考虑，而不是一味向国际趋势靠拢。（2）提高舞台防火幕提升及下降装置设备的可靠性、安全性由于舞台防火幕提升及下降装置本身的特点，它必须是绝对安全可靠的，因此， 在提高国产基础元器件产品质量的同时，应优先选用国外优质关键元器件。在安全方面，除考虑设备本身的安全外，还应考虑舞台区域整体的安全性。（3）舞台防火幕提升及下降装置设备的联合使用9在对剧场演出运营的研究中发现，一个剧场单靠自己的力量上演一台戏，其投入很大；如果接待国内外演出团体，演出服装，道具，布景的制作，运输也是一笔不小的开支，剧院单靠演出很难收回成本。如果几个相邻地区或国家，规模设施相当的多个剧院联合开发，共同投入，一定能够增加演出场次，降低演出费用，形成剧院规模化演出的效应。（4）由设备引进向技术引进过渡在有条件的地方，可借鉴国内工业项目的经验，适当引进部分舞台机械设备，由设备引进向技术引进过渡，逐步提高国内舞台机械行业整体水平，促进民族工业发展。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题防火幕下降的速度及加速度的控制，即在发生火灾的情况下能及时快速的放下防火幕，又不能因为下降的冲击力过大而对舞台造成冲击，甚至是对舞台造成破坏。所以要重点解决这个舞台防火幕的机械结构和阻尼液压系统设计2.拟开展研究的几个主要方面l 首先构思出整体的工作原理图以及工作原理l 在给定的参数,m,v,h.g,a 的情况下，求出电动机的具体功率l 根据 v 算出卷筒的转速l 根据上面的计算算出 T 型螺母的扭矩l 根据计算出来的各个参数选择合适的电动机，联轴器，减速器，钢绳，卷筒，卷筒支架，提升装置，链条传动系统等等。l 计算出活塞的速度、缸中压力以及液压阻尼孔的面积l 用 CAD 绘制出立体的结构图、零件图及装配图3.本论文（设计）预期取得的成果（1）设计出一套比较完整的防火幕的机械结构，绘制出详细的 CAD 图纸（2）设计出液压系统，绘制出装置结构图（3）给出详细的设计说明书三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；A. 根据实际的工作情况构思出工作原理图。B. 进行系统分析，根据具体的计算，参考、查阅机械手册，确定准确的参数。选择具体的零部件C. 用 CAD 制图软件绘制出各个部分的组成及结构。2.论文（设计）进度计划第 1 周：明确设计任务，了解设计选题，和指导老师沟通设计内容；第 2 周：查阅相关中英文文献，做好英文文献的翻译工作；第 3 周：书写开题报告，和指导老师沟通，进一步完善开题报告内容；第 4 周：完成开题报告，进行开题报告答辩第 5 周：分析舞台防火幕布的工作原理第 6 周：根据设计参数对卷筒进行设计第 7 周：根据设计参数对联轴器进行设计第 8 周：根据设计参数对轴承进行设计第 9 周：根据设计参数对链条传动系统进行设计第 10 周：整理前期工作，并进行中期检查第 11 周：进行阻尼装置中的液压缸设计第 12 周：进行阻尼装置中的螺杆设计第 13 周：用 CAD 软件完成装配图和零件图的设计第 14 周：书写设计说明书第 15 周：制作 ppt，进一步修改说明书，进行毕业答辩四、需要阅读的参考文献1孙恒，陈作模，葛文杰，机械原理M 北京：高等教育出版社，2013.52濮良贵，陈国定，吴立言，机械设计M 北京：高等教育出版社，2013.53刘延俊，关浩，周德繁，液压与气压传动M 北京：高等教育出版社，2007.54刘延俊，液压与气压传动M 北京：机械工业出版社，2012.15闻邦椿，机械设计手册（第 2 卷）减速器M 北京：机械工业出版社，2010.16闻邦椿，机械设计手册（第 3 卷）起重运输机械零部件与操作件M 北京：机械工业出版社，2010.17闻邦椿，机械设计手册（第 4 卷）液压传动M 北京：机械工业出版社，2010.18魏发孔;耿向忠;宋耀军，舞台防火幕提升阻尼系统性能试验研究及改进J,起重运输机械,2002.129李永平，舞台防火隔离幕热工性能及安全机理分析J,甘肃工业大学学报， 1997.610李振军，剧场舞台防火幕的改造方案解析J,艺术科技，2016.11徐铁;周省如;闰瑛;任大刚,中华人民共和国文化行业标准-舞台升降式刚性防火幕,1993.12徐长城，舞台防火隔离幕驱动机液压阻尼系统设计及阻尼力计算J,液压与气动，2013.13姚国阳；刘榛，多级分片式升降刚性防火幕在哈萨克斯坦国家大剧院中的成功应用J,专题探讨，200814Billen, Andrew,Stage against the machineJ,New Statesman, 2011. 15Magdi S. Mahmoud,A Comparison of Identification Methods of a Hydraulic Pumping SystemJ,IFAC Proceedings Volumes, 201216 RobertL.Norton. An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanisms and MachinesJ. New York： McGraw-Hill,2003.1.17 RobertO.Parmley,P.E.IllustratedSoucebookofMechanical ComponentsJ.New York： McGraw-Hill，2000.附：文献综述文献综述从目前国内剧场的发展分析，专业剧场和多目的剧场的建设会同时并存，从投资的角度分析，多功能、多目的剧场将会占主要地位。所谓专业剧场，其实是指对某一剧种具备最佳的演出条件而已，并不排斥其它剧种的演出。在经济实力达到一定程度时，在国家剧院和国内中心城市建造由多个专业表演空间组成的剧院可以避免多目的剧场的不足，以真正符合表演艺术对舞台和观众厅的技术要求。这样的剧场与博物馆、美术馆、图书馆等文化设施构成所在城市文化艺术中心，可作为振兴城市的一种手段， 形成大型标志性公共建筑。专业剧场中以歌剧院、音乐厅居多，装备适合歌剧、舞剧（含芭蕾舞）和音乐会所需的专用设备。艺术是没有国界的， 同属于全人类，剧场是支撑表演艺术的基础平台，是为各阶层观众提供精神食粮的精品屋，而一个视听效果良好、功能齐备的剧场又可为表演艺术提供更广阔的展示空间。在对剧场演出运营的研究中发现，一个剧场单靠自己的力量上演一台戏，其投入很大；如果接待国内外演出团体，演出服装、道具、布景的制作、运输也是一笔不小的开支，剧院单靠演出很难收回成本。如果几个相邻地区或国家，规模设施相当的多个剧院联合开发， 共同投入，一定能够增加演出场次，降低演出费用，形成剧院规模化演出的效应。要形成这样的局面，要求这些相邻地区或国家的剧院设置应基本类似，舞台机械设置模数化，舞台机械设备标准化、产品化、系列化并与国际接轨，形成巡回演出。另外，有一些舞台机械设备的利用率很低，在规范化的前提下，可以采用租赁的方式以提高闲置设备的使用率。在有条件的地方，可借鉴国内工业项目的经验，适当引进部分舞台机械设备 ,由设备引进向技术引进过渡，逐步提高国内舞台机械行业整体水平，促进民族工业发展。可采用国内或国外厂商总承包、国内外联合设计、国内负责设备制造、安装的模式，以技术引进为主，关键设备、重要元器件引进或采购国内合资厂产品，使国内的舞台工艺设计、舞台机械整体水平上一个台阶。从现今能够收集到的资料看，关于舞台防火幕提升及下降装置的开发于设计研究工作已有了初步的结果，还有许多研究工作有待进一步地深入下去。因此，为了解和借鉴已有的研究成果，这里这能简单的论述一下动态特性研究的基本状况。机械舞台防火幕的设计主要为了填补舞台机械设备整体性能上不够理想，基础原件、制造加工业无相应的舞台机械标准， 控制系统可靠性安全性，灵活性较差的空白，也能适当的节约舞台设计经费。从现实意义来讲作为表演场所，剧场舞台上经常采用烟火，鸣枪等来配合演出，上空又有很多功率灯具产生高温致使幕布，吊景以及纸木道具等易燃物品很容易发生火灾，一旦起火，后果严重，剧场里人员密集，所以我们需要防火幕来隔开火势和观众。在文献 1机械原理中，所介绍的是活塞(piston)、连杆(connectingrod)、曲轴和机架(frame)组成连杆机构；大齿轮(gear)、小齿轮和机架组成齿轮机构；凸轮(cam)、推杆和机架组成凸轮机构，以及各种齿轮的构成。我们所用的是其中构件运行结构关系，以及选择具体的公式进行参数计算。在文献 2机械设计中，所介绍的是带传动、链传动、齿轮传动等。我们所用的就是其中的链传动与齿轮传动，在防火幕下降与提升过程中，传动效率决定着整个系统的效率。在文献 3 与 4 中，所介绍的是液压流体力学基础，液压传动元件的结构、工作原理及应用，液压基本回路和典型系统的组成与分析，液压系统的设计计算方法与实例，液压伺服元件与系统，液压系统的安装、调试、使用与维护方法。因为防火幕下降的过程是分级减速过程，所以会用到阻尼装置，而液压阀是阻尼装置一个很好的选择，我们所用的就是液压系统的组成分析以及设计计算方法。在文献 5、6、7机械设计设计手册第 2-4 卷中，分别介绍了连接与紧固、带传动和链传动、摩擦轮传动与螺旋传动、齿轮传动、轮系、减速器和变速器、机构（第 2 卷）；机械零部件设计(轴系、支承与其他)（第 3 卷）；流体传动与控制（第 4 卷）。这些资料为我们设计的落实生产和投入使用奠定基础和确立规范，为在我们计算出参数之后准确的选择零部件提供了准确平台。在文献 8 中，根据舞台防火幕提升阻尼系统分级阻尼减速的结构特点, 对影响系统工作状态的有关特性进行分析, 对其核心技术进行试验研究, 并据此进行结构改进, 其结构原理可用于需要同类功能的设备。在文献 9 中，以传热学和力学理论为指导,用论证计算及试验检测的结果,重点研究分析幕体的热工性能及其安全机理因素;探讨幕体结构优化设计参数的特性问题,并提出了解决问题的相应措施。在文献 10 中，提到了使用 1030 年的老影院，其内部功能都有了变化，“影”的功能不断淡化，在面临改造的同时，很多因当时设计和使用功能等因素的限制，在提升改造时出现了各种问题。此文对舞台防火幕的改造方案进行了分析。在文献 11中，主要介绍了我国文化行业标准，重点介绍了舞台升降式刚性防火幕。在文献 12 中，该文根据目前舞台防火隔离幕驱动机使用现状，设计了一种新型液压阻尼系统，基于阻尼系统的作用，使防火幕幕体能以多级速度自动切换实现自由下降。对阻尼系统在幕体最大自由下降速度时(阻尼回路阀口全开时)的阻尼力进行了分析计算，确定了提升幕体的钢丝绳所需的最小拉力。在文献 13 中提到，近年来，随着国民经济的持续发展和物质生活水平的不断提高，人们对文化娱乐生活也提出了越来越高的要求。为此，各地纷纷建立了不少现代化剧院。在这些现代化剧院中，舞台机械是其重要组成部分，而防火幕作为剧院重要的安全消防屏障则必不可少。此文主要介绍多级分片式刚性防火幕的组成、工作原理及其在哈萨克斯坦国家大剧院中的成功应用。综上所述，诸位学者对防火幕提升及下降装置的研究往往只侧重一个方面，有的值重视理论分析，有的只重视实际应用，未能很好的将理论和实践有机的结合起来，其研究结果还不十分完善，特别是对防火系统的研究和开发还处于一个初级阶段，没有一个确切的令人信服的计算方法。因此，完善和深入研究防火幕提升及下降装置的开发与设计是本论文的主要目的，我将从提升与下降装置的结构设计以及阻尼装置的液压系统两方面做出努力，从中找出规律性的结论和计算方法并作出合乎实际的解释，本文通过对防火幕提升及下降装置的进一步分析，用理论分析和实践结合的方法防火幕提升及下降阻尼装置，其主要工作如下：l 首先构思出整体的工作原理图以及工作原理l 在给定的参数,m,v,h.g,a 的情况下，求出电动机的具体功率l 根据 v 算出卷筒的转速l 根据上面的计算算出 T 型螺母的扭矩12l 根据计算出来的各个参数选择合适的电动机，联轴器，减速器，钢绳， 卷筒，卷筒支架，提升装置，链条传动系统等等。l 计算出活塞的速度、缸中压力以及液压阻尼孔的面积l 用 CAD 绘制出立体的结构图、零件图及装配图总结本文是以开创人们的创新精神为背景，初步的利用液压及机械原理相关知识，完成舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计。将缩小舞台机械设备与国外相比整体性能上不够理想，基础原件、制造加工业无相应的舞台机械标准，控制系统可靠性安全性，灵活性较差的差距。使剧场的安全系数得到提高，使我们广大的观众朋友的人身安全得到更好的保证。将会很大程度上的提高我们的动手能力与创新能力。我所设计的舞台防火幕提升及下降阻尼装置是参考了近几年这个领域取得成果的基础上，结合国内为的舞台防火幕的研究论文进行综合分析和优化后设计的。提升及阻尼系统是防火幕的关键部件及核心技术。其功能是常规下电动将幕体提升至台口以上，使用时在无电状态下快速自动下落到舞台面。由于幕体自由下落惯性极大，下落过程中要分级减速，既能保证在最短时间内隔离到位又不至于撞击台面。舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计摘 要舞台机械是为了使表演的效果更加柔美，从而引领观众进入更深的艺术境界而使用的各类机械结构的总称。而舞台防火幕是当舞台发生火灾时，在无电的情况下自己下落，即在发生火灾的情况下能及时快速的放下防火幕，又不能因为下降的冲击力过大而对舞台造成冲击，甚至是对舞台造成破坏。本次设计在参考近年来舞台防火幕提升及下降阻尼装置的开发与设计基础上，通过查阅大量文献，并结合各个机构自身的的特点，对各个机构进行具体分析，提出了整体结构以及各个执行部件结构的设计方案。提升及阻尼系统是防火幕的重中之重。其作用是常规下电动将幕体提升至台口以上，使用时在无电状态下快速自动下降到舞台面。由于幕体自由下降惯性极大，降落过程中要分级减速，既能保证在最短时间内隔离到位又不至于撞击台面。根据给定的相关参数进行设计计算，算出准确的下降时间，加速度，速度等，并且根据压力等液压参数选择材料、零件型号。本文的特点是将机械的上升下降速度和液压阻尼系统有效的结合起来，通过活塞在液压缸内的运动速度调节幕体的速度，而活塞的运动速度又靠连在接液压缸上的节流阀所控制，很好的把机械结构和液压系统相连接。在机械方面，主要通过设计任务给定的幕体的宏观速度进行设计计算，从而选定各部分的参数及部件的型号。在液压方面主要通过控制活塞杆的运动来控制幕体的下降速度，而活塞的运动速度是靠油液经过阻尼小孔的流量来进行控制的。关键词：防火幕 链条传动 节流阀 活塞IABSTRACTStage machinery in order to affect a more perfect performance in order to lead the audience into a deeper realm of art used by the general term for all types of mechanical devices. Fire screen and stage is the stage when the case of fire, in the case of radio the whereabouts of their own, that is, in the case of fire in time to lay down their rapid fire screen, and they do not impact because of the decline is too large an impact on the stage, even damage of the stage. The reference design in recent years to upgrade the stage curtain and drop fire damping devices based on the development and design, through access to a large number of literature and its integration of the various agencies of the characteristics of a concrete analysis of the various agencies, raise the overall structure as well as the implementation of structural components of the design. Upgrading and damping system is a key component of the fire curtain and the core technology. Its function is to power the screen under conventional body over to the Taiwan population, use of state power in the absence of rapid automatic face the fate of the stage. Free-fall as a result of inertia screen great body, the whereabouts of the course grade to decelerate in the shortest possible time can ensure they will not impact the isolation table in place. According to the given parameters related to the design calculation, calculate the exact decline time, acceleration, speed, etc., and according to the pressure and other hydraulic parameters to select the material, part model.The characteristics of this paper is to increase the rate of decline of the mechanical and hydraulic damping system combined with an effective, through the piston movement in the hydraulic cylinder speed adjustment screen the speed of the body, and the piston velocity and on even in the next hydraulic cylinder controlled by the throttle, very good structure and the machinery connected to the hydraulic system. In machinery, primarily through the design of the screen to set the macro-body design and calculation speed in order to select the parameters of the various parts and components model.In the hydraulic side mainly by controlling the movement of the piston rod to control the descending speed of the body, and the piston speed is by the oil through the damp hole flow to control.Key Words：Fire screen; Chain drive; Throttle valve; pistonII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 机械舞台的定义11.2 我国机械舞台的现状及发展前景11.3 目前防火幕的研究概况和发展趋势21.4 国内、外舞台机械状况对比21.5 国内舞台机械亟待解决的几个问题31.6 本文的设计内容42 防火幕工作过程的整体设计53 提升装置的机械结构设计83.1 主要部件的参数计算83.2 电动机的选择93.3 联轴器的选择103.4 减速器的选择103.5 卷筒的设计103.6 链条传动系统的设计103.7 本章小结114 分级减速的液压系统结构设计124.1 下降阻尼装置工作原理分析124.2 零部件参数的计算124.3 液压缸的设计174.4 螺杆的设计194.5 底座的设计214.6 本章小结215 结 论22参 考 文 献23附录1：外文翻译24附录2：外文原文27致 谢35I舞台防火幕提升及下降装置的开发与设计1 绪论1.1 机械舞台的定义所谓机械化舞台是舞台上部和下部都有机械化设备的舞台。舞台上部机械设备主要包括布景吊杆、灯光吊杆、灯光渡笼、假台口。舞台下部机械设备主要包括转台、车台、升降台三大类。舞台机械包括：台上机械、台下机械、升降舞台、伸缩舞台、旋转舞台、活动假台口、灯光吊笼、灯光吊片、对开系统、电影银幕架、升降系统、电动吊杆机、双出轴电动吊杆机、单出轴电动吊杆机、一次排绳滚筒式电动吊杆机、手电两用无级调速拉幕机、变频调速拉幕机、电动对开拉幕机；阻燃舞台幕布有：大幕、二幕、会幕、纱幕、天幕、横侧条幕。剧场最能反映一个国家或地区当代文明发展的进程，一个现代剧场是一个集美学、建筑学、建筑声学、电声学、电子及电子技术、计算机网络技术、电视技术、舞台机械、舞台灯光、监控、现代装饰、舞台艺术等多学科、多界面紧密结合的宏大科技艺术体系工程。现代舞台技术的发展与现代科学技术密不可分，它随着科学技术的进步而产生日新月异的变化，它为舞台艺术在有限的舞台里创造了更多的发展空间，给导演、舞美人员提供更多选择的可能。就舞台机械这一行业而言，机械本体的设计、制造、加工、安装与其它机械行业相比较并没有太多的差异，它也遵循机械行业发展的一般规律，但在剧场这一特殊领域，由于大量应用现代机电液技术，使得舞台机械设备不仅具有运行平稳、定位准确、同步运行精度高、噪音低等特点，而且在运行速度、空间位置变化上丰富多彩，操作上方便、灵活，使推、拉、升、降、转的各种功能组合变化更加灵活、快捷，形成机械与艺术的完美统一。1.2 我国机械舞台的现状及发展前景在国内基础工业大力发展的基础上，国外新技术、新产品、新材料的不断涌入，使国内舞台机械设备的成套能力大大增强，并涌现出一批舞台机械设计、制造厂家，从舞台机械设计手段、采用标准、专用零部件的选用等方面逐步与国际接轨，单项指标接进或正在接近国际先进水平。如：北京首都剧院新设置的乐池升降台分为3 块，采用10 台螺旋升降器，这是国内舞台机械总包方首次采用这一加拿大专利技术；电动吊杆分别采用伺服控制技术和矢量变频技术，定位、重复定位精度可达3mm，电动机、减速器采用德国独资、天津SEW传动设备厂生产的产品在国内舞台机械发展的同时，国外的舞台机械制造厂商也在国内积极开拓市场，承包舞台机械工程。1985年在深圳大剧院，国内首次引进国外舞台机械设备，其中台上设备国内设计、加工，台下设备由英国剧场技术公司(T.T)提供。90年代初，北京保利国际剧院、二十一世纪剧院的全部台上、台下设备分别由英国T.T公司和日本三精公司提供。1997年开始使用的河北艺术中心的部分台下设备由英国T.T公司提供。1998建成投入使用的上海大剧院的舞台机械设备由日本三菱公司总包，台上设备为韩国中央综合舞台设备公司的产品，台下为三菱公司产品，其中设备的安装、部分钢结构的加工为国内配合。随着新世纪的来临，国内文化设施建设的兴起，国内外的舞台机械生产厂家一致看好国内舞台机械的潜在市场。1.3 目前防火幕的研究概况和发展趋势 1.3.1 设备技术指标适当设备的单项指标与剧场的装备水平，投资规模关系紧密，应根据不同的剧场，不同的演出效果而分别考虑，而不是一味向国际趋势靠拢。剧场舞台的高度不是一致的，而且与观众席的距离也非固定，在建立剧场时，所有舞台机械，特别像防火幕这种事关安全的设备必须也要完全考虑清楚，所以单项指标要根据实际情况来实际考量。 1.3.2 提高舞台防火幕提升及下降装置设备的可靠性、安全性由于舞台防火幕提升及下降装置本身的特点，它必须是绝对安全可靠的，因此，在提高国产基础元器件产品质量的同时，应优先选用国外优质关键元器件。在安全方面，除考虑设备本身的安全外，还应考虑舞台区域整体的安全性，要把火灾发生时所会产生的所有因素完全考虑在内，如舞台坍塌的方向，现场人员的流通情况等等。 1.3.3 舞台防火幕提升及下降装置设备的联合使用在对剧场演出运营的研究中发现，一个剧场单靠自己的力量上演一台戏，其投入很大；如果接待国内外演出团体，演出服装，道具，布景的制作，运输也是一笔不小的开支，剧院单靠演出很难收回成本。如果几个相邻地区或国家，规模设施相当的多个剧院联合开发，共同投入，一定能够增加演出场次，降低演出费用，形成剧院规模化演出的效应。 1.3.4 由设备引进向技术引进过渡在有条件的地方，可借鉴国内工业项目的经验，适当引进部分舞台机械设备，由设备引进向技术引进过渡，逐步提高国内舞台机械行业整体水平，促进民族工业发展。俗话说，授人以鱼不如授人以渔，要从依靠国外设备，逐渐学习国外生产与技术水平，再到最后的完全由国内生产和国内技术支持。1.4 国、内外舞台机械状况对比 1.4.1 整体工艺配置 随着国际文化交流的扩大，东西方文化间的相互汲取与交融也与日俱增，戏剧的交流必然促进剧场的同化。在大力提倡社会主义精神文明的今天，国内剧场的建设方兴未艾，剧场的设计和舞台技术也处在不断探索和积累经验的阶段，但长期的差异造成了在舞台工艺设置的研究、设备选型、设备技术参数的正确、合理确定方面经验不足，在决定使用功能这个最根本问题上与国外有一定差距。 1.4.2 机械设计水平 国内剧场机械化工作和真正的机械化舞台正处在起步阶段，由于对不同剧场、不同演出形式了解不够，对不同类型机械设备在演出中的作用了解不够，使得在机械设计中对设备的适应性、灵活性特别是安全性的要求考虑不周，与国外设计相比有一定差距，由于设计中对关键性的要求、对设备控制的要求不明确等原因，使得设备在整体性能上不够理想。 1.4.3 控制系统 由于对演出及演出中机械设备的作用理解不够，造成控制系统的设计在满足舞台表演的特殊要求方面有一定欠缺。如：可靠性、安全性考虑比较好，灵活性差些，多变性 (重复、插入、修改等 )差距就更大，电器元器件的质量寿命也有一定差距。欧洲舞台机械控制系统的共同特点是满足DINV19250第5级安全标准，轴控制器和计算机控制系统为冗余配置；采用10Mbit/s总线传输数据；电气硬件基于工业级标准；软件是各公司为舞台专门开发；兼有电磁兼容 (EMC)设计；具有场景运行、记忆运行、手动运行、辅助运行、手动介入和应急控制等功能。 1.4.4投资角度我国剧场建设中舞台机械投资比例偏低，使得一些新技术、新材料难以在剧场中使用，影响了机械设备总体性能。国内外一些改造剧场的情况表明，机械本体的投资往往是一次性的，能用上几十年甚至上百年，而多年以后重新改造的往往是电气控制系统。国外一般剧场专用设备 (舞台灯光、音响、机械、监控等 )的投资是建安费的20-30%，高的甚至是55%(法国巴士底歌剧院)。1.5 国内舞台机械亟待解决的几个问题（1）应尽快建立国内舞台工程行业资质体系，规范市场竞争行为，加强工程质量管理，制定舞台机械行业的国家标准、规范及相应的安全标准，使国内舞台机械标准逐步向国际标准靠拢。设置舞台机械行业的质量检测认证机构，对舞台机械行业起到规范和指导作用，以保证产品的质量。（2）加强剧场建设前期的可行性研究和咨询工作，细化工艺方案、投资概算，合理分配资金以保证舞台机械等专用设备在基建总投资中的恰当比例。（3）国内舞台机械设计、制造行业应增多与国外同行的技术交流，了解和掌握各国舞台机械发展趋势，设计、制造标准，使国内舞台机械行业的整体水平与国际接轨。1.6 本文的设计内容 1.6.1 提升装置的机械结构设计防火幕的提升主要是靠电动机通电转动，由减速器带动卷筒转动来实现的。为了在停电状态下还能正常提升，在减速器的另一端设置了手柄来提升。其结构相当于传统的卷扬机械，它是有电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒、卷筒轴、卷筒支架等组成。所以在第一阶段的设计计算中，需完成以下任务： （1）在给定的参数m,v,h.g,a的情况下，求出电动机的具体功率（2）根据v算出卷筒的转速（3）根据上面的计算算出T型螺母的扭矩（4）根据计算出来的各个参数选择合适的电动机，联轴器，减速器，钢绳，卷筒及支架，链条传动系统等等。 1.6.2 分级减速的液压系统结构设计电动提升阻尼下降系统的核心部件是液压阻尼装置 , 其缸体中充满液压油。缸体右腔的背压阻止幕体下冲 ,在幕体下降时油液流经阻尼孔及节流阀 ,通过调节节流阀开度可控制预定速度。刚性防火幕幕体自重的约95%由平衡重平衡，余留约5%的平衡差由卷筒卷扬钢丝绳提升幕体，并在幕体下降时便于依靠平衡差自动下降。在自动下降过程中，依靠节流阀控制的液压缸背压分级阻尼下降，达到控制速度缓冲到位的效果。在本阶段的设计计算中，需完成以下任务： （1）算出液压缸的压力（2）分析液压静态系统特性（3）分析液压系统动态特性（4）计算出活塞的速度l （5）计算出缸中的压力（6）计算出阻尼孔的面积2 防火幕工作原理的整体阐述刚性防火幕通常设置于剧院舞台台口,是为了当舞台突发火灾时,可在紧急状况下将幕体急速平稳地下降到台面从而封闭台口,使舞台与观众厅隔离,阻止烟气与空气对流,有效地控制火灾范围,防止火势迅速蔓延,使场内观众在安全的情况下撤离戏院现场。刚性防火幕成为戏院安全的必要结构。刚性幕体质量很大，在自动降落封闭台口时惯性极大，为了能够保证快速降落，又不会因为幕体本身的大重量将舞台损坏，所以就必须要考虑到分级减速这个问题。通常分级减速我们会想到减速器，但是在火灾发生时通常剧场是没有电源的，电机就无法给减速器提供动力，而且考察了很多剧场之后，防火幕自身也很重，所以我就想到利用液压阻尼来进行分级减速，这样以上所有问题都可以很好的解决。1.电机2.联轴器3.制动器4.减速器5.摇杆6.卷筒7.节流阀8.液压缸9.活塞10.单向阀11.螺杆12.油杯13.传动系统图2.1 阻尼装置原理图(1) 电动提升:初始状态的幕体在最低位置（舞台面），活塞位于阻尼缸最右端，油液充满在液压缸的左腔内。电磁制动器带电打开，电机减速器按规定方向工作，开始转动，防火幕在卷筒卷扬钢绳的带动下，逐步提升。同时，链条传动系统中大链轮开始工作,从而螺纹活塞杆转动，带动活塞左移，左腔内油液经回油管路进入右腔。(2) 第1级快速降落当断电情况下并拉开紧急拉闸时，制动器解除，卷筒在幕体重力作用下倒转，从而链条及小链轮逆转，从而活塞右移。因为回油管路有单向阀存在，右腔内油液只有经缸体上的3个阻尼小孔经调节器回到液压缸左侧。通过调节阻尼调节器(图2-1)上的3个节流阀，可设定降落所用时间。(3) 第2级阻尼降落如图2-1所示 ,当上文提到的活塞向右运动至封堵缸体上阻尼孔的第1个孔时,阻尼加大,进一步减慢幕体降落速度,按预定可实现第2级减速。(4) 第3级阻尼降落同第2级阻尼下落，当活塞继续右行至封堵液压缸体上阻尼孔的第2个孔时，阻尼进一步加大，无法降低幕体下降速度，按预定可实现第3级减速。上述3级阻尼着落都是通过调整图2-1中液压阀C、B、A的面积来实现。调整的次序依次是第3级速度 、第2级速度、第1级速度。(5) 电动下降：只用电磁制动器，由电路控制，不需要手动拉闸 ,可使幕体分级减速着落。最终的防火幕提升装置、下降阻尼装置一体机的结构如图所示：图2.2 防火幕提升及下降装置主视图图2.3 防火幕提升季下降装置俯视图图2.4 防火幕提升及下降装置左视图3.提升装置的机械结构设计3.1 主要部件的参数计算设定防火幕有平衡重结构 ,驱动机构为复式提升。3.1.1 已知基本参数平衡差，所以选择直径为11mm的刚丝绳足够满足强度要求，幕体最大提升高度,幕体以0.2 提升,幕体下落时 （总时间小于45s）如下:距台面 2.5以上 ；距台面 2.5 0.2 ；距台面 0.2以内 。3.1.2 设计计算设定：提升为复式卷扬，需要直径的卷筒，直径钢丝绳，活塞螺杆为Tr508。(1) 提升电机的功率为： （3-1）取式中 启动加速度 0.3 幕体提升速度 0.2 幕体质量 10000 平衡差质量 500 启动加速行程 0.0667m；幕体提升总行程 10m重力加速度值传动总效率0.25卷筒效率，联轴器效率，电机效率，减速器效率，阻尼器反向效率， 查实用机械设计手册下册 选定电机为Y系列（IP44）底座带脚、端盖上无凸出的三相异步电动机（JB3074-82），机体底座号为112M，同步转速为1500。(2) 当幕体时，钢绳以提升。则卷筒转速为： （3-2）式中为卷筒计算直径275mm；查手册得知，选定减速器为:ZSZ系列规格为180,传动比为56。当幕体以的速度下降时 ,钢绳以提升 。则卷筒转速为： （3-3）(3) T形螺母转速为 : （3-4）式中两个链轮齿数分别为，。(4) 活塞运动速度为： （3-5）(5) T形螺母扭矩为 : (3-6)(6) 活塞杆(梯形螺杆)轴向力为:(3-7)3.2电动机的选择电动机是有标准的，根据前面的提升电机功率的计算，我们查实用机械设计手册下册，选定电机为Y系列（IP44）底座带脚、端盖上无凸出的三相异步电动机（JB3074-82），机体底座号为112M，同步转速为1500，功率为4kw。3.3联轴器的选择从电机出去要跟减速器联在一起，因此他们之间一定要有联轴器来联结。为了在能快速的停止电机的转动，又需要有一个制动器。根据电机轴与减速器轴的大小，查实用机械设计手册下册，我们选择了带制动轮柱销联轴器（Q/ZB124.1.00），型号为NL1。再在它外面套一个TJ2交流电磁铁制动器，制动器型号为TJ2-200/100。3.4减速器的选择防火幕经过平衡块平衡后，平衡差重为500kg，我们初步选定为JSC-600系列减速器。又根据电机以1500转动，以及幕体以 的速度提升时卷筒以27.8转动，我们选定传动比为第系列。按照双输入，单输出的结构，选择以第4种型式装配。最后选定减速器的型号为：JSC-600-4。3.5卷筒的设计卷筒一般用灰铸铁制造；大直径的或单件生产的可用A3、16Mn等钢材焊接。卷筒外部有螺旋槽，除单层外用光滑表面卷筒。绳槽有标准槽和深槽两种。一般用标准槽，但抓斗起重机及其他有脱槽危险的情况时宜用深槽。槽底的弧半径与滑轮槽底相同。螺距，槽深。根据刚丝绳的直径我们初步选定卷筒外径为275mm，为了确定卷筒的长度，可根据单层卷绕卷筒的长度计算公式得。为卷筒的工作所需长度，由结构需要确定，为稳固钢丝绳的必要所长。由幕体的提升高度（10m）得，取，所以。取。筒的一端是跟减速器相连的，另一端需要通过一根轴和一个支架来固定。轴与支架之间又装有代号为6017的深沟球轴承。3.6 链条传动系统的设计在这里我们选择了链传动来带动螺杆的水平移动，为了保证传动的强度，我们选择了双列链轮，节距为12.7mm。根据前面的设计计算，选择的齿数分别为56和30。大链轮与卷筒轴相配合，从卷筒支架的另一端引出，与卷筒一同转动。小链轮的布置设计在这里是个难点。首先我们要考虑的问题是：小链轮的转动，螺母也要转动，而螺母的转动是为了带动螺杆水平运动，也就是说螺母只能转动，不能平动。用另外的一句话说就是小链轮只能转动，不能平动，小链轮与螺母要固定在一起。螺母与小链轮固定在一起很容易实现，现在要考虑的是怎样把它们固定呢？能实现转动但不能实现平动。首先想到的是把它们固定在阻尼缸上，要做到这一点其实也不难，但是考虑到后面的阻尼缸密封问题，觉得这个方案也不行。进入阻尼缸的一段螺杆需要是光杆（这是考虑到阻尼缸的密封问题），用于传递水平方向力的那一段必须是梯形螺纹，与螺母相配合，而螺母又与小链轮连在一起，它们必须固定的，只能实现转动但不能实现平动。经过以上的思路，势必要有一个支架来把它们固定起来。 根据带链轮螺母的设计，可知螺母两端伸出的轴是通过轴承来固定在支架上的。轴承一方面承受轴向力，一方面又承受径向力，但主要是承受轴向力，而这个轴向力也是很大的，根据前面的设计计算式（3-7）可知3.7 本章小结 在本章设计了提升传动系统，经过一系列的计算与查阅数据，算出主要部件的相应参数，如电动机具体功率、卷筒转速、螺母的扭矩，对一些标准件进行选择，如电动机、联轴器、制动器、减速器、钢绳、卷筒和链条。综上所述，在正常有电源通入的情况下，电机带动减速器传动，卷筒开始卷扬钢丝绳，从而拉动幕布上升，在此过程中，联轴器要很好地将电机输出轴与减速器输入轴相连，制动器要通电工作，而链条要承受足够的强度。4 分级减速的液压系统结构设计4.1 下降阻尼装置工作原理分析 液压缸右腔的背压禁止幕体急速下落,在幕体降落时油液通过小孔及液压阀，通过控制节流阀开度可控制设定速度。在幕体上升下降过程中有如下变速过程：（1）电动提升（2）幕体由台口上升到顶部，活塞由右至左（3）第一级快速下落（4）断电时，幕体依靠重力快速降落（5）回油路单向阀封闭，右腔油液流过阻尼三个小孔回到左腔（6）当活塞行至第一个阻尼小孔时，小孔被档上，阻尼增大，实现第二级阻尼下落（7）当活塞行至第二个阻尼小孔时，第二个小孔被档上，阻尼继续增大，速度继续减慢，实现第三级阻尼下落，实现平稳达到舞台表面（8）当活塞行至第二个阻尼小孔时，第二个小孔被档上，阻尼继续增大，速度继续减慢，实现第三级阻尼下落，实现平稳达到舞台表面4.2 零部件参数的计算4.2.1 液压缸的静态特性液压缸左腔内产生的机械能为： （4-1）缸体右腔内的势能为： （4-2）假定运行中，则： （4-3）式中：、左、右腔的液压力 、瞬间左、右腔的长度活塞面积运动件总质量活塞运动速度摩擦力由于及可视为基本处于稳定 ,从式（4-3）中得 :(1) 幕体降落时，随着螺杆右移，左、右腔空间发生变化，在同等状况下将发生左、右腔压力改变。在高压力的右腔内 ,幕体能够缓慢减速。(2) 与此同时,幕体提升时左腔加大压力 ,油液能够顺利进入右腔。但空间变化引起的力变不足以应对回油管路单向阀的启动压力时 ,右腔将引起负压。第二次降落时 ,幕体立刻将引起向下降落状况。所以,须准确计算和试验调解该阀启动压力。4.2.2 节流阀的动态特性液压阀在结构中实质上是可以调节的液阻，如果调定将成为稳态液阻。不需考虑压缩性 ,油液通过节流阀的总压降为： （4-4）式中：、节流阀进、出口的压力通过节流阀的流量节流口系数节流口通流截面积节流阀指数液感式（4-4）可简化为 （4-5）式中：、节流阀进、出时的压力平稳数值通过节流阀流量的稳态值进行拉氏变换后，式 (4-5)可写为： （4-6）式中：节流阀的时间常数 （4-7）阀的传递函数（进口压力恒定时）为： （4-8） （4-9）综上可得，阀的传递函数分别由 1个放大和惯性环节结合而成。(1) 惯性环节对高频滋扰进行过滤，如果出现频率高的压力，节流阀对其不作响应。因此，节流阀有制止高频脉动的作用。(2) 通常惯性环节有时间常数，必须要使输出符合一定的幅值历经一段时间，对阶跃输入有延迟停滞作用，于是阀能够协调波动。4.2.3 相应数值计算缸体上的小孔起固定节流作用 ,需对相应数值所产生的波动进行分析。流经小孔的流量为： （4-10）式中：小孔的通流截面积流经小孔的油液流速流量系数油液密度小孔进、出口的压力差从式（4-10）所得，小孔进、出口的压差及流量在单一阻尼情况下几乎不产生,小孔通流截面积是有流量参数控制。现实中的小孔不是薄壁的 (为便捷加工，应为短孔 ) ,故其参数可以对手册中提到的要大 (即半径更小 )。但仍按薄壁类型的系数处理 ,绝不产生孔径偏小的等困难。对所有妨碍系统工作状态的所有主要特性进行处理 ,可作为结构设计调整的根据。(1)缸中的压力为: （4-11） 式中：减速器及传动链反向效率0.92阻尼缸直径150mm阻尼缸效率 0.95螺杆中径 46mm螺纹摩擦系数0.09(2)阻尼孔面积（幕体以0.05m/s的速度下降）为 : (4-12)式中：流量油液密度900流量系数0.7换算为通径时: 而C节流阀阀芯调节直径为: 是节流阀通口直径,设定为8mm。(3) 同理算出当时 ,钢绳速度为 。则卷筒转速为： T形螺母转速为 : 活塞运动速度为： T形螺母扭矩为 :活塞杆(梯形螺杆)轴向力为: 缸中的压力为:阻尼孔口面积为 : 2级阻尼孔口面积为：换算为通径时:而B节流阀阀芯调节直径为:当时 ,钢绳速度为 。则卷筒转速为： T形螺母转速为 : 活塞运动速度为： T形螺母扭矩为 :活塞杆(梯形螺杆)轴向力为: (4-13)缸中的压力为:阻尼孔口面积为 : 1级阻尼孔口面积为：换算为通径时:而A节流阀阀芯调节直径为:(4) 选择回油结构中单向阀启动压力为4.3 液压缸的设计液压缸是用来将液压能转变为机械能的执行元件，操纵整体按所需要求的推力和速度工作。由上述计算所得，此阻尼缸内径定为150，缸中受到的压力为:为了保证强度，查实用机械设计手册上册，我们采用化学成分符合标准GB699-65的20号无缝钢管，为了确定液压缸的壁厚，我们需要进行一定的计算。从厂方出来的无缝钢管，凡用作承受流体压力的，需经过水压试验，试验压力P（Pa）按下列计算： 式中：钢管允许的最小壁厚（mm）钢管的公称内径（mm）允许应力（Pa），取该钢号钢管所规定的抗拉强度的40%，对化学成分和机械性能不予规定的钢管R=98Mpa制造厂如保证钢管能承受所规定的压力，则可以不做水压试验。查实用机械设计手册上册，可得20号钢的抗拉强度为392MPa。又，。所以取液压缸的壁厚为15mm。根据设计要求，我们在液压缸上相隔一定距离需要焊接几个管接头（个数按设计需要再定）用来连接管道，在这里我们需要注意的是打孔问题，正常的话是先焊接后打孔的。如果是先打孔后焊接的话，很容易把孔打歪，不利于管道的连接。解决完上面这个问题后，现在要考虑的是孔与孔之间的距离怎么定?根据前面的设计计算条件，即：距台面 2.5m以上 ；距台面 2.50.2m ；距台面 0.2m以内 。也就是说幕体下降到距台面2.5m（幕体下降7.5m）时，活塞经过第1个阻尼孔，这一段是快速下降阶段；当幕体下降到距台面 0.2m（幕体又下降2.3m）时，活塞经过第2个阻尼孔，这一段是一级阻尼阶段；当幕体下降到台面（幕体又下降0.2m）时，活塞经过第3个阻尼孔，这一段是二级阻尼阶段。根据这些条件我们可以得到第3个阻尼孔到第2个阻尼孔的距离为：式中：幕体下降第3个阶段的下降距离卷筒外径275mm大链轮齿数57 小链轮齿数30 螺杆螺距8mm同理可得 4.4 螺杆的设计由前面的设计计算可知，活塞螺杆为Tr508，由大链轮的转动来带动的水平运动。螺旋转动的失效一般是螺纹损坏，所以通常先由耐磨性条件，算出螺杆的直径和链轮高度位置，在这里我们已经知道了这两个数据，所以要先进行耐磨性的校核，而后对可能发生的其他失效一一进行校核。（1）耐磨性校核对于梯形螺纹： mm由已知，则上式为： 满足要求。（2）螺杆强度的校核螺杆的轴向力，因此产生压（或拉）应力；同时由于扭矩T使螺杆截面内产生扭切应力，T按螺杆实际的受力情况确定。根据压（或拉）和扭切应力，危险截面的当量应力可由第四强度理论得出，强度条件为： 式中：螺纹小径为46mm螺杆材料的许用应力，对于碳素钢可取为5080MPa。又可知：，。则 满足要求。（3）螺杆稳定性的校核因为螺杆较为颀长，轴向压力较大时，也许会失去稳定性，材料、螺杆长细比对其临界载荷有影响。当时，临界载荷由欧拉公式决定： N式中：E螺杆材料的弹性模量，对于钢E=；I危险截面的惯性矩，；螺杆的最大工作长度，mm；长度系数；螺杆危险截面半径，mm当时，对于的碳素钢取对于的优质碳素钢取当时，不必进行稳定性校核。稳定性校核应满足的条件为：，一般取4由已知 ，所以 满足要求。（4）螺纹牙强度的校核为了不让沿螺杆根部断裂，所用公式为：式中：螺纹牙根部的宽度，对梯形螺纹取，对锯齿形螺纹取。螺杆小径对于铸铁取，对于青铜取由已知计算得： 满足要求。4.5 底座的设计底座是用来固定防火幕提升装置、下降阻尼装置的结构，也是这些装置的一个共同基准平面。查实用机械设计手册下册，我们选用10号等边弯曲槽钢。4.6 本章小结 在本章设计了液压阻尼分级减速系统，首先要对液压缸内的静态与动态特性进行分析，因为本系统所涉及到的部件除了螺杆之外都是非标准件，需要进行计算尺寸，如液压缸的内径、壁厚，液压缸左盖右盖的尺寸，活塞的厚度与横截面积。此外，缸中所承受的压力与阻尼孔口面积是本章的核心计算问题，而小孔间距决定着分级减速的距离。综上所述，在发生火灾剧场断电时，幕布会在自身重力作用下下降，而为了既保证快速平稳下落，又不至于损坏舞台台面，必须用到液压阻尼进行分级减速，而通过活塞堵塞小孔面积来控制减速时间与达到的速度。5 结论本文的设计内容就是舞台防火幕提升与下降过程，所需要的主要部件相关参数计算以及整个工作流程的设计。在文化生活越来越繁荣的时代，走进剧场成为了百姓茶余发后的选择，但是我们不能忽视火灾发生的可能性，所以舞台防火幕必不可少，当然我们希望它永远派不上用场。那么当火灾发生时，防火幕在无电状态下靠自身重力下降，通常幕体重量较大，为了不让幕体下落时撞击舞台台面，所以考虑到了分级减速。通过一系列的设计计算，达到了这两个目的，就是依靠液压阻尼分级减速，设计了几个液压阻尼小孔，依靠活塞在小孔间固定间距运动，以及堵塞小孔面积来进行下落距离间的分级减速。而在另一方面，在通电状态下，制动器开始工作，依靠电机输出、减速器变速、卷筒卷扬、链条提升这四个过程，实现了将幕布提升以及将液压系统恢复到原先状态。通过详细的计算和查阅相应手册，确定了部件的参数和标准件的选择，有序地保证整个系统能够按设计初衷平稳实现。参考文献1孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2013.52濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2013.53刘延俊，关浩，周德繁.液压与气压传动M.北京：高等教育出版社，2007.54闻邦椿.机械设计手册（第2 卷）减速器M.北京：机械工业出版社，2010.15闻邦椿.机械设计手册（第3 卷）起重运输机械零部件与操作件M.北京：机械工业出版社，2010.16闻邦椿.机械设计手册（第4 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