流动舞台方案

一 一 地洞升降系统机械设计地洞升降系统机械设计 设计要求 设计要求 行程为 1400mm 速度为 125mm s 方案一 方案一 单侧伺服电动缸通过链条带动托盘向上运动 2 材料 Q235 3 功率 载荷 P 0 75kW 静载 1 2t m2 动载 70Kg 安全系数 2 4 导向 矩形管内加导向轮导向 3 误差 摆动偏差 6mm 4 优点 下置滚轮及上方手柄可自由推动该系统 四个调节脚可灵活调平 4 缺点 占用空间较大 实用空间为 1 2m 0 7m 矩形 单侧缸出力发生偏载 最大行程 1 4 米 原始位置最高位置 方案二 方案二 一台 电机 减速机 带动四个齿轮在四根齿条上运动 1 原理 一台伺服电机带动双出轴行星减速器 通过两根传动轴带动四个小齿轮在齿条上运动 2 材料 Q235 3 功率 载荷 行程 P 2 2kW 静载 0 4t m2 动载 0 2t m2 行程 1 5 米 4 导向 电梯导轨导向 3 误差 摆动偏差不超过 5mm 重复定位偏差不超过 3mm 4 优点 占用空间小 实用空间为 0 7m 0 7m 正方形 结构简单 可靠性高 两根传动轴机械同步 带动齿轮运动 同步性好 升降行程较大 可达到 1 5 米 4 缺点 结构简单 没有采用电动缸驱动 可能需加装防护罩 电梯导轨 电梯导靴 俯视图 原始位置最高位置 俯视图 二 复合升降台一级升降系统机械设计 设计要求 设计要求 平台转盘直径 700mm 直径 700mm 平台先上升 100mm 与 1 9 米舞台平齐 1 2 接着再上升 1000mm 行程过程中速度为 111mm s 方案一 方案一 双侧伺服电动缸通过链条带动托盘运动 1 材料 Q235 2 功率 载荷 行程 P 0 75kW 静载 1 2t m2 动载 70Kg 安全系数 2 行程 1 1 米 3 导向 矩形管内加导向轮导向 4 误差 摆动偏差不超过 6mm 5 优点 下置滚轮及上方手柄可自由推动该系统 伺服控制双侧缸同步出力 受力情况较好 四个调节脚可灵活调平 6 缺点 占用空间较大 实用空间为 1 7m 0 7m 矩形 方案二 方案二 单侧伺服电动缸通过链条带动托盘运动 1 材料 Q235 2 功率 载荷 行程 P 1kW 静载 1 2t m2 动载 70Kg 安全系数 2 行程 1 1 米 3 导向 矩形管内加导向轮导向 4 误差 摆动偏差不超过 6mm 5 优点 下置滚轮及上方手柄可自由推动该系统 结构比双缸系统简单 成本低 四个调节脚可灵活调平 6 缺点 占用空间较大 实用空间为 1 6m 0 7m 矩形 伺服控制单侧缸同步出力 受偏载 或致卡死 方案三 方案三 闭环链式 两侧伺服驱动 1 原理 两台伺服电机分别带动双出轴行星减速器 通过四根传动轴带动四个链轮转动 从而移动 链条拉动 0 7 米升降平台 2 材料 Q235 3 功率 载荷 行程 P 2 2kW 静载 0 4t m2 动载 0 2t m2 行程 1 1 米 4 导向 电梯导轨导向 3 误差 摆动偏差不超过 5mm 重复定位偏差不超过 3mm 4 优点 占用空间小 实用空间为 1 4m 0 9m 正方形 结构简单 可靠性高 每两根传动轴机械同步 带动齿轮运动 同步性好 升降行程较大 可达到 1 5 米 四周四根立柱位置稳固 不易变形 4 缺点 结构简单 没有采用电动缸驱动 三 复合升降台二级升降 旋转系统机械设计 设计要求 设计要求 直径 0 1m 倒立杆升降 550mm 行程速度 125mm s 可在 0 20 s 之间无级回转 方案一 方案一 两台伺服电动缸顶升托盘升降 1 特点 一台伺服电机带动直齿条升降机构顶升倒立杆 行程 0 55m 倒 立杆结构中包含包含旋转用伺服电机与减速器 2 材料 Q235 3 升降功率 载荷 两台 P 0 4kW 静载 1 2t m2 动载 70Kg 安全系数 2 3 旋转功率 载荷 一台 P 0 4kW 静载 1 2t m2 动载 70Kg 安全系数 2 4 导向 两根导向柱导向 3 误差 摆动偏差不超过 5mm 4 优点 两根导向柱同时导向 4 缺点 导向轮处于中间托盘上 使得倒立杆伸出端较长 下方由两台伺服电动缸同步驱动 对同步性要求高 成本高 方案二 方案二 升降采用直齿条升降机构 旋转采用齿轮组联接 驱动设备 1 原理 一台伺服电机带动直齿条升降机构顶升倒立杆 行程 0 55m 倒立杆结构中包含包含旋转用伺服电机与减速器 2 材料 Q235 3 升降功率 载荷 一台 P 1 5kW 静载 0 4t m2 动载 0 2t m2 安 全系数 1 25 3 旋转功率 载荷 一台 P 0 75kW 静载 0 4t m2 动载 0 2t m2 安 全系数 1 25 4 导向 导柱 导轮导向 3 误差 摆动偏差不超过 5mm 重复定位偏差不超过 3mm 4 优点 导向轮处于舞台平面最上端 可最大程度保证倒立杆的稳定 结构简单 紧凑 无级旋转采用齿轮组 由此可减小减速器尺寸 减轻重量 4 缺点 直齿条升降机稳定性较低 方案三 方案三 升降采用一台伺服电动缸升降机构 旋转采 用齿轮组联接驱动设备 1 原理 一台伺服电机带动直齿条升降机构顶升倒立杆 行程 0 55m 倒立杆结构中包含旋转用伺服电机与减速器 2 材料 Q235 3 升降功率 载荷 一台 P 1 5kW 静载 0 4t m2 动载 0 2t m2 3 旋转功率 载荷 一台 P 0 75kW 静载 0 4t m2 动载 0 2t m2 4 导向 导柱 导轮导向 3 误差 摆动偏差不超过 5mm 重复定位偏差不超过 3mm 4 优点 导向轮处于舞台平面最上端 可最大程度保证倒立杆 的稳定 结构简单 紧凑 伺服电动缸驱动可靠性高 精度高 四 升降转台一级升降系统 设计要求 设计要求 转台直径 2 6 米 可以承重 20 人 可以升高舞台以上 0 8 米 降到舞台下 1 4 米 舞台上升速度为 10 秒 1 米 即 100mm s 方案一 方案一 双侧伺服电动缸通过链条带动托盘运动 1 材料 Q235 2 功率 载荷 两台 P 7 5kW 伺服电动缸 静载 1 4t m2 动载 2t 3 导向 矩形管内加导向轮导向 导向间隙较大 4 误差 摆动偏差不超过 5mm 5 优点 采用伺服电动缸来驱动 可从地面零点开始上升 升降行程较大 安全可靠 加入两组桁架 不仅克服因偏载而发生的倾斜 还能够减小由于制造 安装误差的影响 调平地脚结构内部为球铰连接 故在地面不平整时 该地脚可灵活调平系统机构 6 缺点 单侧缸出力发生偏载 加入桁架后自重增大 桁架结构自身两侧不平衡 也会引起一定偏载 方案二 方案二 双侧闭式链条驱动通过链条带动托盘向上运动 1 特点 两台伺服电机分别带动双出轴行星减速器 通过四根传动轴带动四个链轮转动 从而移动 链条拉动 2 6 米升降平台 2 材料 Q235 3 功率 两台 P 5kW 静载 1 2t m2 动载 0 5t m2 4 导向 电梯导轨导向 5 误差 摆动偏差不超过 5mm 6 优点 结构简单 可靠性高 每两根传动轴机械同步 带动齿轮运动 同步性好 四周四根立柱位置稳固 不易变形 7 缺点 结构简单 没有采用电动缸驱动 占用空间与方案一相同 五 升降转台二级升降系统 设计要求 设计要求 可以升高舞台以上 0 8 米 降到舞台下 1 4 米 整个转台采用伺服控制电机 可以可控无级回转 舞台上升速度为 10 秒 1 米 即 100mm s 方案一 方案一 伺服电动缸 剪叉式机构 1 特点 两个主驱动缸过大 初始位置出力太大 故加装两个辅助缸来减小初始推力 2 材料 Q235 3 功率 载荷 两台 P 5kW 两台 P 2kW 共 14kW 静载 1 2t m2 动载 2t 4 导向 剪叉式导向 加装直线导轨 5 误差 摆动偏差不超过 3mm 6 优点 一边铰支固定 一边做滚轮加直线导轨 直线导轨可保证行走精度及平台上升平稳性 7 缺点 功率较大 利用率不高 上升速度较快 电动缸出力可能不平稳 直线导轨可缓解部分不平稳现象 横向分力过大 或致一级升降平台水平拉力过大 结构较复杂 成本高 检修难道大 两组缸主动从动交替 在控制上不好实现匀速 方案二 方案二 机械丝杠拽引 凸轮剪叉式机构 1 材料 Q235 2 功率 载荷 一台 P 8kW 静载 1 2t m2 动载 0 2t m2 3 导向 剪叉式导向 加装直线导轨 4 误差 摆动偏差不超过 3mm 5 优点 结构相对简单 成本低 剪叉式升降结构稳固 故障率低 运行 可靠 安全高效 维护简单方便 保证剪叉升降机自身整体高度最小 且上升运行最稳定 凸轮结构保证在起升初始阶段 即角度最小时 丝杠出力也达到最小 随着平台升高出力 逐步增大 一台电机机械同步带动两根丝杠同步动作 同步性好 一边铰支固定 一边做滚轮加直线导轨 直线导轨可保证行走精度及平台上升平稳性 6 缺点 凸轮曲线加工精度要求高 方案三 方案三 伺服电机驱动 柔性链条机构 1 材料 Q235 2 功率 载荷 P 8 kW 静载 1 0t m2 动载 0 2t m2 3 导向 剪叉式导向 加装直线导轨 4 误差 摆动偏差不超过 4mm 5 优点 采用四组柔性链条对称起升 出力均匀 6 缺点 原始高度较高 不能满足纵向空间要求 高度约为 650mm 即升高行程仅为 1250mm 柔性链条上升运动不平稳 方案四 方案四 伺服电机驱动 大螺旋机构 1 特点 选用 PACO 公司的大螺旋升降机产品 ND9 系列 该升降机具有运行稳固 精确度高 起 重能力高 很低的收缩高度等显著特点 2 材料 Q235 3 功率 载荷 P 5kW 静载 10t m2 动载 4 45t 4 导向 剪叉式导向 加装直线导轨 5 误差 摆动偏差不超过 3mm 6 优点 保证剪叉升降机自身整体高度最小 且上升运行最稳定 保证剪叉升降机自身整体高度最小 上升运行较稳定 直接向上方出力顶升 易于电气控 制参数 7 缺点 占用空间最小 没有成品机械作参考 起升高度最大 可达 1 5 米 六 升降转台旋转系统 设计要求 设计要求 转台直径 2 6 米 可以承重 20 人回转的最高转速为转速为 34 秒 1 圈 即 2 5r min 最大负载为 1 4t 方案 方案 回转支撑带齿轮 1 特点 舞台无级回转采用结构简单的伺服电机 行星减速器驱动齿轮 带动轻型回转支撑 2 材料 Q235 3 功率 载荷 P 1kW 静载 1 2t m2 动载 2t 4 优点 选用滚针轴承 推力球轴承都会在偏载情况下发生倾覆现象 故不能采用平台轴承 此方 案中选用带齿的回转支撑结构 该结构具有很好的防偏载 抗倾覆性能 还能增大力矩 增大减速 比 由于高度限制 选用轻薄型回转支撑能够满足厚度要求 但太薄可能会因为上平台的刚度不够 导致平台变形压向剪叉股的上平台 因此在旋转平台设计好后要进行结构静力学仿真 七 台下系统的控制 1 1 地洞升降系统电气控制部分地洞升降系统电气控制部分 1 地洞升降台电气构成 洞升降台电气控制系统共包括 5 个 0 7 米升降平台 2 地洞升降台电气控制系统计划实现如下功能 通过上位机触摸屏或手持无线遥控器控制其 0 7m 地洞升降台的升降与旋转动作 升降 旋转的运行速度均通过触屏进行设定 2 2 复合升降台系统电气控制部分复合升降台系统电气控制部分 1 复合升降台电气构成 该系统包括一个 0 7 平米升降平台与一个 0 04 平米撑杆 2 复合升降台电气控制系统计划实现如下功能 通过上位机触摸屏或手持无线遥控器控制 0 7 米复 合升降台 含撑杆 的升降与旋转动作 升降 旋转机构的运行速度均可通过触屏进行设定 3 3 升降转台系统电气控制部分 升降转台系统电气控制部分 1 升降转台电气构成 该系统包括一个 2 6 平米升降平台 其升降分为一级机构与二级机构 2 升降转台电气控制系统计划实现如下功能 通过上位机触摸屏或手持无线遥控器控制该转台的升 降与旋转动作 升降 旋转机构的运行速度均可通过触屏进行设定 3 3 整体控制示意图 整体控制示意图 1 整体控制示意图 控制示意图控制示意图 如图所示 系统运行时 可通过触摸屏或手持无线遥控器控制转台 复合升降台 含撑杆 及 地洞升降台的运行动作 可进行单动或联动 升降动作的驱动机构由伺服电动缸完成 旋转动作由 伺服电机驱动 电机线缆均通过航插与控制柜连接 升降动作均有行程开关进行极限行程限位 转 台的升降位置可由传感器反馈到触摸屏上 各部件升降与旋转动作的速度均可在触屏上进行手动调 节 并在触屏上有相应动作指示与各报警状态指示 舞台台下伺服控制系统作闭环控制 由上位机触摸屏输入给定速度 经由 plc 控制 器作数据处 理后给伺服驱动器发送脉冲信号 控制电机的转动速度 进而驱动电动缸推动平台升降 同时电机 的编码器可反馈脉冲给 plc 即可反映升降平台的位置信息 系统框图系统框图 2 安全保护设计 本部分系统设计有多重安全保护措施 伺服电缸控制部分配备控制电机运行极限位置的限位开 关 操作台柜体与控制柜上均有急停按钮 操作人员若发现异常可一键停车 同时柜体与触屏上均 配有故障指示灯 当系统出现故障时可在触屏上显示详细故障信息 3 核心控制元件一览 西门子西门子 CPU313CCPU313C 控制器控制器 西门子西门子 KTP1000KTP1000 BasicBasic colorcolor PNPN 触摸屏触摸屏 伺服电缸伺服电缸 八 轨道滑车机械系统 功能需求功能需求 弧形滑车轨道 3 组 工字型轨道 单根弧形轨道长度 60m 以实际马道长度为准 轨道间间 距 1 5 米 轨道采用拼接结构 每两根轨道为一套 共三套 每套轨道上运行两台滑车 滑车 6 台套 自带升降 滑车可以在轨道下走行 行走速度 0 30m min 升降速度 0 20m min 载重 300Kg 固定在马道下面 部分需要用横梁分开 可制动 行走可无级调速 升 降可无级调速 方案一 方案一 将高强度铝合金轨道用扣件和 板组件固定在马道下面 滑车沿着轨道预设轨迹前后往 复运动 滑车自带升降组件 可实现竖直方向升降运动 1 行走机构 安装在车体上 采用永磁同步无刷伺服电机配合涡轮涡杆减速器驱动拨杆轮 拨杆轮 与孔形带啮合进而驱动滑车在轨道上完成带载水平运动 爬坡运动 制动动作等 2 升降机构 从车体下方固定在车体上 采用变频电机涡轮涡杆减速器驱动卷扬机构 从而实现精 确收起和下放 3 供电系统 采用多极封闭式滑触线 由高强度绝缘导管和排列在导管内的铜导体 集电器以及相 关组件组合而成 它结构紧凑 体积小 重量轻 安装便捷 安全节能等特点 4 材料 高强度铝合金轨道 型材 2491 轨道截面形状是 180 60 工字型 5 功率 载荷 行走 P 1 5kW 台车 升降 P 1 5kW 台车 动载 150Kg 6 优点 采用高强度铝合金工字型材 其重量轻 强度高 刚性好 造型美观 但易腐蚀 这种安装方式方便可靠 不易松动 可多次拆装 较为实用 通过设计承重轮 限位轮和防跳轮组使滑车只保留沿轨道方向单自由度运动能力 使用滑触线省去了拖线行走的线缆及收线装置 结构简单 7 缺点 滑触线使用不安全 易擦出火花 方案二 方案二 齿轮齿条自行走 卷扬升降系统 1 行走机构 采用齿轮齿条自行走式 轨道根据顶架尺寸制作 轨道钢结构可以拼装以螺栓联接 上部以螺栓拉杆联接于顶架 安装在车体上 2 升降机构 从车体下方固定在车体上 采用变频电机涡轮涡杆减速器驱动卷扬机构 从而实现精 确收起和下放 3 供电系统 采用拖线供电 在舞台的两侧 收线轨道比马道的边缘末端各延长出 2 米 当小车行 走至马道边缘时 供电线可被收于延长出的拖线轨道上 4 导向 行走机构安装上 下及两边侧导向 以稳定小车的运行轨 迹 升降系统安装压绳装置 5 材料 角钢 6 功率 载荷 行走 P 2 2kW 台车 升降 P 1 5kW 台车 动载 150Kg 7 优点 这种安装方式方便可靠 不易松动 可多次拆装 较为实 用 通过设计承重轮 限位轮和防跳轮组使滑车只保留沿轨道方向单自由度运动能力 拖线供电方式简易安全 8 缺点 采用角钢型材