從廣義上講，機(jī)械設(shè)計(jì)就是為滿足特定目標(biāo)而開發(fā)一種機(jī)器的過程。演出場(chǎng)所舞臺(tái)機(jī)械的設(shè)計(jì)，涉及到要將導(dǎo)演或布景設(shè)計(jì)師的設(shè)想轉(zhuǎn)變成為真正理想的換景機(jī)械，或劇場(chǎng)必要的輔助運(yùn)輸機(jī)械以及安全隔離機(jī)械等。在這個(gè)過程中，首要和最基本的條件是有關(guān)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

1 舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)技術(shù)要求

舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)技術(shù)要求包括針對(duì)具體設(shè)備所要求的功能技術(shù)參數(shù)及功能需要的特定結(jié)構(gòu)形式。功能技術(shù)參數(shù)是設(shè)備發(fā)揮其限定作用及效能所具備的參數(shù)，特定結(jié)構(gòu)形式是為滿足功能所預(yù)先要求的結(jié)構(gòu)限定，這些都是設(shè)備設(shè)計(jì)制造完成后要滿足的技術(shù)要求，一般作為設(shè)計(jì)輸入條件給設(shè)計(jì)者作為設(shè)計(jì)依據(jù)并形成設(shè)計(jì)輸出的一部分。雖然舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的功能形式多種多樣，但其設(shè)計(jì)技術(shù)要求還是可以歸納表達(dá)，如表1所示。

表1 舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)技術(shù)要求（設(shè)計(jì)輸入條件）

2 舞臺(tái)機(jī)械工程相關(guān)通用要求

除設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)要求外，設(shè)計(jì)者還應(yīng)該注意舞臺(tái)機(jī)械工程的相關(guān)通用要求，這也是設(shè)計(jì)輸入的一部分，不能忽略。如：加工性、焊接性、裝配性、試驗(yàn)性、安裝性、材質(zhì)特性、表面處理特性，以及滑輪及卷筒、繩索及鎖具、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼結(jié)構(gòu)、電機(jī)減速器、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、鏈輪鏈條、齒輪齒條、螺桿螺母、剪叉斜面、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器、軸承、平衡重、導(dǎo)向裝置、鎖定裝置、限位開關(guān)、安全開關(guān)、傳感元件等等。

還有設(shè)備停位精度、設(shè)備同步精度、臺(tái)面板高差精度、臺(tái)縫寬度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性、安全性、可靠性、噪聲與振動(dòng)、銘牌與標(biāo)志、標(biāo)準(zhǔn)化與通用性、輔助與備用、使用與維護(hù)，電氣與控制要求等等。

這些通用要求都在工程項(xiàng)目的標(biāo)書以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有充分的表述。

這些總體要求作為設(shè)計(jì)輸入條件的一部分都必須相應(yīng)地體現(xiàn)在設(shè)備設(shè)計(jì)的過程及結(jié)果中，設(shè)計(jì)者不能遺漏，最直接的方法是設(shè)計(jì)前及設(shè)計(jì)各階段用上述內(nèi)容對(duì)照檢查一遍，以免疏忽。

3 設(shè)計(jì)過程相關(guān)參數(shù)

設(shè)計(jì)過程相關(guān)參數(shù)是為滿足設(shè)備功能而設(shè)計(jì)計(jì)算并選用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)，設(shè)備設(shè)計(jì)制造完成后固化于設(shè)備系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一般形成設(shè)計(jì)輸出的一部分。舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)需要可能會(huì)千變?nèi)f化，故其結(jié)構(gòu)參數(shù)將根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同而有很多項(xiàng)，這里只將比較共用的參數(shù)歸納整理如表2所示，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)形式還會(huì)產(chǎn)生多項(xiàng)特性參數(shù)。

表2 設(shè)計(jì)過程相關(guān)參數(shù)

設(shè)計(jì)計(jì)算過程，就是以設(shè)備的設(shè)計(jì)技術(shù)要求及工程相關(guān)總體要求為設(shè)計(jì)輸入條件，完成結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選定的過程，同時(shí)也是研究解決各個(gè)具體技術(shù)問題的過程。設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)要求和工程相關(guān)通用要求作為設(shè)計(jì)輸入條件，供設(shè)計(jì)者作為設(shè)計(jì)依據(jù)，貫徹在設(shè)計(jì)過程及結(jié)果中。同時(shí)，設(shè)計(jì)技術(shù)要求和設(shè)計(jì)過程相關(guān)參數(shù)共同作為設(shè)計(jì)輸出結(jié)果，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書及有關(guān)輸出技術(shù)文件中。同時(shí)，設(shè)計(jì)過程還要遵循市場(chǎng)供料及配套件技術(shù)規(guī)格、規(guī)范條件的限制。

另外，設(shè)計(jì)輸出文件中的設(shè)備使用維護(hù)說明書也是設(shè)計(jì)者不可忽視的文件，其中除了正常的使用維護(hù)說明，還有設(shè)計(jì)過程中不可避免產(chǎn)生的許多使用維護(hù)限定條件體現(xiàn)在該文件中。

4 功能參數(shù)相關(guān)要素

功能參數(shù)以舞臺(tái)工藝設(shè)計(jì)為依據(jù)，舞臺(tái)工藝設(shè)計(jì)以滿足功能需要為前提。舞臺(tái)工藝確定之后，就確定了舞臺(tái)建筑結(jié)構(gòu)。所以，許多功能參數(shù)又與舞臺(tái)建筑結(jié)構(gòu)緊密相連，同時(shí)還與人體工程學(xué)等諸多因素有關(guān)。例如運(yùn)行行程、運(yùn)行速度及額定載荷等。

4.1 運(yùn)行行程

臺(tái)上吊掛設(shè)備的升降運(yùn)行行程一般大于臺(tái)口高度，且大部分都在臺(tái)口高度的兩倍以上，是吊掛景物換場(chǎng)換景的需要。

舞臺(tái)平移飛行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行行程一般大于臺(tái)口寬度，是飛行表演過程的需要。主舞臺(tái)升降臺(tái)的升降運(yùn)行行程一般為升程與降程，升程是高于舞臺(tái)面表演最佳位置的需要；降程是低于舞臺(tái)面藏匿演員或景物的需要。

側(cè)車臺(tái)平移運(yùn)行行程一般是主舞臺(tái)升降臺(tái)寬度加側(cè)輔助臺(tái)寬度的和，是水平換場(chǎng)換景的需要，其中主舞臺(tái)升降臺(tái)寬度一般與臺(tái)口寬度相適應(yīng)；側(cè)輔助臺(tái)寬度是防止側(cè)臺(tái)景物穿幫的需要。有工藝要求側(cè)車臺(tái)行至另一側(cè)的，其行程再加一升降臺(tái)寬度和側(cè)輔助臺(tái)寬度。

樂池升降臺(tái)的升降運(yùn)行行程一般為舞臺(tái)面以下樂池深度的降程，有運(yùn)輸座椅車臺(tái)功能時(shí)其降程增加到座椅臺(tái)倉(cāng)的位置。

4.2 運(yùn)行速度、起制動(dòng)加速度

舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行速度根據(jù)功能要求而定。換場(chǎng)換景設(shè)備要求盡可能高的速度，但當(dāng)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較大時(shí)，受到慣性力影響，速度不宜太高。同時(shí)，速度的確定還受到行程的影響，當(dāng)行程不長(zhǎng)時(shí)，由于起動(dòng)制動(dòng)過程的限制，真正高速運(yùn)行的時(shí)間不長(zhǎng)，提高速度對(duì)縮短時(shí)間效果不大（如圖1所示）。

圖1 速度與行程的關(guān)系

分析圖1可知：

當(dāng)運(yùn)行距離 s與起動(dòng)制動(dòng)時(shí)的加減速度a給定時(shí)，運(yùn)行時(shí)間只能縮短到一定的限制tmin，相應(yīng)的最高速度為 vmax（圖1-b），這樣

舞臺(tái)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)速度、起制動(dòng)加速度在追求高效工作的同時(shí)，還要重點(diǎn)考慮人體工程學(xué)、人體心理感受以及人身安全等因素。同時(shí)，不同設(shè)備的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量也差別較大，其慣性力影響懸殊，如單點(diǎn)吊機(jī)與主舞臺(tái)升降臺(tái)，其速度、加速度值的確定就有很大差別。

4.3 額定載荷

額定載荷是設(shè)計(jì)規(guī)定的、設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí)所能承受的標(biāo)定外載荷，它是計(jì)算設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)依據(jù)之一。舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的額定載荷主要是根據(jù)舞臺(tái)工藝和演出需要來確定，起重機(jī)械的載荷值基本沒有參考意義。

臺(tái)上吊掛設(shè)備的額定載荷由于吊掛景物的需要，直接以載重質(zhì)量或載重力表示，一般在1kN-30kN不等，常規(guī)設(shè)備為6kN-15kN為多。臺(tái)下臺(tái)面設(shè)備多數(shù)作為運(yùn)動(dòng)舞臺(tái)來使用，故其額定載荷一般以單位面積承受的力表示，常規(guī)設(shè)備為2kN/㎡=2.5kN/㎡，臺(tái)面面積較大的設(shè)備應(yīng)限制總載荷，否則，質(zhì)量太大致使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)龐大利用率卻很低。

臺(tái)上吊掛設(shè)備的額定載荷直接參與設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和承載件結(jié)構(gòu)的力學(xué)設(shè)計(jì)。臺(tái)下臺(tái)面設(shè)備的額定載荷主要參與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，是否參與承載件的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)，要視具體結(jié)構(gòu)而言。因?yàn)榕_(tái)下臺(tái)面設(shè)備一般都有靜態(tài)載荷的要求且其值都遠(yuǎn)大于額定載荷，故其承載件的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)常以靜態(tài)載荷為基礎(chǔ)依據(jù)，這樣就包容了額定載荷的要求。

選自《演藝科技》2012年第12期

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