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二．液压升降舞台结构分析与设计
2 .1升降舞台的简介
随着文化生活的日益丰富，人们对演出活动中舞台效果的要求越来越高，
在比较高档的文化娱乐场所，为了创造一种生动活泼的立体演出效果，传统的精静止舞台逐渐被摒弃，而代之以升降舞台。现在在专业歌剧院、舞剧院、话剧院以及大型的音乐厅里都配备各种类型的升降舞台，它能够有效利用现场的有效空间，尽可能的减少传动装置的占地面积保证舞台平稳升降，并且具有快速迁换布景，满足舞台工艺布置及舞美设计和剧目编导人员的需要，制造特殊气氛和效果，根据不同表演流派需求改变舞台的形式等。
目前国内外采用的是滑动螺母丝杠升降台，普通滑动螺母丝杠副的特点是可以按需要设计成自锁，这对载人升降台是一个很好的优点，但是，滑动螺母丝杠副在设计成自锁的条件下机械效率很低，理论上可达到40%，事实证明，由于加工精度、表面粗糙度、润滑条件、安装条件的限制，真正能达到的机械效率只有20%～30%。而舞台升降台的载重较重，一般为10t左右，加上升降速度较快，最高达0.2m/s,这样就必须要求所选电动机的功率较大，一般为20kw以上，同时，由于舞台升降台一般要求变频调速，这样所选用的变频器的容量较大，功率（容量）较大，成本上升，尤其是变频器，随容量的增大，成本急剧上升。因此，我们将金属切削机床上采用的滚珠螺母丝杠副用于舞台升降台的升降传动，滚珠螺母丝杠副具有较高的传动效率，但不能自锁，这对载人升降舞台来说不安全，而滚珠螺母丝杠副的传动效率高于普通滑动螺母丝杠副，且能自锁，常用于垂直移动的传动。滚柱螺母丝杠副要求丝杠直径较粗，否则，丝杠螺纹与滚柱的环槽有可能发生干涉。这一要求在舞台升降台上是完全能满足的，因为由升降行程所决定的丝杠长度较长，一般为5～7 m ，根据刚度要求，丝杠直径本身就要求较粗。而采用液压传动可实现高压高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化等方面的发展，与机械传动相比，采用液压传动可减少换向冲击、降低能量消耗、缩短换向时间，有效利用现场有效空间，减少传动装置的占地面积，保证升降舞台升降平稳，易于实现自动化控制以及无级调速。
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液压升降舞台结构分析与设计
常用的几种升降机构的比较：
(1)液压升降机构：采用液压技术，升降平稳、噪音低。
(2)垂直丝杠升降机构：采用丝杠传动方式，可以实现双层台面的升降。根据需要可多块组成升降台群，能在行程范围内组成不同的台阶以满足会议和演出的需要，是搭设”亭、台、楼、阁”的理想道具。
(3)水平丝杠机械升降机构：该结构的升降台具有土建配合量小，所需基坑浅、行程大、运行平稳、噪音低、定位准确、造价低等优点。采用水平丝杠传动，通过剪叉结构实现台面的升降运动，在行程范围内可任意停止。 (4)链条式升降机构：有良好的导向机构，可保证设备运行时无倾斜。 (5)齿轮齿条式升降机构：传动精确，造价高。
(6)螺旋器升降机构：具有普通升降台的全部功能，主要特点是设备占用基坑小，行程大。设备高度仅200～500mm，行程可达14m。对于舞台建在二层以上的建筑物，因空间受到限制的剧场尤为适合。
从上面的比较可知，液压式升降机构升降平稳、噪音低、使用寿命长、承受载荷大而且控制相对简单，应用在舞台设备中比较合适。
2.2 升降舞台的液压系统方案的确定
此次设计中是将液压传动技术应用于舞台的升降中，升降舞台的升降功能
是由4根液压缸顶升叉架完成， 4根液压缸的同步由带补正装置的同步回路完成。升降台是液压系统的重要应用领域，升降台液压系统也是比较成熟的技术。但此套大型设备不能简单地套用，必须解决好以下问题，方可靠保证舞台平稳升降。 （1）保证动作平稳，舞台上载重量变化比较大，且液压缸在升降过程中随叉架角度变化较大，因此液压缸负载变化较大，液压系统必须要能克服负载变化对速度产生的影响，确保机构无冲击的平稳运行；
（2）根据舞台承受的动静载荷，速度要求，经过计算，得出上升过程中液压缸无杆腔工作压力约为1~3MPA，单根液压缸理论流量为32.739.5L/min； （3）下降过程主要靠自重，但必须加以控制，尤其是大型设备，一旦失去控制，极其危险。 2.2.1升降台机构的设计
该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和
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支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。
其结构见图如下图所示：
图2-1 升降舞台结构简图
上图所示即为单个升降舞台的基本结构形式，其中1是工作平台，2是活动
铰链，3为固定铰链，4为支架，5是液压缸，6为底座。4（支架）主要起支撑作用和运动转化形式的作用，一方面支撑舞台的载荷，一方面通过其铰接将液压缸的伸缩运动转化为舞台的升降运动，1（工作平台）与载荷直接接触，将载荷转化为均布载荷，从而增强局部承载能力。下底架主要起支撑和载荷传递作用，它不仅承担着整个舞台的重量，而且能将作用力传递到地基上。通过这些机构的相互配合，实现升降舞台的稳定和可靠运行。两支架在0点铰接，支架的一端分别固定在平台和底座上，另一端采用滚轮滑动，通过活塞杆的伸缩和铰接点0的作用实现舞台升降平稳。而且该机构要求基坑较浅，从而可以节约投资，液压缸左右对称布置，工作时总体水平方向上受到的合力为零，使得台面水平方向不发生运动，只是垂直方向的往复运动。 2.2.2 升降舞台升降过程示意图
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液压升降舞台结构分析与设计
图2-2升降舞台升降示意图
当系统响应时，三个台面同时升起，舞台1升高高度为1m，舞台2升高高度为2m，舞台3为3m，升降速度相同。在下面的计算过程中，我们按舞台3的结构来计算，当结构3满足时，其他2个同时满足。 2.2.3降台工艺参数
相关工艺参数为：
单个平台尺寸：16m×2m 升降行程：1~3m 升降速度：0.2m/s 静载荷：4000kg/㎡ 动载荷：2000kg/㎡ 电源：380v,50Hz
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三．升降舞台液压系统设计计算
3.1执行元件类型、数量、和安装位置
表3-1执行元件类型选择
往复直线运动 运动形式 短行程 执行元件的 类型 活塞缸 长行程 柱塞缸 液压马达和丝杠螺母机构 高速 低速 高速液压低速液压摆动液压马达 马达 马达 回转运动 往复摆动 根据上表选择执行元件类型为活塞缸（A1=2A2)，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸。符号位：
数量：该升降平台为双单叉结构，故其采用的液压缸数量为4个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。
安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，安装的位置为简 所示的前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降，完成舞台的升降。
3.2升降舞台升降部分的设计
3.2.1 确定液压系统的工作要求
根据工作要求，确定该系统的工作循环为：快速前进——工进——工退——原位停止，根据具体加工求计算得出：快速前进时的速度为4500mm/min(0.075m/s)，工作进给时的速度应在20~120mm/min(0.0003~0.002m/s)范围内作无级调速，台面最大工进行程为3m,工退行程为3m，运动部件自身重为0.6t，启动换向时间为△t=0.05s,系统竖直放置的垂直导轨的静摩擦系数为fs=0.2,动摩擦系数为fk=0.1,油缸机械效率ηcm取为0.9。
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