液压驱动水中升降旋转舞台

成果名称：液压驱动水中升降旋转舞台

成果完成单位：甘肃工大舞台技术工程有限公司

成果完成人：高耀祖;白彦斌;荆俊明;郭克桥;吴明亮;火照晶;张秀蓉;王雪;汪亚斌

所属行业：文化、体育和娱乐业

成果登记号：9622024Y1173

成果简介：

①课题来源与背景
随着科技和文化装备的融合，文化产业的发展受到人们的高度关注，从而伴随着水上主题乐园及秀场的建设逐渐增多，因此对舞台机械的涉水性能程度要求较高，国内现有传统设计的水中单一升降装置，已无法满足舞台机械高动态性能、高精度的发展需求，研发具有自主知识产权的涉水舞台升降旋转新型舞台装备，使装备价值技术水平可以达到国内领先水平。
②技术原理及性能指标
随着我国大、中型演艺场馆的新建和改造工程的实施，国内文化演艺装备设计、制造进入了一个快速发展阶段，在剧目创意、场景设计过程中引入水景特效作为表现其艺术效果的载体，这就对舞台机械提出了更高更严格的要求。水中升降旋转舞台是我们根据演出场馆的需求拟开发的新产品，有着广阔的市场前景。全套设备置于水下，升降行程H=2 m；升降速度V1=0.01～0.05 m/s；升降定位精度M1=±3 mm；旋转外缘速度V2=0.01～0.7m/s；无级变速；旋转定位精度M2=±5mm；运行噪音（距设备5M处）：≤50分贝。升降、旋转均为软启动、软停止；绝缘、密封、防腐严格按国标实施，确保水中无漏电、无污染以及设备使用的长寿命。
③技术的创造性与先进性
水中升降旋转舞台的建模采取理论分析计算与实验分析计算相结合、静动态特性计算相结合的方法，对整机结构和关键部件进行动态分析。通过整机模拟试验台验证并修正理论计算模型，实现最优设计。
由于全套装备涉水工作。首先腐蚀使外观受损，金属腐蚀使其强度变差，寿命缩短；其次设备腐蚀还会造成传动效能降低，环境污染等不良后果，严重时会损毁设备甚至造成人员伤亡。此外两套驱动装置都需要在水中工作，为保证驱动装置可靠运行我们采取将其封闭在绝缘材料密封壳体之中，进行通风、抽湿。所有的管口，联线就必须密封以防止水渗入壳体内，暴露在水中的管线，导线采取有效的绝缘处理。对碳钢材料防腐严格按照船舶面漆工艺要求，在此基础上采用牺牲阳极阴极保护法。
为了实现舞台装备的智能控制，结合舞台的实际情况，对智能舞台控制系统的软、硬件进行优化设计，促使舞台控制可靠有效，使得控制系统可以有效结合舞台的表演情况，形成精确定位和速度控制，提高数据传输的可靠性，降低失误的情况发生，使得控制系统更加符合舞台表演的实际需求。建立能够进行数据采集能力的数据采集系统与数据存储系统，并由具有数据分析能力和处理能力的控制系统完成对升降旋转舞台的逻辑判断，并发出的控制指令，通过数据采集系统对运动状况进行记录，对电机的运动方向和速度进行确定。由系统通过软件对电机的运动进行控制使得整个舞台的表演效果更加具有感染力。
④技术的成熟程度，适用范围和安全性
为呈现表演的艺术效果，研发的水中升降旋转舞台可以实现在水中升降、旋转的功能。升降由液压系统驱动剪叉机构完成，旋转是通过液马达主轴驱动实现。采用智能舞台控制系统，精确控制定位和速度，提高数据传输
的可靠性，降低失误的情况发生，更加符合舞台表演的实际需求。水中作业的演艺设备通常是在淡水中有时也会是海水，本设计在借鉴船舶防腐蚀技术的基础上，再行选择设计、实验，确保装备使用寿命周期内安全、可
靠运行。
⑤应用情况及存在的问题
该项目是应市场的需求，研制水中运动设备，动态性能是影响舞台机械装备工作性能及其质量的关键指标。项目采用理论分析计算与实验分析计算相结合的方法，对整机结构和关键部件进行动态特性分析。基于有限元分析平台建立整机的数字化分析模型，进行整机动态性能分析，寻找整机动态特性的薄弱环节，指导整机参数的选择；采用理论分析计算与实验分析计算相结合的方法，对整机结构和关键部件进行动态特性分析。通过整机模拟实验台平台和系统辨识获得结合部的动力学参数，验证并修正理论计算模型，指导工艺参数选择、整机装配等工作。鉴于水下运动装备的特殊性，全部构件必须涉水作业，涉水设备的防腐保护设计是至关重要的内容，我们借鉴船舶涂层保护和化学阴极保护的技术、工艺材料，采用理论设计和实验相结合的模式，可使舞台机械在恶劣的工作环境中得到很好的保护，有效提高设备的可靠性、安全性，极大地延长设备的寿命，同时降低成本。舞台装备工程中对电机的实时性和精度上要求越来越高，如何灵活、有效地控制电机的运行成为研究的主要方向，其性能的优劣直接影响设备的质量，并对整个系统的集成控制高效可靠运行，具有至关重要的影响。网络
化的运动控制系统也成为当前学术界和工业应用的多学科技术领域的研究热点。在软硬件设计的基础上用样机搭建测试实验平台，进行硬件测试和软件调试，验证硬件原理和预期的运功控制的效果。