舞台機械设计的安全性研究
詳細介紹

舞台機械最重要的指标之一是安全可靠,所有种类的舞台機械都必须保证在任何时候是绝对安全可靠的 。
对舞台機械的可靠性设计,目前研究的很少 ?煽啃陨杓评砺凼墙⒃诖罅渴笛槭莼∩系,不同的使用场合要求不同的可靠度,设备的可靠性是根据其重要程度、工作要求和维修难易等方面的因素综合考虑决定的 。舞台機械的使用率不高,载荷率较低,对寿命设计有一定要求,而对可靠性设计则要求很高,因为一旦出现问题就可能造成严重的安全事故或较大的经济损失 。舞台機械必须有较高的可靠性,其失效概率应在0.1~1.0%之间 。由于缺乏必要的实验数据和具体深入的研究,可靠性设计理论在舞台機械设计中尚无具体应用 。研究表明,虽然只用安全系数不能完全反映可靠性水平,但在舞台機械零部件设计中将各参数作为随机变量处理,尚缺乏足够的数据 。所以,将设计参数作为确定量,用强度安全系数或许用应力作为判别依据,通过选取适当的安全系数来近似控制其工作可靠性的要求,仍然是当前舞台機械设计的主导方法 。由于计算结果与实际情况有一定偏差,故必须使计算允许的零部件的承载能力有必要的安全裕量,这就是确定安全系数的基本出发点 。通常,舞台機械还应提出设计寿命指标 。以工作年限为单位的寿命指标对舞台機械并不适用,而以工作小时计的寿命更符合实际,8000~10000小时的工作寿命应当是舞台機械设计的基础数据 。
舞台機械的安全性指标主要包括设备安全、人身安全和电器安全等三方面,而且,这三个因素相互关联、相互影响,有时是不可分割的 。
设备安全是指:舞台機械设备在规定的工作条件下长期使用不产生意外事故的能力;在发生临时故障时能在降低后的技术参数下继续工作的能力;舞台機械设备对非正常工作状态的感知、显示和报警的能力 。这种能力或性能通常是由机械设计本身和电气控制共同完成的;考虑在演出中尽快能排除舞台機械的临时故障的能力,使舞台機械的故障尽量能不影响演出的正常进行 。
涉及設備安全的因素很多,主要有以下幾個方面:
1.足夠的安全系數
所有機械零部件的選擇和設計必須保證在額定載荷和慣性載荷的聯合作用下,能可靠的工作並有一定的安全儲備,即有足夠的安全系數 。安全系數定義爲:所有材料的極限應力與零件的最大工作應力之比 。零件的最大工作應力應考慮最大靜載荷及動載荷(緊急啓制動、碰撞等慣性載荷)作用下産生的應力 。例如:懸挂重物或牽引用的鋼絲繩,其安全系數應大于或等于10;起重鏈的安全系數應大于或等于12;傳動鏈的安全系數應大于或等于10;所有傳動系統的部件在選用時應能承受兩倍的額定載荷;初略計算時,傳動件和受力件的安全系數應大于或等于6,精確計算時其安全系數應符合有關標准或規範對該類零件的規定 。
2.合適的剛度
舞台機械的主要受力构件应有合适的刚度,以适应舞台表演的需要 。通常,规定受力构件的挠度应小于构件跨度的1/1000~1/800,有时,还对挠度的绝对值作出规定,这些构件必须同时满足这两个要求 。传动件的扭转刚度、压杆的稳定性等应符合有关标准规范的规定 。对升降台来说,为了获得足够的横向刚度,其计算水平载荷不小于垂直运动载荷的1/20 。
3.合理的結構和尺寸參數
为避免或减少某些舞台機械零件由于结构尺寸不合理而产生过大的附加应力或过早的疲劳破坏,设计时应对其结构尺寸给予足够的重视 。卷扬系统的零部件比较典型,如:卷扬机驱动卷筒的直径应大于钢丝绳直径的18倍,滑轮直径应大于钢丝绳直径的20倍,摩擦传动(曳引式传动)的驱动轮直径应大于钢丝绳直径的40倍等,所有钢丝绳用的配件都要和钢丝绳直径相匹配,钢丝绳接头只能采用那些传递载荷大于80%钢丝绳断裂载荷的接头形式,如:编接接头、合金浇注套管接头、楔型接头、铝合金挤压套管接头和符合规定并正确使用的钢绳绳夹等 。卷筒挡边的高度应大于钢丝绳直径的2倍,单层卷绕的卷筒,至少留有两圈摩擦固定圈 。

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