隨著文化生活的日益豐富，人們對(duì)演出活動(dòng)中舞臺(tái)效果的要求越來越高。在比較高檔的文化娛樂場所，為創(chuàng)造一種生動(dòng)活潑的立體演出效果，傳統(tǒng)的靜止舞臺(tái)逐漸被擯棄，而代之以旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)。筆者承擔(dān)了某五大酒店室內(nèi)旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)的設(shè)計(jì)工作，在制訂設(shè)計(jì)方案時(shí)，考慮到有效利用現(xiàn)場的有限空間，盡可能地減少傳動(dòng)裝置的占地面積，可靠保證舞臺(tái)平穩(wěn)升降和旋轉(zhuǎn)，采用了液壓傳動(dòng)方式。
1 旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)的工作原理
該舞臺(tái)直徑6m，采用鋼結(jié)構(gòu)焊接件作為基架，再以防火材料加以裝飾。舞臺(tái)本體自重約3500㎏，設(shè)計(jì)有效載荷2500㎏，舞臺(tái)升降高度為1m，要求能夠單獨(dú)控制舞臺(tái)的升降和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
舞臺(tái)由臺(tái)面4、轉(zhuǎn)軸3、齒圈2、滾柱組件1、液壓馬達(dá)5、鍵6、底板7、底座8及均布于底座下方的驅(qū)動(dòng)液壓缸組成。四只伸縮式液壓缸的活塞同步上升時(shí)，推動(dòng)底座及舞臺(tái)沿導(dǎo)軌豎直上升。舞臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由可獨(dú)立控制的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒圈2來實(shí)現(xiàn)。為有效降低摩擦阻力矩，在底座和臺(tái)面間布置了滾柱組件，保證液壓馬達(dá)能夠比較輕便地驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)回轉(zhuǎn)。
2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 液壓系統(tǒng)組成及工作原理
液壓系統(tǒng)組成如圖二所示。其工作過程如下：
舞臺(tái)升降：油泵電機(jī)啟動(dòng)后，雙聯(lián)油泵1開始工作，但大流量泵和小流量泵均處于卸荷狀態(tài)。舞臺(tái)上升時(shí)，電磁鐵YA6得電，升降回路升壓，大流量泵輸出的液壓油分別通過換向閥4~8再經(jīng)四個(gè)液控單向閥12~15進(jìn)入四個(gè)液壓缸無桿腔，產(chǎn)生推力，克服舞臺(tái)重量和導(dǎo)軌副摩擦推動(dòng)舞臺(tái)上升。因液壓缸尺寸較大，舞臺(tái)上升速度較慢（設(shè)計(jì)上升速度為0.02m/s），為減少液壓元件的數(shù)量，保障系統(tǒng)的可靠性，不設(shè)置調(diào)速元件而采取由油泵和液壓缸尺寸予以直接保證的設(shè)計(jì)方案；當(dāng)舞臺(tái)停止上升或到達(dá)行程時(shí)，電磁鐵YA6失電，換向閥25處于左位，主回路卸壓。由于液控單向閥12~15鎖死，舞臺(tái)停止在鎖死位置；舞臺(tái)下降時(shí)，電磁鐵YA5、 YA6得電，系統(tǒng)控制回路升壓，高壓油進(jìn)入液控單向閥12~15的先導(dǎo)控制閥，將液控單向閥打開，同時(shí)YA1～YA4得電，換向閥4～7接油箱，舞臺(tái)依靠自重下降。下降速度可由調(diào)速閥12~15調(diào)定。同步控制：本系統(tǒng)四條同步支路所選用的元件型號(hào)相同、各支路輸入流量相同，可以較好的保證四個(gè)伸縮式油缸的同步上升、同步下降。
平衡控制：為使四個(gè)液壓缸產(chǎn)生相同的推力，系統(tǒng)中采用四個(gè)單向閥16~19將四條支路隔離開，然后用一個(gè)溢流閥20進(jìn)行壓力控制，保證各支路設(shè)定壓力相同。
舞臺(tái)旋轉(zhuǎn)：考慮到施工現(xiàn)場場地有限，為節(jié)約空間，提高效率，本設(shè)計(jì)中采用了雙聯(lián)式油泵。大流量泵用于驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降，小流量泵用于驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)舞臺(tái)旋轉(zhuǎn)。兩種運(yùn)動(dòng)可以獨(dú)立控制，互不干涉。油泵啟動(dòng)時(shí)，通過換向閥27卸壓；需要控制舞臺(tái)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁鐵YA9、YA7得電，換向閥24處于左位。高壓油經(jīng)閥24進(jìn)入液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)其回轉(zhuǎn)，通過馬達(dá)輸出軸齒輪與齒圈傳遞舞臺(tái)以驅(qū)動(dòng)力矩。若YA9、YA7得電，則馬達(dá)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)反轉(zhuǎn)。單向閥22、23和溢流閥26組成液壓馬達(dá)過載保護(hù)回路。
2.2 電氣控制回路設(shè)計(jì)
分析舞臺(tái)工作過程，為實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行控制，各電氣元件的動(dòng)作循環(huán)如圖三所示。根據(jù)電氣元件動(dòng)作循環(huán)表設(shè)計(jì)電氣控制線路圖。按下上升按扭SB3，中間繼電器K1得電并自鎖，電磁鐵YA6得電，換向閥25置左位，舞臺(tái)上升。舞臺(tái)上升至行程終點(diǎn)壓下行程開關(guān)ST，中間繼電器K1失電，換向閥25邊為常位，液壓系統(tǒng)升壓。此時(shí)液控單向閥12~15截止，液壓缸G1~G4無桿腔中的液壓油不能排回油箱，處于保壓狀態(tài)，維持舞臺(tái)在該處靜止。按下下降按扭SB4，中間繼電器K2得電并自鎖，同時(shí)K1得電，電磁鐵YA5、 YA6、YA1 ~ YA4均通電，高壓油經(jīng)換向閥3進(jìn)入液控單向閥12~15的先導(dǎo)閥，液控單向閥打開，液壓缸在調(diào)速閥8~11的控制下緩緩下降。舞臺(tái)升降和回轉(zhuǎn)可以靈活機(jī)動(dòng)控制，運(yùn)行中可隨時(shí)停留。按下按扭SB7，液壓缸控制回路失電，舞臺(tái)在該處停留；按下按扭SB8，液壓馬達(dá)控制回路失電，舞臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)?？刂凭€路中設(shè)置了動(dòng)合觸頭KM1來保證油泵啟動(dòng)后再控制各液壓閥，達(dá)到了電機(jī)啟動(dòng)和液壓控制的互鎖目的。
3 液壓系統(tǒng)維護(hù)與故障處理
該舞臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)裝置比較簡單，只要定期對(duì)齒輪副和導(dǎo)軌副進(jìn)行潤滑，防止異物進(jìn)入，可以保證很高的可靠性。而液壓系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的因素也多，因此對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)保養(yǎng)和預(yù)防性維護(hù)，可以使液壓旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)保持良好的技術(shù)狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)液壓控制元件與電氣元件工作環(huán)境比較惡劣，主動(dòng)保養(yǎng)和預(yù)防性維護(hù)的重點(diǎn)是這些元器件的可靠性。應(yīng)經(jīng)常性地檢查換向閥電磁鐵的工作狀態(tài)及閥芯滑動(dòng)是否靈活，及時(shí)消除阻滯現(xiàn)象。定期清理周圍環(huán)境中鐵屑等雜物，防止控制閥閥芯被卡死。要檢查電氣元件是否存在短路等隱患，清掃灰塵，去除油污，保障電氣元件正常工作。濾油器濾芯在工作250h后，應(yīng)進(jìn)行檢查，進(jìn)行清洗或更換。液壓油箱應(yīng)每隔3個(gè)月從底部放油口清除水分和雜質(zhì)一次，并每隔一年（或工作滿2000h）更換全部液壓油。
液壓旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，性能穩(wěn)定。期間出現(xiàn)過一次小故障，故障形式表現(xiàn)為泵啟動(dòng)后明顯聽到異常聲響，舞臺(tái)升降不靈活。操作上升按扭后，有時(shí)出現(xiàn)舞臺(tái)無反應(yīng)，有時(shí)經(jīng)過較長時(shí)間后可以上升，但速度極慢。下降時(shí)出現(xiàn)同樣故障，且伴有舞臺(tái)抖動(dòng)現(xiàn)象。我們分析，造成異響這種現(xiàn)象的原因可能是油泵吸真空或柱塞泵內(nèi)部件損壞所致。但柱塞泵工作時(shí)間并不長，問題最有可能發(fā)生在油泵吸油不足方面。而油泵吸油不足可能是吸油管過濾器堵塞或者吸油管漏氣導(dǎo)致供油不充分?？紤]液壓系統(tǒng)安裝空間狹小，拆開油箱檢查比較困難，我們將液壓閥27的進(jìn)油軟管拆開，啟動(dòng)電機(jī)后發(fā)現(xiàn)油液間斷性噴出，隨后停止排油。油箱油量指示正常，拆開油箱后仔細(xì)觀察吸油管無異常現(xiàn)象。果斷更換過濾器，試運(yùn)行排油正常，操作舞臺(tái)上升按鈕，舞臺(tái)能正常上升，但舞臺(tái)下降時(shí)依舊不能正常完成動(dòng)作。憑經(jīng)驗(yàn)判斷產(chǎn)生這種故障的原因最有可能發(fā)生在換向閥4~7和調(diào)速閥8~11中。在舞臺(tái)下降時(shí)依此推動(dòng)換向閥4~7的推桿，發(fā)現(xiàn)推動(dòng)換向閥6的推桿時(shí)，舞臺(tái)能正常下降。檢查換向閥6電磁鐵線圈，發(fā)現(xiàn)接線頭出現(xiàn)松動(dòng)造成接觸不良。緊固接線螺釘，故障排除。
結(jié)束語
液壓旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)是活躍人們文化娛樂生活、提高和豐富演出效果的重要設(shè)施，筆者在確立總體方案和進(jìn)行液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，周密論證，科學(xué)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)簡單，液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能確保舞臺(tái)運(yùn)行的平穩(wěn)性、安全性和可靠性要求。同時(shí)介紹該液壓系統(tǒng)的一例典型故障的診斷與維修過程，提出了對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行有效保養(yǎng)和維護(hù)的措施，為用戶日常使用旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)提供了指導(dǎo)。
1 旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)的工作原理
該舞臺(tái)直徑6m，采用鋼結(jié)構(gòu)焊接件作為基架，再以防火材料加以裝飾。舞臺(tái)本體自重約3500㎏，設(shè)計(jì)有效載荷2500㎏，舞臺(tái)升降高度為1m，要求能夠單獨(dú)控制舞臺(tái)的升降和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
舞臺(tái)由臺(tái)面4、轉(zhuǎn)軸3、齒圈2、滾柱組件1、液壓馬達(dá)5、鍵6、底板7、底座8及均布于底座下方的驅(qū)動(dòng)液壓缸組成。四只伸縮式液壓缸的活塞同步上升時(shí)，推動(dòng)底座及舞臺(tái)沿導(dǎo)軌豎直上升。舞臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由可獨(dú)立控制的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒圈2來實(shí)現(xiàn)。為有效降低摩擦阻力矩，在底座和臺(tái)面間布置了滾柱組件，保證液壓馬達(dá)能夠比較輕便地驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)回轉(zhuǎn)。
2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 液壓系統(tǒng)組成及工作原理
液壓系統(tǒng)組成如圖二所示。其工作過程如下：
舞臺(tái)升降：油泵電機(jī)啟動(dòng)后，雙聯(lián)油泵1開始工作，但大流量泵和小流量泵均處于卸荷狀態(tài)。舞臺(tái)上升時(shí)，電磁鐵YA6得電，升降回路升壓，大流量泵輸出的液壓油分別通過換向閥4~8再經(jīng)四個(gè)液控單向閥12~15進(jìn)入四個(gè)液壓缸無桿腔，產(chǎn)生推力，克服舞臺(tái)重量和導(dǎo)軌副摩擦推動(dòng)舞臺(tái)上升。因液壓缸尺寸較大，舞臺(tái)上升速度較慢（設(shè)計(jì)上升速度為0.02m/s），為減少液壓元件的數(shù)量，保障系統(tǒng)的可靠性，不設(shè)置調(diào)速元件而采取由油泵和液壓缸尺寸予以直接保證的設(shè)計(jì)方案；當(dāng)舞臺(tái)停止上升或到達(dá)行程時(shí)，電磁鐵YA6失電，換向閥25處于左位，主回路卸壓。由于液控單向閥12~15鎖死，舞臺(tái)停止在鎖死位置；舞臺(tái)下降時(shí)，電磁鐵YA5、 YA6得電，系統(tǒng)控制回路升壓，高壓油進(jìn)入液控單向閥12~15的先導(dǎo)控制閥，將液控單向閥打開，同時(shí)YA1～YA4得電，換向閥4～7接油箱，舞臺(tái)依靠自重下降。下降速度可由調(diào)速閥12~15調(diào)定。同步控制：本系統(tǒng)四條同步支路所選用的元件型號(hào)相同、各支路輸入流量相同，可以較好的保證四個(gè)伸縮式油缸的同步上升、同步下降。
平衡控制：為使四個(gè)液壓缸產(chǎn)生相同的推力，系統(tǒng)中采用四個(gè)單向閥16~19將四條支路隔離開，然后用一個(gè)溢流閥20進(jìn)行壓力控制，保證各支路設(shè)定壓力相同。
舞臺(tái)旋轉(zhuǎn)：考慮到施工現(xiàn)場場地有限，為節(jié)約空間，提高效率，本設(shè)計(jì)中采用了雙聯(lián)式油泵。大流量泵用于驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降，小流量泵用于驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)舞臺(tái)旋轉(zhuǎn)。兩種運(yùn)動(dòng)可以獨(dú)立控制，互不干涉。油泵啟動(dòng)時(shí)，通過換向閥27卸壓；需要控制舞臺(tái)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁鐵YA9、YA7得電，換向閥24處于左位。高壓油經(jīng)閥24進(jìn)入液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)其回轉(zhuǎn)，通過馬達(dá)輸出軸齒輪與齒圈傳遞舞臺(tái)以驅(qū)動(dòng)力矩。若YA9、YA7得電，則馬達(dá)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)反轉(zhuǎn)。單向閥22、23和溢流閥26組成液壓馬達(dá)過載保護(hù)回路。
2.2 電氣控制回路設(shè)計(jì)
分析舞臺(tái)工作過程，為實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行控制，各電氣元件的動(dòng)作循環(huán)如圖三所示。根據(jù)電氣元件動(dòng)作循環(huán)表設(shè)計(jì)電氣控制線路圖。按下上升按扭SB3，中間繼電器K1得電并自鎖，電磁鐵YA6得電，換向閥25置左位，舞臺(tái)上升。舞臺(tái)上升至行程終點(diǎn)壓下行程開關(guān)ST，中間繼電器K1失電，換向閥25邊為常位，液壓系統(tǒng)升壓。此時(shí)液控單向閥12~15截止，液壓缸G1~G4無桿腔中的液壓油不能排回油箱，處于保壓狀態(tài)，維持舞臺(tái)在該處靜止。按下下降按扭SB4，中間繼電器K2得電并自鎖，同時(shí)K1得電，電磁鐵YA5、 YA6、YA1 ~ YA4均通電，高壓油經(jīng)換向閥3進(jìn)入液控單向閥12~15的先導(dǎo)閥，液控單向閥打開，液壓缸在調(diào)速閥8~11的控制下緩緩下降。舞臺(tái)升降和回轉(zhuǎn)可以靈活機(jī)動(dòng)控制，運(yùn)行中可隨時(shí)停留。按下按扭SB7，液壓缸控制回路失電，舞臺(tái)在該處停留；按下按扭SB8，液壓馬達(dá)控制回路失電，舞臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)?？刂凭€路中設(shè)置了動(dòng)合觸頭KM1來保證油泵啟動(dòng)后再控制各液壓閥，達(dá)到了電機(jī)啟動(dòng)和液壓控制的互鎖目的。
3 液壓系統(tǒng)維護(hù)與故障處理
該舞臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)裝置比較簡單，只要定期對(duì)齒輪副和導(dǎo)軌副進(jìn)行潤滑，防止異物進(jìn)入，可以保證很高的可靠性。而液壓系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的因素也多，因此對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)保養(yǎng)和預(yù)防性維護(hù)，可以使液壓旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)保持良好的技術(shù)狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)液壓控制元件與電氣元件工作環(huán)境比較惡劣，主動(dòng)保養(yǎng)和預(yù)防性維護(hù)的重點(diǎn)是這些元器件的可靠性。應(yīng)經(jīng)常性地檢查換向閥電磁鐵的工作狀態(tài)及閥芯滑動(dòng)是否靈活，及時(shí)消除阻滯現(xiàn)象。定期清理周圍環(huán)境中鐵屑等雜物，防止控制閥閥芯被卡死。要檢查電氣元件是否存在短路等隱患，清掃灰塵，去除油污，保障電氣元件正常工作。濾油器濾芯在工作250h后，應(yīng)進(jìn)行檢查，進(jìn)行清洗或更換。液壓油箱應(yīng)每隔3個(gè)月從底部放油口清除水分和雜質(zhì)一次，并每隔一年（或工作滿2000h）更換全部液壓油。
液壓旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，性能穩(wěn)定。期間出現(xiàn)過一次小故障，故障形式表現(xiàn)為泵啟動(dòng)后明顯聽到異常聲響，舞臺(tái)升降不靈活。操作上升按扭后，有時(shí)出現(xiàn)舞臺(tái)無反應(yīng)，有時(shí)經(jīng)過較長時(shí)間后可以上升，但速度極慢。下降時(shí)出現(xiàn)同樣故障，且伴有舞臺(tái)抖動(dòng)現(xiàn)象。我們分析，造成異響這種現(xiàn)象的原因可能是油泵吸真空或柱塞泵內(nèi)部件損壞所致。但柱塞泵工作時(shí)間并不長，問題最有可能發(fā)生在油泵吸油不足方面。而油泵吸油不足可能是吸油管過濾器堵塞或者吸油管漏氣導(dǎo)致供油不充分?？紤]液壓系統(tǒng)安裝空間狹小，拆開油箱檢查比較困難，我們將液壓閥27的進(jìn)油軟管拆開，啟動(dòng)電機(jī)后發(fā)現(xiàn)油液間斷性噴出，隨后停止排油。油箱油量指示正常，拆開油箱后仔細(xì)觀察吸油管無異常現(xiàn)象。果斷更換過濾器，試運(yùn)行排油正常，操作舞臺(tái)上升按鈕，舞臺(tái)能正常上升，但舞臺(tái)下降時(shí)依舊不能正常完成動(dòng)作。憑經(jīng)驗(yàn)判斷產(chǎn)生這種故障的原因最有可能發(fā)生在換向閥4~7和調(diào)速閥8~11中。在舞臺(tái)下降時(shí)依此推動(dòng)換向閥4~7的推桿，發(fā)現(xiàn)推動(dòng)換向閥6的推桿時(shí)，舞臺(tái)能正常下降。檢查換向閥6電磁鐵線圈，發(fā)現(xiàn)接線頭出現(xiàn)松動(dòng)造成接觸不良。緊固接線螺釘，故障排除。
結(jié)束語
液壓旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)是活躍人們文化娛樂生活、提高和豐富演出效果的重要設(shè)施，筆者在確立總體方案和進(jìn)行液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，周密論證，科學(xué)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)簡單，液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能確保舞臺(tái)運(yùn)行的平穩(wěn)性、安全性和可靠性要求。同時(shí)介紹該液壓系統(tǒng)的一例典型故障的診斷與維修過程，提出了對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行有效保養(yǎng)和維護(hù)的措施，為用戶日常使用旋轉(zhuǎn)升降舞臺(tái)提供了指導(dǎo)。