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

1 舞臺機械設(shè)備的設(shè)計技術(shù)要求

舞臺機械設(shè)備的設(shè)計技術(shù)要求包括針對具體設(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)計制造完成后要滿足的技術(shù)要求，一般作為設(shè)計輸入條件給設(shè)計者作為設(shè)計依據(jù)并形成設(shè)計輸出的一部分。雖然舞臺機械設(shè)備的功能形式多種多樣，但其設(shè)計技術(shù)要求還是可以歸納表達，如表1所示。

表1 舞臺機械設(shè)備的設(shè)計技術(shù)要求（設(shè)計輸入條件）

2 舞臺機械工程相關(guān)通用要求

除設(shè)備設(shè)計技術(shù)要求外，設(shè)計者還應(yīng)該注意舞臺機械工程的相關(guān)通用要求，這也是設(shè)計輸入的一部分，不能忽略。如：加工性、焊接性、裝配性、試驗性、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、卷揚機、鋼結(jié)構(gòu)、電機減速器、聯(lián)軸器、傳動軸、鏈輪鏈條、齒輪齒條、螺桿螺母、剪叉斜面、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、制動器、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、臺面板高差精度、臺縫寬度、結(jié)構(gòu)強度及安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性、安全性、可靠性、噪聲與振動、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，電氣與控制要求等等。

這些通用要求都在工程項目的標(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)計的過程及結(jié)果中，設(shè)計者不能遺漏，最直接的方法是設(shè)計前及設(shè)計各階段用上述內(nèi)容對照檢查一遍，以免疏忽。

3 設(shè)計過程相關(guān)參數(shù)

設(shè)計過程相關(guān)參數(shù)是為滿足設(shè)備功能而設(shè)計計算并選用的設(shè)備驅(qū)動傳動結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)，設(shè)備設(shè)計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)計輸出的一部分。舞臺機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)需要可能會千變?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，這里只將比較共用的參數(shù)歸納整理如表2所示，設(shè)計時根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)形式還會產(chǎn)生多項特性參數(shù)。

表2 設(shè)計過程相關(guān)參數(shù)

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

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

4 功能參數(shù)相關(guān)要素

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

4.1 運行行程

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

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

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

樂池升降臺的升降運行行程一般為舞臺面以下樂池深度的降程，有運輸座椅車臺功能時其降程增加到座椅臺倉的位置。

4.2 運行速度、起制動加速度

舞臺機械設(shè)備的運行速度根據(jù)功能要求而定。換場換景設(shè)備要求盡可能高的速度，但當(dāng)運動質(zhì)量較大時，受到慣性力影響，速度不宜太高。同時，速度的確定還受到行程的影響，當(dāng)行程不長時，由于起動制動過程的限制，真正高速運行的時間不長，提高速度對縮短時間效果不大（如圖1所示）。

圖1 速度與行程的關(guān)系

分析圖1可知：

當(dāng)運行距離 s與起動制動時的加減速度a給定時，運行時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

舞臺機械的運動速度、起制動加速度在追求高效工作的同時，還要重點考慮人體工程學(xué)、人體心理感受以及人身安全等因素。同時，不同設(shè)備的運動質(zhì)量也差別較大，其慣性力影響懸殊，如單點吊機與主舞臺升降臺，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)計規(guī)定的、設(shè)備運動時所能承受的標(biāo)定外載荷，它是計算設(shè)備結(jié)構(gòu)強度、剛度、穩(wěn)定性以及選擇驅(qū)動機、設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)的基礎(chǔ)依據(jù)之一。舞臺機械設(shè)備的額定載荷主要是根據(jù)舞臺工藝和演出需要來確定，起重機械的載荷值基本沒有參考意義。

臺上吊掛設(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。臺下臺面設(shè)備多數(shù)作為運動舞臺來使用，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)計龐大利用率卻很低。

臺上吊掛設(shè)備的額定載荷直接參與設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)和承載件結(jié)構(gòu)的力學(xué)設(shè)計。臺下臺面設(shè)備的額定載荷主要參與驅(qū)動系統(tǒng)的動力學(xué)設(shè)計，是否參與承載件的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計，要視具體結(jié)構(gòu)而言。因為臺下臺面設(shè)備一般都有靜態(tài)載荷的要求且其值都遠大于額定載荷，故其承載件的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計常以靜態(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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