李陽 嚴睿晟 徐慧文

摘要：介紹了一種集約化模組手動翻轉活門機構。

關鍵詞：翻轉活門;手動

1 概述

隨著科技進步與演藝市場變革，各類秀場類演藝劇院項目層數不窮，推動了相關設備的研發(fā)。本文介紹了一種全新的集約化手動翻轉活門，可以用于各類小型雜技項目。

快速翻轉活門根據演出需要在劇院特定位置設置，可以實現人員或者景物快速變換，產生特殊演出效果。舞臺設備中的翻轉活門一般分為電動翻轉活門與手動翻轉活門兩種。所謂電動翻轉活門是指利用電動推桿或者伺服電機等實現翻轉活門快速打開與恢復;所謂手動翻轉活門是指利用手動機構，人為配合演出完成設備動作與恢復。在各類秀場演出中，舞臺設備中的翻轉活門使用過程中需確保與現場表演同步，因此對翻轉活門在靈活度和易操作度上要求較高。從安全角度上看，翻轉活門的安全性與演出人員的生命安全息息相關。若翻轉活門出現故障，不僅影響演出效果，嚴重的甚至威脅工作人員的生命安全。因此，翻轉活門需定期進行設備維護，以確保演出人員安全。手動形式的翻轉活門在這兩方面有較大優(yōu)勢：第一，手動翻轉活門操作簡便且靈活，可以更好地配合演出人員的現場表演;第二，手動翻轉活門故障率遠低于電動翻轉活門，同時在日常維護上，手動翻轉活門也比電動翻轉活門更為方便。手動翻轉活門可以通過側插銷機構、絲桿機構、凸輪楔塊機構等多種形式實現，但各類系統(tǒng)各有優(yōu)缺點。其中插銷機構鎖定力較大，不容易解鎖與恢復;絲桿機構難于實現快速出發(fā)與快速恢復;凸輪楔塊機構較難實現穩(wěn)定鎖定狀態(tài)。

本文闡述的手動翻轉活門利用反拉自鎖鉤與滾動銷，采用全新思路設計。當翻轉活門處于補平狀態(tài)時利用反拉勾壓力點自鎖特點，使臺面全部壓力通過反拉勾傳遞到兩側主梁上，形成穩(wěn)定平衡的靜止狀態(tài)。當手動拉動翻轉繩時，拉桿克服了壓簧壓力，經過一小段弧形滑動，反拉鉤迅速解鎖，翻板利用自重下滑，快速觸發(fā)運動，翻板迅速打開。

2 機械組成

3 設計過程

本設備中自鎖拉鉤是關鍵零件，關系到系統(tǒng)安全性及使用可靠性，另外手動拉動及恢復系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)也必不可少。

3.1 自鎖拉鉤設計

F1：翻轉活門總載荷;L1：翻轉活門總載荷力臂;F2：翻轉活門載荷轉化到鎖定鉤受力;F2’：鎖定鉤反向支撐力;L2：鎖定鉤對應翻轉活門翻轉鉸鏈力臂;F3：鎖定鉤旋轉阻力;L3：鎖定鉤旋轉阻力臂;F4：鎖定鉤旋轉驅動力;L4：鎖定鉤旋轉驅動力臂

實際設計中發(fā)現，經過層層轉化F4值很小，僅需要非常小的驅動力，即可將翻轉活門驅動打開。同理，一個很小的彈簧反向作用在F4點，將對系統(tǒng)末端產生非常大的阻力。理論上若鎖定鉤安裝位置保持水平，F2’延伸線在鎖定鉤翻轉鉸鏈點上，將對整體系統(tǒng)自鎖，必須通過F4驅動力才能打開活門。

3.2緩沖系統(tǒng)設計

緩沖系統(tǒng)的選擇需正好將翻轉活門瞬間產生的沖擊能量化解。這樣才可以保證緩沖系統(tǒng)長期使用，瞬間化解能量，防止反彈。

s5：緩沖作用行程;g：重力加速度;G：翻轉活門重力;F5：緩沖器平均受力;V：緩沖器觸發(fā)初始速度;則

需要根據F5選取適合的緩沖器，緩沖器能量值越接近計算數值效果越好，緩沖器選擇過小則設備容易損壞，無法起到吸收全部能量的效果，會有一定反彈;緩沖器選擇過大，則設備沖擊較大，不利于保護轉動副等構件壽命，且成本較高。

3.3活門關閉拉力計算

假設則：

單人可以較為輕松關閉翻板。

3.4結構強度計算

鎖定鉤強度計算

本設計中共4組鎖定鉤，臺面面積S=1㎡;假設單位面積載荷M1=5kN，臺面單位面積自重M2=1kN，總載荷6N。

單個鎖鉤受力F6：

分別多鎖定鉤、臺面鋼結構進行有限元分析，可以得出應力、應變、撓度等各類信息，結構完全符合使用需求：

4 技術特點

4.1 結構形式新穎：通過鎖定鉤與滾輪銷觸發(fā)臺面動作，結構較為緊湊，使用方便，易于安裝維護;采用模塊化設計，可以方便的整體更換，提高了安裝及維護效率。

4.2 安全可靠：采用機械自鎖結構，滿足結構承載最大強度。

4.3 觸發(fā)靈敏：通過杠桿效應，減小了觸發(fā)力，觸發(fā)靈活方便。

5 結束語

本設計為臺下雜技演出或者各類綜藝節(jié)目中自由落體翻轉活門提供了一種解決方案，適用于各類中小型演出場所。