严睿晟+方慧丽+姚亮

【摘 要】 阐述目前国内剧院中三种典型的单点吊机的结构与驱动原理，并分析它们的优缺点及应用形式。

【关键词】 单点吊机；结构；驱动原理；优缺点；应用

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.07.011

【Abstract】This paper introduced the structure and driving principle of three typical kinds of point hoist in domestic theater， and also analyzed their merits and demerits and application forms.

【Key Words】point hoist； structure； driving principle； merits and demerits； application

隨着各种规模的剧院、特定演出秀场的不断涌现，单点吊机的配置显得越来越重要。如武汉汉秀剧场配置了16台移动式单点吊机，87台固定式单点吊机，几乎占台上机械设备数量的80%以上；福州贵安大剧院，配置了119台单点吊机，占台上机械数量的70%以上；西双版纳的傣秀秀场，台上配置的设备一半以上是单点吊机。

在常规的歌剧院，单点吊机一般分为两种类型。一种是吊点固定式单点吊机，往往布置在台口外面，乐池上方，配置数量以4台～8台居多；每台独立使用，也可以成组使用，或编程组合使用。另一种是吊点可以移动式的单点吊机，往往布置在舞台上空，且可以到达舞台上空的任意点位置，配置数量以8台～16台居多；使用方法与台口外的相似，可以单个使用，也可以成组或编程使用。

在演出秀场，单点吊机的布置与使用都很灵活，它可以布置在演出区，也可以布置在观众区，只要观众能看到的区域，均能布置单点吊机。由于演出秀场的演出功能及剧目相对固定，因此，单点吊机的布置位置也相对固定，吊点固定式单点吊机在演出秀场应用较广泛。

单点吊机在正常情况下要求出绳点在空间上的位置不变，但由于是缠绕卷筒上的，一旦钢丝绳进或出时，钢丝绳相对于卷筒的位置就要发生变化。为做到单点吊机的最终出绳点的空间位置不变，目前基本上采用三种方法来实施。根据结构不同，也可将单点吊机分为三种类型。

1 摇臂式单点吊机

1.1 基本构成

摇臂式单点吊机主要由机架、电机、卷筒、摇臂、编码器、限位开关、配重等组成，如图1所示。

1.2 驱动原理

这是一种钢丝绳单层卷绕式的吊机，摇臂通过上下两个滚动轴承安装在机架上，这样摇臂转动就非常灵活。当钢丝绳绕在卷筒上，并通过摇臂上的滑轮下降到固定的吊点位置，卷筒旋转时，钢丝绳升或降，此时钢丝绳在卷筒的出槽点在水平方向向左或右移动，导致卷筒到滑轮上的钢丝绳水平偏移。由于单点吊机下方配重或吊点载荷的作用，偏移的钢丝绳会产生一个水平分力，这个水平分力可以促使摇臂旋转，并保持钢丝绳垂直，使钢丝绳在卷筒上的入槽角基本上为零度。保证吊点在任何位置单点吊机都能正常工作。

1.3 优缺点

此类吊机结构相对简单，制造成本低，故障率低，安装方便。所以目前应用非常广泛。但是它也存在一些缺点，单点吊机的运行速度不宜过快，一般控制在1.5 m/s及以下；载荷偏小，250 kg以下为宜。当速度过快时，卷筒在急停或启动时加速度过大，钢丝绳容易脱槽，造成乱绳。当载荷过大时，要求摆臂的强度很高，也就是说增加了摆臂的重量或者说是摆臂的旋转惯性，由于惯性的增大，导致摆臂的不灵活，最终导致摆臂摆动的幅度跟不上卷筒上钢丝绳移动的速度，导致钢丝绳跳槽。

1.4 应用

此类单点吊机在经典剧院应用非常广泛，应用形式主要有两种。

（1）吊点固定式

主要应用在剧院台口外的乐池上方，一般布置4台～8台吊点固定式单点吊机，可以每台独立使用，也可以由几台联合使用。在栅顶上的布置形式与图1基本一致。如天津文化中心（速度0.5 m/s，载荷2.5 kN，电机功率2.2 kW）、济南大剧院（速度0.4 m/s，载荷2.5 kN，电机功率1.5 kW）台口外的单点吊机。

（2）吊点移动式

如图2所示，这类单点吊机主要应用于常规剧院主舞台上空，将卷扬机安装在靠近栅顶上、靠近后台塔墙或后马道的上方。它在固定式的基础上，增加了出绳滑轮、转角滑轮、定位滑轮等附件，同时由于定位滑轮要求布置在主舞台上方的任意一点，因此，要求卷扬机的容绳量很大，一般要求卷扬机的行程在50 m～60 m。为控制方便，卷扬机上还配置了离合器，以适应定位滑轮在不同位置时，限位开关起到限位、位置控制的零点的作用。也就是说，当定位滑轮在某一点时，缠在卷筒上的钢丝绳容许最大量释放，限位开关起作用；当需要更换定位滑轮位置时，打开离合器，固定定位滑轮位置后，重新合上离合器，此时当卷扬机上的钢丝绳释放到容许最大量时，限位开关不需要调整同样会起作用。每个剧院配置6台～12台不等的吊机，可以独立使用，也可以由几台组合在一起联合使用，每台之间的速度保持同步或定比；可以在主舞台区域内吊景、物、演员或不规则的实体。如江苏大剧院（速度1.5 m/s，载荷2.5 kN，电机功率5.5 kW）、重庆大剧院（速度1.5 m/s，载荷3.5 kN，电机功率9.2 kW）主舞台上方的单点吊机。

2 出绳滑轮与卷筒移动式单点吊机

2.1 基本构成

卷筒移动式单点吊机主要由基座、电机、卷筒、卷筒驱动丝杆、卷筒移动滑轨、编码器等组成，如图3所示。

2.2 驱动原理

这也是一种钢丝绳单层卷绕式的吊机，钢丝绳最终通过滑轮可以向下或水平出入单点吊机。单点吊机的一端与电机相连，一端与驱动丝杆相连，当驱动电机旋转时，卷筒也随之旋转，此时缠在卷筒上的钢丝绳进或出，通过出绳滑轮，最后经滑轮而进或出单点吊机。当卷筒旋转时，另一侧相联的驱动丝杆也同时旋转，而套在丝杆上的丝母则固定在基座上，这样就推动卷筒沿轴向移动；同时整个卷筒安装在一组滑轨上，以满足卷筒轴向移动的要求。另外，钢丝绳从卷筒出来后经过的出绳滑轮固定地安装在基座上，让卷筒与出绳滑轮产生相对移动，移动量则取决于驱动丝杆的节距，设计时节距与卷筒的螺距一致。因此，卷筒每旋转一圈，卷筒轴向移动量正好是一个螺距。这样保证了出绳滑轮的入绳位置永远与卷筒的出绳位置对齐，保证了卷筒上钢丝绳的出或入槽角永远是零度。

这是卷筒移动式的，也有卷筒在轴向是固定的，而移动的出绳滑轮，尽管形式不一样，但驱动原理是一样的，如图4所示。

无论是卷筒移动式还是出绳滑轮移动式，其设计原理基本是一致的，就是保证进出卷筒的钢丝绳入或出槽角始终为零度。

2.3 优缺点

此类单点吊机，结构相对复杂，制造成本高。但它具有运行速度快、载荷大的特点，由于出绳滑轮与卷筒上出入槽钢丝绳的位置始终对应，这类的单点吊机在一般情况下，钢丝绳不会跳槽，所以高速单点吊机基本上均采用这类结构，目前最高速度可到达10 m/s左右。

2.4 应用

这类单点吊机的应用与图2的应用基本类似，主要适用于速度高或载荷大的场合，如武汉汉秀剧场、国家大剧院实验剧场（速度1.2 m/s，载荷5 kN，电机功率7.5 kW）、浙江小百花大剧院（速度0.2 m/s，载荷6 kN，电机功率2.2 kW）等。

（1）图5是出绳滑轮与卷筒移动式单点吊机的另一类版本，它应用于中国中央电视台大剧院，将卷筒立起来布置，并将卷筒、电机、出绳滑轮及各种控制器件集中在一个单元内，这是卷筒固定、出绳滑轮相对移动的一种。整体吊挂在导轨上，并可沿舞台轴线方向来回推动，吊点可布置在沿舞台轴线方向的任意一点上。此吊机的技术参数为：载荷4.0 kN，速度1.2 m/s，电机功率7.5 kW。

（2）用图3的2台卷扬机可构成一套2维空间的飞行器，理论上做到一个平面的任何空间均能到达。也可以用4台卷扬机构成一套3D空间自由飞行器，可用于吊挂演员或其他景物，或在3D空间中任意飞行。图6所示是位于浙江安吉的HELLO KITTY剧场内应用的由4台单点吊机构成的3D飞行器。

3 整体移动式单点吊机

3.1 基本构成

整体移动式单点吊机主要由电机、卷筒、整体移动式行走轮、单点吊机栅顶固定钩、地面固定支撑、翻起式联杆、钢丝绳滑轮等组成，如图7所示。

3.2 驱动原理

由电机直接驱动卷筒，卷筒上的钢丝绳通过滑轮直接下落到单点吊机需要的地方。由于卷筒与滑轮之间的相对位置不变，因此，进出卷筒的入或出槽角会发生变化，正常情况下，出或入槽角超过3°时，就会发生跳槽或钢丝绳卡擦现象，导致单点吊机无法正常工作。因此在设计时，往往把卷筒做得很大，在有限的轴向距离内将容绳量做到足够，来满足单点吊机的升降要求。同时，由于卷筒的增大，导致电机需要的力矩增加，则要求选用更大的减速器来适应吊机的要求。

3.3 优缺点

此类单点吊机结构简单，使用方便，运行可靠；但制造成本高。

3.4 应用

这类单点吊机主要应用于经典剧场主舞台上空，由于它可以在舞台上空的栅顶上自由移动，因此，它的吊点可以布置在舞台上空的任意点，但随着位置的改变，与吊机连接的电缆线也必须随之移动。图7所示的整体移动式单点吊机（速度1.5 m/s，载荷2.5 kN，电机功率5.5 kW）应用在台湾台中大都会歌剧院（目前台湾规模最大的歌剧院）中剧场。图8所示的整体移动式单点吊机应用在中央电视台大剧院。

4 结论

综上，在剧院建设及设备选型中，对舞台机械设备中的单点吊机，可以首先考虑摇臂式单点吊机；在速度（≥1.5 m/s）或載荷（≥3 kN）要求较高的场合，建议采用出绳滑轮与卷筒移动式单点吊机或整体移动式单点吊机。

（编辑 王 芳）