привод вращения сценической поворотной площадки

Формула изобретения

1. Привод вращения сценической поворотной площадки, выполненной преимущественно в виде накладного круга, включающий передачу усилия от двигателя на круг посредством гибкой связи с натяжным устройством, отличающийся тем, что гибкая связь выполнена в виде замкнутого кольца цепи с жесткими звеньями, охватывающей круг по образующей поверхности и звездочку приводного устройства, установленную на валу гидродвигателя, смонтированного на подвижной в радиальном направлении по отношению к кругу платформе, перемещаемой силовым гидроцилиндром.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что гидропривод вращения круга выполнен по схеме замкнутого контура циркуляции рабочей жидкости, а линия его подпитки соединена со штоковой полостью гидроцилиндра, поршневая полость которого через трехлинейный кран имеет возможность соединения либо со штоковой полостью, либо с дренажной гидролинией.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие цепи и круга осуществляется через слой упругоэластичного материала, расположенного на образующей поверхности круга.

4. Привод по п.1 или 2, отличающийся тем, что материал имеет твердость поверхности взаимодействия со звеньями цепи не менее 60 единиц по Шору.

5. Привод по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве слоя материала использована армированная резиновая лента, например транспортерная, закрепленная на образующей поверхности круга.

6. Привод по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибкой связи использована втулочно-пальцевая цепь.

7. Привод по п.1 или 6, отличающийся тем, что оси вращения круга и звездочки приводного устройства расположены вертикально либо наклонены менее чем на 90° к горизонту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сооружений для общественных целей, оснащенных поворотными сценическими площадками, а более конкретно к конструкции привода вращения этих площадок.

Известен привод вращения сценической поворотной площадки, выполненный в виде накладного круга, который кинематически соединен с электродвигателем посредством гибкой связи в виде стального бесконечного каната, охватывающего круг по его образующей поверхности. В состав привода входит канатоведущий шкив, который монтируется на выходном валу преимущественно зубчатой передачи (редуктора), непосредственно через муфту соединенной с электродвигателем. Привод содержит отклоняющее устройство и отводные блоки, основу которых составляют ролики с желобами для каната, установленные на различного рода кронштейнах. Важным элементом привода является натяжное устройство, состоящее из противовеса и ролика, кинематически, с помощью каната, связанных между собой. При этом ось ролика установлена параллельно оси канатоведущего шкива, а сам он охвачен общей гибкой связью с последним и накладным кругом [1].

Известный привод обладает рядом недостатков, наиболее существенным из которых является его низкая безопасность для обслуживающего персонала вследствие применения гибкой связи в виде стального витого каната. Последний работает в условиях постоянного и сильного натяжения под действием усилия со стороны противовеса, обеспечивающего необходимый уровень силы трения на образующей поверхности накладного круга. Наличие большого числа роликов, входящих в состав отклоняющего устройства и отводных блоков, которые необходимы для ориентации каната, приводит к регулярным (циклическим) его изгибам, что снижает его надежность за счет уменьшения усталостной прочности. Возможность разрыва каната в любое время весьма высока, а если учесть его упругие свойства, непредсказуемость траектории движения оборванных частей и ограниченность рабочего пространства под кругом, то становится очевидной возможность, с высокой степенью вероятности, травмирования операторов, обслуживающих привод. Другим существенным недостатком известного привода является невозможность достижения точного позиционирования круга вследствие проскальзывания каната по его образующей поверхности, что вообще характерно для гибких связей, входящих в состав передач. Основной технической причиной этого феномена является неравномерность натяжения ведущей и ведомой ветвей гибкой связи, в данном случае каната, из-за чего на круге имеет место так называемая дуга скольжения. Усугубляет или, другими словами, усиливает явление проскальзывания каната на круге вертикальное перемещение противовеса, возникающее по причине неизбежной вибрации строительной конструкции здания. Если учесть, что противовес подвешен на упругом элементе - канате, то движение противовеса может происходить со значительной амплитудой из-за резонансных явлений. Одним из негативных явлений проскальзывания каната является невозможность управления движением круга в точном соответствии с ритмом музыкального сопровождения спектакля, что значительно снижает достижение сценического эффекта и не способствует более точному воплощению замысла автора музыки и режиссера спектакля. К нерешенности проблем безопасности и позиционирования круга как наиболее существенным недостаткам известного привода можно добавить ряд менее существенных, но в целом снижающих качественный уровень этого привода. Так, канатный привод по своей специфике имеет габариты, требующие значительного пространства и объема. Его конструкция такова, что монтаж становится сложной и длительной операцией. Действительно, наличие отдельных узлов и механизмов, составляющих привод, требует четкого согласования мест размещения, а запасовка каната в систему, образованную кругом, роликами разных устройств и блоков и канатоведущим шкивом, является сложной монтажной задачей. Обслуживание и ремонт технических систем, к которым относятся известный привод, отличаются также повышенной сложностью.

В качестве ближайшего технического предшественника, т.е. прототипа, выбран привод вращения сценической поворотной площадки, который по основным конструктивным решениям полностью совпадает с вышеописанным аналогом. Разница состоит в том, что из системы натяжения каната исключен противовес, который заменен устройством, образованным парой винтовых механизмов, выполненных в виде талрепов, несущих на одном конце канатные направляющие ролики, а другим - присоединенных к неподвижной части привода, т.е. его раме [2]. Такая конструкция натяжного устройства способна несколько снизить уровень проскальзывания каната, но не устраняет его полностью. Также несколько повышается степень безопасности, так как устраняется возможность аварии из-за обрыва каната подвески противовеса и его падение. Однако, в основном, недостатки, присущие аналогу, в прототипе в значительной мере сохраняются.

Таким образом, целью изобретения является повышение безопасности привода и надежности его работы, улучшение характеристик по позиционированию круга, а также уменьшение габаритов, упрощение монтажа и повышение уровня ремонтопригодности.

Поставленная цель согласно изобретению достигается за счет того, что в приводе вращения сценической поворотной площадки, выполненной в виде накладного круга, включающем передачу усилия от двигателя к последнему с помощью гибкой связи, снабженной натяжным устройством, упомянутая связь выполнена в виде замкнутого кольца цепи с жесткими звеньями, охватывающей круг по образующей поверхности и звездочку натяжного устройства, которая установлена на валу гидродвигателя, смонтированного на подвижной в радиальном направлении по отношению к кругу платформе, перемещаемой силовым гидроцилиндром. Взаимодействие цепи и круга осуществляется через слой упруго-эластичного материала с твердостью не менее 60 единиц по Шору, расположенного на образующей поверхности круга. В качестве слоя материала использована армированная резиновая лента, например транспортерная, а в качестве гибкой связи - втулочно-пальцевая цепь. Другим отличием от известного привода является то, что гидропривод вращения круга выполнен по схеме замкнутого контура циркуляции рабочей жидкости, а линия его подпитки соединена со штоковой полостью гидроцилиндра, поршневая полость которого, в свою очередь, через трехходовой кран имеет возможность соединения либо с его же штоковой полостью, либо с дренажной гидролинией.

Сущность изобретения состоит в том, что выполнение гибкой связи в виде замкнутого кольца цепи с жесткими звеньями, охватывающей накладной круг сценической поворотной площадки и звездочку приводного устройства, позволяет устранить главные недостатки прототипа - опасность разрыва каната со всеми вытекающими отсюда последствиями, о которых упомянуто выше, и его вытяжку, сказывающуюся на точности позиционирования круга. Преимущества цепи являются следствием ее конструктивных особенностей, проявляющихся в нетипичном использовании - передаче крутящего момента на круг не через зубчатое зацепление, а путем фрикционного взаимодействия с цилиндрической образующей накладного круга. Это свойство усилено тем, что слой материала, через который взаимодействуют цепь и круг, под воздействием радиального усилия со стороны цепи деформируется, образуя выпуклости в пределах между пластинами звена цепи. Это происходит благодаря тому, что слой материала обладает упруго-эластичными свойствами и твердостью поверхности не менее 60 единиц по Шору. Можно считать применяемую передачу смешанной, т.е. фрикционно-зубчатой, со всеми достоинствами, присущими ее второй части - зубчатой, что придает дополнительную жесткость трансмиссии, обеспечивающую точное позиционирование круга по управляющему сигналу на привод. Вытяжка цепи в процессе нормальной эксплуатации весьма мала и на точность углового перемещения круга не влияет, тем более что натяжное устройство постоянно компенсирует даже незначительное ее удлинение. Последнее обстоятельство становится возможным благодаря заявленному техническому решению, суть которого состоит в том, что звездочка натяжного устройства смонтирована на валу гидродвигателя, размещенного на подвижной в радиальном направлении по отношению к кругу платформе, перемещаемой с помощью силового гидроцилиндра. В целом, названные узлы и механизмы, включая насосные установки, образуют привод, отдельные части которого могут компановаться наилучшим образом, при оптимальном использовании пространства как между платформой и кругом, так и вне его. Насосные установки могут быть размещены на любом расстоянии и уровне по отношению к приводному блоку. Конструктивные особенности, реализованные в гидравлической схеме (п.2 формулы), обеспечивают надежное взаимодействие всех охваченных ею механизмов и устройств, а также точное выполнение команд по управлению положением круга во время спектакля, т.е. соблюдение необходимой скорости вращения и точное позиционирование. Примененное в схеме решение в случае необходимости позволяет в короткие сроки сбросить усилие по натяжению цепи путем переключения трехходового крана в системе подпитки и осуществить все необходимые работы, в том числе по ремонту и замене цепи.

На прилагаемых к описанию чертежах изображены:

на фиг.1 - гидро-кинематическая схема привода накладного круга с упрощенным изображением последнего и другого необходимого оборудования;

на фиг.2 - радиальное сечение А-А накладного круга в зоне взаимодействия его образующей поверхности и цепи.

В целом, привод вращения сценической поворотной площадки состоит из трех основных частей: приводного блока 1, основной насосной установки 2 и питающей насосной установки 3. Приводной блок 1 включает накладной круг 4, установленный на оси 5 и опирающийся на опоры качения, в свою очередь, перемещающиеся по планшету (на чертеже не показаны). Образующая поверхность круга 4 включает металлоконструкцию, состоящую из кольцевой балки 6 коробчатого сечения, на которой закреплены стойки 7, несущие собственно накладной круг 4. На балке 6 с внешней стороны смонтирован направляющий желоб 8, выполненный в виде швеллера, полками обращенного наружу и изогнутого по форме балки 6. На стенке швеллера любым известным способом закреплена лента 9, выполненная из упруго-эластичного материала с твердостью рабочей (внешней) поверхности не менее 60 единиц по Шору. В качестве материала для ленты 9 можно использовать армированную транспортерную ленту, отвечающую всем необходимым требованиям по упруго-эластичным свойствам и твердости. Желоб 8 с лентой 9 образуют направляющий ложемент для цепи 10, ограничителями вертикального перемещения для которой служат горизонтальные полки швеллера. Цепь 10 должна отвечать ряду необходимых требований: во-первых, она должна быть с жесткими звеньями, во-вторых, эти звенья должны быть связаны между собой по типу втулочно-пальцевой цепи, в-третьих, она должна быть выполнена в виде бесконечного замкнутого кольца, которым охвачен не только круг 4, но и звездочка 11 приводного устройства. Последняя смонтирована на валу объемного гидродвигателя 12, выполненного в виде реверсивного гидромотора, закрепленного на подвижной в радиальном направлении по отношению к кругу 4 платформе 13, которая снабжена опорами 14, помещенными в направляющие 15, ориентированные по отношению к кругу 4 соответствующим образом. Направляющие 15 закреплены на планшете сцены. Платформа 13 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения под действием силового гидроцилиндра 16, с которым она шарнирно связана и который также шарнирно соединен с кронштейном 17, также закрепленным на планшете сцены. К кругу 4 примыкает пара отклоняющих роликов 18, формирующих натяжную ветвь цепи 10 и смонтированных неподвижно на планшете сцены. Основная насосная установка 2 питает гидродвигатель 12 от насоса 19 по схеме гидропривода с замкнутой циркуляцией, в котором рабочая жидкость от объемного гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса. Описываемый гидропривод имеет дистанционное регулирование производительности насоса посредством блока управления 20. К линиям замкнутого контура циркуляции через пару встречно установленных обратных клапанов 21 подключена напорная линия нерегулируемого насоса 22 подпитки, составляющего основу питательной насосной установки 3. Одновременно напорная гидролиния насоса соединена и со штоковой полостью гидроцилиндра 16. На последней гидролинии установлен регулируемый клапан давления 23, предназначенный для обеспечения на штоке гидроцилиндра 16 усилия натяжения цепи 10 необходимой величины. Поршневая полость гидроцилиндра 16 через запорно-регулирующий элемент 24, выполненный в виде трехлинейного крана, имеет возможность соединения либо со штоковой полостью этого гидроцилиндра, либо с дренажной гидролинией, замкнутой на гидробак 25. Всасывающая гидролиния подпиточного насоса 22 и сливная для клапана 23 связаны с гидробаком 25.

Привод вращения сценической поворотной площадки работает следующим образом.

При включении в работу насоса 19 блоком управления 20 задают необходимую подачу насоса, а значит, и вполне определенную частоту вращения вала гидродвигателя 12. С этой частотой вращения будет вращаться и звездочка 11, передавая с помощью цепи 10 вращение на накладной круг 4. Частота вращения последнего будет определяться не только заданной частотой вращения гидродвигателя, но и передаточным отношением между звездочкой 11 и кругом 4, взаимодействующих в режиме редуцирования, т.е. уменьшения частоты вращения от гидродвигателя к кругу. Гидроцилиндр 16, постоянно подключенный своей штоковой полостью к напорной линии подпиточного насоса 22, создаст натяжение в цепи 10 путем перемещения платформы 13 по направляющим 15 и окончательно ее фиксирует в натянутом состоянии с постоянным усилием, которое определяется настройкой регулируемого клапана 23 на необходимый уровень давления рабочей жидкости в напорной линии этого насоса. Подпиточный насос 22 подключен к напорным гидролиниям контура замкнутой циркуляции гидродвигателя 12 и насоса 19 для осуществления постоянной во времени ликвидации дефицита рабочей жидкости в этом контуре через пару встречно включенных обратных клапанов 21, пропускающих рабочую среду только в одном направлении. При необходимости изменения скоростного режима работы привода, вплоть до его остановки, оператор дистанционно через блок управления 20 изменяет подачу насоса 19. Следует отметить автономность работы натяжного устройства независимо от текущих параметров работы гидродвигателя 12. Так, в случае необходимости ослабления натяжения цепи 10, например для профилактического осмотра или ремонта, гидропривод вращения круга 4 отключается, а подпиточный насос включается в работу. При этом с помощью трехлинейного крана 24 оператор соединяет штоковую полость гидроцилиндра 16 с его поршневой полостью, что позволяет выравнять давление рабочей среды в обеих полостях и за счет большего усилия со стороны поршневой полости, вызванного замещающим эффектом штока в соответствующей полости, медленно переместить систему поршень - шток в сторону накладного круга 4, уменьшив таким образом в необходимых пределах усилие натяжения цепи 10. Для приведения привода в рабочее состояние оператор переключает трехлинейный кран 24, соединяя поршневую полость с дренажной гидролинией и отсекая от последней напорную гидролинию питания рабочей средой штоковой полости гидроцилиндра 16. В таком положении последний осуществит натяжение цепи 10 и создаст условия гидроприводу вращения накладного круга 4 для работы. Одной из важных особенностей работы предлагаемого привода является характер взаимодействия цепи 10 с поверхностью ленты 9, выполненной из упруго-эластичного материала. Под действием натяжения жесткие звенья цепи внедряются в материал ленты, образуя в пределах звена выпуклые участки на ленте - своеобразные зубья, чем значительно повышается жесткость передачи и практически исключается взаимное проскальзывание.

ООО "Гидропривод" совместно с Государственным Академическим Мариинским театром разработали, изготовили и к настоящему времени осуществили испытания предлагаемого привода в условиях спектакля "Золото Рейна", которые подтвердили все вышеперечисленные его преимущества перед приводами с канатной гибкой связью.

Источники информации

1. Патент РФ №2032050, кл. Е 04 Н 3/26, публ. 27.03.95. в бюл. №9.

2. Конструирование и расчет театральных декораций. В.Я.Рывнин, Учебное пособие Лен. гос. Ин-та театра, музыки и кинематографии, Ленинград, 1982, с.88 - прототип.