Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за сценични машини и театрални летящи системи
Актьор лети на 8 метра над сцената върху моторизирана летяща греда, окачена на два стоманени кабела, преминаващи през червячна предавка. Публиката седи в тишина - 800 души, околен шум 28 dB(A). Червячната предавка трябва да издържи теглото на актьора с коефициент на безопасност 8, да се движи с шум под 32 dB(A) и да спира на точна височина в рамките на плюс или минус 5 мм - всичко това едновременно, нощ след нощ, в продължение на 300 представления годишно. Никое друго приложение от тази серия не съчетава безопасност на живота, изключителна тишина и артистична прецизност в една спецификация.
Сценичните машини — системи за летящи декори и изпълнители, въртящи се грамофони, оркестрови асансьори, задвижвания на завеси и декорни колички — използват червячни зъбни колела, защото самозаключването държи окачени товари над изпълнителите без отделна спирачка (критично за безопасността), плъзгащата се мрежа произвежда най-тихия шум от зъбното колело от всеки тип трансмисия (под 32 dB(A) за първокласни театри), а профилите на артистично движение с променлива скорост изискват плавно въртене без луфт при 0,01 до 2 оборота в минута. Матрицата за съответствие SIL (Ниво на интегритет на безопасността) съпоставя типа на натоварването (само декор, изпълнител плюс декор, летящ изпълнител) и височината над сцената с необходимото ниво SIL (1, 2 или 3) и съответните изисквания за безопасност на червячните зъбни колела: коефициент на безопасност, резервиране, протокол за проверка на самозаключването и интервал на проверка. SIL 3 — изисква се за изпълнители, летящи над 3 метра — изисква двойна проверка на самозаключването, резервиран път на натоварване, SF 8 или по-висока и годишна проверка от трета страна на всяка червячна зъбна колела в системата за летящи декори.
Където сценичните машини използват червячни зъбни предавки
Един съвременен театър или опера съдържа от 20 до 80 моторизирани въжета за движение (всяко с 1 до 2 задвижвания с червячни зъбни колела), от 1 до 4 задвижвания на въртящи се поставки, от 2 до 8 задвижвания на асансьори (оркестрова яма, сценични асансьори) и от 10 до 30 задвижвания на завеси и вагони. Общият брой на червячните зъбни колела на място варира от 40 до 150 — всяко от които е специфицирано за най-взискателната комбинация от безопасност, тишина и прецизност във всяка индустрия.
Моторизираните летящи лостове повдигат и спускат декори, осветление и изпълнители. Натоварванията варират от 50 кг (единична светлинна лост) до 2000 кг (пълен комплект декори). Летящите изпълнители добавят най-строгите изисквания за безопасност: SIL 3 съгласно DGUV 17 и ANSI E1.6-1. Самозаключването държи окачения товар на всякаква височина без захранване от мотор. Скорост: от 0,01 до 2 м/с вертикално.
Въртящи се сцени с диаметър от 8 до 20 метра въртят декорите и изпълнителите по време на сцените. Скорост: от 0,1 до 2 оборота в минута. Шум под 30 dB(A) на 1 метър - най-строгата спецификация за шум в цялата серия от 35 статии. Изпълнителите стоят и действат върху въртящата се повърхност - всяка вибрация или потрепване при въртенето се усеща през краката им и нарушава изпълнението им.
Матрица за съответствие със SIL — вид и височина на натоварването спрямо спецификацията за безопасност на червячна зъбна двойка
Рамката за ниво на интегритет на безопасността (произлизаща от IEC 61508 и прилагана към развлекателните машини чрез DGUV Regulation 17 и ANSI E1.6-1) класифицира рисковете за сценичните машини според последствията от повреда в задвижването. Последиците зависят от това какво е окачено (декорация или изпълнители) и колко високо над сцената (по-високо = по-дълго падане = по-тежко нараняване). Нивото на SIL определя изискванията за безопасност на червячните зъбни колела — от основна проверка за самозаключване (SIL 1) до двойно резервирани пътища на натоварване с годишна проверка от трета страна (SIL 3).
Прогресията на коефициента на безопасност от SF 4 (само за декори) до SF 8 (за изпълнители) означава, че двойката червячни зъбни колела трябва да бъде оценена за 8 пъти действителното окачено натоварване. Система за изпълнители със 100 кг изисква двойка, оценена на еквивалент от 800 кг - увеличение на размера на рамата с 3 до 4 пъти спрямо изчислението само за натоварване. Този огромен запас от безопасност отразява тежестта на последствията: падане при декорация уврежда имущество; падане при изпълнител причинява тежки наранявания или смърт. Цената на преоразмеряването на двойката с 3 до 4 размера на рамата (добавяйки 400 до 800 щатски долара на задвижване) е незначителна спрямо експозицията на отговорност при повреда при изпълнители.
Изключителна тишина — под 32 dB(A) по време на изпълнение
Спецификацията за тишина за двойките червячни зъбни колела за сценични машини е най-екстремната в цялата серия от 35 статии – по-ниска от тази на болничните легла в интензивните отделения с 45 dB(A) (Статия A11), по-ниска от първокласните асансьори с 50 dB(A) (Статия A07) и по-ниска от машините за оптично полиране с 38 dB(A) (Статия A24). В концертна зала по време на пианисимо пасаж може да се достигне ниво от 25 до 30 dB(A) – и всеки шум от машината над околния се възприема от всеки член на публиката.
Постигането на ниво под 32 dB(A) на 1 метър от задвижване с червячна зъбна предавка изисква едновременно прилагане на всички техники за намаляване на шума: шлифован или суперфиниширан червяк с Ra от 0,1 до 0,2 µm (най-финият клас на финишно покритие — същият като при оптичните полиращи задвижвания в член A24), POM или MC найлоново колело (материалното амортизиране абсорбира вибрациите на мрежата), еластомерен монтаж (изолира вибрациите на корпуса от сценичната конструкция) и синтетично масло с нисък вискозитет (намалява шума от въртене в запечатания корпус). Комбинираният ефект от всичките четири техники постига от 28 до 35 dB(A) — в диапазона, който е маскиран от най-тихата театрална публика.
Корейски национален театър инсталира нов 15-метров въртящ се грамофон за продукция, изискваща непрекъснато въртене по време на 12-минутна драматична сцена. Червячната зъбна предавка на грамофона е била с ограничение на шума от 32 dB(A). По време на техническата репетиция, режисьорът съобщи, че грамофонът се е чувал по време на най-тихите пасажи - измерени на 36 dB(A) на първия ред седалки (6 метра от ръба на грамофона). Самата червячна зъбна предавка е показала 31 dB(A) на 1 метър - в рамките на спецификацията. Но вибрациите, предавани през стоманената конструкция на грамофона, са усилили шума при местата за публиката. Решение: екипът по сценични инженери е инсталирал еластомерни изолационни подложки между корпуса на червячната зъбна предавка и стоманената рамка на грамофона (цена: 650 щатски долара за гумени опори и монтажен труд), намалявайки пътя на вибрациите, предавани от конструкцията. Шумът от публиката до местата за публиката е спаднал до 29 dB(A) - нечуваем по време на представлението. Урок: спецификацията за шум на червячната зъбна предавка трябва да включва виброизолация на монтажа — двойка, която отговаря на ограничението от 32 dB(A) при корпуса, може да надвиши ограничението при местата за публиката, ако монтажът предава вибрации в конструкцията на сцената. Посочете шума при позицията за публиката, а не при корпуса, и включете еластомерна изолация в спецификацията за монтаж на задвижването.
Спецификации на тристепенни червячни зъбни колела
Случай 1 — Корейски национален театър: система за летене с 48 въжета, летене на изпълнители със SIL 3, 32 dB(A)
Корейски национален театър е определил червячни зъбни колела за 48-редова моторизирана система за летене с възможност за изпълнение на изпълнители. Максимално окачено натоварване на въже: 500 кг (декорация) или 150 кг (изпълнител в сбруя). Ниво на SIL: SIL 3 за всички 48 въжета (изпълнителят може да се използва на всяко въже). SF: 8 (изпълнител, летящ на всяка височина). Номинален капацитет на червячната зъбна колела: 150 × 8 = 1200 кг еквивалент на въже. Спецификация на двойката: еднократна, модул 3, междуосово разстояние 80 мм, съотношение 40:1, номинален изходен въртящ момент 1800 N·m. Самозаключване: двойна проверка — първично самозаключване на червячната зъбна колела плюс независима пружинна предпазна спирачка на вала на двигателя. Шум: 31 dB(A) на 1 м (прилепнал червяк Ra 0,15 µm, POM колело, еластомерен корпус). Двигател: 7,5 kW серво с енкодер за безопасност с рейтинг SIL-3. Мониторинг на натоварването: датчик за натоварване в реално време на всяка линия на мухата, аварийно спиране, ако натоварването надвиши 120 процента от програмираното тегло. Годишна проверка: тест за натоварване от трета страна при 125 процента, NDT (магнитно-прашкова проверка на червячен вал), измерване на хлабина. Цена на двойка червячни зъбни колела: 920 щатски долара. Общо за 48 линии: 44 160 щатски долара. Бюджет за изграждане на театъра: приблизително 85 милиона щатски долара — двойките червячни зъбни колела на системата на мухата представляват 0,05 процента от строителните разходи, като същевременно са основният компонент за безопасност на живота.
Случай 2 — Японски театър Кабуки: въртяща се сцена с диаметър 18 м, 0,5 об/мин, критична за вибрациите
Японски театър Кабуки е определил червячни зъбни колела за главната въртяща се сцена (mawari butai) — въртяща се платформа с диаметър 18 метра, която върти декорите и изпълнителите между сцените в традиционната техника на Кабуки. Маса на въртящата се платформа: приблизително 25 тона (включително сценичната повърхност, декорите и до 15 изпълнители). Скорост: от 0,3 до 0,8 оборота в минута (бавно, драматично въртене, видимо за публиката). Критичното изискване не е бил шумът (изпълненията на Кабуки включват ударни инструменти и разказ, които маскират звука на машините), а вибрациите: изпълнителите в традиционни костюми с високи перуки (стил онагата) са изключително чувствителни към вибрациите на пода — дори 0,02 мм/с вибрация, предавана през пода на сцената, причинява видимо движение на перуката, което нарушава артистичната илюзия. Червячна зъбна колела: 2-ходова (не е необходимо самозаключване — въртящата се платформа се поддържа от аксиален лагер, няма риск от гравитация), модул 6, разстояние между центровете 160 мм, съотношение 30:1. Прилепнала червячна предавка Ra 0,15 µm за минимално предаване на вибрации. Колело: центробежно лят фосфорен бронз (POM не беше адекватен при изходен въртящ момент от 4500 N·m). Еластомерна връзка между двойката и зъбното колело на въртящата се платформа. Вибрация на повърхността на платформата: 0,008 mm/s — под прага от 0,02 mm/s. Разгледайте безшумен червячен редуктор за сценични машини опции за театрални въртящи се поставки, системи за повдигане и приложения за оркестрови асансьори.
Случай 3 — Виетнамски конгресен център: 12 релси за завеси, SIL 1, балансирани разходи
Виетнамски конгресен център е определил червячни зъбни колела за 12 моторизирани релси за завеси (сценични завеси, прегради за стаи, проекционни екрани). Максимално тегло на завесата на релса: 80 кг. Без окачени товари над хора — завесите се движат хоризонтално по горни релси (SIL 1). Шум: под 45 dB(A) (средата в конгресния център е от 40 до 50 dB(A) — по-малко взискателно от театър). Червячна зъбна колела: едноходова, модул 1.5, междуосово разстояние 30 мм, съотношение 30:1, заземяване Ra 0.4 µm (шумът е адекватен при 42 dB(A) с POM колело — не е необходимо притискане при облекчената цел от 45 dB(A)). Колело: POM. SF: 4 (само за декори, SIL 1). Мотор: AC мотор-редуктор 0.37 kW. Цена на чифт: 48 USD. Общо за 12 релси: 576 USD. Спецификацията показва, че не всички сценични и събития машини изискват спецификацията SIL 3 / SF 8 / sub-32-dB(A) за национален театър — нивото на безопасност и целевата стойност за шум трябва да съответстват на действителния риск и вида на мястото. Прекомерното определяне на SIL 3 за релса за завеси, която никога не окачва товари над хора, води до загуба на над 800 щатски долара на движение без никаква полза за безопасността.
Често задавани въпроси
В: Защо SF 8 за кранове с висока производителност, вместо SF 1.5 до 3, използвани в индустриалните кранове?
Коефициентите за безопасност на индустриалните кранове (SF 1.5 до 3 съгласно стандартите FEM/ISO) предполагат професионални оператори, контролирани процедури за повдигане и зони за изключване на безопасността. Летенето на театрални артисти няма нито една от тези предпазни мерки: изпълнителят е полезният товар (не е професионален такелажник), повдигането се извършва по време на представление на живо (не е контролирано повдигане) и хората (други изпълнители, сценични работници) са директно под окачения товар без зона за изключване. SF 8 компенсира екстремните последици (нараняване или смърт на изпълнителя пред публика) и невъзможността за евакуация на сценичната зона по време на представление. Освен това, сценичните машини претърпяват артистични промени в натоварването (изпълнителите скачат, люлеят се или биват изпускани по команда), които произвеждат коефициенти на динамично усилване на натоварването от 2 до 3 - статичното SF 8 вече абсорбира голяма част от това динамично усилване.
В: Какво означава „двойна самозаключваща се проверка“ за мушици със SIL 3?
Това означава, че два независими механизма трябва да могат да задържат пълния окачен товар, ако другият се повреди. Основният механизъм е самозаключващата се червячна зъбна двойка (която задържа товара чрез триене в зъбното колело). Вторичният механизъм обикновено е пружинно задействана, освобождаваща се от сила спирачка на вала на двигателя (която задържа товара чрез механично триене върху спирачен диск). И двата механизма действат върху един и същ задвижващ механизъм, но чрез различни физически принципи - ако самозаключващата се червячна зъбна двойка се повреди (поради неочаквана промяна на смазката, намаляваща триенето), спирачката задържа. Ако спирачката се повреди (поради умора на пружината), самозаключващата се задържа. Вероятността и двата да се повредят едновременно е произведението от техните индивидуални вероятности за повреда - постигане на целта SIL 3 от по-малко от 10⁻⁷ опасни повреди на час.
В: Може ли двуходова червячна зъбна предавка да се използва във всяко сценично машинно приложение?
Само за машини с хоризонтално движение (въртящи се маси, декоративни вагони, релси за завеси), където гравитацията не може да задвижва товара назад, ако двигателят спре. Въртящите се маси се въртят в хоризонтална равнина — ако двигателят спре, въртящата се маса остава неподвижна, независимо от самозаключването, защото няма гравитационна сила в посоката на въртене. Спецификацията с 2 старта осигурява по-висока ефективност (68 спрямо 45 процента) и по-плавно въртене (по-малко събития на залепване-плъзгане при ниска скорост) — и двете ценни за артистичното движение на въртящата се маса. За всякакви машини с вертикално движение (въжета за носене, асансьори) или всяка система за окачване на товари (включително хоризонтално движение, където декорите висят от движещ се портал), самозаключването с един старт е задължително — без изключения.
В: Колко често трябва да се проверяват червячните зъбни колела на системата за пускане на двигатели?
SIL 1 (само декори): годишна визуална проверка плюс измерване на луфта от техническия персонал на мястото. SIL 2 (декорации над изпълнители под 3 м): годишен тест за натоварване при 125 процента плюс измерване на луфта от квалифициран инспектор на сценични машини. SIL 3 (изпълнител, летящ или декори над 3 м над изпълнители): годишен тест за натоварване при 125 процента плюс NDT (магнитно-прахово или ултразвуково изпитване на червячния вал и заваръчните шевове на корпуса) плюс измерване на луфта — всичко това от акредитиран от трета страна инспекционен орган. Освен това, системите SIL 3 изискват предварителна оперативна проверка преди всяко представление, което включва летящ щека за изпълнител — операторът на летящата щека пуска всяка летяща щека за изпълнител празна (без изпълнител), за да провери функцията на двигателя, спирачката и самозаключващата се система, преди изпълнителят да бъде прикрепен.
В: Какъв е типичният експлоатационен живот на червячна зъбна предавка за театрални цели?
Системите за театрално преместване обикновено осигуряват 300 до 500 представления годишно плюс 200 до 400 часа репетиции - общо 500 до 1500 работни часа годишно. При тези леки часове на работа и умерени въртящи моменти, бронзовото или POM колело издържа механично от 10 до 20 години. Режимът на инспекция и сертифициране обаче често води до по-ранна подмяна: ако годишният NDT открие някаква индикация във вала на червяка (пукнатина, корозионна ямка, следа от напрежение), цялата двойка се подменя, независимо от оставащия механичен живот. Някои места проактивно подменят всички двойки червячни зъбни колела на системата за преместване на стълбове на всеки 15 години като част от обновяването на сценичното оборудване - нулирайки базовата линия за сертифициране на безопасност. Стоманеният червей издържа над 20 години, ако NDT го одобрява при всяка годишна инспекция.
Червячните зъбни колела за сценични машини отговарят на най-екстремната комбинация от изисквания за безопасност и тишина във всяка индустрия — SIL 3 с SF 8 за повдигане на изпълнители (най-високият коефициент на безопасност в тази серия), под 32 dB(A) за първокласни театрални грамофони (най-строгата спецификация за шум в тази серия) и плавност на движение с артистично качество, която никое индустриално приложение не изисква. Матрицата за съответствие със SIL съпоставя типа на натоварването и височината с правилното ниво на безопасност, коефициент на безопасност, изискване за резервиране и протокол за проверка — предотвратявайки както опасното подценяване, което застрашава безопасността на изпълнителите, така и скъпото надценяване, което прилага SIL 3 към приложения, които изискват само SIL 1. За театралните архитекти, проектантите на сценични машини и техническите директори на заведенията, червячната зъбна колела е механичното сърце на всяко въже за повдигане, грамофон и подемник — и нейната спецификация определя дали машината е достатъчно безопасна за изпълнителите, достатъчно тиха за публиката и достатъчно плавна за изкуството.
За производителите на сценично оборудване и театралните технически екипи, нашият инженерен екип класифицира нивото на SIL и препоръчва спецификации за безопасност, шум и прецизност. Стандартен каталог ултратихи червячни зъбни колела покриват размери на сцени от 30 до 160 мм междуцентрово разстояние с конфигурации SIL 1 до SIL 3. Изпратете Спецификация на задвижването на сценични машини с вид натоварване, височина, изискване за SIL, цел за шум и вид на мястото на провеждане.
Специфициране на червячни зъбни колела за сценични или театрални машини?
Изпратете вида на товара (пейзаж, изпълнител), височината над сцената, нивото на шум, вида на мястото и дали е необходимо изпълнителят да лети. Ще класифицираме нивото на SIL и ще препоръчаме коефициента на безопасност, излишъка, степента на шум и протокола за проверка.
Редактор: Cxm
