Korea Ever-Power · Průvodce aplikačním inženýrstvím
Šnek a šnekové kolo pro jevištní stroje a divadelní systémy
Herec se vznáší 8 metrů nad jevištěm na motorizovaném výškovém rameni, zavěšeném na dvou ocelových lanech procházejících šnekovým převodem. Publikum sedí v tichu – 800 lidí, okolní hluk 28 dB(A). Šnekový převod musí unést váhu herce s bezpečnostním faktorem 8, pohybovat se s hlukem pod 32 dB(A) a zastavit se v přesné výšce s tolerancí plus mínus 5 mm – to vše současně, noc co noc, po dobu 300 představení ročně. Žádná jiná aplikace v této sérii neslučuje bezpečnost života, extrémní ticho a uměleckou přesnost v jediné specifikaci.
Jevištní stroje – systémy pro pojízdné kulisy (pojízdné kulisy a umělci), otočné gramofony, orchestrální výtahy, pohony opony a vozy pro kulisy – používají šnekové převody, protože samosvorné mechanismy drží zavěšená břemena nad umělci bez samostatné brzdy (bezpečnostně kritické), posuvná síť produkuje nejtišší hluk převodu ze všech typů převodovek (pod 32 dB(A) pro prémiová divadla) a profily uměleckého pohybu s proměnnou rychlostí vyžadují plynulé otáčení bez vůle při 0,01 až 2 ot./min. Matice shody s SIL (úroveň integrity bezpečnosti) mapuje typ zatížení (pouze kulisa, umělec plus kulisa, umělec létající) a výšku nad jevištěm na požadovanou úroveň SIL (1, 2 nebo 3) a odpovídající bezpečnostní požadavky na šnekové převody: bezpečnostní faktor, redundance, protokol ověření samosvornosti a interval kontroly. SIL 3 – požadovaná pro umělce létající nad 3 metry – vyžaduje dvojité ověření samosvornosti, redundantní dráhu zatížení, SF 8 nebo vyšší a každoroční kontrolu každého šnekového převodu v systému pojízdného mechanismu třetí stranou.
Kde jevištní stroje používají šnekové převodové pohony
Moderní divadlo nebo opera obsahuje 20 až 80 motorizovaných šňůr (každá s 1 až 2 pohony šnekových převodů), 1 až 4 pohony točen, 2 až 8 pohonů výtahů (orchestrální jáma, scénické výtahy) a 10 až 30 pohonů opony a vagónů. Celkový počet párů šnekových převodů na místo konání se pohybuje od 40 do 150 – každý z nich je specifikován pro nejnáročnější kombinaci bezpečnosti, ticha a přesnosti v jakémkoli odvětví.
Motorizované výsuvné tyče zvedají a spouštějí kulisy, osvětlení a umělce. Nosnost se pohybuje od 50 kg (jedna světelná tyč) do 2 000 kg (celá kulisová sada). Výsuvné tyče splňují nejpřísnější bezpečnostní požadavky: SIL 3 dle DGUV 17 a ANSI E1.6-1. Samosvorné zařízení drží zavěšené břemeno v jakékoli výšce bez nutnosti pohonu motoru. Rychlost: 0,01 až 2 m/s vertikálně.
Otočná pódia o průměru 8 až 20 metrů otáčejí kulisou a účinkujícími během scén. Rychlost: 0,1 až 2 ot./min. Hluk pod 30 dB(A) ve vzdálenosti 1 metru – nejpřísnější specifikace hluku v celé této sérii 35 článků. Účinkující stojí a hrají na rotující ploše – jakékoli vibrace nebo trhnutí při rotaci jsou cítit přes jejich nohy a narušují jejich vystoupení.
Matice shody SIL – typ a výška zatížení podle bezpečnostní specifikace páru šnekových kol
Rámec úrovně integrity bezpečnosti (Safety Integrity Level, odvozený z normy IEC 61508 a aplikovaný na zábavní stroje prostřednictvím předpisu DGUV 17 a ANSI E1.6-1) klasifikuje rizika pro jevištní stroje podle následků selhání pohonu. Důsledek závisí na tom, co je zavěšeno (kulisy nebo účinkující) a jak vysoko nad jevištěm (vyšší úroveň = delší pád = vážnější zranění). Úroveň SIL určuje bezpečnostní požadavky na šnekové převody – od základního ověření samosvornosti (SIL 1) až po dvojitě redundantní dráhy zatížení s každoroční kontrolou třetí stranou (SIL 3).
Zvýšení bezpečnostního faktoru z SF 4 (pouze pro scenérie) na SF 8 (pro performance létání) znamená, že pár šnekových převodů musí být dimenzován na 8násobek skutečného zavěšeného zatížení. Systém performance létání o hmotnosti 100 kg vyžaduje pár s jmenovitou nosností ekvivalentu 800 kg – což je 3 až 4násobné zvýšení velikosti rámu oproti výpočtu pouze zatížení. Tato masivní bezpečnostní rezerva odráží závažnost následků: pád scenérie poškozuje majetek; pád performance létání způsobí vážná zranění nebo smrt. Náklady na předimenzování páru o 3 až 4 velikosti rámu (přidání 400 až 800 USD na pohon) jsou zanedbatelné ve srovnání s expozicí vůči odpovědnosti za selhání performance létání.
Extrémní ticho – pod 32 dB(A) během výkonu
Specifikace ticha pro páry šnekových převodů pro jevištní stroje je nejextrémnější v celé této sérii 35 článků – hlučnost je nižší než u nemocničních lůžek JIP s 45 dB(A) (článek A11), hlučnost je nižší než u prémiových výtahů s 50 dB(A) (článek A07) a hlučnost je nižší než u optických lešticích strojů s 38 dB(A) (článek A24). Koncertní sál během pianissima může dosáhnout 25 až 30 dB(A) – a jakýkoli hluk strojů nad okolní hladinou je vnímán každým členem publika.
Dosažení hlučnosti pod 32 dB(A) ve vzdálenosti 1 metru od pohonu šnekovým soukolí vyžaduje současně všechny techniky pro snížení hluku: lapovaný nebo superleštěný šnek s Ra 0,1 až 0,2 µm (nejjemnější stupeň povrchové úpravy – stejný jako u optických leštících pohonů v článku A24), kotouč z POM nebo MC nylonu (tlumení materiálu absorbuje vibrace síťoviny), elastomerové uložení (izoluje vibrace skříně od konstrukce jeviště) a syntetický olej s nízkou viskozitou (snižuje hluk víření v utěsněné skříni). Kombinovaný účinek všech čtyř technik dosahuje 28 až 35 dB(A) – v rozsahu, který je maskován i nejtišším publikem v divadle.
Korejské národní divadlo instalovalo nový 15metrový otočný točnu pro inscenaci vyžadující nepřetržitou rotaci během 12minutové dramatické scény. Šnekové převodovky točny měly specifikovaný limit hluku 32 dB(A). Během technické zkoušky režisér uvedl, že točna byla slyšet během nejtišších pasáží – naměřeno 36 dB(A) v první řadě sedadel (6 metrů od okraje točny). Samotná šneková převodovka naměřila 31 dB(A) ve vzdálenosti 1 metru – což je v souladu se specifikací. Vibrace přenášené ocelovou konstrukcí točny však zesilovaly hluk u diváků. Řešení: tým jevištních inženýrů instaloval elastomerové izolační podložky mezi pouzdro šnekových převodovek a ocelový rám točny (cena: 650 USD v pryžových úchytech a instalační práci), čímž se snížila dráha vibrací přenášených konstrukcí. Hluk mezi diváky a sedadly klesl na 29 dB(A) – během představení nebyl slyšet. Ponaučení: Specifikace hluku šnekového převodu musí zahrnovat izolaci proti vibracím instalace – pár, který splňuje limit 32 dB(A) u krytu, může překročit limit u sedadel pro diváky, pokud montáž přenáší vibrace do konstrukce jeviště. Specifikujte hluk v místě pro diváky, nikoli u krytu, a do specifikace instalace pohonu uveďte elastomerovou izolaci.
Případy specifikace párů šnekových převodů pro třístupňové stroje
Případ 1 – Korejské národní divadlo: 48řádkový systém pro létání, úroveň SIL 3 pro účinkující, 32 dB(A)
Korejské národní divadlo specifikovalo šnekové převody pro 48lajnový motorizovaný systém s možností létání pro umělce. Maximální zavěšené zatížení na lano: 500 kg (kulisní záběr) nebo 150 kg (umělec v postroji). Úroveň SIL: SIL 3 pro všech 48 lajn (umělec může být použit na jakémkoli laně). SF: 8 (umělec v jakékoli výšce). Jmenovitá nosnost šnekového převodu: 150 × 8 = ekvivalent 1 200 kg na lano. Specifikace páru: jednorázový, modul 3, rozteč 80 mm, převodový poměr 40:1, jmenovitý výstupní točivý moment 1 800 N·m. Samosvor: dvojité ověření – primární samosvor na šnekovém převodu plus nezávislá pružinová bezpečnostní brzda na hřídeli motoru. Hluk: 31 dB(A) ve vzdálenosti 1 m (lapovaný šnek Ra 0,15 µm, kolo z POM, uchycení v elastomerovém pouzdře). Motor: servopohon 7,5 kW s bezpečnostním enkodérem s certifikací SIL-3. Monitorování zatížení: snímač zatížení v reálném čase na každé šňůře expanzní nádoby, nouzové zastavení, pokud zatížení překročí 120 procent naprogramované hmotnosti. Roční kontrola: zátěžová zkouška třetí stranou při 125 procentech, NDT (magnetická prášková kontrola šnekové hřídele), měření vůle. Náklady na jeden pár šnekových kol: 920 USD. Celkem za 48 linií: 44 160 USD. Rozpočet na výstavbu divadla: přibližně 85 milionů USD – páry šnekových kol systému expanzní nádoby představovaly 0,05 procenta stavebních nákladů, přičemž byly primární složkou pro bezpečnost života.
Případ 2 – Japonské divadlo Kabuki: otočné jeviště o průměru 18 m, 0,5 ot./min, odolné vůči vibracím
Japonské divadlo Kabuki specifikovalo pro hlavní otočné jeviště (mawari butai) šnekové převody – točnu o průměru 18 metrů, která otáčí kulisy a účinkující mezi scénami v tradiční technice Kabuki. Hmotnost točny: přibližně 25 tun (včetně povrchu jeviště, kulis a až 15 účinkujících). Rychlost: 0,3 až 0,8 ot./min (pomalá, dramatická rotace viditelná pro diváky). Kritickým požadavkem nebyl hluk (představení Kabuki zahrnují perkuse a vyprávění, které maskují zvuk strojů), ale vibrace: účinkující v tradičních kostýmech s vysokými parukami (styl onnagata) jsou extrémně citliví na vibrace podlahy – i 0,02 mm/s vibrací přenášených podlahou jeviště způsobuje viditelný pohyb paruky, který narušuje uměleckou iluzi. Šnekové převody: 2chodové (samosvorné není nutné – točna je podepřena axiálním ložiskem, žádné riziko gravitace), modul 6, osová vzdálenost 160 mm, poměr 30:1. Lapovaný šnek Ra 0,15 µm pro minimální přenos vibrací. Kolo: odstředivě litý fosforový bronz (POM nebyl při výstupním točivém momentu 4 500 N·m dostatečný). Elastomerové spojení mezi dvojicí a ozubeným věncem otočného stolu. Vibrace na povrchu stolku: 0,008 mm/s – pod prahovou hodnotou 0,02 mm/s. Procházet tichý šnekový reduktor pro jevištní stroje možnosti pro divadelní otočné stoly, výtahy a orchestrální výtahy.
Případ 3 – Vietnamské kongresové centrum: 12 záclonové dráhy, SIL 1, nákladově vyvážené
Vietnamské kongresové centrum specifikovalo šnekové převody pro 12 motorizovaných závěsových drah (závěsy na jevišti, dělicí stěny, projekční plátna). Maximální hmotnost závěsu na dráhu: 80 kg. Žádné zavěšené břemeno nad osobami – závěsy se pohybují vodorovně po nadzemních drahách (SIL 1). Hluk: pod 45 dB(A) (hluk v kongresovém centru je 40 až 50 dB(A) – méně náročný než v divadle). Šnekový převod: jednochodý, modul 1,5, rozteč 30 mm, poměr 30:1, úhel břitu Ra 0,4 µm (hluk adekvátní při 42 dB(A) s kolem z POM – lapování není nutné při uvolněném cíli 45 dB(A)). Kolo: POM. SF: 4 (pouze kulisy, SIL 1). Motor: střídavý převodový motor o výkonu 0,37 kW. Cena za pár: 48 USD. Celkem za 12 drah: 576 USD. Specifikace ukazuje, že ne všechny jevištní a eventové stroje vyžadují specifikaci SIL 3 / SF 8 / sub-32-dB(A) pro národní divadlo – úroveň bezpečnosti a cílová hladina hluku musí odpovídat skutečnému riziku a typu místa konání. Nadměrná specifikace SIL 3 u oponové dráhy, která nikdy nezavěšuje břemena nad osoby, znamená plýtvání více než 800 USD na jízdu bez jakéhokoli bezpečnostního přínosu.
Často kladené otázky
Otázka: Proč SF 8 pro výkonné létání místo SF 1,5 až 3 používaných v průmyslových jeřábech?
Bezpečnostní faktory průmyslových jeřábů (SF 1,5 až 3 dle norem FEM/ISO) předpokládají profesionální operátory, kontrolované postupy zvedání a bezpečnostní vyloučené zóny. Létání divadelních herců nemá žádnou z těchto záruk: herec je užitečným nákladem (ne profesionální rigger), zvedání probíhá během živého představení (nejedná se o kontrolovaný zdvih) a lidé (ostatní herci, jevištní dělníci) jsou přímo pod zavěšeným břemenem bez vyloučené zóny. SF 8 kompenzuje extrémní následky (zranění nebo smrt herce před publikem) a nemožnost evakuace jeviště během představení. Jevištní stroje navíc podléhají uměleckým změnám zatížení (herci skáčou, houpají se nebo jsou na povel padáni), které produkují faktory zesílení dynamického zatížení 2 až 3 – statická SF 8 již absorbuje velkou část tohoto dynamického zesílení.
Otázka: Co znamená „dvojité samosvorné ověření“ pro systémy SIL 3 pro muchy?
To znamená, že dva nezávislé mechanismy musí být schopny udržet plnou zavěšenou zátěž, pokud ten druhý selže. Primárním mechanismem je samosvorný mechanismus šnekového převodu (který drží zátěž třením v převodu). Sekundárním mechanismem je obvykle pružinová brzda s uvolněním silou na hřídeli motoru (která drží zátěž mechanickým třením na brzdovém kotouči). Oba mechanismy působí na stejný hnací ústrojí, ale na základě různých fyzikálních principů – pokud samosvorný mechanismus šnekového převodu selže (kvůli neočekávané změně maziva snižující tření), brzda selže. Pokud brzda selže (kvůli únavě pružiny), samosvorný mechanismus selže. Pravděpodobnost současného selhání obou mechanismů je součinem jejich individuálních pravděpodobností selhání – dosažení cíle SIL 3, který je menší než 10⁻⁷ nebezpečných selhání za hodinu.
Otázka: Lze použít dvouchodý šnekový převod v jakékoli aplikaci pro jevištní stroje?
Pouze pro stroje s horizontálním pojezdem (točny, vozy pro kulisy, záclonové dráhy), kde gravitace nemůže pohánět zátěž zpět, pokud se motor zastaví. Točny se otáčejí v horizontální rovině – pokud se motor zastaví, točna zůstane v klidu bez ohledu na samosvor, protože ve směru otáčení nepůsobí gravitační síla. Specifikace se 2 chody poskytuje vyšší účinnost (68 oproti 45 procentům) a plynulejší otáčení (méně zasekávacích klouzavých pohybů při nízké rychlosti) – obojí je cenné pro umělecký pohyb točny. Pro jakékoli stroje s vertikálním pojezdem (pojízdné lano, výtahy) nebo jakýkoli systém zavěšující břemena (včetně horizontálního pojezdu, kde kulisy visí z pohyblivého portálu) je samosvornost s jedním chodem povinná – bez výjimky.
Otázka: Jak často je nutné kontrolovat šnekové převody systému pro střelbu z operačního sálu?
SIL 1 (pouze kulisy): roční vizuální kontrola a měření vůle technickým personálem místa konání sálu. SIL 2 (kulisy nad účinkujícími pod 3 m): roční zátěžová zkouška na 125 procent plus měření vůle kvalifikovaným inspektorem jevištního vybavení. SIL 3 (umělci létající nebo kulisy nad 3 m nad účinkujícími): roční zátěžová zkouška na 125 procent plus NDT (magnetická prášková nebo ultrazvuková kontrola šnekové hřídele a svarů pouzdra) plus měření vůle – vše akreditovaným inspekčním orgánem třetí strany. Systémy SIL 3 navíc vyžadují před každým představením, které zahrnuje tágo pro účinkujícího, provozní kontrolu před každým vystoupením, které zahrnuje tágo pro účinkujícího – operátor táhla pro účinkujícího spustí každé tágo pro účinkující s prázdnou lajnou (bez účinkujícího), aby ověřil funkci motoru, brzdy a samosvorného mechanismu před připojením účinkujícího.
Otázka: Jaká je typická životnost šnekového převodu v divadle?
Systémy šnekových kol v divadlech obvykle provozují 300 až 500 představení ročně plus 200 až 400 hodin zkoušek – celkem 500 až 1 500 provozních hodin ročně. Při těchto lehkých hodinách provozu a mírných točivých momentech vydrží bronzové nebo POM kolo mechanicky 10 až 20 let. Režim inspekcí a certifikace však často vede k dřívější výměně: pokud roční NDT zjistí jakékoli známky na hřídeli šneku (trhlina, korozní důlek, značka pnutí), vymění se celý pár bez ohledu na zbývající mechanickou životnost. Některá místa proaktivně vyměňují všechny páry šnekových kol systému šnekových kol každých 15 let v rámci renovace jevištního strojního zařízení – čímž se resetuje základní úroveň bezpečnostní certifikace. Ocelový šnek vydrží více než 20 let, pokud jej NDT při každé roční inspekci vyčistí.
Šnekové převody pro jevištní stroje splňují nejextrémnější kombinaci požadavků na bezpečnost a ticho v jakémkoli odvětví – SIL 3 s SF 8 pro pohyb účinkujících (nejvyšší bezpečnostní faktor v této řadě), pod 32 dB(A) pro prémiové divadelní gramofony (nejpřísnější specifikace hluku v této řadě) a plynulost pohybu v umělecké kvalitě, kterou žádná průmyslová aplikace nevyžaduje. Matice shody s SIL mapuje typ a výšku zatížení na správnou úroveň bezpečnosti, bezpečnostní faktor, požadavek na redundanci a inspekční protokol – čímž se zabraňuje jak nebezpečnému podhodnocení, které ohrožuje bezpečnost účinkujících, tak nákladnému nadhodnocení, které uplatňuje SIL 3 na aplikace, které vyžadují pouze SIL 1. Pro divadelní architekty, návrháře jevištních strojů a technické ředitele míst konání je šnekový převod mechanickým srdcem každého lana, točny a výtahu – a jeho specifikace určuje, zda je stroj dostatečně bezpečný pro účinkující, dostatečně tichý pro publikum a dostatečně plynulý pro umění.
Pro výrobce jevištních strojů a divadelní technické týmy naše technické oddělení klasifikuje úroveň SIL a doporučuje specifikace bezpečnosti, hluku a přesnosti. Standardní katalog ultratiché šnekové převodovky Pokrývá velikosti stolků od 30 do 160 mm s osovou vzdáleností v konfiguracích SIL 1 až SIL 3. Odešlete specifikace pohonu jevištních strojů s typem zatížení, výškou, požadavkem SIL, cílem hluku a typem místa konání.
Specifikace párů šnekových převodů pro jevištní nebo divadelní stroje?
Zašlete typ zátěže (scenérie, účinkující), výšku nad pódiem, cílovou hladinu hluku, typ místa konání a zda je nutné, aby účinkující létal. Zařadíme úroveň SIL a doporučíme bezpečnostní faktor, redundanci, stupeň hluku a inspekční protokol.
Střihač: Cxm
