Korea Ever-Power · Sprievodca aplikačným inžinierstvom
Šnek a závitovkové koleso pre javiskové stroje a divadelné systémy
Herec letí 8 metrov nad pódiom na motorizovanej tyči, zavesený na dvoch oceľových lanách prechádzajúcich cez závitovkový prevodový pár. Publikum sedí v tichu – 800 ľudí, okolitý hluk 28 dB(A). Závitovkový prevodový pár musí udržať váhu herca s bezpečnostným faktorom 8, pohybovať sa s hlukom pod 32 dB(A) a zastaviť sa v presnej výške s toleranciou plus alebo mínus 5 mm – to všetko súčasne, noc čo noc, počas 300 predstavení ročne. Žiadna iná aplikácia v tejto sérii nespája bezpečnosť života, extrémne ticho a umeleckú presnosť v jednej špecifikácii.
Javiskové stroje – systémy lietajúcich kulís (lietajúce kulisy a účinkujúci), otočné gramofóny, orchestrálne výťahy, pohony opony a kulisové vozíky – používajú páry závitovkových prevodov, pretože samosvorné mechanizmy držia zavesené bremená nad účinkujúcimi bez samostatnej brzdy (bezpečnostne kritické), posuvná sieť produkuje najtichší hluk prevodovky zo všetkých typov prevodovky (pod 32 dB(A) pre prémiové divadlá) a profily umeleckého pohybu s premenlivou rýchlosťou vyžadujú plynulé otáčanie bez vôle pri 0,01 až 2 ot./min. Matica zhody SIL (úroveň integrity bezpečnosti) mapuje typ zaťaženia (iba kulisa, účinkujúci plus kulisa, lietajúci účinkujúci) a výšku nad javiskom na požadovanú úroveň SIL (1, 2 alebo 3) a zodpovedajúce bezpečnostné požiadavky na pár závitovkových prevodov: bezpečnostný faktor, redundancia, protokol overenia samosvornosti a interval kontroly. SIL 3 – požadovaná pre účinkujúcich lietajúcich nad 3 metre – vyžaduje dvojité overenie samosvornosti, redundantnú dráhu zaťaženia, SF 8 alebo vyšší a každoročnú kontrolu každého páru závitovkových prevodov v systéme lietania treťou stranou.
Kde javiskové stroje používajú závitovkové prevodové pohony
Moderné divadlo alebo opera obsahuje 20 až 80 motorizovaných lán (každé s 1 až 2 pármi závitovkových prevodov), 1 až 4 pohony točníc, 2 až 8 pohonov výťahov (orchestrálna jama, scénické výťahy) a 10 až 30 pohonov opony a vagónov. Celkový počet párov závitovkových prevodov na miesto konania sa pohybuje od 40 do 150 – každý je špecifikovaný pre najnáročnejšiu kombináciu bezpečnosti, ticha a presnosti v akomkoľvek odvetví.
Motorizované vysúvacie ramená zdvíhajú a spúšťajú kulisu, osvetlenie a účinkujúcich. Zaťaženie sa pohybuje od 50 kg (jedna svetelná rampa) do 2 000 kg (celá kulisová zostava). Vysúvacie ramená spĺňajú najprísnejšie bezpečnostné požiadavky: SIL 3 podľa DGUV 17 a ANSI E1.6-1. Samosvorné udržiava zavesené bremeno v akejkoľvek výške bez použitia motora. Rýchlosť: 0,01 až 2 m/s vertikálne.
Otočné javiská s priemerom 8 až 20 metrov otáčajú kulisy a účinkujúcich počas scén. Rýchlosť: 0,1 až 2 ot./min. Hluk pod 30 dB(A) vo vzdialenosti 1 meter – najprísnejšia špecifikácia hluku v celej tejto 35-článkovej sérii. Účinkujúci stoja a hrajú na rotujúcej ploche – akékoľvek vibrácie alebo trhnutie pri rotácii cítia cez svoje chodidlá a narúša ich vystúpenie.
Matica zhody SIL – typ a výška zaťaženia podľa bezpečnostnej špecifikácie páru závitovkových ozubených kolies
Rámec úrovne integrity bezpečnosti (odvodený z normy IEC 61508 a uplatňovaný na zábavné stroje prostredníctvom nariadenia DGUV 17 a ANSI E1.6-1) klasifikuje riziká pre javiskové stroje podľa následkov poruchy pohonu. Dôsledok závisí od toho, čo je zavesené (kulisy alebo účinkujúci) a ako vysoko nad javiskom (vyššie = dlhší pád = vážnejšie zranenie). Úroveň SIL určuje bezpečnostné požiadavky na závitovkové prevody – od základného overenia samosvornosti (SIL 1) až po dvojito redundantné zaťažovacie dráhy s každoročnou kontrolou treťou stranou (SIL 3).
Zvýšenie bezpečnostného faktora z SF 4 (iba scenéria) na SF 8 (prevádzkový lietajúci systém) znamená, že pár závitovkových prevodov musí byť dimenzovaný na 8-násobok skutočného zaveseného zaťaženia. Systém prevádzkového lietania s hmotnosťou 100 kg vyžaduje pár s menovitou nosnosťou 800 kg – čo je 3 až 4-násobné zvýšenie veľkosti rámu oproti výpočtu iba zaťaženia. Táto masívna bezpečnostná rezerva odráža závažnosť následkov: pád scenérie poškodí majetok; pád prevádzkového lietadla spôsobí vážne zranenie alebo smrť. Náklady na predimenzovanie páru o 3 až 4 veľkosti rámu (pridanie 400 až 800 USD na pohon) sú zanedbateľné v porovnaní s rizikom zodpovednosti za poruchu prevádzkového lietania.
Extrémne ticho – pod 32 dB(A) počas výkonu
Špecifikácia ticha pre páry závitovkových prevodov javiskových strojov je najextrémnejšia v celej tejto 35-článkovej sérii – je menej hlučná ako u nemocničných lôžok na JIS s hodnotou 45 dB(A) (článok A11), menej hlučná ako u prémiových výťahov s hodnotou 50 dB(A) (článok A07) a menej hlučná ako u optických leštičiek s hodnotou 38 dB(A) (článok A24). Koncertná sála počas pianissima môže dosiahnuť hlučnosť 25 až 30 dB(A) – a akýkoľvek hluk strojov nad okolitou hladinou vníma každý člen publika.
Dosiahnutie hlučnosti pod 32 dB(A) vo vzdialenosti 1 meter od pohonu závitovkovým prevodom si vyžaduje súčasné použitie všetkých techník na zníženie hluku: lapovaný alebo prepracovaný závitovkový prevod s Ra 0,1 až 0,2 µm (najjemnejší stupeň povrchovej úpravy – rovnaký ako pri optických leštiacich pohonoch v článku A24), kotúč z POM alebo MC nylonu (tlmenie materiálu absorbuje vibrácie siete), elastomérové uloženie (izoluje vibrácie krytu od konštrukcie javiska) a syntetický olej s nízkou viskozitou (znižuje hluk vírenia v utesnenom kryte). Kombinovaný účinok všetkých štyroch techník dosahuje 28 až 35 dB(A) – v rozsahu, ktorý je maskovaný aj najtichším publikom v divadle.
Kórejské národné divadlo nainštalovalo nový 15-metrový otočný gramofón pre produkciu vyžadujúcu nepretržitú rotáciu počas 12-minútovej dramatickej scény. Závitovkový prevod gramofónu mal špecifikovaný limit hluku 32 dB(A). Počas technickej skúšky režisér uviedol, že gramofón bol počuteľný počas najtichších pasáží – nameraných 36 dB(A) v prvom rade sedadiel (6 metrov od okraja gramofónu). Samotný závitovkový prevod nameraný vo vzdialenosti 1 meter bol 31 dB(A) – čo je v rámci špecifikácie. Vibrácie prenášané cez oceľovú konštrukciu gramofónu však zosilňovali hluk pri sedadlách pre divákov. Riešenie: tím javiskových inžinierov nainštaloval elastomérové izolačné podložky medzi kryt závitovkového prevodu a oceľový rám gramofónu (cena: 650 USD v gumených úchytkách a montážnej práci), čím sa znížila dráha vibrácií prenášaných konštrukciou. Hluk medzi divákmi a sedadlami klesol na 29 dB(A) – počas predstavenia nebol počuteľný. Ponaučenie: špecifikácia hluku závitovkového prevodu musí zahŕňať izoláciu vibrácií pri inštalácii – pár, ktorý spĺňa limit 32 dB(A) na kryte, môže prekročiť limit na sedadlách pre divákov, ak montáž prenáša vibrácie do konštrukcie javiska. Špecifikujte hluk v mieste pre divákov, nie na kryte, a do špecifikácie inštalácie pohonu zahrňte elastomérovú izoláciu.
Prípady špecifikácií párov závitovkových prevodov pre trojstupňové stroje
Prípad 1 – Kórejské národné divadlo: 48-šnúrový systém lietania, lietanie účinkujúcich SIL 3, 32 dB(A)
Kórejské národné divadlo špecifikovalo páry závitovkových prevodov pre 48-lanový motorizovaný systém lietania s možnosťou lietania pre účinkujúcich. Maximálne zavesené zaťaženie na lano: 500 kg (scenéria) alebo 150 kg (umelca v postroji). Úroveň SIL: SIL 3 pre všetkých 48 lán (umelca lietajúceho pre účinkujúcich je možné použiť na akomkoľvek lane). SF: 8 (umelca lietajúceho v akejkoľvek výške). Menovitá nosnosť páru závitovkových prevodov: 150 × 8 = ekvivalent 1 200 kg na lano. Špecifikácia páru: jednoštartový, modul 3, rozostup 80 mm, pomer 40:1, menovitý výstupný krútiaci moment 1 800 N·m. Samosvorné: dvojité overenie – primárne samosvorné na páre závitovkových prevodov plus nezávislá pružinová bezpečnostná brzda na hriadeli motora. Hluk: 31 dB(A) vo vzdialenosti 1 m (lapovaný závitovkový prevod Ra 0,15 µm, koleso z POM, elastomérové uloženie krytu). Motor: servopohon s výkonom 7,5 kW s bezpečnostným enkodérom s hodnotením SIL-3. Monitorovanie zaťaženia: snímač zaťaženia v reálnom čase na každej linke flying line, núdzové zastavenie, ak zaťaženie prekročí 120 percent naprogramovanej hmotnosti. Ročná kontrola: záťažová skúška treťou stranou pri 125 percentách, NDT (magnetická časťová kontrola závitovkového hriadeľa), meranie vôle. Náklady na pár závitovkových ozubených kolies: 920 USD. Celkom za 48 liniek: 44 160 USD. Rozpočet na výstavbu divadla: približne 85 miliónov USD – páry závitovkových ozubených kolies systému flying line predstavovali 0,05 percenta stavebných nákladov, pričom boli primárnym prvkom pre bezpečnosť života.
Prípad 2 – Japonské divadlo Kabuki: 18 m otočné javisko, 0,5 ot./min., kritické voči vibráciám
Japonské divadlo Kabuki špecifikovalo páry závitovkových prevodov pre hlavné otáčavé javisko (mawari butai) – točňu s priemerom 18 metrov, ktorá otáča kulisy a účinkujúcich medzi scénami v tradičnej technike javiskového štýlu Kabuki. Hmotnosť točne: približne 25 ton (vrátane povrchu javiska, kulís a až 15 účinkujúcich). Rýchlosť: 0,3 až 0,8 ot./min. (pomalá, dramatická rotácia viditeľná pre divákov). Kritickou požiadavkou nebol hluk (predstavenia Kabuki zahŕňajú perkusie a rozprávanie, ktoré maskujú zvuk strojov), ale vibrácie: účinkujúci v tradičných kostýmoch s vysokými parochňami (štýl onnagata) sú mimoriadne citliví na vibrácie podlahy – už 0,02 mm/s vibrácií prenášaných cez podlahu javiska spôsobuje viditeľný pohyb parochne, ktorý narúša umeleckú ilúziu. Pár závitovkových prevodov: 2-chodový (samosvorné nie je potrebné – točňa podopretá axiálnym ložiskom, žiadne riziko gravitácie), modul 6, stredová vzdialenosť 160 mm, pomer 30:1. Lapovaná závitovka Ra 0,15 µm pre minimálny prenos vibrácií. Koleso: odstredivo liaty fosforový bronz (POM nebol dostatočný pri výstupnom krútiacom momente 4 500 N·m). Elastomérové spojenie medzi dvojicou a ozubeným vencom točne. Vibrácie na povrchu stolíka: 0,008 mm/s – pod prahovou hodnotou 0,02 mm/s. Prehliadať tichý závitovkový reduktor pre javiskové stroje možnosti pre točňu pre divadlo, systém lietania a orchestrálne výťahy.
Prípad 3 – Vietnamské kongresové centrum: 12 záclonových dráh, SIL 1, nákladovo vyvážené
Vietnamské kongresové centrum špecifikovalo páry závitovkových prevodov pre 12 motorizovaných závesných dráh (javiskové závesy, deliace steny, premietacie plátna). Maximálna hmotnosť závesu na dráhu: 80 kg. Žiadne zavesené bremená nad osobami – závesy sa pohybujú horizontálne po nadzemných dráhach (SIL 1). Hluk: pod 45 dB(A) (prostredie v kongresovom centre je 40 až 50 dB(A) – menej náročné ako v divadle). Pár závitovkových prevodov: jednochodý, modul 1,5, rozostup osí 30 mm, pomer 30:1, odstup brúsenia Ra 0,4 µm (hlučnosť primeraná pri 42 dB(A) s kolesom z POM – lapovanie nie je potrebné pri uvoľnenom cieľovom 45 dB(A)). Koleso: POM. SF: 4 (iba kulisa, SIL 1). Motor: AC prevodový motor s výkonom 0,37 kW. Cena za pár: 48 USD. Celkom za 12 dráh: 576 USD. Špecifikácia ukazuje, že nie všetky javiskové a podujatiové stroje vyžadujú špecifikáciu SIL 3 / SF 8 / sub-32-dB(A) národného divadla – úroveň bezpečnosti a cieľová hladina hluku musia zodpovedať skutočnému riziku a typu miesta konania. Nadmerná špecifikácia SIL 3 na dráhe opony, ktorá nikdy nezavesí bremená nad osoby, predstavuje plytvanie viac ako 800 USD na jazdu bez akéhokoľvek bezpečnostného prínosu.
Často kladené otázky
Otázka: Prečo SF 8 pre výkonné lietanie namiesto SF 1,5 až 3 používaných v priemyselných žeriavoch?
Bezpečnostné faktory priemyselných žeriavov (SF 1,5 až 3 podľa noriem FEM/ISO) predpokladajú profesionálnych operátorov, kontrolované zdvíhacie postupy a bezpečnostné vylúčené zóny. Lietanie divadelných hercov nemá žiadne z týchto ochranných opatrení: herec je užitočné zaťaženie (nie profesionálny rigger), zdvíhanie prebieha počas živého predstavenia (nie je to kontrolované zdvíhanie) a ľudia (iní herci, javiskoví robotníci) sú priamo pod zaveseným bremenom bez vylúčenej zóny. SF 8 kompenzuje extrémne následky (zranenie alebo smrť herca pred publikom) a nemožnosť evakuácie javiskového priestoru počas predstavenia. Okrem toho javiskové mechanizmy prechádzajú umeleckými zmenami zaťaženia (herci skáču, hojdajú sa alebo sú na povel spúšťaní), ktoré vytvárajú faktory zosilnenia dynamického zaťaženia 2 až 3 – statická SF 8 už absorbuje veľkú časť tohto dynamického zosilnenia.
Otázka: Čo znamená „dvojité samosvorné overenie“ pre muškárske systémy SIL 3?
To znamená, že dva nezávislé mechanizmy musia byť schopné udržať celé zavesené zaťaženie, ak druhý zlyhá. Primárnym mechanizmom je samosvorný pár závitovkových prevodov (ktorý drží zaťaženie prostredníctvom trenia v prevode). Sekundárnym mechanizmom je zvyčajne pružinová brzda s uvoľnením sily na hriadeli motora (ktorá drží zaťaženie prostredníctvom mechanického trenia na brzdovom kotúči). Oba mechanizmy pôsobia na rovnaký pohon, ale prostredníctvom rôznych fyzikálnych princípov – ak samosvorný pár závitovkových prevodov zlyhá (kvôli neočakávanej zmene maziva znižujúcej trenie), brzda zostane v prevádzke. Ak brzda zlyhá (kvôli únave pružiny), samosvorný mechanizmus zostane v prevádzke. Pravdepodobnosť súčasného zlyhania oboch mechanizmov je súčinom ich individuálnych pravdepodobností poruchy – dosiahnutie cieľa SIL 3 menej ako 10⁻⁷ nebezpečných porúch za hodinu.
Otázka: Môže sa dvojchodový závitovkový prevodový pár použiť v akejkoľvek aplikácii s javiskovými strojmi?
Len pre stroje s horizontálnym pohybom (točne, vozíky na scénu, záclonové dráhy), kde gravitácia nemôže po zastavení motora poháňať záťaž spätne. Točne sa otáčajú v horizontálnej rovine – ak sa motor zastaví, točňa zostane nehybná bez ohľadu na samosvor, pretože v smere otáčania nepôsobí gravitačná sila. Špecifikácia s 2 spusteniami poskytuje vyššiu účinnosť (68 oproti 45 percentám) a plynulejšiu rotáciu (menej zasekávacích a preklzových udalostí pri nízkej rýchlosti) – obe sú cenné pre umelecký pohyb točne. Pre akékoľvek stroje s vertikálnym pohybom (laná, výťahy) alebo akýkoľvek systém zavesenia záťaže (vrátane horizontálneho pohybu, kde scéna visí z pohyblivého portálu) je samosvornosť s jedným spustením povinná – bez výnimky.
Otázka: Ako často sa musia kontrolovať páry závitovkových prevodov systému mušlí v divadle?
SIL 1 (iba kulisa): ročná vizuálna kontrola plus meranie vôle technického personálu miesta konania. SIL 2 (kulisy nad účinkujúcimi pod 3 m): ročná záťažová skúška na 125 percent plus meranie vôle kvalifikovaným inšpektorom javiskového strojov. SIL 3 (umelci lietajúci alebo kulisa nad 3 m nad účinkujúcimi): ročná záťažová skúška na 125 percent plus NDT (magnetická časticová alebo ultrazvuková kontrola závitovkového hriadeľa a zvarov krytu) plus meranie vôle – všetko akreditovaným inšpekčným orgánom tretej strany. Okrem toho systémy SIL 3 vyžadujú pred každým predstavením prevádzkovú kontrolu, ktorá zahŕňa tágo pre účinkujúcich – operátor lietania spustí každé lano účinkujúceho naprázdno (bez účinkujúceho), aby overil funkciu motora, brzdy a samosvorného mechanizmu pred pripojením účinkujúceho.
Otázka: Aká je typická životnosť závitovkového prevodového páru v divadle?
Systémy ozubených kolies v divadle zvyčajne prevádzkujú 300 až 500 predstavení ročne plus 200 až 400 hodín skúšok – celkovo 500 až 1 500 prevádzkových hodín ročne. Pri týchto ľahkých hodinách prevádzky a miernych krútiacim momentoch vydrží bronzové alebo POM koleso mechanicky 10 až 20 rokov. Režim kontrol a certifikácie však často vedie k skoršej výmene: ak ročná NDT zistí akýkoľvek náznak na hriadeli závitovky (trhlina, korózna jama, značka namáhania), celý pár sa vymení bez ohľadu na zostávajúcu mechanickú životnosť. Niektoré miesta proaktívne vymieňajú všetky páry závitovkových kolies systému ozubených kolies každých 15 rokov ako súčasť rekonštrukcie javiskového strojného zariadenia – čím sa vynuluje základná úroveň bezpečnostnej certifikácie. Oceľový závitovka vydrží viac ako 20 rokov, ak ju NDT pri každej ročnej kontrole vyčistí.
Závitovkové prevody pre javiskové mechanizmy spĺňajú najextrémnejšiu kombináciu požiadaviek na bezpečnosť a ticho v akomkoľvek odvetví – SIL 3 s SF 8 pre pohyb umelcov (najvyšší bezpečnostný faktor v tejto sérii), pod 32 dB(A) pre prémiové divadelné gramofóny (najprísnejšia špecifikácia hluku v tejto sérii) a plynulosť pohybu umeleckej kvality, ktorú žiadna priemyselná aplikácia nevyžaduje. Matica zhody s SIL mapuje typ a výšku zaťaženia na správnu úroveň bezpečnosti, bezpečnostný faktor, požiadavku na redundanciu a protokol kontroly – čím sa predchádza nebezpečnej podšpecifikácii, ktorá ohrozuje bezpečnosť umelcov, a nákladnej nadšpecifikácii, ktorá uplatňuje SIL 3 na aplikácie, ktoré vyžadujú iba SIL 1. Pre divadelných architektov, dizajnérov javiskových mechanizmov a technických riaditeľov miest konania je závitovkový prevod mechanickým srdcom každého ťahového lana, gramofónu a výťahu – a jeho špecifikácia určuje, či je mechanizmus dostatočne bezpečný pre umelcov, dostatočne tichý pre divákov a dostatočne plynulý pre umenie.
Pre výrobcov javiskových strojov a divadelné technické tímy naša technická linka klasifikuje úroveň SIL a odporúča špecifikácie bezpečnosti, hluku a presnosti. Štandardný katalóg ultratiché závitovkové prevodovky pokrývajú veľkosti stolíkov s rozostupom stredov od 30 do 160 mm s konfiguráciami SIL 1 až SIL 3. Odošlite špecifikácia pohonu javiskových strojov s typom zaťaženia, výškou, požiadavkou SIL, cieľom hluku a typom miesta konania.
Špecifikácia párov závitovkových prevodov pre javiskové alebo divadelné stroje?
Pošlite typ záťaže (scenéria, účinkujúci), výšku nad pódiom, cieľ hluku, typ miesta konania a či je potrebné lietanie účinkujúceho. Zatriedime úroveň SIL a odporučíme bezpečnostný faktor, redundanciu, stupeň hluku a protokol kontroly.
Redaktor: Cxm
