Кореја Евер-Пауер · Водич за инжењеринг апликација
Пуж и пужни точак за сценске машине и системе за позориште
Глумац лети 8 метара изнад сцене на моторизованој летвици, окачен на два челична кабла која пролазе кроз пужни зупчаник. Публика седи у тишини — 800 људи, амбијентална бука 28 dB(A). Пужни зупчаник мора да држи тежину глумца са фактором сигурности од 8, да се креће са буком испод 32 dB(A) и да се заустави на прецизној висини унутар плус или минус 5 мм — све истовремено, ноћ за ноћу, током 300 представа годишње. Ниједна друга примена у овој серији не комбинује безбедност живота, екстремну тишину и уметничку прецизност у једној спецификацији.
Сценска механизација — системи за летење (летеће сценографије и извођачи), ротирајуће грамофоне, оркестарске дизалице, погони за завесе и вагони за сценографију — користи парове пужних зупчаника јер самоблокирање држи окачена оптерећења изнад извођача без посебне кочнице (критично за безбедност), клизна мрежа производи најтишу буку зупчаника од било ког типа преносника (испод 32 dB(A) за премиум позоришта), а профили уметничког кретања са променљивом брзином захтевају глатку ротацију без зазора при 0,01 до 2 о/мин. Матрица усаглашености са SIL (ниво интегритета безбедности) мапира тип оптерећења (само сценографија, извођач плус сценографија, извођач лети) и висину изнад бине на потребни SIL ниво (1, 2 или 3) и одговарајуће безбедносне захтеве за пар пужних зупчаника: фактор безбедности, редундантност, протокол верификације самоблокирања и интервал инспекције. SIL 3 — потребан за извођаче који лете изнад 3 метра — захтева двоструку верификацију самоблокирања, редундантну путању оптерећења, SF 8 или више и годишњу инспекцију треће стране сваког пара пужних зупчаника у систему за летење.
Где сценске машине користе пужне зупчанике
Модерно позориште или опера садржи 20 до 80 моторизованих линија за летење (свака са 1 до 2 погона са пужним зупчаницима), 1 до 4 погона за окретнице, 2 до 8 погона за лифтове (оркестарска јама, сценски лифтови) и 10 до 30 погона за завесе и вагоне. Укупан број парова пужних зупчаника по простору креће се од 40 до 150 — сваки је специфициран за најзахтевнију комбинацију безбедности, тишине и прецизности у било којој индустрији.
Моторизоване летеће шипке подижу и спуштају сценографију, осветљење и извођаче. Носивост се креће од 50 кг (једна светлосна шипка) до 2.000 кг (комплетан сет сценографије). Летећи извођачи испуњавају најстроже безбедносне захтеве: SIL 3 према DGUV 17 и ANSI E1.6-1. Самоблокирање држи окачени терет на било којој висини без напајања мотора. Брзина: 0,01 до 2 м/с вертикално.
Ротирајуће бине пречника од 8 до 20 метара ротирају сценографију и извођаче током сцена. Брзина: 0,1 до 2 о/мин. Бука испод 30 dB(A) на 1 метру — најстрожа спецификација буке у целој овој серији од 35 чланака. Извођачи стоје и глуме на ротирајућој површини — свака вибрација или трзај при ротацији осећа се кроз њихова стопала и омета њихов наступ.
Матрица усклађености са SIL — врста оптерећења и висина према безбедносној спецификацији пара пужних зупчаника
Оквир нивоа интегритета безбедности (изведен из IEC 61508 и примењен на машине за забаву путем DGUV прописа 17 и ANSI E1.6-1) класификује ризике за сценске машине према последицама квара погона. Последице зависе од тога шта је окачено (сцена или извођачи) и колико високо изнад сцене (више = дужи пад = тежа повреда). Ниво SIL одређује безбедносне захтеве за пара пужних зупчаника — од основне верификације самоблокирања (SIL 1) до двоструко редундантних путања оптерећења са годишњом инспекцијом треће стране (SIL 3).
Прогресија фактора сигурности од SF 4 (само за пејзаже) до SF 8 (за извођаче) значи да пар пужних зупчаника мора бити оцењен за 8 пута веће од стварног суспензионог оптерећења. Систем за извођаче од 100 кг захтева пар оцењен на еквивалент од 800 кг — што је повећање величине рама за 3 до 4 пута у односу на прорачун само оптерећења. Ова огромна маргина сигурности одражава тежину последица: пад пејзажа оштећује имовину; пад извођача узрокује тешке повреде или смрт. Трошкови превелике величине рама (додавање 400 до 800 америчких долара по погону) су занемарљиви у односу на изложеност одговорности за квар извођача.
Изузетна тишина — испод 32 dB(A) током извођења
Спецификација тишине за пужне зупчанике сценских машина је најекстремнија у целој овој серији од 35 чланака — граничнија од болничких кревета на интензивној нези са 45 dB(A) (члан А11), граничнија од премиум лифтова са 50 dB(A) (члан А07) и граничнија од машина за оптичко полирање са 38 dB(A) (члан А24). Концертна дворана током пијанисимо пасуса може достићи 25 до 30 dB(A) — и сваку буку машинерије изнад амбијенталне опажа сваки члан публике.
Постизање нивоа испод 32 dB(A) на 1 метар од погона са пужним зупчаником захтева истовремено коришћење свих техника за смањење буке: полирани или суперфинисани пуж при Ra од 0,1 до 0,2 µm (најфинији степен завршне обраде — исто као и код оптичких полирајућих погона у чланку А24), POM или MC најлонски точак (пригушење материјала апсорбује вибрације мреже), еластомерна монтажа (изолује вибрације кућишта од структуре сцене) и синтетичко уље ниског вискозитета (смањује буку бубрења у затвореном кућишту). Комбиновани ефекат све четири технике постиже 28 до 35 dB(A) — унутар опсега који је маскиран и најтишом публиком у позоришту.
Корејско национално позориште инсталирало је нови ротирајући грамофон од 15 метара за продукцију која захтева континуирано окретање током 12-минутне драмске сцене. Пужни зупчаник грамофона био је специфициран на ограничењу буке од 32 dB(A). Током техничке пробе, редитељ је известио да је грамофон био чујан током најтиших пасажа — измерено на 36 dB(A) у првом реду седишта (6 метара од ивице грамофона). Сам пужни зупчаник је мерио 31 dB(A) на 1 метру — унутар спецификације. Али вибрације које су се преносиле кроз челичну конструкцију грамофона појачавале су буку код седишта за публику. Решење: тим сценских инжењера инсталирао је еластомерне изолационе плочице између кућишта пужног зупчаника и челичног оквира грамофона (цена: 650 америчких долара у гуменим носачима и раду на инсталацији), смањујући путању вибрација које се преносе кроз структуру. Бука између публике и седишта пала је на 29 dB(A) — нечујно током представе. Лекција: спецификација буке пара пужних зупчаника мора да укључује изолацију од вибрација током инсталације — пар који испуњава ограничење од 32 dB(A) на кућишту може да пређе ограничење на местима за публику ако носач преноси вибрације у конструкцију бине. Наведите буку на месту за публику, а не на кућишту, и укључите еластомерну изолацију у спецификацију инсталације погона.
Спецификације пара пужних зупчаника машина са три степена
Случај 1 — Корејско национално позориште: систем за летење са 48 линија, летење извођача SIL 3, 32 dB(A)
Корејско национално позориште је специфицирало парове пужних зупчаника за моторизовани систем за летење са 48 линија и могућношћу извођача у појасу. Максимално оптерећење по линији: 500 кг (сценаријум) или 150 кг (извођач у појасу). SIL ниво: SIL 3 за свих 48 линија (извођач у појасу може да лети на било којој линији). SF: 8 (извођач лети на било којој висини). Номинални капацитет пара пужних зупчаника: 150 × 8 = 1.200 кг еквивалент по линији. Спецификација пара: једнопокретни, модул 3, међуосно растојање 80 мм, однос 40:1, номинални излазни обртни момент 1.800 N·m. Самоблокирање: двострука верификација — примарно самоблокирање на пару пужних зупчаника плус независна опружна кочница на вратилу мотора. Бука: 31 dB(A) на 1 м (преклопљени пуж Ra 0,15 µm, POM точак, еластомерно кућиште). Мотор: серво од 7,5 kW са SIL-3 безбедносним енкодером. Праћење оптерећења: мерна ћелија у реалном времену на свакој линији лета, заустављање у случају нужде ако оптерећење пређе 120 процената програмиране тежине. Годишња инспекција: тест оптерећења треће стране на 125 процената, НДТ (магнетна контрола пужног вратила), мерење зазора. Цена по пару пужних зупчаника: 920 УСД. Укупно за 48 линија: 44.160 УСД. Буџет за изградњу позоришта: приближно 85 милиона УСД — парови пужних зупчаника система лета представљали су 0,05 процената трошкова изградње, а били су примарна компонента за безбедност живота.
Случај 2 — Јапански Кабуки театар: ротирајућа сцена од 18 м, 0,5 о/мин, критична на вибрације
Јапанско Кабуки позориште је одредило парове пужних зупчаника за главну обртну сцену (мавари бутаи) — обртну плочу пречника 18 метара која ротира сценографију и извођаче између сцена у традиционалној Кабуки техници постављања сценографије. Маса обртне плоче: приближно 25 тона (укључујући површину сцене, сценографију и до 15 извођача). Брзина: 0,3 до 0,8 о/мин (спора, драматична ротација видљива публици). Критични захтев није била бука (Кабуки представе укључују удараљке и нарацију које маскирају звук машина) већ вибрације: извођачи у традиционалним костимима са високим перикама (стил онагата) су изузетно осетљиви на вибрације пода — чак и 0,02 мм/с вибрације која се преноси кроз под сцене изазива видљиво кретање перика које ремети уметничку илузију. Пар пужних зупчаника: двоструки (самоблокирање није потребно — обртна плоча ослоњена на аксијални лежај, нема ризика од гравитације), модул 6, растојање између средина 160 мм, однос 30:1. Преклопљена пужна плоча Ra 0,15 µм за минимални пренос вибрација. Точак: центрифугално ливена фосфорна бронза (POM није био адекватан при излазном обртном моменту од 4.500 N·m). Еластомерна спојница између пара и зупчаника окретног стола. Вибрације на површини позорнице: 0,008 mm/s — испод прага од 0,02 mm/s. Прегледај тихи пужни редуктор за сценске машине опције за позоришне грамофоне, системе за летење и оркестарске лифтове.
Случај 3 — Вијетнамски конгресни центар: 12 трака за завесе, SIL 1, уравнотежено трошковима
Вијетнамски конгресни центар је одредио парове пужних зупчаника за 12 моторизованих шина за завесе (завесе за сцену, преграде за просторије, пројекциона платна). Максимална тежина завесе по шини: 80 кг. Без висећег терета изнад особа — завесе се крећу хоризонтално на надземним шинама (SIL 1). Бука: испод 45 dB(A) (амбијент конгресног центра је 40 до 50 dB(A) — мање захтевно него у позоришту). Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 1,5, међуосно растојање 30 mm, однос 30:1, Ra тла 0,4 µm (бука адекватна на 42 dB(A) са POM точком — преклапање није потребно при опуштеном циљу од 45 dB(A)). Точак: POM. SF: 4 (само сценографија, SIL 1). Мотор: AC мотор са зупчаником од 0,37 kW. Цена по пару: 48 USD. Укупно за 12 шина: 576 USD. Спецификација показује да нису сви механизми за сцену и догађаје обавезни по SIL 3 / SF 8 / испод 32-dB(A) спецификацији националног позоришта — ниво безбедности и циљ буке морају одговарати стварном ризику и типу места одржавања. Прекомерно одређивање SIL 3 на шини за завесе која никада не качети терет изнад особа троши преко 800 америчких долара по вожњи без икакве безбедносне користи.
Често постављана питања
П: Зашто SF 8 за извођачке летеће дизалице уместо SF 1,5 до 3 који се користи у индустријским дизалицама?
Фактори безбедности индустријских дизалица (SF 1,5 до 3 према FEM/ISO стандардима) претпостављају професионалне оператере, контролисане поступке подизања и зоне искључења безбедности. Летење позоришних извођача нема ниједну од ових заштитних мера: извођач је терет (не професионални ригер), подизање се одвија током живе представе (није контролисано подизање), а људи (други извођачи, сценски радници) су директно испод окачених терета без зоне искључења. SF 8 компензује екстремне последице (повреда или смрт извођача пред публиком) и немогућност евакуације сценског простора током представе. Поред тога, сценске машинерије пролазе кроз уметничке промене оптерећења (извођачи скачу, љуљају се или бивају испуштени на знак) које производе факторе динамичког појачања оптерећења од 2 до 3 — статички SF 8 већ апсорбује велики део овог динамичког појачања.
П: Шта значи „двострука верификација самоблокирања“ за системе за мушице SIL 3?
То значи да два независна механизма морају бити способна да држе пуно суспендовано оптерећење ако други откаже. Примарни механизам је самоблокирајући пар пужних зупчаника (који држи оптерећење кроз трење зупчаника). Секундарни механизам је обично кочница са опругом која се активира и отпушта снагом на вратилу мотора (која држи оптерећење кроз механичко трење на кочионом диску). Оба механизма делују на исти погонски склоп, али преко различитих физичких принципа — ако самоблокирајући пар пужних зупчаника откаже (због неочекиване промене подмазивања која смањује трење), кочница држи. Ако кочница откаже (због замора опруге), самоблокирање држи. Вероватноћа да оба откажу истовремено је производ њихових појединачних вероватноћа отказа — постижући циљ SIL 3 од мање од 10⁻⁷ опасних кварова на сат.
П: Да ли се двоходни пужни зупчаник може користити у било којој примени сценске машине?
Само за машине са хоризонталним кретањем (окретне платформе, вагони за сценографију, стазе за завесе) где гравитација не може да покреће терет уназад ако се мотор заустави. Окретне платформе се окрећу у хоризонталној равни — ако се мотор заустави, окретна платформа остаје непокретна без обзира на самоблокирање јер не постоји сила гравитације у смеру ротације. Спецификација са 2 покретања пружа већу ефикасност (68 наспрам 45 процената) и глађу ротацију (мање клизања при малој брзини) — оба су вредна за уметничко кретање окретне платформе. За све машине са вертикалним кретањем (конопце за ношење, лифтове) или било који систем који веша терет (укључујући хоризонтално кретање где сценографија виси са покретног портала), самоблокирање са једним покретањем је обавезно — без изузетака.
П: Колико често се морају прегледати пужни зупчаници система за летење у позоришту?
SIL 1 (само сценографија): годишњи визуелни преглед плус мерење зазора од стране техничког особља места одржавања. SIL 2 (сценарија изнад извођача испод 3 м): годишњи тест оптерећења на 125 процената плус мерење зазора од стране квалификованог инспектора сценских машина. SIL 3 (извођач лети или сценографија изнад 3 м изнад извођача): годишњи тест оптерећења на 125 процената плус NDT (магнетна честица или ултразвучна инспекција пужног вратила и заварених спојева кућишта) плус мерење зазора — све од стране акредитованог инспекцијског тела треће стране. Поред тога, SIL 3 системи захтевају оперативну проверу пре сваке представе која укључује знак за летење извођача — оператер пушта сваки конопац за летење извођача празан (без извођача) како би проверио функцију мотора, кочнице и самоблокирања пре него што се извођач причврсти.
П: Колики је типичан век трајања пужног зупчаника у позоришту?
Системи за зупчанике у позоришту обично изводе 300 до 500 представа годишње плус 200 до 400 сати проба — укупно 500 до 1.500 радних сати годишње. При овим лаганим сатима рада и умереним обртним моментима, бронзани или POM точак механички траје 10 до 20 година. Међутим, режим инспекције и сертификације често доводи до раније замене: ако годишњи NDT открије било какву индикацију на вратилу пужа (пукотина, корозивна јама, траг напона), цео пар се замењује без обзира на преостали механички век трајања. Нека места проактивно замењују све парове пужних зупчаника система за зупчанике сваких 15 година као део реновирања сценске механизације — ресетујући основну вредност безбедносне сертификације. Челични пуж траје више од 20 година ако га NDT одобри на свакој годишњој инспекцији.
Парови пужних зупчаника за сценске машине носе најекстремнију комбинацију захтева за безбедност и тишину у било којој индустрији — SIL 3 са SF 8 за летење извођача (највиши фактор безбедности у овој серији), испод 32 dB(A) за премиум позоришне грамофоне (најстрожа спецификација буке у овој серији), и глаткоћу кретања уметничког квалитета коју ниједна индустријска примена не захтева. Матрица усаглашености са SIL мапира тип оптерећења и висину на исправан ниво безбедности, фактор безбедности, захтев за редундантност и протокол инспекције — спречавајући и опасно недовољно спецификовање које угрожава безбедност извођача и скупо прекомерно спецификовање које примењује SIL 3 на примене које захтевају само SIL 1. За позоришне архитекте, дизајнере сценских машина и техничке директоре места одржавања, пар пужних зупчаника је механичко срце сваке линије за летење, грамофона и дизалице — и његова спецификација одређује да ли је машина довољно безбедна за извођаче, довољно тиха за публику и довољно глатка за уметност.
За произвођаче сценске опреме и техничке тимове позоришта, наш инжењерски одељак класификује SIL ниво и препоручује спецификације безбедности, буке и прецизности. Стандардни каталог ултра тихи пужни зупчаници Покривају величине позорнице од 30 до 160 мм међуосног растојања са конфигурацијама SIL 1 до SIL 3. Пошаљите Спецификација погона сценских машина са типом оптерећења, висином, захтевом SIL-а, циљем буке и типом места одржавања.
Спецификација парова пужних зупчаника за сценске или позоришне машине?
Пошаљите тип оптерећења (сценарија, извођач), висину изнад бине, мету буке, тип места одржавања и да ли је потребно летење извођача. Класификоваћемо ниво SIL и препоручити фактор безбедности, редундантност, степен буке и протокол инспекције.
Уредник: Cxm
