广西人民会堂舞台升降系统改造与自动控制设计.docx

广西人民会堂舞台升降系统改造与自动控制设计 摘 要：广西人民会堂舞台的升降系统主要采用液压传动系统，通过分流集流阀向各升降台的油缸注油，缸内活塞杆将剪刀叉打开或闭合，从而达到舞台升降目的。但是由于舞台使用年份已久，舞台在升降过程中出现平台不同步、晃动、干涉、下降等情况，给使用造成了很大的影响。为了满足客户使用要求，现将舞台升降系统由液压传动控制改造为伺服自动控制，并通过PLC系统精准操控，彻底地解决上述问题。 关键词：舞台；剪刀叉；舞台升降；PLC系统；伺服自动控制 中图分类号：TH137 文献标志码：A 0 引言 广西人民会堂舞台采用剪刀叉式的液压升降平台，每两个剪刀叉机构举升一个平台，共有22组剪刀叉机构。升降机构采用的液压推动升降方式，目前采用的是开环控制系统，无法实现任意高度的闭环，如图1所示。 由于舞台使用的年份已久，舞台在升降中出现各种缺陷和故障，如升降平台稳定性不足，存在晃动。升降时平台存在相干涉、不同步，位精度差，需要单动操纵升降平台以调整各平台的等高度。升降平台出现自行下降，无法保证会议期间座位平台高度不变。这些问题严重地影响了舞台的使用性。为此，专门设计制造了新的舞台升降系统，以解决上述问题。 1 升降系统改造方案 1.1 问题原因分析 通过对原有舞台检查分析，舞台在升降中出现各种缺陷和故障主要由以下几方面造成。 （1）舞台的刚性、平整性及制造精度等都会影响舞台使用时的几何精度，并且升降系统没有导向机构，造成举升直线无法保证，甚至出现扭摆行走。 （2）液压系统是开环系统且液压管路长度较长且不均衡，造成油缸的压力与流量不均衡使升降不同步。 （3）舞台使用年份已久，后期维护不到位、机构的磨损、液压元件性能下降，都会影响舞台升降效果。 1.2 客户对舞台改造的要求 （1）不重新制作舞台，在原来基础上进行改造升级。 （2）剪刀叉平台、地板以及相应基础设施不做太大的更改。 （3）保证舞台安全、稳定、可靠。 （4）改进平台稳定性，消除平台升降中的不同步和舞台自行下降的现象。 （5）后期维护保养方便。 1.3 改造思路 根据客户的需求，对舞台升降机构的改造提出了以下思路： （1）舞台升降系统由液压传动系统改造成伺服自动控制系统，实现舞台任意高度自锁。 （2）增加升降导向机构，提升舞台的稳定性，减少舞台的干涉与晃动。 （3）伺服电机、减速机与PLC配合，消除舞台升降中的不同步和舞台自行下降的现象。 （4）舞台升降可实现单动、联动和同步运动，达到升降的安全、可靠、准确控制。 （5）舞台所有的动作控制集中至电脑系统中控制。 （6）舞台升降机构的后期维护保养方便。 1.4 改造技术方案 根据客户的需求，针对舞台的现状和存在的问题，对舞台升降系统的改造设计了以下方案（如图2所示）。 （1）方案概述 该方案主要是通过安装在地面上的伺服驱动机构通过齿轮传动，带动滚珠丝杆，然后通过与滚珠丝杆连接的推动机构，推动剪刀叉上的滚轮机构，那么下部的剪刀叉就会张开或闭合，舞台必然随着剪刀撑地张开、闭合直线运动，从而达到舞台升降的要求。 （2）主动力（推力）计算 舞台的升降过程中，所需要的动力是随着高度的变化而变化的。只有计算出舞台升降所需要的最大动力，才可以准确设计驱动机构以提供足够的动力来推动舞台，使其按要求升降。根据运动学仿真得知，舞台运行到最低位置的时（根据行程要求最低位置为14°），整个伺服驱动结构受到的力是最大，所需推力为426.9kN，如图3所示。 为了能够提供足够的动力，驱动机构设计成伺服驱动机构。该驱动机构采用伺服电机、减速器、滚珠丝杆、线性导轨组合，设备运行平稳、噪声小、精度高、结构合理、刚性好、承受力大、变形小并且具有可靠的定位锁紧机构。 （3）技术参数 ①舞台载荷。在确保原舞台结构（钢结构、舞台木板结构等）可靠的情况下，新制造的舞台升降机构承受的载荷为： 动载荷100kg/m2；在原点位置及正方向，静载荷 400kg/m2；在最低点位置静载荷为120kg/m2。注：舞台原点是指舞台与整体表演平台平面相平的点，定义往上升为正，往下降为负。 ②舞台升降速度和行程。舞台升降速度：0m/min～3m/min。 乐池行程：-2000mm～100mm。 1号平台行程：-1400mm～1600mm。 2号平台行程：-1400mm～1600mm。 3号平台行程：-1100mm～1600mm。 4号平台行程：-1100mm～1600mm。 5号平台行程：-1100mm～1600mm。 6号平台行程：-1100mm～1800mm。 2 控制系统 由于舞台整个升降系统已经彻底改变，原舞台的控制系统已经不适应新的升降方式，因此需要重新设计一个专用的系统来控制舞台的升降。设计新的数控系统时，应当充分考虑使用性能、经济性以及维修服务等因素。目前，PLC