舞台防火隔离幕驱动机液压阻尼系统设计及阻尼力计算

舞台防火隔离幕是大型文化场所(剧院、会堂等)消防强制性必须安装的设备，它安装在舞台内侧台口的上方。由于舞台上方安装有各类高温灯具和容易燃烧的幕布等可燃性物品，当舞台上突发火灾险情时，防火隔离幕幕体迅速降下将舞台和观众厅隔离开，用以保护观众厅的所有人员能够有序撤离现常图 1是舞台防火隔离幕示意图。在正常情况下，幕体在驱动机的驱动下可以电动上升或下降，也可以手动打开电动机制动器使幕体自重下降。特别在发生火灾后断电或紧急情况下，幕体只能依靠 自重下降，所以在驱动机中装有液压阻尼系统，幕体 自重下降过程中液压阻尼系统可根据关闭台口的时间和安全要求按设定好的三级速度逐级降速，下降过程中自动切换，直至关闭舞台台口。

A.防火隔离幕驱动机 B.平衡重 C.钢丝绳D.吊点滑轮 E.幕体图1 舞台防火隔离幕示意图图2是舞台防火隔离幕驱动机示意图。减速电机带动钢丝绳卷筒旋转，同时通过链条传动带动丝杆旋转，使螺母撞块左右移动，用以拨动液压阻尼系统的行程换向阀进行速度切换。当工作人员在舞台面上拉动钢丝绳松开电动机制动器时，卷筒在幕体重力作用下旋转放下幕体，安装在电动机尾部的液压马达通过流量变化而改变液压马达转速，从而改变钢丝绳卷筒转速，达到控制幕体自由下降速度的目的。

1.联轴器 2.减速电机 3.液压阻尼系统 4.钢丝绳卷简5.丝杆 6 螺母撞块 7.松闸钢丝绳 8.松闸机构图2 舞台防火隔离幕驱动机示意图收稿 日期：2013-02-28作者简介 ：徐长城 (1955-)，男 ，天津人 ，高级工程师，本科，主要从事舞台机械、石油钻采机械的研究与设计工作。

50 液压与气动 2013年第4期1 液压阻尼系统结构设计及工作原理1.1 液压 阻尼 系统结构设计如图3所示，液压阻尼系统主要由补油杯、液压马达、电磁换向阀、节流阀、行程换向阀、集成块、单向阀以及管路、接头等组成。液压马达装在电动机尾部的马达支架上，并通过联轴器与电动机轴联接。电磁换向阀、节流阀、行程换向阀全部装在集成块上成-集成部件，安装在安装板上。补油杯通过单向阀与液压马达的进出油口连接，集成块、液压马达等通过管路、接头等连接成-个四回路并联的闭式液压回路，如图4所示b)液压原理图1.补 油杯 2.液压马达 3.电磁换 向阀 4、5、8.节流闶6、7.行程换向阀 9.集成块 1O.单向阀图3 液压阻尼系统1.2 液压阻尼 系统工作原理由图3可知，液压阻尼系统是-个四回路并联的闭式液压回路，可实现三种自由下降速度的自动变换，当幕体电动升降时，液压阻尼系统不起阻尼作用。工作原理如下：件 5节流阀、件6行程换向阀与液压马达组成-个速度控制回路，件4、件 7与液压马达组成另- 个速度控制回路，件 8与液压马达组成第三个速度控制回路，件 3电磁换向阀与液压马达组成-个开关控制回路。幕体三级 自由下降速度的大小由节流阀(4、5、8)调节。在本系统中，行程换向阀(6、7)为唱式，电磁换向阀3为常闭式。当电动机旋转时液压马达、比例丝杆同时旋转，使旋合在比例丝杆上的螺母撞块能左右移动。当幕体提到最高位置时，螺母撞块与行程换向阀之间的距离最大。幕体电动上升或电动下降时，电磁换向阀通电打开，与液压马达组成-液压回路，因回路中没有阻尼元件，所以油液由液压马达出口通过电磁换向阀直接流到马达入口，不论螺母撞块是否撞到行程换向阀，系统都不起阻尼作用；当剧场发生火灾断电时，由安装在剧场舞台口内侧的手动拉闸装置通过钢丝绳使电动机制动器松闸机构动作，松开电动机制动器，幕体在自重作用下自由下落，同时螺母撞块不断与行程换向阀接近，此时，因为螺母撞块还没有撞到任-行程换向阀，由行程换向阀(6、7)、节流阀(4、5、8)所组成的三个速度控制回路全部相通，所以这时液压油流量最大，液压马达转速最高，从而钢丝绳卷筒转速最高，幕体下降速度最快；当螺母撞块首先撞到行程换向阀7时，阀7由通变成断，液压油不能通过此回路，而只能通过另外两条回路，液压油流量减小，液压马达转速降低，从而钢丝绳卷筒转速降低，幕体下降速度变慢；依次螺母撞块撞到阀6，阀6又由通变断，油液只能通过阀8调定的-个回路，液压马达转速最低，幕体下降速度最慢。通过以上阻尼系统的作用，使钢丝绳卷筒产生了三种不同的转速，从而使幕体产生了三种不同的自由下降速度，既满足了迅速下降的要求，又满足了安全下降的要求。幕体的下滑速度如果没有阻尼系统的作用，幕体 D会在自重作用下以重力加速度的运动状态迅速下滑，这会造成严重后果。

当液压回路中液压油减少产生部分真空时补油杯中的油液通过单向阀及时向回路中补充液压油。根据剧场使用要求和相关标准，本机构可以随意调节每级速度的大孝每级速度段的长短、幕体总下降时间，通过增加节流回路还可以设定更多速度级。

2 节流阀全开时阻尼力计算及卷筒钢丝绳最小拉力确定2.1 阀口全开时的阻尼计算图4是液压阻尼系统的计算简图。幕体 自由下降时，下降速度由3个节流阀控制。由液压阻尼系统工作原理及图3液压原理图可知，节流阀 8控制幕体下降的最低速度，实际调定的阀口开度很小，流量很小，所以，当幕体快速下降时，系统中的液压油几乎全部通过4、5两个节流阀回路，节流阀8回路在此可忽略不计。这样，当4、5两个节流阀节流口开到最大时，应满足幕体最大下降速度的要求。从而确定幕体提升钢丝绳的最小拉力，计算简图简化成图4的并联回路结构。

- - 1图4 液压阻尼系统计算简图对图中 1-1、2-2两个截面列机械能衡算式：2013年第 4期 液压与气动 51 。 U2 E hZ1g z2g ltf(1) -十 二- l 己 。 己 。

因本系统是循环回路，管径相同，两截面在同-水平面上，所以两个截面上的位能、动能和静压能相等，上式可以简化为：W ∑hr (2)将式(2)用压降形式表示为：ap～。P E hrP ∑(A 譬)∑ 譬)(3)式中：Ap为压力降；Ai为摩擦系数；Zi为管长； i为管子直径 ； j为局部阻力系数；Ui、Uj为管内液体流速；p为油液密度。前边-项为沿程压力损失，后边-项为局部压力损失。

即外加能量全部用于克服液体在流动中的沿程阻力和局部阻力。

舞台防火幕-般很少使用，但是，-旦发生火灾事故，防火幕必须按规定快速下降封闭台口。所以，液压阻尼系统必须能在较低温度下和搁置较长时间的情况下保证正常工作。所以下列计算全部按 10℃温度计算油液粘度。

本系统基本计算参数如下：液压马达排量 q25 mL/r，液压马达转速 n：3000 r/min，系统流量 Q75 L/min；采用 N46号液压油，40 时的运动粘度 46 mm /s，由