日期：2016/1/8 來源：中國演藝科技網(wǎng)

大跨度升降舞臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示，各部件為獨(dú)立制造，通過連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配。由于設(shè)備體量大，制作以及位置精度很難控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，安裝時(shí)需要補(bǔ)償一定的誤差，實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)調(diào)整。同時(shí)，在設(shè)備運(yùn)行過程中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常會(huì)發(fā)生改變，如加速、上升、下降、緊急制動(dòng)等。運(yùn)行狀態(tài)的突然變化會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承受沖擊載荷，影響設(shè)備的順利運(yùn)行。

圖1 升降舞臺(tái)結(jié)構(gòu)簡圖

新型柔性連接結(jié)構(gòu)如圖2所示，其橫梁端部設(shè)計(jì)成一個(gè)凹形結(jié)構(gòu)，套在導(dǎo)向架凸形結(jié)構(gòu)外部。在橫梁與導(dǎo)向架連接的上下方向設(shè)置有垂直貫穿孔，用于安裝限位軸。兩者之間為間隙配合，有一定的空間裕量。在橫梁端部四周設(shè)置調(diào)整組件安裝孔位，將彈性結(jié)構(gòu)體通過預(yù)緊壓力頂在導(dǎo)向架上，形成可靠的柔性連接。新型連接結(jié)構(gòu)在X、Y、Z三個(gè)方向有一定的彈性空間，可以滿足設(shè)備安裝時(shí)位置浮動(dòng)調(diào)整的要求。

圖2 新型柔性連接結(jié)構(gòu)

1 提升舞臺(tái)結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)是用于確定在承受隨時(shí)間變化的載荷作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法。本文使用簡化模型，模擬在加速上升過程中突然緊急制動(dòng)的情況，對(duì)采用傳統(tǒng)剛性連接和采用新型柔性連接的升降舞臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，分析模型如圖3所示。由于結(jié)構(gòu)與載荷對(duì)稱，建立一半模型進(jìn)行分析。假設(shè)結(jié)構(gòu)以加速度為3 280 mm/s2的上升過程中，在導(dǎo)向架制動(dòng)位置3處施加制動(dòng)力352.8 kN。采用桿、梁、殼單元混合建模，忽略舞臺(tái)結(jié)構(gòu)，使用質(zhì)量單元模擬。剛性連接采用梁單元模擬，柔性結(jié)構(gòu)采用一圈彈簧單元模擬。約束立柱底部的所有自由度，約束提升拉板底部的三個(gè)平動(dòng)自由度，對(duì)模型對(duì)稱面位置施加沿平面Y、Z方向的對(duì)稱約束。

圖3 結(jié)構(gòu)模型以及關(guān)鍵位置說明

2 分析結(jié)果

通過模態(tài)計(jì)算，結(jié)構(gòu)第一階固有頻率f1=1.98 Hz。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取結(jié)構(gòu)阻尼為0.2，等效粘性阻尼轉(zhuǎn)化系數(shù)為W=2πf=12.43。采用直接瞬態(tài)法進(jìn)行計(jì)算，時(shí)間子步D=0.01<1/(20×f)=0.025。

2.1 關(guān)鍵位置作用力對(duì)比

提取剛性和柔性兩種結(jié)構(gòu)在位置1、2、4處載荷隨時(shí)間變化的曲線，分別代表在沖擊載荷作用下導(dǎo)向架對(duì)滑軌上下接觸位置的作用力以及提升位置作用力的變化曲線，分別。從圖4、圖5中可以看出，兩種連接結(jié)構(gòu)對(duì)提升載荷即位置4處沒有明顯的影響。采用剛性連接，位置1的作用力大于位置2的作用力。這是由于從橫梁上傳遞過來的彎矩造成的，且兩個(gè)位置的作用力隨著時(shí)間變化有一定的波動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)阻尼的存在，波動(dòng)逐漸平緩。采用柔性連接，位置1、2處的作用力趨于一致，且由于彈性體阻尼的作用，載荷變化平穩(wěn)，基本沒有振蕩現(xiàn)象。

圖4 剛性連接關(guān)鍵位置載荷曲線

圖5 柔性連接關(guān)鍵位置載荷曲線

2.2 關(guān)鍵位置位移值對(duì)比

提取剛性和柔性兩種結(jié)構(gòu)在位置1、2處位移隨時(shí)間變化的曲線，分別代表在沖擊載荷作用下導(dǎo)向架對(duì)滑軌上下接觸位置的位移變化曲線。從圖6、圖7可以看出，采用柔性連接在位置1、2處的位移大于采用剛性連接結(jié)構(gòu)，峰值為8 mm，變形量較小，未超過柔性連接結(jié)構(gòu)的彈性空間范圍。

圖6 剛性連接關(guān)鍵位置合位移曲線

圖7 柔性連接關(guān)鍵位置合位移曲線

2.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果對(duì)比

在1 s時(shí)間步，采用剛性連接，最大應(yīng)力位于導(dǎo)向架上表面剛性連接位置，應(yīng)力值為334.8 MPa。采用柔性連接，最大應(yīng)力位于導(dǎo)向架下表面彈性體支撐位置，應(yīng)力值為261.1 MPa。對(duì)比而言，采用柔性連接導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)應(yīng)力值較小。仿真結(jié)果如圖8、圖9所示。在1 s 時(shí)間步， 采用剛性連接， 立柱結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力最大值為56.4 MPa。采用柔性連接， 截面最大應(yīng)力值為55.73 MPa。對(duì)比導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)上與導(dǎo)向架接觸位置，采用柔性連接，導(dǎo)軌上應(yīng)力值小于采用剛性連接結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖8 剛性連接導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖9 柔性連接導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖圖10 剛性連接立柱結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力云圖圖11 柔性連接立柱結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力云圖

節(jié)選自《演藝科技》2015年第12期

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