国庆70周年烟花燃放装置“欣欣向荣”的设计

2019-03-30 03:24原博高浪郑志荣李军良
演艺科技 2019年11期
关键词:机械原理

原博 高浪 郑志荣 李军良

[摘要]介绍国庆70N年联欢活动三维动态烟花燃放装置“欣欣向荣”主题的工艺要求、装置要求、实现原理以及整体布置。

[关键词]国庆70N年;烟花燃放装置;工艺要求;驱动装置;机械原理;整体布置

文章编号:10.3969/j.issn.1674-8239.2019.11.005

2019年10月1日,立体化设计的七棵绚烂多姿、流光溢彩的“铁树银花”给人以强烈的视觉冲击,尤其是“欣欣向荣”的孔雀开屏衬托着“人民万岁”几个焰火大字,更是照亮全国亿万人民的心灵。

“铁树银花”的表演理念来自中国焰火第一人蔡国强,将烟花燃放装置设计为七棵树的形状,每棵树高25m,包含四个象限,通过烟花树的旋转,每个象限分别组合完成四种不同形式的表演。第一象限为舞美的LED屏,其他三个象限组成三个主题的烟花装置,分别为“牡丹盛开“美好家园”和“欣欣向荣”。

“欣欣向荣”主题的三维动态烟花燃放装置(图1)由北京北特圣迪科技发展有限公司进行研发设计,并执行电气控制和现场的技术指导及保障。“欣欣向荣”作为本次活动的压轴表演,工艺要求极为苛刻,本文将对该主题每一幅画面的工艺要求、装置要求、实现原理以及整体布置进行详细阐述。

1总体要求

(1)每棵烟花树上单幅画面长宽约14m,为了保证单幅画面的14m宽度,每套烟花装置厚度要求最少1.4m(包含桁架厚度)。

(2)根据烟花树的承载能力,要求每棵烟花树上单个象限的烟花燃放装置重量须在2.5t以内。

(3)为了满足快装快拆的要求,每套烟花燃放装置均需采取整体起吊和安全快速的挂靠固定方式。

2单个画面的工艺要求

2.1孔雀头(第一棵烟花树)

整个孔雀头高约16m、宽14m,为了保证整体起吊和最大宽度的要求,整体厚度设计为1.6m。

2.2繁花似锦(第二棵烟花树)

如图2所示,左下画面祥云花芯绕中心顺时针旋转,50s转不小于12圈;花枝绕中心逆时针旋转,50s转不小于12圈。

右侧画面外花瓣繞中心逆时针旋转,50s转不小于12圈;内6片花瓣张开,50s开合不小于12次。

2.3绿色出行(第三棵烟花树)

如图3所示,左上画面要求3个风车绕自中心旋转,50s转不小于8圈;4片叶子左右摆动,摆动角度约50°,摆动不小于8次(根部叶子摆动幅度略小)。

左下画面,两辆自行车车轮旋转,50s转不小于8圈;4片叶子左右摆动,摆动角度约50。,摆动不小于8次(根部叶子摆动幅度略小)。

右侧画面要求火车轨道链条式向后直线运动;5片小草左右摆动,摆动角度约50°,摆动不小于8次。

2.4命运共同体(第四棵烟花树)

如图4所示,上方画面要求外手臂绕中心旋转,50s转不小于8圈;地球绕垂直地面旋转,50s转不小于8圈。

左下方画面要求八个人沿八边形边翻转,50s转不小于8圈;中间风车逆时针旋转。

右下侧画面外手臂绕中心顺时针旋转,50s转不小于8圈;地球绕中心逆时针旋转,50s转不小于8圈。

2.5科技腾飞(第五棵烟花树)

如图5所示,左上方画面高铁绕中心顺时针旋转,50s转不小于8圈;中间握手不动。

左下方画面外侧纸飞机绕中心逆时针旋转,50s转不小于8圈;中间飞机绕中心顺时针旋转,50s转不小于8圈。

右侧画面潜艇上下振动,50s上下振动不小于8次。

2.6冬奥会(第六棵烟花树)

如图6所示,上方和左下方画面要求外侧雪花绕中心逆时针旋转,50s转不小于8圈;中间绕中心顺时针旋转,50s转不小于8圈。

右下侧画面要求外侧雪花开合运动,50s开合不小于8次。

中间绕中心顺时针旋转,50s转不小于8圈。

2.7和平未来(第七棵烟花树)

如图7所示,左上方和右上方两幅画面工艺要求为橄榄枝绕中心顺时针旋转,50s转不小于8圈。鸽子绕中心逆时针旋转,50s转不小于8圈。

左下方画面的工艺要求为飞机绕小孩逆时针转动,50s转不小于8圈。

3功能的实现原理

为最大限度减轻重量,每套烟花装置均采用一套驱动装置进行驱动。按照运动方式,功能部件所有机构大致可分为:内外圈反向旋转、旋转运动和左右摆动组合运动、八边形外翻旋转机构、雪花开合装置。其他功能部件的机械原理与以上类似。

3.1驱动系统

驱动系统(图8)整套装置由一台减速电机驱动,减速电机为双出轴式,一端直接连接链轮,实现逆时针驱动功能,另一端通过齿轮传动,换向后连接同类型的链轮,实现顺时针驱动功能。顺逆链轮均可驱动2至3排链条,并且在高度上错开,以便驱动各个功能部件且避免链条间的干涉,最大程度实现功能件的标准化。为了确保传动的可靠性,整个驱动系统设置一台相同功率的备用电机,以防主电机故障。

3.2内外圈反向旋转功能的实现

如图9所示,内外圈旋转装置为双层套筒式结构,执行件(内、外圈)与传动件(传动链轮)分别设置在套筒的两侧,这样有利于悬臂套筒的受力。内外圈由各自的链轮分别进行驱动,传动链轮与驱动系统的链轮一样,均可连接2至3排链条,而且高度方向错位布置。逆时针链轮处和内外圈之间均设置有导电滑环,保证运动和烟花的点火线路互不干涉。

3.3旋转运动和左右摆动组合运动的实现

旋转运动和左右摆动组合运动主要出现在第三棵烟花树“绿色出行”(图3)中,“绿色出行”的三幅画面运动的基本原理相同,现就其左上画面来说,其运动原理如图10所示,动力由曲柄摇杆处通过链条接入,再通过链条并联传递给回转运动部件(风车),曲柄摇杆机构将回转运动转化为摆动后,通过四连杆机构由驱动树叶分别传递给各个从动树叶。驱动树叶的摆动幅度由曲柄连杆机构决定,从动树叶的摆动幅度均可由四连杆机构的连杆长度和铰接半径调节。

3.4八边形外翻旋转机构的实现

八边形外翻旋转机构是第四棵烟花树“命运共同体”(图4)的左下方画面,其运动原理如图11所示,驱动系统的动力经链轮并行传递,一个直接传递至风车架,带动其旋转;另一个通过换向器换向后,由链条传递给首尾相连的八个万向接轴,带动其旋转,八个人形框架刚性地固定在八个万向接轴上,完成绕万向接轴翻转的效果。

3.5雪花开合装置的功能实现

雪花开合装置是第六棵烟花树“冬奥会”(图6)的右下画面,其动作原理如图12所示,机构的开合杆单向铰接在固定盘上,链轮驱动曲轴带动万向连杆驱动开合杆进行开合动作,12根开合杆之间用随动连杆相连,总体组成一个巨大的可开合的雪花结构。随动连杆一端单向铰接在开合杆上,另一端与另一个随动连杆单向铰接,但开合过程中随动杆两端的扭转动作没有释放,会造成机械卡死,所以每个随动连杆的另两个单向铰之间设置有一个回转铰,以释放该方向的自由度。

4烟花树的总体布置

七棵烟花树的排布如图13所示,每两棵树之间由线条相连接,线条布置在网架上,由升降机起升至固定高度,保证焰火树上的线条和网架上的线条良好的衔接,从而组成一幅巨大的孔雀开屏。

5烟花装置的表演形式

烟花的点亮次序为首先点亮除孔雀头之外的六棵烟花树,延时1s~2s所有机械装置工作,形成3D焰火的效果,每棵树呈现各自的主题;3s后点亮孔雀头,并依次点亮线条,瞬间将6幅独立的主题烟花连接成为一幅巨大的焰火长卷“孔雀开屏”(图14)。精心的设计、制作和现场维护,让烟花装置表演完美绽放,令人回味无穷。

(编辑:王芳)

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