手动反翻转活门机构浅析

李阳 严睿晟 徐慧文

摘要：介绍了一种集约化模组手动翻转活门机构。

关键词：翻转活门;手动

1 概述

随着科技进步与演艺市场变革，各类秀场类演艺剧院项目层数不穷，推动了相关设备的研发。本文介绍了一种全新的集约化手动翻转活门，可以用于各类小型杂技项目。

快速翻转活门根据演出需要在剧院特定位置设置，可以实现人员或者景物快速变换，产生特殊演出效果。舞台设备中的翻转活门一般分为电动翻转活门与手动翻转活门两种。所谓电动翻转活门是指利用电动推杆或者伺服电机等实现翻转活门快速打开与恢复;所谓手动翻转活门是指利用手动机构，人为配合演出完成设备动作与恢复。在各类秀场演出中，舞台设备中的翻转活门使用过程中需确保与现场表演同步，因此对翻转活门在灵活度和易操作度上要求较高。从安全角度上看，翻转活门的安全性与演出人员的生命安全息息相关。若翻转活门出现故障，不仅影响演出效果，嚴重的甚至威胁工作人员的生命安全。因此，翻转活门需定期进行设备维护，以确保演出人员安全。手动形式的翻转活门在这两方面有较大优势：第一，手动翻转活门操作简便且灵活，可以更好地配合演出人员的现场表演;第二，手动翻转活门故障率远低于电动翻转活门，同时在日常维护上，手动翻转活门也比电动翻转活门更为方便。手动翻转活门可以通过侧插销机构、丝杆机构、凸轮楔块机构等多种形式实现，但各类系统各有优缺点。其中插销机构锁定力较大，不容易解锁与恢复;丝杆机构难于实现快速出发与快速恢复;凸轮楔块机构较难实现稳定锁定状态。

本文阐述的手动翻转活门利用反拉自锁钩与滚动销，采用全新思路设计。当翻转活门处于补平状态时利用反拉勾压力点自锁特点，使台面全部压力通过反拉勾传递到两侧主梁上，形成稳定平衡的静止状态。当手动拉动翻转绳时，拉杆克服了压簧压力，经过一小段弧形滑动，反拉钩迅速解锁，翻板利用自重下滑，快速触发运动，翻板迅速打开。

2 机械组成

3 设计过程

本设备中自锁拉钩是关键零件，关系到系统安全性及使用可靠性，另外手动拉动及恢复系统、缓冲系统也必不可少。

3.1 自锁拉钩设计

F1：翻转活门总载荷;L1：翻转活门总载荷力臂;F2：翻转活门载荷转化到锁定钩受力;F2’：锁定钩反向支撑力;L2：锁定钩对应翻转活门翻转铰链力臂;F3：锁定钩旋转阻力;L3：锁定钩旋转阻力臂;F4：锁定钩旋转驱动力;L4：锁定钩旋转驱动力臂

实际设计中发现，经过层层转化F4值很小，仅需要非常小的驱动力，即可将翻转活门驱动打开。同理，一个很小的弹簧反向作用在F4点，将对系统末端产生非常大的阻力。理论上若锁定钩安装位置保持水平，F2’延伸线在锁定钩翻转铰链点上，将对整体系统自锁，必须通过F4驱动力才能打开活门。

3.2缓冲系统设计

缓冲系统的选择需正好将翻转活门瞬间产生的冲击能量化解。这样才可以保证缓冲系统长期使用，瞬间化解能量，防止反弹。

s5：缓冲作用行程;g：重力加速度;G：翻转活门重力;F5：缓冲器平均受力;V：缓冲器触发初始速度;则

需要根据F5选取适合的缓冲器，缓冲器能量值越接近计算数值效果越好，缓冲器选择过小则设备容易损坏，无法起到吸收全部能量的效果，会有一定反弹;缓冲器选择过大，则设备冲击较大，不利于保护转动副等构件寿命，且成本较高。

3.3活门关闭拉力计算

假设则：

单人可以较为轻松关闭翻板。

3.4结构强度计算

锁定钩强度计算

本设计中共4组锁定钩，台面面积S=1㎡;假设单位面积载荷M1=5kN，台面单位面积自重M2=1kN，总载荷6N。

单个锁钩受力F6：

分别多锁定钩、台面钢结构进行有限元分析，可以得出应力、应变、挠度等各类信息，结构完全符合使用需求：

4 技术特点

4.1 结构形式新颖：通过锁定钩与滚轮销触发台面动作，结构较为紧凑，使用方便，易于安装维护;采用模块化设计，可以方便的整体更换，提高了安装及维护效率。

4.2 安全可靠：采用机械自锁结构，满足结构承载最大强度。

4.3 触发灵敏：通过杠杆效应，减小了触发力，触发灵活方便。

5 结束语

本设计为台下杂技演出或者各类综艺节目中自由落体翻转活门提供了一种解决方案，适用于各类中小型演出场所。