哈尔滨华德学院毕业设计论文评语.docx

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哈尔滨华德学院毕业设计论文评语

哈尔滨华德学院毕业设计（论文）评语

姓名：

班号：

专业：

毕业设计（论文）题目：

工作起止日期：

年月日起年月日止

指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：

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指导教师签字：

指导教师职称：

评阅人评阅意见：

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评阅教师签字：

评阅教师职称：

答辩委员会评语：

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根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：

学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：

对毕业设计（论文）的特殊评语：

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答辩委员会主任（签字）：

职称：

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答辩委员会副主任（签字）：

答辩委员会委员（签字）：

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年月日

哈尔滨华德学院毕业设计（论文）任务书

姓名：

学院：

专业：

班号：

任务起至日期：

年月日至年月日

毕业设计（论文）题目：

立题的目的和意义：

课题研究主要内容：

进度安排：

同组设计者及分工：

指导教师签字___________________

年月日

系主任意见：

系主任签字___________________

年月日

摘要

古往今来，就有舞台的存在。

从没有舞台的随机表演到有所选择场地的表演，再到木质舞台的表演，最后到现代自动舞台的表演。

可以说，有人的地方就有表演，或者说表演离不开人。

表演丰富了人类日常的生活给身心带来极大的享受。

而舞台就是因表演而存在，两者缺一不可。

发展到现在舞台有了很大的变化，像人类的进化史一样，目前为止，舞台的升降旋转是必不可少的。

本次课题设计了一种具有升降和旋转独立运动的大型舞台，其基本结构如下：

舞台的机械机构，舞台的液压驱动系统，舞台的PLC控制系统。

其中舞台机械结构的设计是基于剪叉式升降台和盘形旋转台的设计方法。

将两者相结合，实现升降和旋转的独立。

液压驱动包括四缸驱动升降台和双马达驱动旋转台。

PLC通过控制电磁阀的换位来控制舞台动作。

根据舞台的工作要求和结构特点，进行了舞台的总体设计，确定了舞台的基本结构，在此基础上确定了舞台的总体尺寸及各个零部件的尺寸，对重要部位进行了力学计算。

然后设计了液压回路，选取了液压元件。

根据舞台的动作要求，利用PLC技术确定了控制系统。

舞台机构和驱动方式较为合理，动作控制灵活。

总体来说，该方案较好地解决了一般大型舞台的结构、驱动和控制问题。

关键词：

大型舞台；升降台；旋转台；液压驱动；PLC控制

Abstract

Withthemodernizationofhumanlife,people'sdemandishigherandhigher,thestageperformanceisalsomoreandmoermodern,theriseandfalloftherotarystagetobringgreatconvenience.

Thispaperdesignsalargestagewithliftingandrotatingtheindependencemovement,itsbasicstructureisasfollows:

Hydraulicallydriven,plc-controlledliftingandrotatingmechanicalstage.Themechanicalstructuredesignstageisthedesignmethodofscissorselevatingplatformanddiscrotatingplatformbasedon.Thecombination,realizationofliftingandrotatingindependent.Hydraulicdriveincludingfourcylindertodrivetheliftingplatformanddoublemotordriverotarytable.PLCtocontrolthestageatranspositioncontrolsolenoidvalve.

Stagemechanismanddrivingmethodismorereasonable,flexiblemotioncontrol.Overall,thisschemecansolvethegeneraldrivelargestage,andcontrolmechanism.

Keywords:

Largestage;Liftingplatform;Rotarytable;Hydraulicdrive;PLCcontrol

第1章绪论

1.1舞台机械简介

在人类社会中，随着科学技术的发展，文化生活的越来越好，舞台从无到有，从简易到复杂，再到一个独立的行业，象征了舞台的极大变化。

其中，随着生活的进步，舞台的效率也变得越来越高，这就要求舞台自动化，在其中，舞台的基本动作升降旋转是不可缺少的。

舞台的升降旋转能给我们带来视觉的享受，烘托

出良好的氛围。

因为对我们的现在生活来说，表演丰富了我们的生活，给我们带来了极大的享受滋润枯竭的心田。

而跟表演相依相存的舞台也是如此。

对自动化舞台来说，怎样给舞台营造出一种效率高氛围好就成了必要。

然而在国内的一些舞台设计中，上述要求并不能很好地得到满足。

现今舞台的设计还有一个缺陷是当舞台出现故障时，一般维修比较复杂，有时甚至是一旦出现故障就会导致报废，造成极大的浪费。

当然随着技术的进步，电液控制系统，计算机电子等技术相续引入到大型舞台设计中，给舞台设计带来更加广阔的空间。

舞台经历过几个阶段的发展之后，变得越来越进步，对现代化社会来说表演是处于全球化的状态中，各种各样的文化融合在一起形成全新的一门艺术，使得表演的范围越来越广泛种类形式各种各样，从而要求舞台能跟上表演这门艺术，所以需要舞台的功能越来越多，越来越现代化

之前国内的舞台机械还跟不上表演这门艺术的脚步，需要继续研究进步和学习发展自己特色的舞台，适合中华文化的舞台。

与此同时，国内也冒出了很多的机械舞台方面的企业，带动了舞台的发展。

例如图1-1所示，连城星光舞台设备技术有限公司的升降台就是在这种背景下发展起来的。

这一时期的代表如图1-2所示所示的沈阳恒瑞德舞台设备有限公司的升降旋转舞台。

图1-1连城星光舞台设备技术有限公司的升降舞台

图1-2沈阳恒瑞德舞台设备有限公司的升降旋转舞台

1.2本课题研究的意义

由于人类科技文化的进步，人们对表演这门文化的要求也就越来越高，同时审美能力也变高了在表演中舞台的渲染烘托也就很重要，它提高了人们的视觉享受，给表演提高了效率。

在越高档的娱乐会所，对舞台所能达到的要求也就越高，利用升降旋转来达到视觉效果也就成了必然。

我对本课题升降旋转的设计，需要实现舞台的升降和旋转运动，通过可编程控制器程序来控制舞台的运动。

同时考虑到有效利用现场的有限空间，要尽可能地减少传动装置的占地面积，保证舞台平稳升降和旋转。

然而在国内的一些舞台设计中，上述要求并不能很好地得到满足。

现今舞台的设计还有一个缺陷是当舞台出现故障时，一般维修比较复杂，有时甚至是一旦出现故障就会导致报废，造成极大的浪费。

当然随着技术的进步，电液控制系统，计算机电子等技术相续引入到大型舞台设计中，给舞台设计带来更加广阔的空间。

通过该课题可以让学生迅速熟悉现代舞台的本体设计、驱动系统设计、控制系统设计等自动化装备设计的关键技术，提高众人的创新意识和核心竞争力，为学生今后的就业、深造等奠定一个坚实的基础。

1.3课题研究的设计要求和主要内容

本课题的研究升降旋转舞台的构造、驱动系统和控制系统。

升降旋转舞台一般是由剪叉式液压升降机构，端面摩擦轮传动机构组合而成，可以让舞台实现旋转、升降、升降旋转3种运动方式。

升降旋转舞台有很多的优点,如:

结构简单、噪声低、抗过载、成本低、维修简单、维修线路简单、可靠性高等。

升降旋转舞台的结构有剪叉式、直筒式等。

其中剪叉式机构有结构紧凑、运行平稳、噪声响、起始高度低、易于操作等优点。

驱动系统有液压。

其中液压传动是机械设备中发展最快的技术之一，液压元件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。

控制系统以PLC最为出众，PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成，PLC功能强，性价比高、编程方法简单易学、体积小，能耗低、可靠性高。

抗干扰能力强等优点。

该课题是以现有大型舞台的设计为基础，需要研究完成以下的工作：

（1）对大行舞台的机构进行一系列的研究；

（2）对大型舞台的液压驱动系统进行研究；

（3）对大型舞台的PLC控制系统进行学习。

1.4本论文的主要内容

（1）舞台机械结构的设计，重要部位的校核；

（2）液压回路的设计，液压元件的选取；

（3）PLC控制电路的设计等。

本论文的成果形式包括：

（1）大型舞台的机械结构设计装配图；

（2）大型舞台的液压驱动系统回路图；

（3）大型液压舞台的PLC控制电路图和逻辑控制图；

（4）设计论文。

第2章大型舞台机械结构设计

2.1总体方案拟定

在设计大型舞台的升降及旋转机构时应注意几个问题：

舞台能够独立完成升降和旋转运动，并且能方便地单独控制舞台的升降和旋转运动；应该保证舞台动作的精度，运行的平稳性和安全性；所选结构要紧凑，传动可靠，减少阻力矩；驱动系统必须保证安全、平稳，承载能力大；控制系统要求结构简单，操作方便，动作灵敏。

为了实现舞台独立完成升降和旋转功能，在设计舞台机械结构时，可考虑采用技术成熟的升降台作为底架，把旋转台装配到升降台上，在这里必须考虑到两者的结合部位非常关键，是本次机构设计的重点。

一般的大型舞台载重量较大，并且对运动的平稳性和安全性有特殊要求，采用液压机构是比较理想的。

对于舞台动作的控制，应该灵敏可靠，利用PLC是非常理想的。

PLC功能强，性价比高，用户使用方便，适应性和抗干扰能力强，用在舞台控制中，非常合适。

综上，本课题的总体方案应该分为三部分，综合升降台和旋转台的舞台机械机构设计，液压驱动的设计，控制系统PLC的设计。

2.2舞台机构的基本形式

2.2.1升降机构的基本形式

升降机构可分为液压升降机构、垂直丝杆升降机构、链条式升降机构、齿轮齿条式升降机构等。

在液压升降机构中有剪叉式液压升降和直桶式液压升降等机构。

升降机构可实现舞台的上升下降，比传统舞台多了一种配合，更具有真实性。

液压升降机构的运动一般由远程或无线控制，它能较好地控制机器的运转，以液压缸的伸缩来实现舞台的上升下降，通过液体的变化来达到伸缩。

2.2.2旋转机构的基本形式

在舞台表演中旋转机构一般分为，摩擦传动、齿销传动、液压传动、齿轮传动等。

旋转机构可单独实现舞台的转动，通过调节舞台转动时的速度来配合舞台上的表演，从而引起视觉感受。

摩擦传动是靠机件间的摩擦力来传递动力和运动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。

齿轮传动是通过轮与轮之间的转动产生摩擦力来提供动力的。

摩擦轮传动结构简单，造价低，过载打滑保护其他机构，但是一般负载小，需要较大的径向力，对摩擦轮轴压力大，适合于负载小的低速简单机构中。

齿轮传动式旋转机构传动力矩大，精度高，用在负载较大的重要机构中。

对于大型舞台机构，最重要的一点是负载大，驱动力大，属于低速大扭矩机械，因此适合采用齿轮机构。

图2-1摩擦轮传动旋转机构

2.3剪叉式升降、液压驱动马达旋转舞台介绍

剪叉式液压升降机构被广泛应用于高空作业，剪叉式能让升降台上升比较稳定，有较大的承载能力，能让几个人同时操作的优点。

同时，液压式升降的工作效率更高，安全更保障。

液压驱动马达提供的动力也是很高效的，他承接了液压传动的特点。

一般来说，剪叉式液压升降机构是最为常用的。

如图2-2

图2-2剪叉式升降台

转盘的设计首先要考虑旋转台的水平固定，在设计旋转台时，水平固定影响转盘的平衡，运转质量。

另外转盘的支撑机构也很重要，支撑机构不仅要承受竖直方向的载荷，而且还会影响装盘的运转。

一般直径较大的旋转机构通常的方法是采用滚轮机构，滚轮如图2-3所示，可根据国家标准设计，与滚轮配套要设计轨道，工程上常采用钢轨。

图2-3滚轮

钢轨载重量大，耐磨损，与滚轮结合运动平稳，摩擦力小，是理想的工程运输材料。

旋转机构的驱动方式较多，常用的有电动机驱动，液压马达驱动。

电动机和液压马达有卧式和立式之分。

卧式安装需要借助于蜗杆机构或锥齿轮机构将竖直面内的力矩转化为水平面内的力矩；立式安装则可以直接借助于圆柱齿轮减速器装置

（3）低速大扭矩马达旋转机构来驱动旋转台。

液压旋转机构的驱动装置：

（1）高速马达与蜗轮减速器式驱动装置

（2）高速马达与行星减速器式驱动

2.4旋转台基本参数的确定

该旋转台直径6m，采用钢结构焊接件作为基架,再以防火材料加以装饰。

舞台本体自重约3500kg，舞台台面布置在旋转台上，舞台台面设计8m，最多可同时上65人，没人体重平均为60kg，舞台设施按1000kg估计，旋转台最大有效载荷5000kg，设旋转台自重1000kg，则升降台最大有效载荷6000kg。

舞台升降台台面最低高度为800mm，升降行程1000mm，上升时间20s。

旋转台转速0.3——1.5r/min。

要求能够单独控制舞台的升降和旋转运动。

2.5升降台机械机构设计

2.5.1剪叉式液压升降台的受力分析

剪叉式液压升降机构是一种能满足升降高度，并且承载能力强的，可以水平移动的一种装置。

他通过液压缸来实现动力的提供，。

液压升降台的受力一般是通过研究液压装置的受力，剪叉式液压升降机构分为两部分，其中液压提供动力，剪叉式机构为整台机器的主机。

可以根据舞台的一些基本参数对所要研究的机器进行受力分析，使得让液压缸承受最大的力然后绘图。

如2-5所示进行分析计算。

图2-4剪叉式机构运动简图

图2-5剪叉式机构受力简图

取DB为研究对象，解得

（2—1）

（2—2）

（2—3）

因此

（2—4）

液压缸的推力

（2—5）

（2—6）

式中：

L=DC距离

d=EO距离推算过程略

设计剪叉式升降台。

本课题研究的舞台载荷较大，旋转台面直径达到了6m，单独采用一个双液压缸升降台将会使液压缸压力过大，台面结构较大，给设计带来不便，因此考虑采用两个并行的剪叉式升降台，每个升降台有两个液压缸驱动。

而转盘安装在两个升降台上，减小了液压缸压力，是结构紧凑合理。

这样做带来的另一个好处是为液压马达的安装带来了空间。

由于两个液压升降台并排放置，中间可以留下足够的空间安装马达。

马达采用立式放置，固定在升降台的焊接架，只需一级减速就能驱动旋转台。

如图2-6所示，舞台机械机构图，四个液压缸每两个驱动一个升降台，两个升降台之间安装液压马达，为转盘提供动力。

这样升降有液压缸控制，旋转有液压马达控制，两者相互独立，可实现升降与旋转的独立运动。

图2-6舞台机械结构

2.5.2剪叉式升降台尺寸确定

旋转盘直径6m，在图2-7中，设升降台在最低点DC之间的距离是3m，EO之间的距离是300mm，ɑ角为15°，按照设定尺寸，此时升降台高度为800mm。

根据上文的力学分析，β越小，F也越小。

经过计算，并根据实际分析，选取剪叉支架DB距离为3105mm时比较合理。

经过计算，升降台升到最大高度，行程达到1m时，AB间距离为2530mm。

根据以上分析，不难确定其他尺寸。

其中升降台台面和底座为正方形，变长设定为4m。

2.5.3旋转台与升降台连接结构的确定

如图2-6所示，在升降台的四个角上安装四个滚轮，滚轮位置确定，只绕轴滚动，不做饶正方形中心的圆周运动。

转盘下侧焊接截面为正方形的钢轨，钢轨（如图2-7）在滚轮上转动。

图2-7截面正方形钢轨

旋转机构主要由台面部分组成，旋转支撑机构和旋转驱动机构。

上面分析了支撑机构，下面主要是设计驱动机构。

对于驱动机构的设计，上面已经分析了，应当采用低速大扭矩马达。

为了降低对马达的要求，并且消除转盘转轴所受的径向力，采用双马达机构。

马达立放，通过一级圆柱齿轮减速，直接将力矩传递到大齿轮上，转盘与大齿轮通过螺栓固连在一起，这样转盘就能转动了。

如图2-8所示，旋转台是由钢结构焊接而成，大齿轮上开螺纹孔，通过双头螺柱两者连接在一起。

大齿轮套在中心轴上，两者之间不传递力矩，只起定位作用，因此不用加键。

中心轴固定在轴承上，由于轴承不承受竖直载荷，所以选用深沟球轴承。

如图2-8所示，轴承座固定在升降台上。

这样整个舞台的机械机构就如上所述。

图2-8旋转台驱动机构

2.5.4旋转阻力矩的确定与齿轮的设计

对于室内舞台旋转机构，阻力主要包括摩擦阻力和惯性阻力，下面分别计算。

（1）摩擦阻力矩计算

如图2-9所示，摩擦阻力主要产生在滚轮与轨道之间。

图2-9旋转台滚轮与轨道

参考起重机械设计，轨道摩擦阻力可按下式估算

（2—7）

式中Q为载荷重，G为旋转台自重，

为阻力系数，对于圆柱形车轮与原定钢轨

=0.01，对于圆柱形车轮与平顶钢轨

=0.009，对于圆锥形车轮或无轮缘车轮

=0.007。

舞台设计中

（2—8）

（2—9）

取0.009，代入式（2—7）得

由于阻力半径是5.656m，所以阻力矩

（2—10）

（2）惯性阻力矩

惯性阻力矩由货物质量、旋转部分质量和传动结构旋转质量三部分所引起，按下面计算

（2—11）

（2—12）

式中

——为旋转部分对旋转轴线的总飞轮矩（Nm）

——为旋转部分重量（N）

——为旋转部分重心到旋转轴线的距离（m）

n——为转速（r/min）

——为旋转机构启动时间，无风时

=3~5s；有风时

=4~10s

（1.1~1.3）是考虑传动机构旋转质量惯性阻力矩的增大参数。

假设6000kg的质量均匀分布在直径为8m的圆形台面上，n取1r/min，t起取5s

（2