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1、精選優質文檔-傾情為你奉上舞臺機械的安全性、可靠性與安全防護裝置國家大劇院舞臺設備部教授級高級工程師 段慧文摘要：安全性、可靠性是舞臺機械設備的基本特性，安全防護裝置是舞臺機械的重要組成部分，是確保設備運行安全、防止發生人身傷亡事故、保證演出順利進行不可缺少的裝置。本文的重點不在于安全防護裝置本身，而在于提醒設計人員對安全防護裝置的重視，了解各類安全防護裝置的設計要求以及正確選擇安全防護裝置。關鍵詞：舞臺機械安全性可靠性安全功能安全裝置防護裝置我曾經在本刊上發表過“舞臺機械應具備的基本性能”和“舞臺機械的安全設計”的文章，主要從設計的角度對設備安全、人身安全和電氣安全等三方面提出一些看法，著重

2、在設計參數、結構參數、標準與規范的應用等方面，從舞臺機械的基本性能出發，討論一些重要的和容易被忽略又事關安全的問題，目的是從設計開始就要力圖確保安全。本文將就舞臺機械的安全性、可靠性以及安全防護裝置的有關問題進行一些探討，進一步加深對舞臺機械安全性的認識，供設計人員參考。 舞臺機械的安全性舞臺機械的安全性是指舞臺機械在按使用說明書（或操作手冊）規定的預定使用條件下（有時在使用說明書或操作手冊中給定的期限內），執行其功能和在運輸、安裝、調整、維修、拆卸和處理時不產生損傷或危害人員健康的能力。舞臺機械的預定使用是指對它的合理使用。合理使用是指：根據舞臺機械制造廠提供的信息或根據該機械的設計、結構與

3、功能特點，采取與使用說明書或操作手冊中的技術說明相一致的方法與步驟，并適當考慮一些可以預見的不正確行為和誤用，進行的正當使用?？深A見的不正確行為和誤用，是指非有意的對機器設備的濫用，通常是一般的不小心所致。有時是操作人員在某些情況下的反射行為，如機器設備在正常使用時突然失靈、產生故障或出現差錯等情況時人的錯誤反應行為。對某些可供非專業人員使用的機械設備，要特別注意某些人（如兒童或殘疾人）的可以預見的危險行為。對于以出租劇場和接待大量外來文藝團體進行演出為主要經營模式的劇場，對舞臺機械設備的合理使用就顯得十分重要。使用時，要有專業人員的技術指導，杜絕某些可以預見的危險行為。雖然這類劇場在設計伊始

4、就考慮了舞臺機械設備的實用性和適應性（實際上，由于攀比風、貪大求全風盛行，真正做到這點的不多），但是，非專業技術人員使用舞臺機械設備的幾率仍然很多，此時，對它們的合理使用及可能產生的危險行為應該引起劇場管理人員的特別注意。安全性的著眼點是可能產生事故（損傷或危害健康）的起因和后果。設計、制造一個不產生事故的舞臺機械設備是對該機械設備的基本安全要求，當操作或演出人員面臨可能發生事故的危險狀態時，所設定的安全要求應保證該機械設備不會達到危險或不安全的狀態。舞臺機械的可靠性舞臺機械的可靠性是指舞臺機械的零、部件或設備在規定的條件下和給定的期限內，執行所規定的功能而不產生故障的能力。機械零、部件的可靠

5、性是機械安全功能完備性即機械安全性的基礎。對任何類型舞臺機械的設計舞臺機械，首先要保證每一個零、部件是可靠的，這臺機械設備才可能是安全的，這是一個普遍適用的原則。因此，通過設計達到舞臺機械的可靠是保證舞臺機械安全的基本環節。只有使舞臺機械的所有零、部件在預定的使用條件下和在預定的期限內，能承受所有與該舞臺機械有關的各種干擾和應力（如沖擊、振動、溫度、腐蝕、電磁等），也不會失效并使該舞臺機械產生危險的誤動作，正確的執行其功能而不產生故障，才能保證這臺舞臺機械是可靠的，對它的使用也才是安全的。 通過設計保證舞臺機械的可靠性舞臺機械零、部件的可靠性是由設計決定的，必須采取所有可能的手段和方法，通過設計減小舞

6、臺機械在長期使用過程中可能產生的風險，使舞臺機械在本質上是安全的。在舞臺機械的安全設計一文中曾提出過足夠的安全系數、合適的剛度、合理的結構和尺寸參數、可靠的安全裝置、必要的備用系統或裝置等設計要點。這里，為保證舞臺機械的可靠性，對設計時應采取的措施簡要敘述如下：采用適當、合理的設計結構，盡可能減小或避免產生危險。如容易接觸的零件不應有會引起損傷的銳邊、尖角、粗糙表面、突出部分和開口等。注意零、部件的形狀和相對位置，增大或減小運動零、部件之間的最大或最小距離，使操作人員可以安全進入/接近或不能進入/接近設備，從而避免擠壓或剪切危險。限制運動零件的質量、速度和加速度，以減小其動能和慣性力，限制或減

7、小危險的程度。完全、不打折扣的執行各項設計標準的規定，特別是針對舞臺機械的特殊規定（目前國內這類標準正在編制中，可參考國外的有關標準）；合理選用材料及其制造工藝方法，正確選用安全系數，計算零件的強度，按舞臺機械設備的需要計算零件和結構件的剛度，所選各種數據應符合舞臺機械專業的有關規則；采取良好的結構設計和適當的措施（如使用載荷傳感器或力矩限制器預防超載荷、使用速度編碼器控制超速度、使用壓力閥或壓力傳感器防止超壓力等）限制構件或設備的應力；設置必要的安全功能和一定數量的安全裝置，安全裝置可以是單一的，也可以是與防護裝置聯用的；對舞臺機械設備系統工程還要有必要的備用系統或裝置，在控制系統中的某些環

8、節要進行冗余設計；控制系統的設計必須有操作者進行人工干預的子系統，如操作盤的使用授權、緊急停機等；控制系統必須能夠防止故障（動力中斷、安全保護裝置被激發等）排除后的自動再啟動；遵循人類功效學的原則設計操作控制系統，操作臺的布置要合理，以減小操作者的緊張和體力消耗；各種指示器和顯示裝置的配置符合人的視覺習慣，位置合理，易于察看，信息的顯示應在人能察覺的參數和特征范圍之內；通過舞臺機械本身的設計還不能適當避免或充分限制危險時，設置必要的防護裝置，以保護操作、維修人員和演、職人員的安全。等等。 舞臺機械裝置常見的危險和安全功能 常見危險）機械方面擠壓：主要由車臺或車載轉臺運行時產生；剪切：主要由主升

9、降臺或樂池升降臺等設備運行時產生；纏繞：主要由鋼絲繩卷揚機運行時產生；高壓液流噴射：液壓設備管道破裂時產生；其他：零件機械強度不夠引起的斷裂、與機械設備有關的人員滑倒、跌落等。）電氣方面電擊：可由人體與高壓帶電元件直接接觸、帶電元件的絕緣失效或靜電引起；短路：過載等。安全功能舞臺機械除要具備規定的功能（這些功能有懸吊景物，進行升降、旋轉、平移等運動運送布景或人員演出，裝載燈具，調整臺口大小等）外，還必須具備安全功能，安全功能是舞臺機械設計中需著重考慮的重要功能，這些功能是保證舞臺機械安全運轉的必備條件。安全功能是指當機械出現故障（由機械內部或由機械外部引起的）時，保護機械或人員不受損傷和危害，

10、或不使損傷或危害繼續增大的功能。在機械安全標準中將安全功能定義為：出現故障會立即增加損傷或危害健康風險的機器功能（GB/T15706.1-1995機械安全基本概念與設計通則第1部分：基本術語、方法學）。常見的安全功能有：預防意外起動的功能、保持機械設備在安全限制參數范圍以內運行的功能、對安全限制以內的參數進行自動監控的功能等，這些功能通過各種類型的安全裝置，限制舞臺機械在設計規定的技術參數范圍內和規定的條件下運行，以避免設備或人員受到損傷或傷害。在舞臺機械中有各種各樣的安全裝置擔負著不同的安全功能，如：吊桿卷揚機的行程和超行程保護功能、鋼絲繩松繩保護功能、過載保護功能、防鋼絲繩脫槽（或疊繩）保

11、護功能、速度及速度誤差保護功能等；臺下設備的防剪切保護功能、防擠壓保護功能、防跌落保護功能、行程及超行程保護功能等；控制系統中的防止意外起動的功能、運行指示功能、急停功能、參數自動監控功能、操作盤的授權和操作盤間優選和互斥的功能、安全顯示功能、故障診斷功能等。實踐證明，舞臺機械設備及其控制系統的這些基本安全功能是舞臺機械長期、安全和穩定運轉的基本保證。 舞臺機械的安全防護安全裝置和防護裝置安全防護是指在舞臺機械的設計不能適當避免或充分限制人們遭遇可能的各種危險時，采用稱為安全防護裝置（安全裝置、防護裝置）的特定技術手段，保證舞臺機械使用時安全的措施。）安全裝置為了舞臺機械的安全操作和運行、消除

12、或減小各種危險（機械的和人身的）的裝置稱為安全裝置。這種裝置可以是單一的，也可以是與防護裝置聯用的（但不是防護裝置）。在舞臺機械上設置的典型的安全裝置有：防火幕：上、下行程及超行程開關，發生火災緊急情況時，幕體無動力緊急下降及速度控制、緩沖裝置，卷揚機松繩檢測裝置，緊急下降時的聲、光顯示裝置等；布景吊桿：上、下行程及超行程開關，減速開關，速度連續檢測裝置，位置連續檢測裝置，過載檢測裝置，松繩檢測裝置，防鋼絲繩脫槽裝置和疊繩檢測裝置（無排繩器或鋼絲繩偏角超出規定時）等；自由單點吊機和軌道單點吊機：上、下行程及超行程開關，速度連續檢測裝置，位置連續檢測裝置，過載檢測裝置，松繩檢測裝置，防鋼絲繩脫槽

13、裝置和疊繩檢測裝置（無排繩器或鋼絲繩偏角超出規定時）等；燈光渡橋、燈光吊籠及定速天幕吊桿及側吊桿：上、下行程及超行程開關，松繩檢測裝置，防鋼絲繩脫槽裝置和疊繩檢測裝置（無排繩器或鋼絲繩偏角超出規定時）等；主舞臺升降臺、樂池升降臺：上、下行程及超行程開關，減速開關，速度連續檢測裝置，位置連續檢測裝置，過載檢測裝置（必要時），松繩檢測裝置，防鋼絲繩脫槽裝置和疊繩檢測裝置（鋼絲繩傳動時），鋼絲繩、鏈條或液壓缸直頂傳動時的定位鎖緊裝置，防剪切裝置，運轉聲、光顯示裝置，采用“大螺旋”傳動時的臺面初始載荷測量開關裝置（詳見“演藝設備與科技”2005年第5期“大螺旋”在劇院領域的應用“一文）等；側舞臺車臺：

14、行程及超行程開關，減速開關，速度連續檢測裝置，位置連續檢測裝置，防擠壓和障礙檢測裝置（機械式、光電式、激光式或超聲式）等；車載轉臺的車臺：行程及超行程開關，減速開關，防擠壓和障礙檢測裝置（機械式、光電式、激光式或超聲式）等；有些舞臺機械還采用了一些其他的安全裝置：連鎖裝置（與防護裝置聯用的安全裝置）：即在特定條件下運轉的舞臺機械如樂池升降臺，和樂池進、出口門在電氣上有連鎖關系，只要樂池進、出口門不關閉，樂池升降臺就不能運行。主舞臺升降臺與舞臺各層臺倉的防護門在電氣上也有連鎖關系，防護門關閉時，升降臺可以運行（執行啟動、停止或通過指令）；防護門打開時，升降臺不能運行。自動停機裝置：當人身體的一部

15、分超越安全界限時，舞臺機械停止運行。自動停機裝置可以是機械式的，如伸縮探頭、彈性觸發裝置等；也可以是非機械式的，如光電裝置、超聲裝置、壓敏元件等。升降臺的防剪切裝置、側車臺和移動車轉臺移動臺的防擠壓裝置，都有自動停機的功能。）防護裝置防護裝置是指對舞臺機械的特殊部分采門專用的技術措施進行防護，避免對人員產生危害的裝置。在通過舞臺機械本身的設計還不能適當避免或充分限制危險時，應當設置適當的防護裝置。它能防止人員進入被防護裝置包圍的空間，有時還要能接受設備拋出或掉下的部件。通常，多數的防護裝置是設置物體障礙，如罩、殼、門以及封閉護欄等，使人員不能或不易接近或進入。防護裝置可以是單獨作用的，如固定式

16、防護裝置，只有它在關閉（即保持在應該的位置上）狀態時，才能提供有效的防護；也可以是與連鎖裝置（有防護鎖或無防護鎖）聯合作用的，此時，防護裝置本身無論處于任何位置，都能保證防護作用，因為該防護作用是由防護裝置確定的防護位置和在此位置上的連鎖裝置來確保的。舞臺機械常用的防護裝置類型）固定式防護裝置：固定式防護裝置經常用作對舞臺機械（如手動吊桿、假臺口上片、燈光渡橋、防火幕和防火隔音幕、主舞臺升降臺等機械）的平衡重、幕體等人員可能接觸的運動部件的防護。采用緊固零件將其在骨架上固定并保持在應有位置即關閉位置，除非使用工具不可能將其打開或拆除。少數的固定式防護裝置，如升降臺僅僅通過而不?？康母鲗优_倉的防

17、護欄干，采用永久固定（如焊接）的方式。）活動式防護裝置：通過機械的方法（如鉸鏈、滑道）與舞臺機械的構架或鄰近的固定結構相聯接，在需要時到達關閉位置進行防護。防護裝置打開時，與設備保持相對位置固定。如主升降臺兩側的安全防護網、舞臺臺倉下芭蕾舞臺板進入主升降臺通道上的防護門、從舞臺臺倉兩側進入主升降臺的防護門等。這類防護裝置多用單獨的電動機驅動系統，一般都與連鎖裝置聯用。）連鎖防護裝置：多數在舞臺機械上使用的活動式防護裝置，與它們防護的設備間都有電氣連鎖關系，都屬于連鎖防護裝置。其特點是只要連鎖防護裝置沒有關閉，給出的是停機命令，只有連鎖防護裝置處于關閉狀態，設備才能執行運行命令，但連鎖防護裝置的

18、關閉本身并不能使設備自行起動。）帶防護鎖的連鎖防護裝置：具有連鎖裝置和鎖緊裝置兩種特性的防護裝置。如國家大劇院戲劇場鼓筒式轉臺內部防護欄桿的進、出門，臺倉內轉臺四周從防護欄桿進、出轉臺的門，都設有電氣防護鎖。詳見演藝設備與科技2005年第6期國家大劇院戲劇場鼓筒式轉臺的總體結構與安全防護措施一文。 舞臺機械安全防護裝置的選用和設計要點安全防護裝置的選用安全防護裝置的主要作用是防止設備零、部件運動時對人員產生的危險，安全防護裝置類型的選用，要根據設備運轉時，操作者或其他人員需要接近或進入該危險區的頻度決定。例如，固定式防護裝置結構簡單，在設備正常運轉期間操作者或其他人員不需要進入危險區時應優先選

19、用；如果進入危險區的需要較多，反復、多次打開和重新固定防護裝置將帶來不便時，則應考慮選用活動式防護裝置、連鎖防護裝置、自動停機裝置等。）設備正常運轉時，操作者或其他人員不接近或不進入危險區時，根據場合不同選用固定式防護裝置、連鎖防護裝置、自動停機裝置等。）設備正常運轉時，操作者或其他人員可能進入危險區時，根據需要選用連鎖防護裝置、自動停機裝置、帶防護鎖的連鎖防護裝置等。）對設備進行檢查、維護修理時需要人員進入危險區時，防護裝置應能保證他們的安全。這需要控制系統的協同設計。設計安全防護裝置的注意事項一般要求）安全防護裝置的形式及結構應與設備的工作環境相適應，堅固耐用且不會對設備的正常運轉造成干擾

20、。）防護裝置的設置不會對設備和人員帶來附加危險。）防護裝置的設置應符合有關標準關于防止肢體觸及危險區的安全距離的規定。固定式防護裝置）防護網應有一定的高度，一般距地面2.3m以上。）護網的孔徑以人手不能伸進為限。）防護網與設備運動件的凈距離應大于50mm，或符合有關安全距離的標準。連鎖防護裝置）防護裝置關閉前，被防護的設備（或設備的可動部分）不能動作。）如果設備的運動指令在執行時，防護裝置被打開，則給出停機命令。）防護裝置關閉時，設備的運動指令可以執行，但防護裝置關閉的本身并不能自行啟動設備的運動。帶防護鎖的連鎖防護裝置）防護裝置關閉和在防護鎖鎖定前，被防護的設備（或設備部分）不能運動。）可能

21、造成危險的設備運動部分通過前，防護裝置一直保持關閉和鎖定。）防護裝置關閉和鎖定時，設備的運動功能可以執行，但防護裝置關閉和鎖定的本身并不能自行啟動設備的運動。 結語安全防護裝置是舞臺機械設備不可缺少的重要組成部分，是在設計開始就要著重考慮的問題。舞臺機械專業不僅要和電氣控制專業密切配合，設計好設備內部的有關安全問題的各種安全裝置，還要設計好設備外部的各種防護裝置，以減少由于舞臺機械設備自身設計不能完全避免或充分限制的危險。大多數安全防護裝置（固定式安全防護裝置除外）并不能獨立工作、單獨完成安全防護任務，多是與操作控制系統融為一體的。舞臺機械設備的工作環境和運轉條件是極其復雜的舞臺機械，為了保證演員、劇

22、場舞美工作人員和維修管理人員的安全，舞臺機械的設計人員除從機械設計、安全設計和防護裝置設計等方面工作外，還要著眼于緊急狀態，設置一些必要的附加措施，以預防或減輕意外事故帶來的危害。這些措施有：緊急停機裝置（簡稱急停裝置，不同于自動停機裝置），可以避免即將發生的事故或使已經發生的事故所造成的危害不再擴大。急停裝置必須是易于識別、清晰可見、能迅速接近的手動操縱器。急停裝置操縱器被激發后，應一直保持接合狀態直至經適當操作后才能重新復位。急停裝置重調復位前，對設備的任何啟動指令均是無效的，急停裝置重調復位本身不能使設備重新起動，而只是在事故或故障已經排除、允許起動時才能動起。關于緊急停機系統詳見“演藝

23、設備與科技”2005年第4期“現代舞臺機械的控制系統”一文。人員陷入危險時必需的逃生措施，如在主舞臺升降臺鋼結構的最下部與固定地面之間，必須有800mm以上的逃生距離。舞臺機械的安全防護裝置不能影響設備的維修，且在維修期間也能確保維修人員的安全。一旦維修人員進入并使用就地操作模式后，設備將拒絕來自其它操作臺（盤）的任何信號或指令。在不使用就地操作盤時，可以斷開動力電源或其他形式的動力源。關于設備的就地操作詳見“演藝設備與科技”2005年第4期“現代舞臺機械的控制系統”一文。通常，通過設計和采用安全防護技術也不能完全避免風險時，必須給用戶關于遺留風險的提示和警告，設置必要的使用信息。如在文件中、

24、機械設備上、設備安裝使用地點給出視覺（如閃光燈）、聽覺（如蜂鳴器）、標志符號等信號和文字警告裝置。視覺、聽覺信號要易于覺察并和其他信號相區別，標志、符號和文字警告要易于理解和明確，各種形象圖形符號應優先于文字警告。本文的重點不在對各類安全防護裝置本身結構的討論，而在于提醒設計人員對舞臺機械設備的安全性、可靠性以及安全防護裝置的重視，了解各類安全防護裝置的設計要求以及正確選擇安全防護裝置。參考文獻： 機械安全基本概念與設計通則第部分：基本術語、方法學 機械安全基本概念與設計通則第部分：技術原則與規范 機械安全防止上肢觸及危險區的安全距離 機械安全防止下肢觸及危險區的安全距離 機械安全指示、標志和操作第部分：關于視覺、聽覺和觸覺信號的要求 機械安全指示、標志和操作第部分：標志要求專心-專注-專業