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【摘 要】在舞臺建設中，舞臺機械工程設計是一項新型的設計項目，隨著科學技術的進步，舞臺機械工程不斷與電子技術相融合，能夠營造出更加豐富的舞臺效果。機械工程設計就是為了滿足特定的要求開發機械工程的過程，舞臺機械工程設計中需要將舞臺的設計方案轉變為實際的機械設設計。在具體的設計中，必須明確舞臺機械工程設計的原則與技術要求，并以此為依據做好舞臺機械工程的設計工作。本文將對舞臺機械工程的設計及內容進行分析。

舞臺是應用于演出的設施，舞臺機械工程則是保證舞臺能夠正常運轉舞臺機械，實現舞臺燈光、音響、舞美等效果的關鍵。舞臺機械工程設計不但會對舞臺演出效果造成一定的影響，而且還會直接影響到演出過程中工作人員的人身安全。因此，在舞臺建設過程中，必須重視舞臺機械工程的設計，確保舞臺機械工程能夠滿足相關設計原則與技術要求，為演出提供一個安全、美觀的舞臺環境，保證演出的正常進行。

一、舞臺機械工程設計原則與技術要求

1.1舞臺機械工程設計原則

首先，在舞臺機械工程設計開始前，必須考察舞臺所在地點的氣候條件，包括溫度與濕度等。一般情況下，為了保證舞臺機械工程能夠正常運行，溫度應保持在-25℃～40℃之間，而相對濕度應保持在5%～100%的范圍內。

其次，舞臺機械工程一般由電提供動力，因此，電源應選擇電壓為380V，頻率為50Hz的交流電，其電壓波動應保持在-15%～+10%的范圍內，電網總諧波畸變率應保持在380V最后，安全性是舞臺機械工程設計中需要重點考慮的問題，因此，舞臺機械工程的安全性是設計時必須參考的重要指標，舞臺機械的設計必須保證電氣安全、設備安全以及人身安全。為了滿足以上要求，需要對舞臺機械工程進行可靠性設計，其主要設計依據包括強度或應力等安全系數。

1.2舞臺機械工程技術要求

在舞臺機械工程設計中，機械工程的技術要求主要包括各類機械設備的技術參數以及實現各項功能的固定結構。其中機械設備的技術參數是保證其能夠正常運行并發揮應有作用的前提條件，而功能的固定結構則是保證功能得以實現的關鍵，因此，舞臺機械工程設計必須滿足這些技術要求。一般情況下，這些技術要求將作為設計依據提供給設計人員，設計人員則需要依次為依據進行舞臺機械工程設計。雖然舞臺機械工程技術要求有很多，但是，大致可以概括為運行行程、運行速度、加速時間、減速時間、額定載荷、預停位點以及驅動形式等相關要求。

二、舞臺機械工程的設計內容

2.1舞臺機械工程設計過程參數

舞臺機械工程設計過程參數就是為了實現機械設備功能而計算并選擇的設備驅動與傳動結構的技術參數，以及設備制造完成后其系統中已經固化的結構參數，通常是形成設計輸出的一部分。在舞臺的設計中，機械設備的形式與結構需要根據具體的需求而發生變化，因此，設備的結構參數將隨著形式的不同而變化，在舞臺機械工程設計中，可以根據結構形式的不同而出現多種特性參數。設計過程是指以設備的技術要求以及工程的整體要求為依據，選擇通過計算的方式選擇正確結構參數的過程，在這個過程中，還需要解決其他相關問題。與此同時，設計技術要求與設計過程參數是設計過程的需要輸出的結果，設計過程完成后，這些內容因體現在設計圖紙以及其他輸出文件中。

此外，舞臺機械工程設計過程還要將市場供料及配套件技術規格、規范條件作為設計依據。在設計過程結束后，輸出文件中還需要包括設備使用維護說明書等文件，這些文件中不但包括設備正常使用過程中的維護說明，還應包括設計過程中不可避免產生的許多使用維護限定條件。

2.2舞臺機械功能參數

舞臺機械的功能參數是指以工藝設計為依據，以滿足舞臺工藝功能需求為前提的相關參數。在確定舞臺工藝后，就可以確定舞臺的建筑結構，因此，大部分的功能參數與舞臺建筑結構能夠緊密結合，并且與人體工程學中的多種因素相關，例如運行行程、運行速度以及額定荷載等參數。

首先，運行行程的確定。在舞臺設計中，吊掛設備需要執行升降操作，一般情況下，吊掛設備的升降運行行程應高于臺口高度，并且大多數設備在臺口高度的兩倍以上，以滿足更換吊掛景物的需求。而舞臺平移機構的運行行程通常要大于臺口寬度，這是為了滿足演出過程中的飛行需求。主舞臺的升降臺的運行行程一般分為上升行程與下降行程，其中上升行程需要滿足高于舞臺的最佳位置的需求，而下降行程則需要滿足在舞臺下藏匿演員及景物的需求。側車臺平移的運行行程通常是舞臺升降臺與側輔助臺寬度之和，應滿足水平場景切換的需求，而升降臺的寬度應與臺口寬度相匹配，而側輔助臺的寬度必須避免側臺景物穿幫。如果舞臺工藝要求側車臺能夠行駛到另一側，其運行行程需要加上升降臺的寬度與側輔助臺的寬度。樂池升降臺的運行行程通常是舞臺以下的深度。

其次，運行速度以及啟動與制動加速度。在舞臺機械設備的運行過程中，其運行速度需要根據設備的功能而確定。其中，負責場景切換的設備的運行速度相對較高，但是，如果設備的質量較大，運行過程會受到設備慣性的影響，運行速度不宜過高。與此同時，運行速度的確定還需要考慮行程的長度，如果行程不長，會受到啟動及制動過程的限制，設備高速運行的時間不多，僅提高運行速度不利于縮短運行時間。此外，不同舞臺機械設備的運動質量同樣存在較大的差異，運行過程中受到慣性的影響程度也存在較大的差異，例如單點吊機與主舞臺升降臺的速度以及運行速度也會存在較大的差異。

再次，額定載荷的確定。機械設備的額定載荷是指在設備設計時規定的設備在運行過程中能夠承受的載荷，是設計機械設備的結構強度、剛度、穩定性以及設計并選擇驅動系統的重要依據。在舞臺機械工程設計中舞臺機械，機械設備的額定載荷的確定應主要以舞臺的工藝以及演出類型等情況為依據，而起重機械設備的額定載荷基本沒有參考價值。舞臺上的吊掛機械設備額定載荷需要滿足其吊掛景物的需求，通常用載重質量以及載重力表示，一般情況下，載重力在1kN~30kN之間，而常用的機械設備在6kN~15kN之間。在舞臺建設中，臺下臺面設備大部分用作運動舞臺，因此其額定載荷通常使用單位面積上能夠承受的力來表示，一般的設備在2kN/m2~2.5kN/m2之間，對于臺面面積較大的設備，需要對總載荷進行適當的限制，避免因機械設備的質量過大而造成結構利用率降低。在具體的設計中，舞臺上的吊掛設備額定載荷的確定需要參考設備的驅動系統自己承載結構的設計。而臺下臺面設備額定載荷的確定則需要參考驅動系統的動力設計，需要根據實際的結構確定是否參與承載件的結構力學設計。這是因為臺下臺面設備通常有靜態載荷要求，并且其靜態載荷的值應大于額定載荷，因此，靜態載荷是承載件結構力學設計的重要依據，確保滿足額定載荷的需求。