升降台设计计算时，其配平方式按照平衡重与载荷接受装置自重的关系一般区分为“过配”“平配”“少配”三种形式。

“过配”形式，是指设计的平衡重总重量大于载荷接受装置的自重，平衡重总重量一般设计为载荷接受装置自重与50%的额定载荷之和。该配平方式理论上以驱动电机功率最小的原则设计，升降台满载运行时，电机驱动负荷为升降台额定载荷的50%；而当升降台空载运行时，电机驱动负荷为平衡重总重量大于载荷接受装置自重的部分，即额定载荷的50%。故无论升降台满载运行还是空载运行，驱动系统的负荷均为升降台额定载荷的50%。

“平配”形式，是指设计平衡重总重量约等于载荷接受装置的自重。为避免在升降台空载或少量载荷情况下运行时的“浮动感”，通常载荷接受装置的自重略大于平衡重总重量，设计两者的差值 F取10 kN左右。当升降台空载运行时，驱动系统负荷只有 F；而当升降台满载运行时，驱动系统负荷为升降台额定载荷与 F之和。

“少配”形式，是指设计平衡重总重量小于载荷接受装置的自重。由于建筑条件或设备组合应用等因素影响，设置平衡重及其运行的空间受限，故平衡重总重量较小。在此假定“建筑条件仅允许设置的平衡重总重量只有载荷接受装置自重的70%”。

升降台设定参数见表1。

根据升降台参数要求和设计方案进行驱动传动系统的计算及选型，配置关键配套件是产品设计的首要步骤。升降台驱动传动系统见图1。

图1 带平衡重装置的链条提升式升降台驱动传动系统示意图

根据升降台设定的性能参数，在采用不同形式配平方式条件下进行选型计算。计算过程参照《舞台机械工程与舞台机械设计》中第三篇内容进行，这里不再赘述。不同配平方式驱动传动系统主要传动件选型结果见表2。

通过表2可以看出，随着升降台设计的平衡重重量减小，驱动传动系统中电机功率、一级减速器、二级减速器、外制动器以及驱动链条等关键配套件规格均增大，只有配重钢丝绳的直径变小。当电机功率增大时，电气控制系统配置元器件规格均随之增大。

“少配”形式只是在建筑条件中设置平衡重的空间受限，或者受力条件不满足时，为了升降台满足性能参数要求的适应性设计，属于非正常情况。此文对配平方式不作优缺点分析。以下只针对“过配”和“平配”两种形式进行对比分析。

1）“过配”方式的传动系统驱动电机功率小。

2）“过配”方式的电气控制系统元器件（如变频器、接触器、继电器以及线缆等）规格小。

3）“过配”方式的升降台设备需要配置电容量少，特别是主升降台数量多时，尤为明显。

4）“平配”方式的升降台平衡重的重量相对小。

5）“平配”方式的升降台空载运行时，驱动电机和传动系统最低负荷（ F）运转，当升降台负载在额定载荷范围内增加时，传动系统的承受载荷和驱动功率相应增大。见图2。

图2 “过配”和“平配”两种形式驱动功率随载荷变化示意图

6）“过配”方式的升降台处于静止状态（非锁定）时，驱动传动系统中的外制动器、二级减速器以及链轮链条等都需承受平衡重过配部分产生的荷载；并且当升降台空载运行时，整个驱动传动系统依然是满负荷状态。

7）“平配”方式的升降台，设备需要配置电容量较大，电气控制系统元器件和驱动传动系统主要传动件的规格均较大。

8）“过配”和“平配”两种方式的平衡重在理论上重量差为107.5 kN，在综合考虑电机、一级减速器、二级减速器、外制动器以及联轴器等关键配套件采购成本，其他零部件生产成本，以及另核算电气控制系统造价等因素，“平配”方式的升降台造价高于“过配”方式的升降台。

近几年的相关调研统计数据显示，专业剧场的主升降台设备使用频率较低，根据演出需要偶尔使用，但运行时间很短，同时其运行负载也较小。上文中设定参数的升降台规格在舞台机械项目中较为常见，以此为例，其不负载车台升降时（即工况①），一般外载荷不会超过50 kN（即：额定载荷区间为0%～25%）；负载车台升降时（即工况②），车台外载荷也不会超过50 kN，车台自重Fc（即：额定载荷的32.5%），所以累加载荷不会超过115 kN（即：额定载荷区间为32.5%～57.5%）。根据上述两种工况得出相应的载荷和驱动功率对应区间，见图3。分析可知：工况①时，“平配”方式的升降台驱动系统较为节能环保；工况②时，虽然“过配”方式的升降台驱动系统能耗低，但是承载约50%额定载荷运行时多数情况在承载平衡重。

图3 不同工况载荷和驱动功率对应区间示意图

综合考虑“过配”和“平配”两种方式的设备整机造价、性能要求、使用及维护成本、节能环保等各种因素，驱动传动系统设计时的平衡重取值应尽可能趋于合理。所以笔者认为，平衡重重量依然要超过载荷接受装置自重，但超出部分不取值50%的额定载荷，而取值车台自重较为合理。

综上所述，得出不同的平衡重取值方式：初始计算时平衡重的理论重量按“载荷接受装置自重与车台自重之和”取值，计算驱动功率P，选取标准电机额定功率，此时电机功率与驱动功率出现裕量（即：，再用功率裕量反推验算，确定可减少的平衡重重量值，从而确定平衡重的合理重量最终完成升降台驱动传动系统设计计算。示例计算过程如下：

采用该配平方式设计计算并选取驱动传动系统主要传动件，见表3，与“过配”和“平配”两种方式相比较可知：驱动电机功率略高于“过配”方式，但大幅低于“平配”方式；一级减速器、二级减速器、外制动器以及钢丝绳等关键配套件均与“过配”方式相同；只有驱动链条型号与“平配”方式相同。故设备整机造价接近“过配”方式。升降台额定载荷变化与驱动功率对应关系如图4所示（“优化”），升降台空载运行时，移动负荷大小只有当升降台负载达到额定载荷32.5% 时，传动系统的承载和驱动功率最小，之后随着负载增大，传动系统的承载和驱动功率相应增大。考虑到设备运行工况以及不同工况的持续时长等因素，此种方式使设备在全生命周期更节能。

图4 不同配平方式驱动功率随载荷变化示意图

随着我国舞台机械的不断研究与发展，相应技术标准在陆续制定和完善，带平衡重链条提升式升降台作为一种常见的升降台类型，平衡重的理论重量取值是影响驱动传动系统配置、设备整机造价以及设备使用能耗等的关键因素。笔者在分析了当下主流的配平方式及其对整个升降台系统产生的影响后，提出了不同的平衡重取值方式，通过此种方式，促使升降台平衡重重量在综合多方面条件的情况下取得最优解，提升设备全寿命周期的平衡性、合理性、经济性等。

当然，笔者提出的配平参数是基于近年来多数升降台实际工况统计数而论，具体的工程项目可能有其特殊工况，应根据工况需求对应设计，不能一概而论。

选自 《演艺科技》2023年第二期 张凤宝，王安安《链条提升式舞台升降台的平衡重装置配平方式分析》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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