第24届冬季奥林匹克运动会（以下简称：北京冬奥会）开幕式上，中央升降台运行两次，分别在构建雪花台环节和主火炬出场环节。在构建雪花台环节，中央升降台由地仓-5 m上升至与舞台面平齐。主火炬出场环节，中央升降台先上升至与舞台面平齐再配合场景台升1 m。中央升降台如图1所示，活动台体重量约215 t，配重重量约90 t，总体驱动升降载荷约25 t。

图1 中央升降台

为了实现诸如中央升降台类大型设备的升降，可以通过单电机驱动，也可以通过两个电机或者更多电机驱动。单电机驱动方式往往配合机械同步实现，两个或多个电机同步往往通过控制同步实现，如图2所示。大型重载高刚度升降设备对安全要求比较高，相对于多电机控制同步，单电机机械同步更可靠。

为了进一步提高单电机驱动的可靠性，可采用一个主电机和一个备用电机配合使用的方式。笔者针对大型的主备升降系统单电机驱动方式，以110 kW驱动电机为例，采取传动效率、转动惯量等设计参数极限包络的裕度设计计算方法，对大功率主备驱动卷扬传动系统进行设计计算，并通过试验进行参数修正，得出准确的传动参数。依据准确的传动参数，设计出新的大功率主备系统，并进行试验验证，充分证明传动参数选取的准确性，为相关系统提供理论计算支撑。

大型主备系统驱动系统的设计计算，通常依据传动链的布置采用正向载荷分析的方法，得出相应设备的力矩、转速等要求，再反向校核各设备的关键参数满足情况。通用的计算过程如下。

（1）负载计算

根据载荷分布情况，计算出负载的载荷大小。

驱动总动载荷：

驱动总静载荷：

（2）传动效率选取

根据样本手册及机械设计手册进行传动效率η 选取，如表1所示

根据驱动系统布置形式及传动效率表，计算系统效率：

（3）转动惯量选取

根据各部件的转动惯性，如表2所示，计算系统的转动惯性。

系统转动惯量：

（4）电机功率计算

匀速运行功率计算：

 

匀加速最大运行功率计算：

通过设计计算得出，110 kW主备电机驱动系统设计参数如表3所示。

为了验证系统集成功能、性能，验证机

电系统匹配性、系统传动参数、惯量匹配参数等设计参数的正确性，进行搭建实物系统进行验证。试验系统选用西门子S120变频驱动系统，如图3所示，运用STATER调试软件进行参数提取。系统搭建完毕后，进行200次运行，运行稳定的曲线如图4所示，相关参数如表4所示。

图3 调试试验系统

图4 110 kW主备电机驱动系统运行曲线

通过试验验证，实测转动惯量和传动效率均小于理论分析值，能够通过参数包络的方式进行驱动参数设计。

从理论分析和实物测试结果可以看出，传动效率和转动惯量均存在一定的差异，具体因素如下：

（1）传动效率、转动惯量等选取时，相对保守，选取效率较低；

（2）传动效率计算时，采取极限包络方式，把整个传动效率均计算在内；

（3）安装精度对传功效率的影响比较大，尤其是安装间隙对摩擦的影响比较大。

通过转动惯量和传动效率的修正，得出计算参数，如表5所示。

由表5可知，通过转动惯量和传动效率的修正，得出计算参数能够真实反映设备的实际运行情况。

通过对导轨导向精度的控制、对传动轴同轴度、跳动的控制、润滑介质的控制等，将传动效率相对控制得更为准确一些。

选自 2022年《演艺科技 冬奥特刊》 杨卫杰，赵劲彪，王 铂《北京冬奥会开闭幕式中央升降台驱动裕度设计分析与验证》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技  冬奥特刊》。

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