后台口式舞台车翻转尾梯设计

后台口式舞台车翻转尾梯设计
作者：冯光权,黎法豪,高延迪
来源：《专用汽车》 2011年第4期
冯光权黎法豪高延迪
FENG Guang-quan et al
广东信源物流设备有限公司广东广州 510507
摘要：介绍了后台口式舞台车翻转尾梯设计的思路与技巧，对其结构原理、翻转尾梯骨架、连接机构、液压油缸、液压系统的设计作了简要的介绍。

关键词：后台口式舞台车翻转尾梯设计翻转尾梯骨架
Abstract To introduce the thinking and technique about the design with rotated steps at the end for back- opening advertising truck, and simple introduce for its construction theory, the frame of rotated steps, connection mechanism, hydraulic-pressure oil cylinder and hydraulic-pressure system.
Keywords advertising truck with back opening; design with rotated steps at the end; frame of rotated
中图分类号：U469.6.03 文献标识码：A 文章编号：1004-0226(2011)04-0064-03
第一作者：冯光权，男，1974年生，工程师，从事专用汽车的研发及技术管理工作。

1 前言
舞台车的舞台台口常布置在车辆右侧，右侧上部为开翼结构，开翼内可悬挂广告幕布、舞
台射灯等。

右侧下部为折叠舞台结构，展开后变成活动舞台，可从事文艺演出、产品展示、宣
传推广等活动，此类结构舞台车非常实用。

但是，舞台展开后从观众位置能看到车厢右侧的前
后立柱和驾驶室，宣传效果受到限制；另一方面，由于受到顶幅、前幅、后幅和左侧幅等的限制，难以将舞台及广告背景做大，例如7.6 m的舞台车厢展开后的舞台面积只有40m2左右，因此这类舞台车只适合于小型文艺演出及宣传推广活动。

后台口式舞台车是将舞台台口布置在车辆后部的新型结构舞台车，车辆设计成两侧左右对
称的结构，舞台面积与广告背景可以做得很大，而且前后立柱、驾驶室等不会进入观众视野。

此类舞台车可以设计成后抛结构型式、全展开结构型式等高端舞台车，自动化程度高，使用方便，展示效果非常好。

翻转尾梯是将舞台车后幅设计成可向下翻转的爬梯结构，是后台口舞台车的重要组成部分，与其它部分联接非常严密，其设计结构的合理与否影响到整个后台口式舞台车设计的成败。

为此，笔者根据实际经验对后台口式舞台车翻转尾梯的设计作简要介绍。

2 翻转尾梯结构原理
后台口式舞台车翻转尾梯主要由后幅总成、液压油缸、油缸支架、支撑横梁等部分组成，
其中后幅总成中部设计成爬梯，当液压油缸缩回时，后幅总成围绕与底架总成的铰接点向下翻
转至与地面接触，在地面与活动舞台之间搭建了一个大型的爬梯，表演人员或观众可以通过爬
梯上下舞台。

活动结束后，液压油缸伸出，将整个尾梯总成收起，尾梯变成厢体的一部分。

这
种结构大大减少了以往人工摆设舞台爬梯的工作量，自动化程度较高，使用方便。

翻转尾梯结
构原理如图1所示。

3 后台口式舞台车翻转尾梯设计要点
3.1翻转尾梯骨架设计
翻转尾梯骨架主要包括主体框架、爬梯骨架、内外蒙皮、轴套等部分。

主体框架是整个后
幅的骨架，其自重大，在翻转过程中，主体框架的重心位置围绕着旋转中心不断变化，油缸的
负载也交替变化，翻转尾梯受力状态比较复杂，易产生弯曲变形和扭曲变形，因此主体框架常
采用高强度钢板制作，骨架厚度一般为150～200 mm，以提高框架的强度与刚度。

爬梯是后幅
的主要功能之一，其性能要求为高强度、低踏板、防滑、耐磨。

踏板长度一般为800～1200 mm，梯级宽度为180～250 mm，梯级高度为200～250 mm，梯级材料一般采用花纹铝板或其它轻质防滑材料制作。

内外蒙皮是影响翻转尾梯外观质量的主要部件，铝合金板材重量轻、耐腐蚀、平
整性好，是制作内外蒙皮的理想材料，通常采用结构胶粘接工艺制作。

3.2连接机构设计
连接机构是指翻转尾梯与底架的连接机构，主要有两种结构形式，一种是采用单臂结构，
如图2所示。

油缸支臂设计在尾梯骨架中间，采用单支油缸控制尾梯的翻转，旋转销轴均布在
支臂两侧，这种结构形式安装紧凑，后幅空间利用率高，尾灯、车牌、铰手孔等附件摆设位置
比较宽松，适用于小型后台口式舞台车。

第二种结构形式是双臂结构，如图3所示，这种结构采用两支油缸控制尾梯的翻转，油缸布置在两侧，受力比较均匀，能有效减轻单支油缸的负载，提高油缸支架、连接销轴、连接固定码板等结构的使用寿命，这种结构适用于大型后台口式舞台车。

油缸支臂是尾梯骨架受力最大的地方，此位置极易出现应力集中。

如图2所示，支臂板与尾梯骨架直接焊接，使用久后支臂易变形。

为改善油缸支臂的结构强度，可将支臂设计成如图3所示的结构型式，油缸支臂夹住尾梯中立柱，能有效将油缸支臂的作用力分散到其他部件，大大减少了应力集中现象，改善了油缸支臂的受力状况。

3.3液压机构设计
液压机构是实现尾梯翻转的动力部件，其结构型式、尺寸参数、安装位置影响到尾梯翻转的稳定性和可靠性。

液压机构的设计关键要考虑以下几个因素。

3.3.1与底架的连接
液压油缸一端连接着翻转尾梯，另一端连接着舞台车底架，其反作用力很大，一般为
24.5～39.2 kN。

因此必须保证油缸固定支座的结构强度，可将油缸支座直接焊接在高强度钢横梁上，用连接件将该横梁与前后横梁连接成一整体。

3.3.2油缸的结构型式与工作行程
液压油缸常设计成双作用活塞结构型式，油缸尾端与底架连接，油缸头与翻转尾梯连接，油缸结构如图4所示，为保证油缸动作时高压软管摆动不致过大，可制作专用油路块，用无缝钢管将无杆腔油口与缸体上的油口连接。

油缸工作行程应设计合理，行程偏长时，油缸摆动幅度大，结构不紧凑，支架易出现扭曲变形现象。

油缸行程偏短时，尾梯动作速度过快，运动惯性大，易出现结构冲击现象，机械故障率高。

此油缸行程宜设计为250～350 mm。

3.3.3油缸工作状态的受力分析
如图5所示，以单臂结构尾梯为研究对象，对其进行受力分析。

依据油缸运动轨迹可知，翻转尾梯在刚开始举升时油缸的反作用力最大，此时尾梯在自重W，油缸推力F的作用下处于力矩平衡状况（摩擦力忽略不计），据平面汇交力系的平衡条件列出平衡方程。

∑Mo(F)=O
WL2= FL1
式中，W为尾梯自重；F为油缸推力。

根据公式可计算出油缸最大推力F，由于此时油缸为受推力状态根据F=P(1／4πD2)，取P=16 MPa，可求出油缸内径D。

油缸推杆通常选用40Cr材质，根据σ=K.Fx10-6/(1／4πd 2)≤[σ]，可求出杆径d；
3.3.4油缸活塞杆的刚度和稳定性的计算及弯曲稳定性校核
由于油缸属于双作用活塞结构型式，只受轴向推力和拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的强度计算公式进行计算：
式中，F1为活塞杆的推力，N；d1为活塞杆的直径，m；[σp]为活塞杆材料的许用应力，MPa。

活塞弯曲稳定性校核，其计算长度公式为：
Lf=K·S≤Lf1
式中，K为液压缸安装及导向系数；S为活塞行程；Lf1为活塞弯曲临界长度。

3.4液压油路设计
后翻转尾梯的液压油路如图6、7所示，图6适用于单臂结构，当电磁换向阀处于中位位置时，液压油缸进出油路连通油箱，双向液压锁将液压油缸进出油口锁紧，翻转尾梯不动作。

当
电磁阀位于右位时，液压油由P口经双液控单向阀、双单向节流阀、背压阀、防爆阀进入油缸
无杆腔，油缸伸出，翻转尾梯关闭，万一液压油路发生意外爆裂时，防爆裂阀能迅速将油路锁紧，以防止尾梯掉下来引发安全事故。

当电磁阀位于左位时，液压油由P口经双液控单向阀、
双单向节流阀进入油缸有杆腔，油缸缩回，翻转尾梯放下。

图7适用于双臂结构。

液压原理与单臂结构基本相同，不同之处是油路供给两支液压油缸，由于尾梯左右对称制作，两油缸负荷相差不大，加上油缸行程不长，因此一般不需要配置同步阀。

3.5锁紧机构设计
后翻转尾梯收起后成为舞台车厢的后幅，需与左右侧幅、顶幅、车厢底架紧密配合构成有
机的整体。

锁紧机构是将后翻转尾梯与顶幅锁紧，以防止液压油路失效尾梯晃动导致安全事故
发生的装置。

常见的锁紧机构是根据各总成的结构特点，利用配合机构将后翻转尾梯有效锁紧。

图8是在翻转尾梯上端设计成与定位块配合的结构，顶幅回位后可将尾梯锁紧，防止尾梯前后
晃动。

4 翻转尾梯的应用
翻转尾梯主要应用到后台口式舞台车中，是后台口式舞台车的核心结构，对整车的舞台效
果起到举足轻重的作用。

如图9所示的后台口式舞台车，左右侧幅和顶幅举升后成为大型广告
背景，底架及折叠舞台板自动展开成为宽阔的活动舞台，翻转尾梯放下后成为上下舞台的爬梯，驾驶室隐藏于广告背景板后，可应用于文艺演出、产品促销、宣传推广等大型室外活动。

如图10所示的后台口式舞台车，舞台车厢自动展开后左右侧幅、左右侧顶幅位于同一平面，构成大型的活动舞台，后幅向下翻转后变成上下舞台的爬梯，操作时只需两人，10 min之内就
可将舞台全部展开或收拢，7.6 m的舞台车厢展开后可用面积达90m2，且没有顶蓬，非常适合
杂技等高空表演活动。

5 结束语
后台口式舞台车属于高端舞台车，结构复杂，技术含量高，功能强大，自动化程度高。

翻
转尾梯结构巧妙，使用方便，是后台口式舞台车的点晴之笔，此结构深受客户的喜爱。

参考文献
[1]《机械设计手册》编委会机械设计手册第4版第4卷[M]北京：化学工业出版社、2007
[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学上册（第四版）[M]北京：高等教育出版社，1981
投稿日期：2011-02-25。