乐池升降台位于镜框式舞台剧场的舞台与观众席之间,可使乐池台面处于舞台平面、观众厅首排坐席平面、演奏平面和座椅库平面等,由于其功能的实用性,已成为最常见的舞台机械台下设备之一。随着经济文化的持续发展,以及人们对生活质量和先进文化的追求,我国的剧场建设如火如荼,特别是近十年来,继国家大剧院之后,各地也把现代化剧场建设提上了日程,使我国成为了世界上剧场建设任务最为集中的地区,对乐池升降台安全性、可靠性、运行稳定性的研究也刻不容缓。本文以坪山大剧院乐池升降台为研究对象,阐述了乐池升降台常用的柔性齿条驱动装置,根据功能需求完成乐池升降台主要部分的功能设计,并对该设备驱动装置中的柔性齿条、电机功率、减速器进行设计计算,主要研究内容如下:(1)研究了乐池升降台钢桁架和实腹梁两种台面钢结构在典型载荷工况条件下的受力情况;分析了在相同结构高度情况下,钢桁架与实腹梁挠度大小及用钢量的差异;分析了不同高度钢桁架和实腹梁的挠度及用钢量的变化情况。结果表明,挠度与结构高度呈反相关,用钢量与结构高度呈正相关,结构高度小于700 mm宜采用实腹梁结构,结构高度大于700 mm宜采用钢桁架结构。通过有限元计算结果的分析,完成台面钢结构形式的优化选择,并对优化后的台面钢结构进行力学性能分析。(2)柔性齿条是乐池升降台的承载部件,柔性齿条的力学性能和稳定性是乐池升降台安全可靠运行的重要因素。通过Ansys分析模拟对其力学性能和稳定性进行研究。为验证Ansys模拟分析的正确性,搭建了柔性齿条稳定性试验平台。试验结果表明,水平位移偏移量与载荷大小呈正相关,试验结果与仿真结果基本一致。柔性齿条的力学性能与水平位移偏移量息息相关,通过试验和仿真明确了柔性齿条的初始安装条件。(3)对乐池升降台进行风险评估,从人身安全、安全装置与备用系统等方面对乐池升降台的安全设计提出全面的要求。根据风险评估结果,针对风险较大的几种故障模式,结合工程实践,为乐池升降台设计了相关的安全保护措施。本文整理了一套乐池升降台的设计流程,结合Ansys对乐池升降台的主要受力部件台面钢结构和柔性齿条模拟分析,提出不同钢结构的适用场合建议,验证了柔性齿条的使用条件及性能,通过风险评估提出了乐池升降台安全性能的设计建议。