鋼橋梁檢查車主流設(shè)計(jì)型式及組成機(jī)構(gòu)研究

引言

橋梁是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施,是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要組成部分。橋梁在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中,會(huì)受到各類外界環(huán)境因素影響,其結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生疲勞和損傷,這些損傷可能導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。橋梁底部的結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)起來(lái)比較困難,再加上橋梁結(jié)構(gòu)型式日益趨向大型化和新穎化方向發(fā)展,使這個(gè)問題變得更加難以解決。基于此,橋梁建設(shè)人員設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了一種用于鋼橋梁施工、檢測(cè)、維修人員作業(yè)的專用平臺(tái),也就是鋼橋梁檢查車,它可以通過(guò)自身整體或者內(nèi)部機(jī)構(gòu)移動(dòng),快速到達(dá)需要作業(yè)的橋體位置,從而提高橋梁檢修作業(yè)的可達(dá)性,為橋梁的施工、檢測(cè)、維護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的后盾。

1鋼橋梁檢查車的主要型式

近年來(lái),業(yè)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的鋼橋梁檢查車主要有伸縮析架式檢查車(圖1）、單點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式檢查車(圖2)、旋轉(zhuǎn)軌道式檢查車(圖3)及整體析架式檢查車(圖4)。

(1）伸縮析架式檢查車主要通過(guò)收縮單側(cè)或兩側(cè)析架來(lái)改變析架整體長(zhǎng)度尺寸,從而使檢查車可以在橋梁的次邊跨、邊跨、中跨之間進(jìn)行越墩行駛。該種結(jié)構(gòu)型式可以減少全橋的檢查車總體布置數(shù)量,降低工程造價(jià):但倘若橋梁支墩處兩橫向支座間距過(guò)小,將導(dǎo)致檢查車軌距變小,析架懸臂端增長(zhǎng),整體穩(wěn)定性下降,此時(shí)不宜采用此種形式。

(2)單點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式檢查車的析架中間部位與上部行走機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有3609主動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐,過(guò)橋墩時(shí),將下部析架旋轉(zhuǎn)至順橋向,可使檢查車從橋墩兩支座之間通過(guò)。該檢查車行走機(jī)構(gòu)軌距小,由中間單點(diǎn)懸掛,兩側(cè)懸臂較長(zhǎng),抖動(dòng)幅度大,故析架總體長(zhǎng)度不宜過(guò)大,恰與伸縮析架式檢查車形成互補(bǔ)。

(3)旋轉(zhuǎn)軌道式檢查車的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下部均安裝有主動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐,且龍門架為一側(cè)固定,一側(cè)可沿橫橋向擺動(dòng)。在橋墩兩側(cè)及中間位置軌道部位設(shè)置有被動(dòng)回轉(zhuǎn)式軌道,過(guò)橋墩時(shí),以固定端龍門架為基準(zhǔn),由電氣系統(tǒng)操控,將檢查車由橫橋向兩條軌道懸掛,調(diào)整至順橋向單條軌道懸掛,從兩橋墩之間通過(guò)。此種檢查車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、龍門架、軌道系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)較為復(fù)雜,對(duì)設(shè)備操作人員素質(zhì)要求較高,在過(guò)墩時(shí),需嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書要求進(jìn)行軌道對(duì)正,旋轉(zhuǎn)調(diào)整,步驟煩瑣,故障率高,可靠性低,現(xiàn)已趨于淘汰之勢(shì)。

(4)整體析架式檢查車結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、單臺(tái)造價(jià)低,因其不能越橋墩行駛,故需在橋梁的每跨橋墩之間依次布置。但單臺(tái)獨(dú)自施工檢修,互不干涉,目前應(yīng)用最為廣泛。

總之,各種型式的檢查車各有利弊,可依據(jù)橋梁的型式、橋面寬度、跨度、墩距等主要參數(shù),來(lái)選擇與之匹配的檢查車型式,以兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性。

2鋼橋梁檢查車的組成機(jī)構(gòu)

以整體析架式檢查車為例,其主要由析架系統(tǒng)、龍門架、行走系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)及附屬設(shè)施等機(jī)構(gòu)組成(圖4)。

2.1析架系統(tǒng)

析架系統(tǒng)作為整個(gè)橋梁檢查車的主體結(jié)構(gòu),承擔(dān)著施工人員、設(shè)備及物料的整體重量,多采用方鋼管、角鋼等型材拼焊成框架結(jié)構(gòu),在保證鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下,可盡量設(shè)計(jì)為較大的鏤空結(jié)構(gòu),以減小風(fēng)阻和自重。材料多選用牌號(hào)為O235、O355的鋼材或牌號(hào)為6061一T6的鋁材,其中鋁材比鋼材更輕,且耐腐蝕性能好,可實(shí)現(xiàn)終身免維護(hù);另外,檢查車整體懸掛于橋梁底部,后期析架防腐施工較為困難,因此,近年來(lái)鋁合金材料已成為制造檢查車析架系統(tǒng)的首選。

析架外形設(shè)計(jì)時(shí)需要隨橋梁底部型式進(jìn)行變化,以適應(yīng)不同的檢修高度,并在斜面上布置臺(tái)階狀腳踏板,四周安裝防護(hù)欄桿及踢腳板。為方便運(yùn)輸,通常在工廠對(duì)檢查車析架進(jìn)行分段制造,運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)后再整體栓合,并在連接處設(shè)置法蘭板,法蘭板栓合面涂抹膩?zhàn)?以消除連接間隙,防止內(nèi)部銹蝕;同時(shí),連接螺栓需經(jīng)達(dá)克羅或涂裝處理,再加裝防松螺母。在析架兩端通常設(shè)置有爬籠或升降平臺(tái)作為檢修人員上下檢查車的通道。為防止析架吊裝時(shí)爬籠與鋼梁干涉,需在析架整體吊裝完成后,再?gòu)臉蛎鎯蓚?cè)進(jìn)行爬籠吊裝,用螺栓與下部析架連接。升降平臺(tái)由電力驅(qū)動(dòng),一旦檢查車發(fā)生故障,施工人員無(wú)法快速?gòu)臋z查車上撤離,如若橋梁兩側(cè)沒有與爬籠相干涉的固定結(jié)構(gòu),一般不建議使用升降平臺(tái)。

2.2龍門架

龍門架作為檢查車的主要承力構(gòu)件,其作用是將析架系統(tǒng)整體托起,借助其上部設(shè)置的吊耳,用銷軸與行走系統(tǒng)下部進(jìn)行較接,使檢查車形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。龍門架與析架采用U型螺栓卡固,同時(shí)為防止材料間相互損傷,卡固部位墊膠皮進(jìn)行緩沖。龍門架一般采用強(qiáng)度較高的型鋼或鋼板焊接而成,為便于拆裝,設(shè)計(jì)為上下兩部分框架結(jié)構(gòu),再通過(guò)高強(qiáng)螺栓栓合成整體。

2.3行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)作為檢查車的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),由車輪組、齒輪軸、驅(qū)動(dòng)墻板、電機(jī)減速器、提掛架組成。檢查車行走時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器工作,通過(guò)齒輪軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)鋼橋梁檢查車的運(yùn)行。各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),車輪組運(yùn)用過(guò)橋式齒輪軸連接,實(shí)現(xiàn)軌道腹板兩側(cè)車輪組的全部主動(dòng)驅(qū)動(dòng),以避免部分車輪空轉(zhuǎn)、打滑現(xiàn)象的發(fā)生;車輪外包聚氨酯,以提高車輪組的附著力,增強(qiáng)檢修車的爬坡能力,同時(shí)減小對(duì)軌道防護(hù)層的損傷;電機(jī)宜采用變頻電機(jī)或伺服電機(jī),并用驅(qū)動(dòng)器控制,實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、緩啟動(dòng)、零速抱閘的功能,以降低啟動(dòng)、停止時(shí)的慣性沖擊;在驅(qū)動(dòng)電機(jī)尾端或過(guò)橋齒軸端安裝手把,使檢查車具備手動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能,可保障檢查車發(fā)生電氣故障時(shí),檢修人員能通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行將檢查車移動(dòng)至停車位固定;提掛架吊耳內(nèi)部需鑲嵌關(guān)節(jié)軸承,通過(guò)關(guān)節(jié)軸承的擺角變化來(lái)適應(yīng)軌道軌距的安裝誤差,防止車輪啃軌;也可防止軌道翼緣板扭曲變形,造成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)車輪組偏載,發(fā)生軸承損壞故障。

2.4制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)作為檢查車的安全裝置,由行車制動(dòng)器、駐車制動(dòng)器和錨固系統(tǒng)組成。行車制動(dòng)器用于檢查車運(yùn)行中停止制動(dòng),一般在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸尾端安裝電磁制動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)電機(jī)斷電制動(dòng)。駐車制動(dòng)器用于檢查車停車后制動(dòng),主要有夾軌與頂軌兩種型式,通過(guò)與軌道接觸面摩擦傳力,防止檢查車滑移。一般在運(yùn)行工況惡劣、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的環(huán)境中,僅依靠行車制動(dòng)器和駐車制動(dòng)器并不能滿足檢查車的制動(dòng)要求,需在橋梁檢查車的停車位設(shè)置錨固系統(tǒng)。錨固系統(tǒng)的型式主要有軌道開孔插銷式、鋼箱梁底焊接錨拉環(huán)式和橋墩預(yù)埋錨點(diǎn)式。

2.5電氣系統(tǒng)

檢查車電氣系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。供電系統(tǒng)一般采用安全滑導(dǎo)線、發(fā)電機(jī)組或電池組三種供電形式。安全滑導(dǎo)線在橋梁小跨度供電時(shí)相對(duì)穩(wěn)定,但滑觸線供電需先安裝滑線提掛架,才能安裝滑線,施工工期較長(zhǎng),且后期滑觸線吊架老化或連接螺栓松動(dòng),容易整體脫落,對(duì)航道通航的船只造成安全隱患;且在大跨度橋梁施工中,受供電點(diǎn)位置限制,通常只能在滑導(dǎo)線兩端供電,這會(huì)導(dǎo)致滑導(dǎo)線中間位置壓降較大,影響檢查車電氣系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)和鋰電池組供電方式施工周期短,安裝方便,適用于大跨度橋梁檢查車供電。但發(fā)電機(jī)在后期使用時(shí),需持續(xù)補(bǔ)充燃料,更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油、機(jī)濾等,而鋰電池組在配置獨(dú)立的BMs電池管理系統(tǒng)后,能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立智能充放電管理,具有安裝方便、輸出電壓穩(wěn)定、長(zhǎng)期免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前檢查車供電系統(tǒng)的首選。

檢查車控制系統(tǒng)需集成過(guò)載、短路、漏電、相序、極限位置等各項(xiàng)保護(hù)措施,多采用PLC控制,通過(guò)變頻器或伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立或組合驅(qū)動(dòng),由電機(jī)自帶編碼器反饋,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,保證檢查車左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行:同時(shí),安裝線控按鈕盒或無(wú)線遙控發(fā)射器,使檢修人員可在橋面操控檢查車運(yùn)行,從而防止檢查車運(yùn)行失控時(shí)發(fā)生人員傷亡事故。

2.6軌道系統(tǒng)

檢查車軌道系統(tǒng)宜選用強(qiáng)度較高的工字鋼或H型鋼,成對(duì)安裝于橋梁底部。在設(shè)計(jì)時(shí)檢查車車輪需要與軌道型材的接觸踏面相匹配,工字鋼軌道翼緣板踏面為斜面,車輪可進(jìn)行自適應(yīng)糾偏,但接觸踏面存在軸向力,容易導(dǎo)致聚氨酯層脫落。H型鋼軌道車輪接觸踏面大,承載能力強(qiáng),運(yùn)行平穩(wěn),但驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需加裝導(dǎo)向輪進(jìn)行導(dǎo)向,防止車輪輪緣爬升至軌道踏面之上,導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)掉落。軌道系統(tǒng)端部需設(shè)置限位擋塊,旋轉(zhuǎn)軌道、移動(dòng)軌道端部需設(shè)置限位保護(hù)裝置。

2.7附屬設(shè)施

為了進(jìn)一步提高檢查車的舒適度與安全性能,設(shè)計(jì)時(shí)還需配置一些附屬設(shè)施,如:在析架底部四角設(shè)置通航指示燈,提醒過(guò)往船只避讓:析架上安裝聲光報(bào)警器,在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)警示:安裝照明燈,方便夜間施工:安裝風(fēng)速儀,將其控制信號(hào)反饋至電氣系統(tǒng),防止大風(fēng)環(huán)境中違規(guī)使用檢查車:安裝軌道探測(cè)傳感器,防止檢查車脫軌掉落:安裝防撞緩沖器,防止檢查車相互之間或與軌道端檔發(fā)生剛性碰撞:在析架懸臂較長(zhǎng)、端部剛性差時(shí),可安裝磁吸式防震裝置,將其吸附于鋼梁底部,避免析架懸臂顫動(dòng):在析架跨間距大、整體剛性較差時(shí),可沿析架長(zhǎng)度方向張拉w型鋼性拉索,既能大幅提高析架剛性,又未過(guò)多增加析架自重。

3結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)橋梁檢查車的設(shè)計(jì)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依,因而結(jié)構(gòu)型式各異,且檢查車作為大橋的附屬設(shè)施,多由制造單位自主設(shè)計(jì)、制造,導(dǎo)致各個(gè)廠家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,給橋梁檢查車的使用埋下了一定的安全隱患。本文對(duì)鋼橋梁檢查車的型式和組成機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入的分析研究和總結(jié),提出了選型建議,可以為鋼橋梁檢查車的設(shè)計(jì)提供參考,期望能為提高鋼橋梁檢查車的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性做出貢獻(xiàn)。