一種用于橋梁檢測的輪胎式爬拱檢查車走行系統(tǒng)

黃 雍

（武橋重工集團股份有限公司 武漢 430056）

近些年來隨著我國經(jīng)濟和交通建設(shè)的飛速發(fā)展，建設(shè)了各種各樣造型優(yōu)美的拱形鋼橋。為確保拱橋及道路長期安全可靠地使用，對其進行定期檢查維護以及損壞時進行快速修復是非常重要的。另外橋梁上還有許多附屬設(shè)施，這些設(shè)施也需要予以維護和檢測，所以橋梁檢查車的設(shè)置非常必要。

目前橋梁檢查車的走行系統(tǒng)主要有：普通電動走行葫蘆系統(tǒng)、油缸步履走行系統(tǒng)及組合輪胎式走行機構(gòu)。普通電動走行葫蘆系統(tǒng)因其本身摩擦系數(shù)低，只可在小于3%的軌道坡度上走行，無法在大坡度拱橋上走行。油缸步履走行系統(tǒng)為間斷走行，速度比較慢，整車檢查效率低，且在油缸步履轉(zhuǎn)換時，力量轉(zhuǎn)換過快，造成整車振動較大。組合輪胎式走行機構(gòu)采用橡膠輪胎在軌道上連續(xù)走行，速度快，整車檢查效率高，運行平穩(wěn)，檢查安全可靠。

截止目前組合輪胎式走行機構(gòu)已在多個大橋檢查車上運用，操作簡單，安全可靠，檢查效率高，可在鐵路天窗時間內(nèi)完成部分橋梁的階段檢修。輪胎式爬拱檢查車現(xiàn)場檢查情況見圖1。

圖1 某橋檢查車現(xiàn)場檢查

1 主要技術(shù)參數(shù)及構(gòu)造說明

1.1 技術(shù)參數(shù)

（1）爬拱走行方式：輪胎連續(xù)走行。

（2）爬拱速度：4 m／min。

（3）爬拱最大坡度：45°。

（4）最大設(shè)計風速：20 m／s。

（5）軌道型號：H型鋼或T型鋼。

（6）整機尺寸（長×寬×高）：6.47 m×2.19 m×0.4 m。

1.2 構(gòu)造說明

輪胎式走行系統(tǒng)由連接架、連接支座、支承聯(lián)接架、驅(qū)動機構(gòu)、走行輪胎組5部分組成，見圖2。

圖2 走行系統(tǒng)示意圖

圖中這5部分組成機構(gòu)相互之間均采用鉸接形式連接在一起，構(gòu)成了一個穩(wěn)定的多聯(lián)桿機構(gòu)。當走行系統(tǒng)進行爬拱或過跨走行時，走行系統(tǒng)的各個部件會自動圍繞相應(yīng)的鉸接點轉(zhuǎn)動，調(diào)整各個部件之間相應(yīng)的角度，以達到實心輪胎組與弧形軌道面之間的貼合，實現(xiàn)輪胎式走行系統(tǒng)在各種半徑弧形軌道上的行走。

驅(qū)動機構(gòu)是輪胎式走行系統(tǒng)的動力源，主要由減速機、電機、齒輪、連接板等組成，見圖3。電機與減速機分別通過螺栓聯(lián)接固定在兩邊的連接板上，電機通過前端的花鍵軸插入減速機輸入端的方式，將動力傳遞給減速機。齒輪通過螺栓固定在減速機的輸出行星架上，減速器通過輸出行星架上齒輪帶動走行輪組上的齒輪，從而為整車提供走行動力［1］。

圖3 走行式輪胎組示意圖

走行輪胎組由輪胎組件、夾緊機構(gòu)、齒輪、連接板、導向機構(gòu)及其他附件組成，見圖4。組件中的輪胎為壓配式實心輪胎，該輪胎采用高模量橡膠壓配而成，具有接觸面積大、負載能力高、行車平穩(wěn)等特點。齒輪與輪胎組件的鋼輪通過螺栓聯(lián)接，輪胎組件通過軸與連接板相聯(lián)，導向機構(gòu)及夾緊機構(gòu)分別用螺栓連接在連接板相應(yīng)位置。

圖4 驅(qū)動機構(gòu)示意圖

夾緊機構(gòu)采用反向夾緊輪的結(jié)構(gòu)形式及彈簧受壓伸縮的工作原理。夾緊機構(gòu)除為輪胎組提供足夠的正壓力外還起安全保護的作用，防止檢查車在大坡度爬行時出現(xiàn)傾覆等危險。

驅(qū)動機構(gòu)的減速機通過齒輪傳動帶動多組實心輪胎組上的齒輪轉(zhuǎn)動，從而達到輪胎組在H型鋼上行走的目的。若輪胎組與H型鋼軌道間的摩擦力不足，輪胎組出現(xiàn)打滑等現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)每組實心輪胎下的夾緊機構(gòu)。調(diào)節(jié)夾緊機構(gòu)時可通過向夾緊機構(gòu)的彈簧施加正壓力以達到提升夾緊輪與輪胎組壓力的目的。隨著正壓力的增加，輪胎組與軌道間的摩擦力也會不斷增大。當摩擦力增大到一定程度后便會消除輪胎組與軌道間的打滑現(xiàn)象，從而使走行系統(tǒng)在軌道上平穩(wěn)運行。

2 走行機構(gòu)走行放樣

近些年來隨著我國經(jīng)濟和交通建設(shè)的飛速發(fā)展，拱橋的建設(shè)越來越注重外形個性化及美觀化，特別是一些市內(nèi)及接近旅游風景區(qū)的拱形橋梁。因此輪胎式走行系統(tǒng)的制造尺寸將不會是一成不變的，而是需要根據(jù)橋梁軌道的外形及功能要求放樣各個尺寸，以防止其各個機構(gòu)發(fā)生相互干涉、卡死及無法過跨等問題。走行機構(gòu)走行放樣需采用機構(gòu)自由度計算及CAD繪圖放樣相結(jié)合的方式重復來回驗證，以使走行機構(gòu)的外形尺寸達到最佳狀態(tài)，使走行機構(gòu)的運行更加平穩(wěn)［2］。

某橋檢查車走行機構(gòu)的走行放樣圖見圖5～圖8。

圖5 走行輪組平坡及上下坡走行示意圖

圖6 走行輪組開始上坡走行示意圖

圖7 走行輪組拱頂過跨走行示意圖

圖8 走行輪組拱底過跨走行示意圖

3 結(jié)語

該輪胎式走行機構(gòu)采用反向夾緊機構(gòu)增加輪胎摩擦力，實現(xiàn)其在大坡度拱橋上連續(xù)、快速、安全、平穩(wěn)地行走。此走行系統(tǒng)為國內(nèi)外首創(chuàng)，并已申請國家專利（專利號：ZL 2011 2 0074820.7）。該輪胎式走行系統(tǒng)現(xiàn)已在多座大橋上的檢查車上使用。經(jīng)現(xiàn)場使用狀況回饋，使用情況良好，安全可靠，檢查維修工作效率高。此設(shè)備的成功運用已為相應(yīng)各橋的檢查、維修節(jié)約了大量成本。

［1］ 張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等.起重機設(shè)計手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，1998.

［2］ 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.