矮寨特大懸索橋鋼桁梁檢查車的設計與實現

史衛朝

SHI Wei-zhao

（西安理工大學，西安 710082）

0 引言

矮寨特大懸索橋是湖南省吉首至茶洞高速公路跨越矮寨大峽谷的一座特大型橋梁，為鋼桁梁單跨懸索橋。主纜孔跨布置為242m+1176m+116m的懸索橋，矢跨比1：9.6，其中鋼桁加勁梁跨徑為1000.5m，主橋橫向設2%橫坡，橋面寬24.5m[1]。全橋采用71對吊索，吊索標準間距14.5m，鋼桁梁全寬27m，主跨梁高7.5m。

為了方便檢查維修矮寨特大懸索橋，需要在鋼桁梁下方安裝一臺維護檢查車，以滿足施工及維護要求。本課題組設計、制造、安裝了檢查車。矮寨懸索橋的標準斷面圖及其下方安裝的檢查車如圖1所示，圖2為安裝后的檢查實景圖。

圖1 矮寨懸索橋標準斷面及其下方安裝的檢查車

圖2 安裝完成后的檢查車實景圖

1 設計要求及工作原理

1.1 設計要求

根據矮寨特大懸索橋的地理及現場情況，橋梁設計部門對鋼桁梁檢查車的設計提出了以下要求：

1）檢查車的部件、零件均在制造廠加工焊接，銷、軸、齒輪等零件應進行熱處理，電器配件、線纜均要符合國標要求，減速箱裝配后，要進行跑合運轉，門架焊接時與桁架保證相對位置，不得有歪扭現象。

2）由于矮寨大橋有0.8%縱坡，故檢查車應具有電動機的制動器，還應具有單獨手動夾軌器，實現手動夾軌器與檢查車電氣系統互鎖，以保證使用安全。

3）檢查車需設計3個液壓升降平臺（中間1臺為移動式），升起高度滿足上節點維修需要，降下高度不能影響檢查車行走。檢查車在電路上實施互鎖控制，確保升降平臺工作時，檢查車不會運動。

4）進行電氣系統設計時，應該考慮檢查車在軌道兩端及中間部位均設置限位斷電裝置，檢查車由橋梁兩岸供電。

1.2 工作原理

矮寨特大懸索橋的檢查車結合吊欄式和桁架式兩種結構的特點，由作業吊欄、走行裝置、驅動機構、減速機構、電動手動轉換和互鎖機構、懸掛連接結構、剎車機構、液壓升降平臺及電控部分等組成。走行裝置掛在橋梁下方工字鋼軌道的下翼上面，通過懸掛連接機構將作業吊欄與走行裝置連接。啟動電機或搖動手動驅動手把，通過減速機和齒輪傳動驅動走行裝置帶動檢查車沿軌道行走；剎車機構固定在走行裝置墻板上，轉動剎車手輪，聚氨脂橡膠板緊緊頂在工字鋼導軌的腹板上，固定檢查維修車位置；升起液壓升降平臺，工作人員進行檢查維修作業。

2 鋼桁梁檢查車結構設計

2.1 作業吊欄

作業吊欄采用型鋼制框架式焊接結構，長32m，寬1.6m，高2.2m。為了運輸和安裝方便，將作業吊欄從中間分成兩部分，兩部分之間采用鋼板及高強度螺栓連接[2]。在距離吊欄端部1.8m處各設置一個與走行裝置相連接的機構。整個吊欄的具體結構如圖3所示。

圖3 作業吊欄結構

2.2 走行裝置

具有驅動功能的走行裝置是橋梁檢查維修車沿大橋縱向移動的動力裝置，圖4為走行裝置的剖視圖。走行裝置沿工字鋼軌道兩側各設2個主動滾輪，每套走行裝置共4個主動滾輪，動力經驅動裝置上軸18傳遞到齒輪，通過齒輪嚙合將動力傳遞到主動滾輪4，主動滾輪沿工字鋼軌道走行，帶動整個檢查車沿大橋縱向移動。滾輪由支撐立板2支撐，連接軸10的作用是將兩支撐立板固定并連接。

圖4 走行裝置剖視圖

2.3 驅動機構

檢查車走行不僅可以手動驅動，還可以電力驅動。電力驅動采用電機驅動方式，電機為三相永磁同步電機。由于電機額定轉速較高，輸出扭矩相對偏小，本課題的解決方案為：采用行星擺線針輪減速器進行調速，減速機型號為：XWD-3，降速比為17，電動機與減速器機構安裝后，其外形尺寸為：510mm×240mm×290mm。為避免電機無法運轉等情況的發生，檢查車提供了手動驅動方式，旋轉走行裝置上的手柄，便可移動檢查車。

2.4 電動手動轉換機構

電機輸出的旋轉運動經行星減速器調速，可直接用于檢查維修車的驅動。為方便操作，檢查車設有電動、手動轉換機構，分別用于電動控制與手動控制。撥動轉換手柄，帶動撥叉移動，從而撥動滑移齒輪左右移動，控制齒輪的嚙合與脫離實現電動與手動的轉換。

2.5 懸掛連接結構

走行裝置之間通過連接板進行連接，如圖5所示，懸掛連接結構將走行裝置固定形成一個整體，同時為作業吊欄提供連接懸掛支撐，走行裝置之間的中心相距1000mm。通過懸掛件和懸掛板將走行裝置與作業吊欄之間連接形成一個整體。

2.6 剎車機構

由于大橋有0.8%的縱坡，檢查車具有電動機的制動器和剎車機構，并且剎車機構與檢查車電氣系統互鎖，保證使用安全，剎車機構的基本結構如圖6所示。扳動剎車手柄25，使得安裝在左右支撐立板上的螺桿15轉動，由于該螺桿左右各有一段左旋和右旋螺紋，螺距相同，旋向相反，因此，與螺母固結的剎車塊14同時相向或相反移動。當相向移動時，兩個剎車塊14同時擠壓工字鋼的腹板，產生摩擦，起到剎車制動作用；當相反移動時，解除制動，檢查維修車處于自由（可移動）狀態。

2.7 液壓升降平臺

為了便于對整個橋梁結構的檢查和維修，在作業吊欄內設置三個液壓升降平臺，其中在作業吊欄兩端分別設置一個固定式液壓升降平臺，中間設置一個移動式液壓升降平臺。升降平臺采用兩柱桅桿式，升降平臺型號為SYL-12，工作臺高度8m，承重200kg，功率1.5kW，整機重量580kg。

圖5 懸掛連接機構

圖6 剎車機構圖

2.8 電控部分

電控系統是整個檢查走行控制的主體部分，具有電機轉正、反轉，啟動、停車，單邊正轉、反轉，手動電動互鎖，檢查車走偏等控制功能，圖7為電氣控制原理圖。

圖7 電氣控制原理

3 鋼桁梁檢查車結構特點

研制的鋼桁梁檢查車具有以下特點：1）作業吊欄長，矮寨大橋24.5m的寬度限制了普通檢查車的應用，設計32m長的作業吊欄方能滿足橋梁維修需要；2）安全性強，鋼桁梁檢查車主體結構由角鋼、槽鋼和鋼板等焊接而成，通過ANSYS軟件對檢查車的整體結構進行力學分析，結果表明檢查車的整體桁架結構滿足強度要求，同時檢查車的剎車機構與電氣系統互鎖，可保證使用安全；3）操作簡單，橋梁維修人員作業時，通過檢查車電控柜上的按鈕，便可控制檢查車移動及液壓升降平臺。

目前，鋼桁梁檢查車已正常使用了3年，作為矮寨大橋的配套設施，鋼桁梁檢查車對大橋的安全擔負著重要作用，需要克服各種惡劣環境的影響，滿足維修人員不定期地對橋梁進行檢查、維修，保證大橋正常運行。

4 結束語

隨著我國橋梁建設的快速發展，橋梁的檢測工作顯得尤為重要[3]。針對矮寨特大懸索橋的特點，研制鋼桁梁檢查車具有重要的使用價值和理論意義，不僅滿足了矮寨大橋檢查維修需求，同時為今后特大橋梁檢查車的研制提供了寶貴資料，促進了我國橋梁檢查車行業的可持續發展。

[1] 陳明憲.矮寨特大懸索橋建設新技術研究[J].中外公路,2011,31(6)：1-5.

[2] 機械設計編寫組.機械設計手冊第三版[Z].北京：機械工業出版社,1986.

[3] 韓慶錄.公路橋梁的建設與發展[J].黑龍江科技信息,2005(3)：55-57.