全電動水文巡測車的研制及應用效果

竇英偉，曹燕文（山東省水文儀器研制中心，山東 濰坊 261031）

全電動水文巡測車的研制及應用效果

竇英偉，曹燕文
（山東省水文儀器研制中心，山東 濰坊 261031）

【摘要】闡述了全電動水文巡測車的工作原理以及創新性設計，介紹了其測流過程和數據采集步驟，并分析了其應用效果，以期推廣。

【關鍵詞】全電動；水文測驗；巡測車

隨著經濟社會的發展，單一的駐測形式已經不能滿足水文測驗的需要，駐測與巡測相結合，甚至以巡測為主的水文測驗方式逐漸被水文工作者接受。由于水文工作的特殊性，測驗人員工作環境惡劣，工作條件艱苦。研發一種低噪音、干凈（無泄漏污染）、自重輕、功率大、性能可靠的水文巡測設備，裝備在越野、面包、商務等車輛上，是改善基層水文職工工作環境和生活條件，促進水文工作走技術先進、精兵高效道路的根本措施，全電動水文巡測車應運而生。

1　　工作原理

全電動水文巡測車利用汽車自身的發電機系統，從汽車發電機與汽車電瓶的節點取出電能，經穩壓整流升壓后直接驅動直流電機將電能轉化為機械能，通過繼電器控制直流電機的正反轉，直流電機帶動減速機驅動電動卷揚機實現設備的升降動作，驅動絲桿多級缸完成巡測設備吊臂的伸縮運動。與直流電動機相匹配的渦輪蝸桿減速機具有自動鎖定功能，可以可靠地將卷揚機的升降動作鎖定在任意位置。

2　　創新性設計

2.1超越離合器的應用

針對傳統的水文巡測車卷揚機制動系統結構復雜，制動效果差，長時間使用容易磨損失靈，無法進行手動操作，一旦液壓系統出現故障，無備用方案等缺點，一種新型卷揚機應運而生，彌補了這些不足。該卷揚機結構簡單，采用超越離合器配合剎車盤實現斷電時自動剎車。并設計了手動控制鉛魚升降和吊臂伸縮功能，為水文測驗提供了備選手段，保證了測流工作順利完成。

2.2超載自動脫扣裝置的研制

剎車結構設計采用了防過載鋼索自動脫扣裝置，在卷輪與卷軸的連接處通過設計安全銷來實現過載脫扣功能。在測驗過程中，若發生鉛魚掛上漂浮物造成嚴重過載，在超過設定最高限重的情況下，安全銷斷裂，卷輪可使鉛魚自動滑落，保障車輛人員安全。

2.3電動絲杠多級缸的開發

設計采用空心絲杠型多級缸作為水文巡測設備的吊臂。直流電動機通過行星齒輪減速機經皮帶和皮帶輪帶動空心絲杠，可逐次外伸轉動，推動各自的絲母平動。通過回轉計數傳感器，可以方便地測量和顯示負載位移，并通過控制器對前后兩個極限位置動作進行控制，避免損壞電機。由于多級絲桿疊套在一起，從而節省了軸向安裝空間。電動絲杠多級缸的成功設計，為水文巡測設備的輕型化、小型化提供了技術保障。

2.4無負載升降電路自動斷電設計

水文巡測車在使用過程中存在這樣一種常見現象，當鉛魚到達河底后，若不及時停止鉛魚下降動作，鋼絲繩在無負載情況下會在卷揚機內部紊亂，當鉛魚上升時容易造成鋼絲繩纏繞打結。如此情況，反復幾次，將會出現鉛魚升降動作無法實現的結果，無負載升降電路自動斷電設計的實現解決了這一難題。鋼絲繩一端纏繞在卷揚機上，通過碼盤（鉛魚升降使鋼絲繩帶動碼盤轉動來實現測量水深）后，另一端伸出吊臂。在卷揚機與碼盤之間采用無負載升降電路自動斷電設計，即鉛魚到達河底，鋼絲繩在無負載情況下升降電路自動切斷，避免了鋼絲繩相互纏繞的現象。

3　　測流過程

1）選擇橋測斷面；2）根據斷面情況選擇測流儀器，如流速儀、超聲波剖面流速儀（ADCP）、雷達測速儀或超聲波測深儀等；3）將水文巡測車開至既定測流斷面；4）啟動水文巡測設備，安裝測流儀器，將測流儀器送至水面，按照水文測驗規范開始測流，直到完成測流；5）整理測流儀器，測流過程結束。

4　　數據采集

全電動水文巡測車在選用流速儀測流時采用綜合流量測算系統，也可采用專用測流軟件采集數據。超聲波剖面流速儀（ADCP）、雷達測速儀或超聲波測深儀等其他測流儀器可利用設備自帶專用軟件通過筆記本電腦顯示采集數據。

綜合流量測算系統由手持式采集儀（可持續工作8h）、水下信號器（可持續工作12h）、充電器、專用碼盤連線、水下信號發送線、河底信號器、攜行箱等7部分組成。該系統采用碼盤信號有線接收，水下信號（水面、河底、流速儀）無線接收的方式工作，可直接顯示水面、河底、流速儀信號，具有水深測量功能，并可同時存儲100多個測點數據。

測流前，用專用的碼盤連接線將手持式采集儀和碼盤接頭連接，將水下信號器安裝到鉛魚上，并將水下信號發送線的天線（藍色）、河底信號線（黑色）、流速儀信號線（白色或黃色）安裝到位，并對有防水要求的河底信號線和流速儀信號線進行防水處理。

專用測流軟件整合了流量測算、流量校核、資料整編、流量分析等4大部分內容，可以在測流完成后直接通過計算得出流量成果，具有使用方便，安裝簡單等優點。

5　　應用效果

自2001-06，第一臺水文巡測車EXC75-1A型研制成功，到2012-05全電動水文巡測車的問世，技術不斷革新，產品升級換代，經過十幾年的汛期檢驗，歷代水文巡測車所提供的水文數據和水情信息預報，為奪取抗洪搶險的勝利提供了科學依據，提高了政府應對洪澇災害突發事件的應急處置能力，避免了人民生命財產安全遭受重大損失，減災效益數億元，為維護公共安全、社會和諧提供了有力保障，社會效益尤為顯著。

全電動水文巡測車是目前國內最為先進的巡測車，截至2014年，山東省各地市水文局已配備全電動水文巡測車100多臺，圓滿完成了水文數據采集和測報工作，獲得水文測驗工作者的一致好評。全電動水文巡測車將逐漸取代老式巡測車，成為山東防汛指揮部門和水文測驗部門必不可少的防汛設備。其優越性主要體現在：1）對建立突發性事件引發的水災害的應急監測機制具有得天獨厚的優勢，可及時對突發性暴雨洪水事件進行現場跟蹤監測、控制和實時信息傳輸等工作。2）可有效提高水文測驗效率和測驗工作的現代化水平，機動靈活，測流迅速，數據處理準確快捷。3）一部水文巡測車可以完成多處水文站流量測驗和水樣采集工作，大大提高了工作效率，節省了測驗人員數量。4）變建站監測為借橋監測，改駐站監測為多站巡測，可有效改善基層水文職工工作條件和生活環境，提升水文服務能力，拓展水文服務職能。

全電動水文巡測車具有靈活輕便、需用人員少，機動性好，造價低廉等優點，水文巡測車的推廣在目前大力推行水文站隊結合時期，特別需要建立一支精兵高效的水文巡測隊伍，作為一種有效的水文巡測手段，具有非常重要的意義。充分利用現有道路和橋梁的有利環境，優化水文設施配置，研究集約化的水文測驗模式，使部分長期駐守在河邊的水文職工由固守變為巡測，根據水文情勢，靈活開展水文測驗工作，這對加強水文工作，更好地發揮水文的參謀作用，鞏固其基礎地位，提高水文事業的影響力具有重要意義。

（責任編輯崔春梅）

【中圖分類號】P335

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-04-0012-02

收稿日期：2015-01-27

作者簡介：竇英偉（1987—），男，助理工程師