上弦自鋪軌式防電檢查車(chē)

孔旭+王春芳

【摘 要】本文介紹了鄭州黃河大橋上弦自鋪軌檢查車(chē)的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及工作原理。該設(shè)備采用自鋪軌道的走行方式及伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無(wú)軌爬坡走行、翻越尖頂?shù)裙δ埽茉诖罂缍惹€橋梁上自動(dòng)、平穩(wěn)行走，為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。

【關(guān)鍵詞】自鋪軌式檢查車(chē)；無(wú)軌走行；尖頂；大跨度；曲線；自動(dòng)

1 工程概述

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通建設(shè)的飛速發(fā)展，建設(shè)了許多造型優(yōu)美的大跨度曲線橋梁。為確保道路橋梁長(zhǎng)期安全可靠的使用，對(duì)其進(jìn)行定期檢查維護(hù)和損壞時(shí)快速修復(fù)尤為重要。另橋梁上還有許多附屬設(shè)施，也需予以維護(hù)和檢測(cè)，為此大跨度曲線橋梁檢查設(shè)備的研究越來(lái)越受到關(guān)注和重視。

鄭州黃河大橋是鄭焦城際鐵路暨京廣鐵路跨越黃河的共用橋梁，主橋?yàn)?1聯(lián)2x100m變高度連續(xù)鋼桁梁，桁高在14～25m間連續(xù)變化，曲線方程為二次拋物線，坡度在0～13.14°之間連續(xù)變化，全橋共有11個(gè)拋物線相交形成的尖頂，其角度為153.72°。

目前，國(guó)內(nèi)外橋梁領(lǐng)域針對(duì)大跨度曲線方程形式橋梁最常用的檢修設(shè)備有輪胎式檢查車(chē)、鏈條式檢查車(chē)及油缸交替頂升步履式檢查車(chē)等。這些設(shè)備均需在鋼梁上設(shè)置通長(zhǎng)的走行軌道供其走行，對(duì)于規(guī)模較大的橋梁較為浪費(fèi)，且在設(shè)備本體設(shè)計(jì)上均不能翻越尖頂，需通過(guò)軌道改造將尖頂轉(zhuǎn)變?yōu)榍€頂而實(shí)現(xiàn)過(guò)頂，但需要額外的支撐連接并且對(duì)橋梁外觀有較大影響，為此研制生產(chǎn)一種自鋪軌道走行、安全通過(guò)尖頂、快速平穩(wěn)運(yùn)行、使用方便，可對(duì)鋼橋進(jìn)行全面檢查維修的工程設(shè)備是非常需要的。鄭州黃河橋上弦檢查車(chē)就是為適應(yīng)這種需求而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的工程車(chē)輛，見(jiàn)圖1。

2 主要技術(shù)參數(shù)

3 主要構(gòu)造及功能說(shuō)明

附加件與鋼梁節(jié)點(diǎn)處連接板連接成為一體，作為上弦檢查車(chē)自鋪軌條的固定連接件，以替代原通長(zhǎng)軌道承擔(dān)檢查車(chē)的重量與牽引力，設(shè)備驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在主車(chē)上，主車(chē)與自鋪軌條之間采用齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式自鋪軌走行。該檢查車(chē)主要由自鋪軌式走行系統(tǒng)、連接走廊、升降立柱、中部吊籃、電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。

本設(shè)備能實(shí)現(xiàn)全橋精確自動(dòng)控制無(wú)軌走行、升降立柱隨動(dòng)升降、中部吊籃升降并橫移走行等功能，可跨越全橋所有伸縮縫，具備爬坡并翻越鋼桁梁尖頂?shù)哪芰Α?/p>

3.1 自鋪軌式走行系統(tǒng)

該走行系統(tǒng)主要包括自鋪軌條、上行走組件、齒條、導(dǎo)向組件、主支撐和水平鎖緊機(jī)構(gòu)等部件。自鋪軌條為主承載體，在步進(jìn)式行走中起著主車(chē)行走軌道的作用；上行走組件為走行驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)齒輪齒條嚙合推動(dòng)檢查車(chē)主車(chē)或自鋪軌條行走；齒條平鋪于自鋪軌條頂部，為動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)；導(dǎo)向組件布置有承重輪和側(cè)導(dǎo)論，主要實(shí)現(xiàn)自鋪軌條走行運(yùn)動(dòng)功能，并保證走行的過(guò)程中在大橋邊桁上的左右位置及越過(guò)附加件后的定位；主支撐為可伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在自鋪軌條運(yùn)動(dòng)前，通過(guò)卡緊附加件實(shí)現(xiàn)主車(chē)與鋼梁的固定；水平鎖緊機(jī)構(gòu)為可水平伸縮結(jié)構(gòu)，在主車(chē)運(yùn)動(dòng)前，通過(guò)前后水平鎖緊卡緊附加件實(shí)現(xiàn)自鋪軌條與鋼梁的固定；整車(chē)通過(guò)自鋪軌條與主車(chē)的相對(duì)步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自鋪軌走行功能。為平穩(wěn)安全翻越橋梁尖頂，在上行走組件上設(shè)置有角度調(diào)整裝置，詳見(jiàn)圖2。

本走行系統(tǒng)的工作原理為：采用齒輪齒條傳動(dòng)，通過(guò)主車(chē)與自鋪軌條的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自鋪軌走行，即在自鋪軌條上布置有齒條，驅(qū)動(dòng)裝置布置于主車(chē)上，并在全橋各節(jié)點(diǎn)處布置有與鋼梁固定連接的附加件，當(dāng)主車(chē)走行時(shí)，自鋪軌條與橋梁附加件固定連接，保證自鋪軌條的固定狀態(tài)，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主車(chē)桁架的前進(jìn)與后退；當(dāng)自鋪軌條走行時(shí)，主車(chē)通過(guò)主支撐與附加件進(jìn)行固定連接，保證主車(chē)的固定狀態(tài)，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自鋪軌條的前進(jìn)與后退，如此循環(huán)完成自鋪軌走行過(guò)程。

該走行系統(tǒng)依據(jù)鄭州黃河大橋特點(diǎn)研制，設(shè)計(jì)新穎，節(jié)省了檢查車(chē)軌道費(fèi)用，同時(shí)解決了上弦檢查車(chē)翻越鋼桁梁尖頂?shù)碾y題，大大減少了檢查車(chē)的配備數(shù)量。

3.2 連接走廊

連接走廊為型鋼焊接而成的方形桁架式結(jié)構(gòu)，起連接左右升降立柱裝置、懸掛并作為中部吊籃橫向走行用軌道、為電氣控制系統(tǒng)提供安裝平臺(tái)的作用，是檢查車(chē)主要的承載裝置。

3.3 升降立柱

升降立柱主要由內(nèi)外桁架、桁架傳動(dòng)系統(tǒng)及升降平臺(tái)等組成。桁架傳動(dòng)系統(tǒng)與外桁架固定連接，內(nèi)桁架嵌于外桁架之中，桁架的升降運(yùn)動(dòng)為采用齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)桁架相對(duì)于外桁架的伸縮運(yùn)動(dòng)。

外桁架與連接走廊固定連接，內(nèi)桁架鑲嵌于外桁架內(nèi)并根據(jù)橋梁高度變化進(jìn)行整車(chē)走行的隨動(dòng)伸縮運(yùn)動(dòng)，保證整個(gè)桁架高度始終與變高度橋梁高度相適應(yīng)，為保證在檢查車(chē)行進(jìn)過(guò)程中兩側(cè)升降立柱與鋼梁邊桁的相對(duì)位置及工作時(shí)兩端立柱的穩(wěn)定性，在升降立柱內(nèi)外桁架上設(shè)置有防擺裝置。

升降平臺(tái)為橋梁兩端外側(cè)檢查的主要工作平臺(tái)，自帶有走行驅(qū)動(dòng)裝置，分別套在內(nèi)外桁架上，并以其立柱為導(dǎo)軌，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)完成平臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁外側(cè)的全面檢查。

3.4 中部吊籃

中部吊籃主要分為主平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、支撐走行框架、伸縮桅柱結(jié)構(gòu)、液壓升降驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)走行驅(qū)動(dòng)裝置等部分，吊籃主體結(jié)構(gòu)采用鋁合金焊接而成，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，支撐走行框架為型鋼焊接而成，安裝于連接走廊主弦桿上，為吊籃的橫向（下轉(zhuǎn)第131頁(yè)）（上接第110頁(yè)）走行機(jī)構(gòu)及承載部件，通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)可帶動(dòng)整個(gè)吊籃橫向走行，主平臺(tái)與支撐走行機(jī)構(gòu)通過(guò)伸縮桅柱結(jié)構(gòu)連接，伸縮桅柱結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋁合金型材組合，內(nèi)置導(dǎo)向滑塊，在液壓升降驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)6級(jí)風(fēng)時(shí)高達(dá)24m安全平穩(wěn)升降、抗風(fēng)防擺，整個(gè)吊籃具備橫向走行、24m平穩(wěn)升降、360°旋轉(zhuǎn)、27.5Kv高壓防電等功能，詳見(jiàn)圖3。

3.5 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

本設(shè)備采用西門(mén)子伺服控制系統(tǒng)，整車(chē)共有24臺(tái)伺服電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)全橋精確全自動(dòng)走行控制、兩端立柱聯(lián)動(dòng)升降、立柱防擺隨動(dòng)旋轉(zhuǎn)等系列功能，本設(shè)備走行控制精度高，走行動(dòng)作步驟繁多，順序性強(qiáng)，其自動(dòng)化程度較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

該自鋪軌上弦檢查車(chē)設(shè)計(jì)新穎，技術(shù)超前，功能多樣，操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的幾乎無(wú)盲點(diǎn)檢查，其全自動(dòng)走行精確控制及自鋪軌走行方式的實(shí)現(xiàn)，將為橋梁檢修領(lǐng)域樹(shù)立新的標(biāo)桿，本檢查車(chē)有諸多創(chuàng)新設(shè)計(jì)，其技術(shù)領(lǐng)先國(guó)內(nèi)外，且諸多技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)外首創(chuàng)。該上弦檢查車(chē)現(xiàn)已正常運(yùn)行于黃河大橋上，運(yùn)行情況良好，其自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)檢查維修的工作效率及工程成本。

【參考文獻(xiàn)】

[1]游冰.輪胎式爬拱檢查車(chē)[Z].

[2]王春芳.兩種爬拱式橋梁檢查車(chē)走行系統(tǒng)[Z].

[3]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.

[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]