淺談橋梁自動保護系統的設計與實現

雷歌琳

摘 要:近年來,因長期受超重車輛壓迫導致橋身斷裂的橋梁越來越多,不僅造成了人生危害,在一定程度上也對交通造成不利影響。橋梁自動保護系統是一個通過對超載車輛進行限制,從而對橋梁起到保護的系統,系統由重量感應器和自控式欄桿組成。

關鍵詞:橋梁自動保護系統自控式

中圖分類號:u44 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(b)-0103-01

1 橋梁倒塌原因分析

橋梁坍塌的緣由主要可以總結為五個方面,第一,設計考慮不全面件穩固性不夠,如設計時未考慮橋梁是否靠近鐵路等易帶來地基震動的設施,或者橋梁的防震結構設計不合理;第二,材料及施工缺陷,如造橋材料選用不得當或施工時偷工減料造成橋梁壽命短;第三,大自然帶來的威脅,如酸雨等的腐蝕;第四,車輛在橋上通過時與橋梁產生共振,使橋梁面臨倒塌的危險;第五,重量型貨車通過橋梁,對橋梁帶來一定的壓力。

造成橋梁倒塌的原因還有很多,但其中重量型貨車對橋梁的壓力是造成橋梁倒塌的一個非常重要的原因,所以本文以將橋梁的損害程度降到最小為目的,設計一個以橋梁限重為方式的橋梁保護系統。

2 橋梁保護系統的設計及其可行性分析

本橋梁保護系統主要針對橋梁因受過大壓力造成損壞方面,對車輛的重量進行限制,減小甚至避免超重車輛上橋,保護橋體不受超過本身可承受的壓力,從而增長橋梁壽命,節省國家交通事業資金投入,保護人身安全,營造和諧生活環境。系統主要由重量感應器和自控式欄桿模塊兩部分組成。

2.1 重量感應器介紹

該重量感應器是由一個稱改裝而成,用于模擬汽車通過地磅檢測車重是否超標。該感應裝置可設定超載警戒重量,若車輛超過該設定重量,重量感應器自動輸出一個脈沖信號,信號經過處理,該信號可以對蜂鳴器、軸承裝置進行自動操控。

2.2 自控式欄桿模塊設計

該電路設計由一系列門電路及感應開關、限位開關、驅動電路、紅綠指示燈組成,如圖1所示。限位開關安裝于攝像頭上,由于de導通,D5的12端通過de和K3連接到5V電源,為高電平,故13端為低電平,使9端為高電平,由于感應開關GK2處于打開狀態,也為高電平,故6端為低電平,11端為高電平,TR2截止。

當有車輛經過重量感應器時,則光耦合器TLP處于導通狀態,0端未低電平,通過非門,將低電平變成高電平,所以此時D1的1端為高電平;當車輛經過重量感應器時,感應開關GK1(可以是紅外感應、射頻識別感應等開關,在本實驗中,為簡化電路,采用干簧開關,即磁控開關)感應到車輛到來,GK1閉合,2端從低電平變為高電平,由于1端也是高電平,與非門D1的3端變為低電平,TR1導通,通過ba驅動繼電器K3工作,開關K4閉合,電源V工作,攝像頭工作,攝像頭工作完成后,觸動限位開關K1,ab斷開、ac閉合。由于TR2也是處于截止狀態,K3斷電,K4斷開,切斷電源V,同時,由于ac閉合,三極管TR3和TR4的基極為高電平,TR3截止,TR4導通,紅燈L2亮,車輛通過,當車輛離開重量感應器時,感應開關GK1恢復到打開狀態,這個時候,3端是高電平,而2端是低電平,TR1就截止。當車輛繼續上橋后,又觸動另一個感應開關GK2,使4端從高電平變為低電平,由于與非門D2和D3經過連接后組成了一個RS觸發器,當4端為低電平時,6端變為高電平,7端也為高電平,由于de端已斷開,D5的12端為低電平,13端為高電平,8端也為高電平,由于7、8端均為高電平,此時9端為低電平,5端也為低電平,從而保證了當車輛經過GK2后,6端仍為高電平,D4的11端為低電平,TR2的基極為低電平,TR2導通,繼電器K4導通,開關K4閉合,數據處理工作,此時K1的ac斷開,ab閉合,交通信號燈由綠燈變為紅燈。當數據處理后時,K2的fg斷開,de重新閉合,繼電器K3斷電,開關K4打開,電機M停止工作。由于de閉合,D5的12端通過de和K3連接到5V電源,13端變為低電平,8端也為低電平,9端變為高電平,由于GK2已經斷開,4端也為高電平,時6恢復為低電平,11端為高電平,TR2處于截止狀態,從而使整個電路恢復到初始狀態。當再有車輛經過時,電路有重新工作。如車輛沒有超載,(可以是紅外感應、射頻識別感應等開關,在本實驗中,為簡化電路,采用干簧開關,即磁控開關)驅動光耦合器TLP,此時與非門電路D1的1端通過光耦合器接地,1端從原來的高電平變為低電平,不管2端狀態如何,D1的3端為高電平,TR1仍處于截止狀態,綠燈亮。

在沒有車輛經過時,自控欄桿處于合閘狀態,交通指示燈亮紅燈。當有要車輛經過橋梁時,車輛先經過重量感應器,如車輛未超載(如需要,還可增加限高功能),則自動打開自控欄桿,同時交通指示燈變為綠燈,待車輛經過后,自控欄桿自動合閘,同時亮紅燈,等待下一輛車到來。當經過的車輛超載時,自控欄桿不動作,交通指示燈仍然為紅燈。

2.3 橋梁限高保護設計

車輛超重過橋對橋梁損害嚴重,超高車輛從橋下經過,碰擦甚至撞擊橋體帶來的危害也是不小的。車輛碰擦橋體,雖然只是對橋梁底部表面產生細小損傷,但是量變到了一定的“量”也會變成質變的,橋梁收到損壞的同時,車輛和人身安全也受到了威脅。所以,限制經過橋梁底部車輛的高度也是保護橋梁的一項重要措施。在距離橋梁最近的路口前方約20米處設置光傳感器,傳感器放置高度為橋梁允許通過車輛高度上限,傳感器有兩個端口,一個發出信號,另一個接收信號。當車輛通過傳感器時,如車輛高度低于傳感器高度,傳感器正常工作,車輛正常運行。當車輛高度高于或等于傳感器高度,即有超高可能,車輛中斷傳感器一端發出的信號,此時傳感器向計算機發出車輛超高信號,并在路口前方10米處的LED板上顯示前方橋梁限制的高度和警示當前有車輛超高,需從路口繞道行駛的內容。

2.4 橋梁保護系統可行性分析

(1)本系統旨在減少甚至防止橋梁坍塌事件的發生,有利于國家經濟發展和人民的交通安全,能夠受到社會各界的支持,所以,在社會上是可行的。

(2)本系統運用的技術相對比較簡單,資金投入較少,相對于一座價值少則幾千萬元,多則幾十億人民幣的橋來說是微不足道的,所以,在經濟上是可行的。

(3)本系統主要用到的技術都是目前運用廣泛的,如重量感應器、自控式欄桿、繼電保護器,用到的技術都是原理易懂,操作方便的,在制造及維修方面均難度較小,所以,在技術上是可行的。

綜上所述,本系統在社會、經濟、技術等方面都具有良好的可行性。

3 結語

本文從橋梁受損原因入手,著重研究在限重方面保護橋梁,通過稱重,攔截超重車輛,讓橋梁免受過大壓力,從而大幅度減輕橋梁的損傷程度,此外還提出橋梁限高防撞保護系統的設計。橋梁自動保護系統旨在從各個方面對橋梁進行保護,維護國家交通財產和人民生命安全,共創和諧社會。

參考文獻

[1] 韓全立.自動控制原理與應用.[M]西安:西安電子科技大學出版社,2006,P25～P30.