上弦自鋪軌式防電檢查車

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，為國內(nèi)外首創(chuàng)。

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

1 工程概述

近年來隨著我國經(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。為確保道路橋梁長期安全可靠的使用，對其進(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，為此大跨度曲線橋梁檢查設(shè)備的研究越來越受到關(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，國內(nèi)外橋梁領(lǐng)域針對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、鏈條式檢查車及油缸交替頂升步履式檢查車等。這些設(shè)備均需在鋼梁上設(shè)置通長的走行軌道供其走行，對于規(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，需通過軌道改造將尖頂轉(zhuǎn)變?yōu)榍€頂而實(shí)現(xiàn)過頂，但需要額外的支撐連接并且對橋梁外觀有較大影響，為此研制生產(chǎn)一種自鋪軌道走行、安全通過尖頂、快速平穩(wěn)運(yùn)行、使用方便，可對鋼橋進(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就是為適應(yīng)這種需求而開發(fā)設(shè)計(jì)的工程車輛，見圖1。

2 主要技術(shù)參數(shù)

3 主要構(gòu)造及功能說明

附加件與鋼梁節(jié)點(diǎn)處連接板連接成為一體，作為上弦檢查車自鋪軌條的固定連接件，以替代原通長軌道承擔(dān)檢查車的重量與牽引力，設(shè)備驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在主車上，主車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)式行走中起著主車行走軌道的作用；上行走組件為走行驅(qū)動(dòng)裝置，通過齒輪齒條嚙合推動(dòng)檢查車主車或自鋪軌條行走；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，并保證走行的過程中在大橋邊桁上的左右位置及越過附加件后的定位；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，通過卡緊附加件實(shí)現(xiàn)主車與鋼梁的固定；水平鎖緊機(jī)構(gòu)為可水平伸縮結(jié)構(gòu)，在主車運(yùn)動(dòng)前，通過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；整車通過自鋪軌條與主車的相對步進(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)，通過主車與自鋪軌條的相對運(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)，通過齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主車桁架的前進(jìn)與后退；當(dāng)自鋪軌條走行時(shí)，主車通過主支撐與附加件進(jìn)行固定連接，保證主車的固定狀態(tài)，通過齒輪齒條傳動(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)省了檢查車軌道費(fèi)用，同時(shí)解決了上弦檢查車翻越鋼桁梁尖頂?shù)碾y題，大大減少了檢查車的配備數(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)，為保證在檢查車行進(jìn)過程中兩側(cè)升降立柱與鋼梁邊桁的相對位置及工作時(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）（上接第110頁）走行機(jī)構(gòu)及承載部件，通過電力驅(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，詳見圖3。

3.5 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

本設(shè)備采用西門子伺服控制系統(tǒng)，整車共有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

該自鋪軌上弦檢查車設(shè)計(jì)新穎，技術(shù)超前，功能多樣，操作簡單，可實(shí)現(xiàn)對橋梁的幾乎無盲點(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)域樹立新的標(biāo)桿，本檢查車有諸多創(chuàng)新設(shè)計(jì)，其技術(shù)領(lǐng)先國內(nèi)外，且諸多技術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng)。該上弦檢查車現(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，操作簡單，大大提高了現(xiàn)場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[Z].

[2]王春芳.兩種爬拱式橋梁檢查車走行系統(tǒng)[Z].

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

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

[責(zé)任編輯：楊玉潔]