提升橋梁檢測車作業(yè)安全的幾種措施

王富強(qiáng)，夏杰，蔡冠宇，張雷，高偉

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

使用維修

提升橋梁檢測車作業(yè)安全的幾種措施

王富強(qiáng)，夏杰，蔡冠宇，張雷，高偉

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

針對桁架式橋梁檢測車現(xiàn)存的作業(yè)安全隱患，創(chuàng)新應(yīng)用車架平臺調(diào)平系統(tǒng)及防傾翻控制系統(tǒng)，同時(shí)加裝移動配重裝置，通過增大桁架式橋梁檢測車作業(yè)穩(wěn)定力矩、減小作業(yè)傾翻力矩的方式來提升整車作業(yè)安全，防止整車作業(yè)傾翻。

橋梁檢測車；穩(wěn)定性；傾翻

Abstract:In view of the work safety problems existing truss bridge inspection vehicle, and anti rollover control system innovation and application frame platform leveling system, while the installation of mobile counterweight device, to improve the safe operation by way of vehicle decreases truss bridge inspection vehicle stable operation torque, operation tilting moment, prevent vehicle rollover operation.

Keywords: Bridge Inspection Vehicle; Stability; Tipping

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-221-03

前言

目前中國1980年前所建的橋梁病害非常嚴(yán)重，加之近年來各種公路的延伸建設(shè)，橋梁的建設(shè)也隨之增加，并且部分橋梁過早“危橋化”，導(dǎo)致橋梁檢測任務(wù)繁重，橋梁檢測車的使用越發(fā)頻繁。橋梁檢測車是一種為橋梁檢測人員在工作的過程中提供作業(yè)平臺，把人員和設(shè)備送到橋下進(jìn)行橋梁檢測和維修的專用車輛。橋梁檢測車的整車作業(yè)穩(wěn)定性始終是客戶的關(guān)注點(diǎn)和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，從整車穩(wěn)定性方面尋求技術(shù)突破，成為保障檢測人員人身安全及檢測效率的重要一環(huán)。

1 安全性背景介紹

橋梁檢測車主要由汽車底盤加裝工作裝置改裝而成。工作裝置主要包括支腿、車架平臺、一回轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)架、連接架、垂直臂、二回轉(zhuǎn)、伸縮臂等總成。作業(yè)時(shí)支腿展開支撐于地面，防止車輛晃動，右側(cè)支腿形成支點(diǎn)；翻轉(zhuǎn)架、連接架、垂直臂、二回轉(zhuǎn)、伸縮臂等伸出于橋梁外側(cè)用于提供橋下作業(yè)平臺，這些總成組成了傾翻部分；汽車底盤、車架平臺、一回轉(zhuǎn)等總成位于橋梁內(nèi)側(cè)，組成了穩(wěn)定部分。穩(wěn)定部分相對于支點(diǎn)的力矩（穩(wěn)定力矩）與傾翻部分相對于支點(diǎn)的力矩（傾翻力矩）的比值（絕對值）稱之為安全系數(shù)，安全系數(shù)相對值越大，整車作業(yè)越穩(wěn)定、越安全。

橋梁檢測車為了提高安全系數(shù)，最直接簡單的辦法就是增加位于穩(wěn)定部分的固定配重量，但隨著橋梁檢測車技術(shù)參數(shù)的增大以及質(zhì)量參數(shù)的法規(guī)限制，簡單的增加固定配重量已經(jīng)無法滿足安全系數(shù)的提升，當(dāng)遇到橋面傾斜等工況時(shí)，安全系數(shù)降低，有可能造成車輛的傾翻事故，所以本文提出幾種除增加固定配重量之外的措施提升橋梁檢測車作業(yè)安全。

圖1 橋梁檢測車主要總成

圖2 穩(wěn)定力矩與傾翻力矩

2 安全性提升措施

2.1 車架平臺調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用

如圖2所示，橋梁檢測過程中，部分橋梁拐彎處伴隨著橫坡傾角α，此時(shí)穩(wěn)定部分的重心將向右偏移，穩(wěn)定力矩減小，安全系數(shù)降低，會造成檢測車輛傾翻或者失穩(wěn)，給檢測人員生命安全造成威脅。

圖3 車架平臺調(diào)平裝置示意

為解決這一問題提出車架平臺調(diào)平系統(tǒng)。調(diào)平系統(tǒng)包括四組支腿結(jié)構(gòu)、伸縮油缸、車架平臺、角度傳感器、控制器、開關(guān)閥及液壓部分等，四組支腿分別安裝于車架平臺左前、左后、右前、右后四處；伸縮油缸一端與支腿連接，一端與車架平臺連接；角度傳感器檢測車架平臺相對于水平面的角度；控制器、開關(guān)閥及液壓部分達(dá)到控制左前及左后伸縮油缸伸縮的效果；橋梁檢測過程中，伸縮油缸伸出，四組支腿下降與橋面擠壓并驅(qū)動行走，現(xiàn)有橋梁檢測車在橋面傾斜工況下，待支腿下降完全后，整車依然傾斜，重心偏移，會造成整車傾翻或失穩(wěn)，調(diào)平系統(tǒng)待支腿完全下降后，角度傳感器檢測車架平臺傾斜度，當(dāng)傾斜度大于3度時(shí)，通過控制器將信號傳輸給開關(guān)閥，控制左側(cè)伸縮油缸伸縮，減小左側(cè)兩組支腿支撐高度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)車架平臺左右平衡的效果。總體就是通過反向消減橫坡角度，促使重心位置向左偏移，從而恢復(fù)穩(wěn)定力矩，保證安全系數(shù)。

2.2 防傾翻控制系統(tǒng)應(yīng)用

同樣為了解決存在橫坡傾角α所帶來的橋梁檢測車安全性問題，提出了一種防傾翻裝置。不同于車架平臺調(diào)平系統(tǒng)，該防傾翻裝置主要是通過控制傾翻部分相對于支點(diǎn)的力臂長度來減小傾翻力矩。

防傾翻裝置主要包括安裝于車輛尾端的控制器、車架平臺上的傾角傳感器、安裝在一回轉(zhuǎn)總成內(nèi)的電磁換向閥、四連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)距油缸等。四連桿機(jī)構(gòu)包括兩根相互平行的連接桿，調(diào)距油缸與連接桿成一定角度地傾斜。

工作原理為桁架式橋梁檢測車對橋面具有傾角α的橋梁進(jìn)行檢測作業(yè)時(shí)，傾角傳感器檢測出橋面的傾角α，并通過線路將該傾角α的信息傳送至控制器，控制器經(jīng)過處理，將傾角信號轉(zhuǎn)換為控制信號傳送至電磁換向閥，電磁換向閥做出相應(yīng)動作，通過軟管使調(diào)距油缸的缸筒腔進(jìn)油，調(diào)距油缸內(nèi)的活塞伸出。在活塞伸出的作用下，傾翻部分的桁架結(jié)構(gòu)共同向上平移，兩個(gè)連接桿同時(shí)發(fā)生傾斜，使桁架結(jié)構(gòu)與支點(diǎn)之間的距離縮短，相應(yīng)的傾翻力臂減小使傾翻力矩也相應(yīng)減小，這樣就減小了桁架式橋梁檢測車在存在具有傾角的橋面上進(jìn)行檢測作業(yè)時(shí)發(fā)生傾翻的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 防傾翻裝置電氣控制原理圖

2.3 伸縮式移動配重裝置應(yīng)用

目前新建橋梁人行道大多數(shù)已超過3米，現(xiàn)有橋梁檢測車結(jié)構(gòu)形式要將跨越人行道寬度做到3米，需不斷增加固定配重量，但總質(zhì)量受到法規(guī)限制，所以安全性相應(yīng)有所削弱。

為了解決這個(gè)問題，提供一種橋梁檢測車伸縮式移動配重。如圖5所示，伸縮式移動配重包括軌道結(jié)構(gòu)、配重體、連接結(jié)構(gòu)、液壓油缸、油缸連接座及滑塊總成。橋梁檢測車作業(yè)時(shí)液壓油缸驅(qū)動配重體沿著軌道結(jié)構(gòu)向車體外移動，將配重重心外移，增大穩(wěn)定力矩，改善現(xiàn)有產(chǎn)品穩(wěn)定系數(shù)不高而威脅作業(yè)人員安全性的現(xiàn)狀。結(jié)構(gòu)形式簡單、可靠，使用方便，配重偏移量大，穩(wěn)定性改善效果明顯。

2.4 傾翻部分輕量化設(shè)計(jì)

同樣減輕傾翻部分的質(zhì)量也可達(dá)到減小傾翻力矩的目的，傾翻部分多為桁架結(jié)構(gòu)，伸縮臂、花紋板、扶手等可選擇鋁合金材質(zhì)，垂直臂、二回轉(zhuǎn)、連接架等總成可通過CAE分析從結(jié)構(gòu)中再優(yōu)化設(shè)計(jì)，對于部分類似回轉(zhuǎn)支撐等外購件可特殊定制，在保證使用要求的前提下盡可能減輕重量。

圖5 縮式移動配重結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

由上文可知，安全性提升措施基本都是通過控制質(zhì)量及力臂長度來增大穩(wěn)定力矩或減小傾翻力矩，從而增大安全系數(shù)，保障作業(yè)人員作業(yè)安全。隨著目前車輛作業(yè)參數(shù)的進(jìn)一步增大以及使用者對安全性問題進(jìn)一步關(guān)注，這種措施將頻繁出現(xiàn)在特種作業(yè)車輛中，上文幾種提升措施已經(jīng)體現(xiàn)在實(shí)車中，使用效果較好，有效提升橋梁檢測車作業(yè)安全。

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[3] 馮晉祥.專用汽車.機(jī)械工業(yè)出版社.[M]2008.

[4] 王望予.汽車設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.[M]2003.

Measures for improving operation safety of bridge inspection vehicle

Wang Fuqiang, Xia Jie, Cai Guanyu, Zhang Lei, Gao Wei
( Shaanxi Automobile Holding Group Co., LTD, Shaanxi Xi’an 710200 )

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-221-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.076

王富強(qiáng)，男，助理工程師，就職于陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，現(xiàn)從事特種作業(yè)類車輛開發(fā)工作。