斜拉橋和懸索橋主塔檢查車(chē)設(shè)計(jì)

陳渝，李杰，鄒廷均

（成都市新筑路橋機(jī)械股份有限公司，四川 成都 611430）

目前一些簡(jiǎn)易的檢修方式對(duì)橋塔維護(hù)養(yǎng)護(hù)來(lái)說(shuō)勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性非常低，容易產(chǎn)生安全事故。因此，研發(fā)一種性?xún)r(jià)比高、可靠性好及安全性高的主塔檢修設(shè)備顯得十分必要。本文以武漢沌口大橋主塔為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一套可以對(duì)主塔外表面實(shí)現(xiàn)全覆蓋的主塔檢查車(chē)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

主塔檢查車(chē)由塔頂?shù)觞c(diǎn)支架、檢修吊籃、提升系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。檢修吊籃可兩主塔共用，依據(jù)沌口大橋主塔“鉆石型”截面的特殊構(gòu)造，檢修吊籃分為：外側(cè)U型吊籃，中間檢修吊籃、內(nèi)側(cè)檢修吊籃三部分組成。其中外側(cè)U型吊籃為適應(yīng)中塔柱和上塔柱的截面變化，在U型端部設(shè)置伸縮機(jī)構(gòu)，達(dá)到全斷面覆蓋的要求。

提升系統(tǒng)與塔頂?shù)觞c(diǎn)支架相連接，利用提升機(jī)使檢修吊籃順?biāo)舷逻\(yùn)動(dòng)，覆蓋中、上塔柱檢修。

橋梁檢查車(chē)的主要技術(shù)參數(shù)為：

吊籃提升速度：9m/min；

檢修高度：190m；

檢修寬度：56m（橫橋向）、9．2m（順橋向）；

最大運(yùn)營(yíng)風(fēng)速：≤6級(jí)；

設(shè)計(jì)載荷：10kN（均布活載、單個(gè)吊籃)。是主塔檢修車(chē)駐車(chē)時(shí)，在各種惡劣工況下需具有抗傾翻穩(wěn)定性；第三是為保證吊籃不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，在下層桁架上設(shè)置的橫隔增強(qiáng)桁架抗扭剛度。

表1 沌口大橋主塔檢修吊籃布置情況

吊籃采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)計(jì)，便于設(shè)計(jì)、制造、安裝運(yùn)輸，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用矩形截面的等截面桁架，如圖1所示，各段間通過(guò)螺栓連接。該吊籃桁架方案結(jié)構(gòu)可靠，強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖1 吊籃標(biāo)準(zhǔn)截面

2 檢修吊籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吊籃是主塔檢修車(chē)主要承載部件，它承受自重、維護(hù)人員、檢修設(shè)備等荷載。桁架采用航空鋁合金材料，相比鋼結(jié)構(gòu)重量有很大的降低。在滿(mǎn)足載荷工況、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、外觀(guān)要求下，提出了一種桁架設(shè)計(jì)方案。依據(jù)檢修位置、截面不同，設(shè)置不同類(lèi)型的檢修吊籃。具體的檢修吊籃布置情況見(jiàn)表1。

吊籃結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度的情況下，還應(yīng)考慮其穩(wěn)定性。穩(wěn)定性包括三方面，第一是當(dāng)荷載作用在平臺(tái)上時(shí)，主塔檢修車(chē)運(yùn)行時(shí)需具有抗傾翻穩(wěn)定性；第二

3 材料選擇

國(guó)內(nèi)外橋梁檢修車(chē)桁架通常采用的材料是鋼材，材質(zhì)為Q235或Q345。沌口長(zhǎng)江大橋?yàn)榭缃髽颍瑯蛄簷z修車(chē)長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下，檢修車(chē)主體桁架材料的耐久性顯得尤為重要。因此，檢修吊籃采用高強(qiáng)度鋁合金。選用該材料可以減輕橋梁檢修車(chē)重量，降低橋梁檢修車(chē)的重量對(duì)橋梁的影響，大大提高了桁架的整體壽命。整個(gè)桁架分段拼接，方便運(yùn)輸安裝，連接強(qiáng)度大于主材強(qiáng)度，性能安全可靠。

7050-T7651和6061-T6是兩種高強(qiáng)度鋁合金材料，都能滿(mǎn)足桁架強(qiáng)度和剛度要求。6061-T6適用于有一定強(qiáng)度、可焊性與抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)性，如制造卡車(chē)、塔式建筑、船舶、電車(chē)、家具、機(jī)械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材。它是一種冷處理鋁鍛造產(chǎn)品，適用于抗腐蝕性、氧化性要求較高的應(yīng)用。7050-T7651采用特殊的熱處理工藝，用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及其它要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力工況。對(duì)比鋁合金7050-T7651和6061-T6機(jī)械性能見(jiàn)表2。

表2 7050-T7651與6061-T6的機(jī)械性能

從機(jī)械性能上來(lái)看，7系列鋁合金優(yōu)于6系列鋁合金；由于主塔檢修車(chē)的檢修吊籃屬于桁架結(jié)構(gòu)，焊接點(diǎn)多，焊接量大，通過(guò)焊接工藝評(píng)定情況看，7系列鋁合金的焊接性能較6系列鋁合金差別很大。結(jié)合實(shí)際工況計(jì)算結(jié)果，6系列完全能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求并有較大安全系數(shù)。通過(guò)比較材料綜合性能，最終確定采用高強(qiáng)鋁合金6061-T6，該牌號(hào)鋁合金能抗海水腐蝕，具有較高的強(qiáng)度。

4 電源方案選擇

不同吊籃的的檢修高度約為194m左右，對(duì)比發(fā)電機(jī)、電纜市電及鋰電池電源方案，這三種電源方案各有優(yōu)劣，見(jiàn)表3所示。

表3 三種電源方案對(duì)比表

通過(guò)比較分析，三種供電方案都有其各自的特點(diǎn)。比較而言，針對(duì)吊籃的特殊工作性質(zhì)，本項(xiàng)目采用電纜帶市電的方案比較合適。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

利用剩余電流實(shí)現(xiàn)接地故障保護(hù)，在總電源進(jìn)線(xiàn)處加裝漏電保護(hù)器，防止人身觸電事故及漏電引起的電氣火災(zāi)和電氣設(shè)備損壞事故。

為了保護(hù)人身安全，檢修吊籃禁止在設(shè)定的風(fēng)速以上運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)設(shè)定值時(shí)，風(fēng)杯檢測(cè)出此時(shí)的風(fēng)速，通過(guò)報(bào)警儀發(fā)出聲光信號(hào)，并且傳遞信號(hào)給主控制器切斷檢修車(chē)的運(yùn)行信號(hào)，停止工作。

提升電機(jī)作為吊籃上下運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，需要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，以使電機(jī)正常安全運(yùn)行。電機(jī)用成熟的變頻器技術(shù)進(jìn)行控制和保護(hù)，對(duì)電機(jī)的過(guò)載、過(guò)流、欠壓、缺相等進(jìn)行保護(hù)。

提升系統(tǒng)設(shè)置工作鋼絲繩和安全鋼絲繩兩套系統(tǒng)，當(dāng)工作鋼絲繩發(fā)生斷裂的情況時(shí)，安全鋼絲繩通過(guò)安全鎖制動(dòng)保護(hù)吊籃不繼續(xù)往下掉落。

在鋼絲繩的頂端及塔頂?shù)觞c(diǎn)的位置，設(shè)置行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)趸@上升至最高位時(shí)，自動(dòng)停機(jī)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)和維養(yǎng)的要求越來(lái)越高。本文提出的主塔檢查車(chē)能夠在主塔截面的限制下，沿塔柱上下運(yùn)動(dòng)。其技術(shù)特點(diǎn)包括：適應(yīng)截面變化、過(guò)斜拉索區(qū)域、高強(qiáng)度輕質(zhì)鋁合金、全塔柱截面覆蓋等。研究主塔檢查車(chē)具有重要的實(shí)用價(jià)值和理論意義，不僅滿(mǎn)足了沌口大橋日常檢查維修需求，可促進(jìn)其他斜拉橋、懸索橋主塔檢查車(chē)的研制。