全電動(dòng)水文巡測(cè)車的研制及應(yīng)用效果

竇英偉，曹燕文（山東省水文儀器研制中心，山東 濰坊 261031）

全電動(dòng)水文巡測(cè)車的研制及應(yīng)用效果

竇英偉，曹燕文
（山東省水文儀器研制中心，山東 濰坊 261031）

【摘要】闡述了全電動(dòng)水文巡測(cè)車的工作原理以及創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，介紹了其測(cè)流過(guò)程和數(shù)據(jù)采集步驟，并分析了其應(yīng)用效果，以期推廣。

【關(guān)鍵詞】全電動(dòng)；水文測(cè)驗(yàn)；巡測(cè)車

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，單一的駐測(cè)形式已經(jīng)不能滿足水文測(cè)驗(yàn)的需要，駐測(cè)與巡測(cè)相結(jié)合，甚至以巡測(cè)為主的水文測(cè)驗(yàn)方式逐漸被水文工作者接受。由于水文工作的特殊性，測(cè)驗(yàn)人員工作環(huán)境惡劣，工作條件艱苦。研發(fā)一種低噪音、干凈（無(wú)泄漏污染）、自重輕、功率大、性能可靠的水文巡測(cè)設(shè)備，裝備在越野、面包、商務(wù)等車輛上，是改善基層水文職工工作環(huán)境和生活條件，促進(jìn)水文工作走技術(shù)先進(jìn)、精兵高效道路的根本措施，全電動(dòng)水文巡測(cè)車應(yīng)運(yùn)而生。

1　　工作原理

全電動(dòng)水文巡測(cè)車?yán)闷囎陨淼陌l(fā)電機(jī)系統(tǒng)，從汽車發(fā)電機(jī)與汽車電瓶的節(jié)點(diǎn)取出電能，經(jīng)穩(wěn)壓整流升壓后直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)繼電器控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，直流電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升降動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)絲桿多級(jí)缸完成巡測(cè)設(shè)備吊臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。與直流電動(dòng)機(jī)相匹配的渦輪蝸桿減速機(jī)具有自動(dòng)鎖定功能，可以可靠地將卷?yè)P(yáng)機(jī)的升降動(dòng)作鎖定在任意位置。

2　　創(chuàng)新性設(shè)計(jì)

2.1超越離合器的應(yīng)用

針對(duì)傳統(tǒng)的水文巡測(cè)車卷?yè)P(yáng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制動(dòng)效果差，長(zhǎng)時(shí)間使用容易磨損失靈，無(wú)法進(jìn)行手動(dòng)操作，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無(wú)備用方案等缺點(diǎn)，一種新型卷?yè)P(yáng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，彌補(bǔ)了這些不足。該卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用超越離合器配合剎車盤實(shí)現(xiàn)斷電時(shí)自動(dòng)剎車。并設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制鉛魚升降和吊臂伸縮功能，為水文測(cè)驗(yàn)提供了備選手段，保證了測(cè)流工作順利完成。

2.2超載自動(dòng)脫扣裝置的研制

剎車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了防過(guò)載鋼索自動(dòng)脫扣裝置，在卷輪與卷軸的連接處通過(guò)設(shè)計(jì)安全銷來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載脫扣功能。在測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，若發(fā)生鉛魚掛上漂浮物造成嚴(yán)重過(guò)載，在超過(guò)設(shè)定最高限重的情況下，安全銷斷裂，卷輪可使鉛魚自動(dòng)滑落，保障車輛人員安全。

2.3電動(dòng)絲杠多級(jí)缸的開發(fā)

設(shè)計(jì)采用空心絲杠型多級(jí)缸作為水文巡測(cè)設(shè)備的吊臂。直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)行星齒輪減速機(jī)經(jīng)皮帶和皮帶輪帶動(dòng)空心絲杠，可逐次外伸轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)各自的絲母平動(dòng)。通過(guò)回轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)傳感器，可以方便地測(cè)量和顯示負(fù)載位移，并通過(guò)控制器對(duì)前后兩個(gè)極限位置動(dòng)作進(jìn)行控制，避免損壞電機(jī)。由于多級(jí)絲桿疊套在一起，從而節(jié)省了軸向安裝空間。電動(dòng)絲杠多級(jí)缸的成功設(shè)計(jì)，為水文巡測(cè)設(shè)備的輕型化、小型化提供了技術(shù)保障。

2.4無(wú)負(fù)載升降電路自動(dòng)斷電設(shè)計(jì)

水文巡測(cè)車在使用過(guò)程中存在這樣一種常見(jiàn)現(xiàn)象，當(dāng)鉛魚到達(dá)河底后，若不及時(shí)停止鉛魚下降動(dòng)作，鋼絲繩在無(wú)負(fù)載情況下會(huì)在卷?yè)P(yáng)機(jī)內(nèi)部紊亂，當(dāng)鉛魚上升時(shí)容易造成鋼絲繩纏繞打結(jié)。如此情況，反復(fù)幾次，將會(huì)出現(xiàn)鉛魚升降動(dòng)作無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，無(wú)負(fù)載升降電路自動(dòng)斷電設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)解決了這一難題。鋼絲繩一端纏繞在卷?yè)P(yáng)機(jī)上，通過(guò)碼盤（鉛魚升降使鋼絲繩帶動(dòng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量水深）后，另一端伸出吊臂。在卷?yè)P(yáng)機(jī)與碼盤之間采用無(wú)負(fù)載升降電路自動(dòng)斷電設(shè)計(jì)，即鉛魚到達(dá)河底，鋼絲繩在無(wú)負(fù)載情況下升降電路自動(dòng)切斷，避免了鋼絲繩相互纏繞的現(xiàn)象。

3　　測(cè)流過(guò)程

1）選擇橋測(cè)斷面；2）根據(jù)斷面情況選擇測(cè)流儀器，如流速儀、超聲波剖面流速儀（ADCP）、雷達(dá)測(cè)速儀或超聲波測(cè)深儀等；3）將水文巡測(cè)車開至既定測(cè)流斷面；4）啟動(dòng)水文巡測(cè)設(shè)備，安裝測(cè)流儀器，將測(cè)流儀器送至水面，按照水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范開始測(cè)流，直到完成測(cè)流；5）整理測(cè)流儀器，測(cè)流過(guò)程結(jié)束。

4　　數(shù)據(jù)采集

全電動(dòng)水文巡測(cè)車在選用流速儀測(cè)流時(shí)采用綜合流量測(cè)算系統(tǒng)，也可采用專用測(cè)流軟件采集數(shù)據(jù)。超聲波剖面流速儀（ADCP）、雷達(dá)測(cè)速儀或超聲波測(cè)深儀等其他測(cè)流儀器可利用設(shè)備自帶專用軟件通過(guò)筆記本電腦顯示采集數(shù)據(jù)。

綜合流量測(cè)算系統(tǒng)由手持式采集儀（可持續(xù)工作8h）、水下信號(hào)器（可持續(xù)工作12h）、充電器、專用碼盤連線、水下信號(hào)發(fā)送線、河底信號(hào)器、攜行箱等7部分組成。該系統(tǒng)采用碼盤信號(hào)有線接收，水下信號(hào)（水面、河底、流速儀）無(wú)線接收的方式工作，可直接顯示水面、河底、流速儀信號(hào)，具有水深測(cè)量功能，并可同時(shí)存儲(chǔ)100多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

測(cè)流前，用專用的碼盤連接線將手持式采集儀和碼盤接頭連接，將水下信號(hào)器安裝到鉛魚上，并將水下信號(hào)發(fā)送線的天線（藍(lán)色）、河底信號(hào)線（黑色）、流速儀信號(hào)線（白色或黃色）安裝到位，并對(duì)有防水要求的河底信號(hào)線和流速儀信號(hào)線進(jìn)行防水處理。

專用測(cè)流軟件整合了流量測(cè)算、流量校核、資料整編、流量分析等4大部分內(nèi)容，可以在測(cè)流完成后直接通過(guò)計(jì)算得出流量成果，具有使用方便，安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

5　　應(yīng)用效果

自2001-06，第一臺(tái)水文巡測(cè)車EXC75-1A型研制成功，到2012-05全電動(dòng)水文巡測(cè)車的問(wèn)世，技術(shù)不斷革新，產(chǎn)品升級(jí)換代，經(jīng)過(guò)十幾年的汛期檢驗(yàn)，歷代水文巡測(cè)車所提供的水文數(shù)據(jù)和水情信息預(yù)報(bào)，為奪取抗洪搶險(xiǎn)的勝利提供了科學(xué)依據(jù)，提高了政府應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害突發(fā)事件的應(yīng)急處置能力，避免了人民生命財(cái)產(chǎn)安全遭受重大損失，減災(zāi)效益數(shù)億元，為維護(hù)公共安全、社會(huì)和諧提供了有力保障，社會(huì)效益尤為顯著。

全電動(dòng)水文巡測(cè)車是目前國(guó)內(nèi)最為先進(jìn)的巡測(cè)車，截至2014年，山東省各地市水文局已配備全電動(dòng)水文巡測(cè)車100多臺(tái)，圓滿完成了水文數(shù)據(jù)采集和測(cè)報(bào)工作，獲得水文測(cè)驗(yàn)工作者的一致好評(píng)。全電動(dòng)水文巡測(cè)車將逐漸取代老式巡測(cè)車，成為山東防汛指揮部門和水文測(cè)驗(yàn)部門必不可少的防汛設(shè)備。其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：1）對(duì)建立突發(fā)性事件引發(fā)的水災(zāi)害的應(yīng)急監(jiān)測(cè)機(jī)制具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可及時(shí)對(duì)突發(fā)性暴雨洪水事件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)、控制和實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)裙ぷ鳌?）可有效提高水文測(cè)驗(yàn)效率和測(cè)驗(yàn)工作的現(xiàn)代化水平，機(jī)動(dòng)靈活，測(cè)流迅速，數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確快捷。3）一部水文巡測(cè)車可以完成多處水文站流量測(cè)驗(yàn)和水樣采集工作，大大提高了工作效率，節(jié)省了測(cè)驗(yàn)人員數(shù)量。4）變建站監(jiān)測(cè)為借橋監(jiān)測(cè)，改駐站監(jiān)測(cè)為多站巡測(cè)，可有效改善基層水文職工工作條件和生活環(huán)境，提升水文服務(wù)能力，拓展水文服務(wù)職能。

全電動(dòng)水文巡測(cè)車具有靈活輕便、需用人員少，機(jī)動(dòng)性好，造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，水文巡測(cè)車的推廣在目前大力推行水文站隊(duì)結(jié)合時(shí)期，特別需要建立一支精兵高效的水文巡測(cè)隊(duì)伍，作為一種有效的水文巡測(cè)手段，具有非常重要的意義。充分利用現(xiàn)有道路和橋梁的有利環(huán)境，優(yōu)化水文設(shè)施配置，研究集約化的水文測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，使部分長(zhǎng)期駐守在河邊的水文職工由固守變?yōu)檠矞y(cè)，根據(jù)水文情勢(shì)，靈活開展水文測(cè)驗(yàn)工作，這對(duì)加強(qiáng)水文工作，更好地發(fā)揮水文的參謀作用，鞏固其基礎(chǔ)地位，提高水文事業(yè)的影響力具有重要意義。

（責(zé)任編輯崔春梅）

【中圖分類號(hào)】P335

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-04-0012-02

收稿日期：2015-01-27

作者簡(jiǎn)介：竇英偉（1987—），男，助理工程師