城市高架橋限高架結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)綜述

徐戚 黃磊

【摘要】 介紹了城市高架橋限高架結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)綜述，以及關(guān)鍵設(shè)備部分技術(shù)解決方法。

【關(guān)鍵詞】 城市高架橋 限高架 結(jié)構(gòu)總體 解決方法

一、引言

隨著城市規(guī)模拓展的快速推進(jìn)，城市交通出行距離及出行結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，在大發(fā)展大建設(shè)的環(huán)境政策支持下，作為快速出行載體之一的高架道路系統(tǒng)已初具規(guī)模，為提高高架橋通行效率，保障橋體安全及交通安全，另一方面杜絕超載超限車輛駛?cè)敫呒軜?，避免對橋體造成致命的破壞及安全隱患或事故的發(fā)生。

二、概述

城市高架橋限高架系統(tǒng)主要用于城市高架橋匝道口及城市下穿橋等道路建設(shè)服務(wù)。城市高架橋限高架系統(tǒng)特點(diǎn)：與過去的常規(guī)固定道路限高架相比較，其設(shè)備組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更具智能化、先進(jìn)性、復(fù)雜性，分別可以前端手動控制、前端遙控控制、遠(yuǎn)程后臺控制等；其次，具有系統(tǒng)的過載保護(hù)裝置，當(dāng)限高架受到外力碰撞時，系統(tǒng)程序會發(fā)出報(bào)警信號，程序自動停止，從而保護(hù)限高橫桿。

三、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

3.1環(huán)境條件

1、工作溫度 室外- 20 ℃～ + 50 ℃

室內(nèi)0 ℃～ + 40 ℃

貯存溫度 室外- 20 ℃～ + 55 ℃

相對濕度 室外95～98 %（ + 30 ℃時）

室內(nèi)90～96 %（ + 30 ℃時）

2、風(fēng)載荷 24.5m/ s 保精度

32m/ s 不破壞

3、可靠性及維修性

平均無故障工作時間 MTBF > 12h

平均修復(fù)時間 MTTR < 0. 5h

4、海拔高度≤2000m

3.2前端伺服控制設(shè)計(jì)

1、伺服系統(tǒng)采用高精度馬達(dá)和減速機(jī)，通過設(shè)備PLC、驅(qū)動器等電氣設(shè)備作為控制單元，所需設(shè)備載荷為 120kg，限高架的總行程為3m，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊傳動機(jī)構(gòu)總效率在0.9以上，且安全系數(shù)按照1.5設(shè)計(jì)，選用400W規(guī)格馬達(dá)。 2、以解決現(xiàn)場突發(fā)情況，快速響應(yīng)限高設(shè)計(jì)要求，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)帶有自鎖功能的減速箱，通過速比配合，使限高系統(tǒng)發(fā)揮最大效果。如果伺服系統(tǒng)無法工作或遠(yuǎn)程控制出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障無法工作時，利用減速箱的手搖機(jī)構(gòu)可以使限高桿上升至最高點(diǎn)5.5m。

3.3升降橫桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、升降橫桿主要功能：（a）作為匝道控制限高桿（b）提醒過往駕駛?cè)藛T，前方有限高警示；（c）在車輛沖擊下，橫桿能及時斷裂。2、升降上橫桿采用150mmx100mmx2.5mm方型鋁管， 為了減小摩擦，在橫桿的末端安裝橡膠輪，防止其摩擦過大導(dǎo)致馬達(dá)卡死或手搖力過大，橡膠輪直徑60，利用螺栓與連接軸緊固。升降下橫桿采用60mmx60mmx2mm工程塑料材質(zhì)，當(dāng)被車輛撞擊時，工程塑料桿可以斷裂，從而減少車輛損失，保護(hù)駕駛?cè)藛T的安全。3、由于控制屬于室外道路環(huán)境中使用，外觀效果必須具有警示顏色，包括：警示燈、警示牌、反光膜等，根據(jù)國家道路照明及反光膜規(guī)范要求，橫桿上部顏色為黃黑相間色，下部為紅白色，橫桿安裝2.5m限高牌及頻閃燈，起到警示作用，從而提醒駕駛?cè)藛T，安全行駛。

四、關(guān)鍵技術(shù)的解決方法

1、力學(xué)模擬與試驗(yàn)分析設(shè)計(jì)。（a）減速箱體是設(shè)計(jì)重中之中，猶如一個大心臟，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)時采用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)及先進(jìn)的分析軟件，對減速箱體進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了其在靜、動載荷下的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定的要求。（b）通過建立三維模型，再利用ANSYS對限高架體進(jìn)行軟件模擬分析，使其在不同工況下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到其在受力工況下，會產(chǎn)生變形情況和應(yīng)力分布。（c）通過對應(yīng)力的分析，使其在在滿足限定載荷條件下， 把所得數(shù)據(jù)，與工程試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)相互結(jié)合，從而驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)的合理性與正確性，最終確認(rèn)產(chǎn)品的可靠性。2、傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。減速箱主要采用自鎖式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品成熟，運(yùn)行可靠，其特點(diǎn)如下：（a） 承載力大。傳動殼體采用模具一次成型結(jié)構(gòu)，模具壁厚大大滿足設(shè)計(jì)的要求，強(qiáng)度優(yōu)良。采用雙滾珠軸承，加大其剛性連接，增加受力面積，并能承受一定的碰撞沖擊力，而不損壞整個控制系統(tǒng)。（b）穩(wěn)定性好，配合精確。采用比較成熟的減速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加產(chǎn)品的可靠性，運(yùn)行更穩(wěn)定；設(shè)計(jì)配合公差精確，軸向和徑向扭矩好，滿足設(shè)計(jì)更能要求。

五、結(jié)束語

對限高架結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)，采用已有的理論技術(shù)、新的技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時兼具工程實(shí)施驗(yàn)證，達(dá)到對道路建設(shè)的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，加強(qiáng)交通管理水平，降低事故的發(fā)生率。通過對限高架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且產(chǎn)品也很好的應(yīng)用于實(shí)際的城市高架橋道路環(huán)境中，產(chǎn)品運(yùn)行相對穩(wěn)定，并且得到客戶的認(rèn)可，希望同在交通領(lǐng)域?qū)ο薷呒芨信d趣的設(shè)計(jì)人員有一定的參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]機(jī)械工程師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社， 2010

[2]邱成悌、趙惇殳、蔣全興. 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 .東南大學(xué)出版社 2005