鋼橋梁檢查車主流設(shè)計型式及組成機構(gòu)研究

摘要：介紹了鋼橋梁檢查車的主流設(shè)計型式并提出了選型指導意見，著重討論了鋼橋梁檢查車的組成機構(gòu)，并針對各類組成機構(gòu)進行了深入分析，提出了設(shè)計優(yōu)選方案。

關(guān)鍵詞：鋼橋梁;檢查車;設(shè)計型式;組成機構(gòu)

中圖分類號：U446.3? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）04-0044-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.013

0? ? 引言

橋梁是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是經(jīng)濟建設(shè)中的重要組成部分。橋梁在長期的使用過程中，會受到各類外界環(huán)境因素影響，其結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生疲勞和損傷，這些損傷可能導致嚴重的交通事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。橋梁底部的結(jié)構(gòu)裂縫檢測起來比較困難，再加上橋梁結(jié)構(gòu)型式日益趨向大型化和新穎化方向發(fā)展，使這個問題變得更加難以解決[1-2]?；诖耍瑯蛄航ㄔO(shè)人員設(shè)計生產(chǎn)出了一種用于鋼橋梁施工、檢測、維修人員作業(yè)的專用平臺，也就是鋼橋梁檢查車，它可以通過自身整體或者內(nèi)部機構(gòu)移動，快速到達需要作業(yè)的橋體位置，從而提高橋梁檢修作業(yè)的可達性，為橋梁的施工、檢測、維護提供堅實的后盾。

1? ? 鋼橋梁檢查車的主要型式

近年來，業(yè)內(nèi)應用最為廣泛的鋼橋梁檢查車主要有伸縮桁架式檢查車（圖1）、單點旋轉(zhuǎn)式檢查車（圖2）、旋轉(zhuǎn)軌道式檢查車（圖3）及整體桁架式檢查車（圖4）。

（1）伸縮桁架式檢查車主要通過收縮單側(cè)或兩側(cè)桁架來改變桁架整體長度尺寸，從而使檢查車可以在橋梁的次邊跨、邊跨、中跨之間進行越墩行駛。該種結(jié)構(gòu)型式可以減少全橋的檢查車總體布置數(shù)量，降低工程造價;但倘若橋梁支墩處兩橫向支座間距過小，將導致檢查車軌距變小，桁架懸臂端增長，整體穩(wěn)定性下降，此時不宜采用此種形式。

（2）單點旋轉(zhuǎn)式檢查車的桁架中間部位與上部行走機構(gòu)之間設(shè)置有360°主動回轉(zhuǎn)支撐，過橋墩時，將下部桁架旋轉(zhuǎn)至順橋向，可使檢查車從橋墩兩支座之間通過。該檢查車行走機構(gòu)軌距小，由中間單點懸掛，兩側(cè)懸臂較長，抖動幅度大，故桁架總體長度不宜過大，恰與伸縮桁架式檢查車形成互補。

（3）旋轉(zhuǎn)軌道式檢查車的兩側(cè)驅(qū)動機構(gòu)下部均安裝有主動回轉(zhuǎn)支撐，且龍門架為一側(cè)固定，一側(cè)可沿橫橋向擺動。在橋墩兩側(cè)及中間位置軌道部位設(shè)置有被動回轉(zhuǎn)式軌道，過橋墩時，以固定端龍門架為基準，由電氣系統(tǒng)操控，將檢查車由橫橋向兩條軌道懸掛，調(diào)整至順橋向單條軌道懸掛，從兩橋墩之間通過。此種檢查車驅(qū)動機構(gòu)、龍門架、軌道系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)較為復雜，對設(shè)備操作人員素質(zhì)要求較高，在過墩時，需嚴格按照使用說明書要求進行軌道對正，旋轉(zhuǎn)調(diào)整，步驟煩瑣，故障率高，可靠性低，現(xiàn)已趨于淘汰之勢。

（4）整體桁架式檢查車結(jié)構(gòu)型式簡單、穩(wěn)定性高、單臺造價低，因其不能越橋墩行駛，故需在橋梁的每跨橋墩之間依次布置。但單臺獨自施工檢修，互不干涉，目前應用最為廣泛。

總之，各種型式的檢查車各有利弊，可依據(jù)橋梁的型式、橋面寬度、跨度、墩距等主要參數(shù)，來選擇與之匹配的檢查車型式，以兼顧安全性與經(jīng)濟性。

2? ? 鋼橋梁檢查車的組成機構(gòu)

以整體桁架式檢查車為例，其主要由桁架系統(tǒng)、龍門架、行走系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)及附屬設(shè)施等機構(gòu)組成（圖4）。

2.1? ? 桁架系統(tǒng)

桁架系統(tǒng)作為整個橋梁檢查車的主體結(jié)構(gòu)，承擔著施工人員、設(shè)備及物料的整體重量，多采用方鋼管、角鋼等型材拼焊成框架結(jié)構(gòu)，在保證鋼結(jié)構(gòu)強度的前提下，可盡量設(shè)計為較大的鏤空結(jié)構(gòu)，以減小風阻和自重。材料多選用牌號為Q235、Q355的鋼材或牌號為6061-T6的鋁材，其中鋁材比鋼材更輕，且耐腐蝕性能好，可實現(xiàn)終身免維護;另外，檢查車整體懸掛于橋梁底部，后期桁架防腐施工較為困難，因此，近年來鋁合金材料已成為制造檢查車桁架系統(tǒng)的首選。

桁架外形設(shè)計時需要隨橋梁底部型式進行變化，以適應不同的檢修高度，并在斜面上布置臺階狀腳踏板，四周安裝防護欄桿及踢腳板。為方便運輸，通常在工廠對檢查車桁架進行分段制造，運輸至安裝現(xiàn)場后再整體栓合，并在連接處設(shè)置法蘭板，法蘭板栓合面涂抹膩子，以消除連接間隙，防止內(nèi)部銹蝕;同時，連接螺栓需經(jīng)達克羅或涂裝處理，再加裝防松螺母。在桁架兩端通常設(shè)置有爬籠或升降平臺作為檢修人員上下檢查車的通道。為防止桁架吊裝時爬籠與鋼梁干涉，需在桁架整體吊裝完成后，再從橋面兩側(cè)進行爬籠吊裝，用螺栓與下部桁架連接。升降平臺由電力驅(qū)動，一旦檢查車發(fā)生故障，施工人員無法快速從檢查車上撤離，如若橋梁兩側(cè)沒有與爬籠相干涉的固定結(jié)構(gòu)，一般不建議使用升降平臺。

2.2? ? 龍門架

龍門架作為檢查車的主要承力構(gòu)件，其作用是將桁架系統(tǒng)整體托起，借助其上部設(shè)置的吊耳，用銷軸與行走系統(tǒng)下部進行鉸接，使檢查車形成一個整體結(jié)構(gòu)。龍門架與桁架采用U型螺栓卡固，同時為防止材料間相互損傷，卡固部位墊膠皮進行緩沖。龍門架一般采用強度較高的型鋼或鋼板焊接而成，為便于拆裝，設(shè)計為上下兩部分框架結(jié)構(gòu)，再通過高強螺栓栓合成整體。

2.3? ? 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)作為檢查車的主要執(zhí)行機構(gòu)，由車輪組、齒輪軸、驅(qū)動墻板、電機減速器、提掛架組成。檢查車行走時由電機驅(qū)動減速器工作，通過齒輪軸傳動驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)鋼橋梁檢查車的運行。各機構(gòu)設(shè)計時，車輪組運用過橋式齒輪軸連接，實現(xiàn)軌道腹板兩側(cè)車輪組的全部主動驅(qū)動，以避免部分車輪空轉(zhuǎn)、打滑現(xiàn)象的發(fā)生;車輪外包聚氨酯，以提高車輪組的附著力，增強檢修車的爬坡能力，同時減小對軌道防護層的損傷;電機宜采用變頻電機或伺服電機，并用驅(qū)動器控制，實現(xiàn)無級調(diào)速、緩啟動、零速抱閘的功能，以降低啟動、停止時的慣性沖擊;在驅(qū)動電機尾端或過橋齒軸端安裝手把，使檢查車具備手動驅(qū)動功能，可保障檢查車發(fā)生電氣故障時，檢修人員能通過手動運行將檢查車移動至停車位固定;提掛架吊耳內(nèi)部需鑲嵌關(guān)節(jié)軸承，通過關(guān)節(jié)軸承的擺角變化來適應軌道軌距的安裝誤差，防止車輪啃軌;也可防止軌道翼緣板扭曲變形，造成驅(qū)動機構(gòu)兩側(cè)車輪組偏載，發(fā)生軸承損壞故障。

2.4? ? 制動系統(tǒng)

制動系統(tǒng)作為檢查車的安全裝置，由行車制動器、駐車制動器和錨固系統(tǒng)組成。行車制動器用于檢查車運行中停止制動，一般在電機轉(zhuǎn)子軸尾端安裝電磁制動器，實現(xiàn)電機斷電制動。駐車制動器用于檢查車停車后制動，主要有夾軌與頂軌兩種型式，通過與軌道接觸面摩擦傳力，防止檢查車滑移。一般在運行工況惡劣、臺風頻發(fā)的環(huán)境中，僅依靠行車制動器和駐車制動器并不能滿足檢查車的制動要求，需在橋梁檢查車的停車位設(shè)置錨固系統(tǒng)。錨固系統(tǒng)的型式主要有軌道開孔插銷式、鋼箱梁底焊接錨拉環(huán)式和橋墩預埋錨點式。

2.5? ? 電氣系統(tǒng)

檢查車電氣系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。供電系統(tǒng)一般采用安全滑導線、發(fā)電機組或電池組三種供電形式。安全滑導線在橋梁小跨度供電時相對穩(wěn)定，但滑觸線供電需先安裝滑線提掛架，才能安裝滑線，施工工期較長，且后期滑觸線吊架老化或連接螺栓松動，容易整體脫落，對航道通航的船只造成安全隱患;且在大跨度橋梁施工中，受供電點位置限制，通常只能在滑導線兩端供電，這會導致滑導線中間位置壓降較大，影響檢查車電氣系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。發(fā)電機和鋰電池組供電方式施工周期短，安裝方便，適用于大跨度橋梁檢查車供電。但發(fā)電機在后期使用時，需持續(xù)補充燃料，更換發(fā)動機機油、機濾等，而鋰電池組在配置獨立的BMS電池管理系統(tǒng)后，能實現(xiàn)獨立智能充放電管理，具有安裝方便、輸出電壓穩(wěn)定、長期免維護的優(yōu)點，是當前檢查車供電系統(tǒng)的首選。

檢查車控制系統(tǒng)需集成過載、短路、漏電、相序、極限位置等各項保護措施，多采用PLC控制，通過變頻器或伺服驅(qū)動器對左右兩側(cè)驅(qū)動機構(gòu)進行獨立或組合驅(qū)動，由電機自帶編碼器反饋，實現(xiàn)閉環(huán)控制，保證檢查車左右兩側(cè)驅(qū)動機構(gòu)同步運行;同時，安裝線控按鈕盒或無線遙控發(fā)射器，使檢修人員可在橋面操控檢查車運行，從而防止檢查車運行失控時發(fā)生人員傷亡事故[3]。

2.6? ? 軌道系統(tǒng)

檢查車軌道系統(tǒng)宜選用強度較高的工字鋼或H型鋼，成對安裝于橋梁底部。在設(shè)計時檢查車車輪需要與軌道型材的接觸踏面相匹配，工字鋼軌道翼緣板踏面為斜面，車輪可進行自適應糾偏，但接觸踏面存在軸向力，容易導致聚氨酯層脫落。H型鋼軌道車輪接觸踏面大，承載能力強，運行平穩(wěn)，但驅(qū)動機構(gòu)需加裝導向輪進行導向，防止車輪輪緣爬升至軌道踏面之上，導致驅(qū)動機構(gòu)掉落。軌道系統(tǒng)端部需設(shè)置限位擋塊，旋轉(zhuǎn)軌道、移動軌道端部需設(shè)置限位保護裝置。

2.7? ? 附屬設(shè)施

為了進一步提高檢查車的舒適度與安全性能，設(shè)計時還需配置一些附屬設(shè)施，如：在桁架底部四角設(shè)置通航指示燈，提醒過往船只避讓;桁架上安裝聲光報警器，在運行過程中實現(xiàn)風險警示;安裝照明燈，方便夜間施工;安裝風速儀，將其控制信號反饋至電氣系統(tǒng)，防止大風環(huán)境中違規(guī)使用檢查車;安裝軌道探測傳感器，防止檢查車脫軌掉落;安裝防撞緩沖器，防止檢查車相互之間或與軌道端檔發(fā)生剛性碰撞;在桁架懸臂較長、端部剛性差時，可安裝磁吸式防震裝置，將其吸附于鋼梁底部，避免桁架懸臂顫動;在桁架跨間距大、整體剛性較差時，可沿桁架長度方向張拉W型鋼性拉索，既能大幅提高桁架剛性，又未過多增加桁架自重。

3? ? 結(jié)語

目前國內(nèi)橋梁檢查車的設(shè)計尚無標準可依，因而結(jié)構(gòu)型式各異，且檢查車作為大橋的附屬設(shè)施，多由制造單位自主設(shè)計、制造，導致各個廠家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，給橋梁檢查車的使用埋下了一定的安全隱患。本文對鋼橋梁檢查車的型式和組成機構(gòu)進行了深入的分析研究和總結(jié)，提出了選型建議，可以為鋼橋梁檢查車的設(shè)計提供參考，期望能為提高鋼橋梁檢查車的安全性、可靠性、經(jīng)濟性做出貢獻。

[參考文獻]

[1] 姚玲森.橋梁工程[M].3版.北京：人民交通出版社，2021.

[2] 龔棟梁.橋梁檢測車的研究與開發(fā)[D].武漢：武漢理工大學，2009.

[3] 閆志剛.滬通長江大橋鋼梁檢查車設(shè)計[J].橋梁建設(shè)，2017，47（3）：88-93.

收稿日期：2021-12-03

作者簡介：王亞棟（1985—），男，陜西寶雞人，工程師，研究方向：機電一體化。

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