引言

橋梁是國家的重要基礎設施,是經濟建設中的重要組成部分。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,其結構將不可避免地產生疲勞和損傷,這些損傷可能導致嚴重的交通事故,造成巨大的經濟損失和人員傷亡。橋梁底部的結構裂縫檢測起來比較困難,再加上橋梁結構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?；诖?橋梁建設人員設計生產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部機構移動,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)內應用最為廣泛的鋼橋梁檢查車主要有伸縮析架式檢查車(圖1）、單點旋轉式檢查車(圖2)、旋轉軌道式檢查車(圖3)及整體析架式檢查車(圖4)。

(1）伸縮析架式檢查車主要通過收縮單側或兩側析架來改變析架整體長度尺寸,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。該種結構型式可以減少全橋的檢查車總體布置數量,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,析架懸臂端增長,整體穩(wěn)定性下降,此時不宜采用此種形式。

(2)單點旋轉式檢查車的析架中間部位與上部行走機構之間設置有3609主動回轉支撐,過橋墩時,將下部析架旋轉至順橋向,可使檢查車從橋墩兩支座之間通過。該檢查車行走機構軌距小,由中間單點懸掛,兩側懸臂較長,抖動幅度大,故析架總體長度不宜過大,恰與伸縮析架式檢查車形成互補。

(3)旋轉軌道式檢查車的兩側驅動機構下部均安裝有主動回轉支撐,且龍門架為一側固定,一側可沿橫橋向擺動。在橋墩兩側及中間位置軌道部位設置有被動回轉式軌道,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。此種檢查車驅動機構、龍門架、軌道系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)較為復雜,對設備操作人員素質要求較高,在過墩時,需嚴格按照使用說明書要求進行軌道對正,旋轉調整,步驟煩瑣,故障率高,可靠性低,現已趨于淘汰之勢。

(4)整體析架式檢查車結構型式簡單、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,可依據橋梁的型式、橋面寬度、跨度、墩距等主要參數,來選擇與之匹配的檢查車型式,以兼顧安全性與經濟性。

2鋼橋梁檢查車的組成機構

以整體析架式檢查車為例,其主要由析架系統(tǒng)、龍門架、行走系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)及附屬設施等機構組成(圖4)。

2.1析架系統(tǒng)

析架系統(tǒng)作為整個橋梁檢查車的主體結構,承擔著施工人員、設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構,在保證鋼結構強度的前提下,可盡量設計為較大的鏤空結構,以減小風阻和自重。材料多選用牌號為O235、O355的鋼材或牌號為6061一T6的鋁材,其中鋁材比鋼材更輕,且耐腐蝕性能好,可實現終身免維護;另外,檢查車整體懸掛于橋梁底部,后期析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析架系統(tǒng)的首選。

析架外形設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析架進行分段制造,運輸至安裝現場后再整體栓合,并在連接處設置法蘭板,法蘭板栓合面涂抹膩子,以消除連接間隙,防止內部銹蝕;同時,連接螺栓需經達克羅或涂裝處理,再加裝防松螺母。在析架兩端通常設置有爬籠或升降平臺作為檢修人員上下檢查車的通道。為防止析架吊裝時爬籠與鋼梁干涉,需在析架整體吊裝完成后,再從橋面兩側進行爬籠吊裝,用螺栓與下部析架連接。升降平臺由電力驅動,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,如若橋梁兩側沒有與爬籠相干涉的固定結構,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件,其作用是將析架系統(tǒng)整體托起,借助其上部設置的吊耳,用銷軸與行走系統(tǒng)下部進行較接,使檢查車形成一個整體結構。龍門架與析架采用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,設計為上下兩部分框架結構,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,由車輪組、齒輪軸、驅動墻板、電機減速器、提掛架組成。檢查車行走時由電機驅動減速器工作,通過齒輪軸傳動驅動車輪旋轉,從而實現鋼橋梁檢查車的運行。各機構設計時,車輪組運用過橋式齒輪軸連接,實現軌道腹板兩側車輪組的全部主動驅動,以避免部分車輪空轉、打滑現象的發(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,并用驅動器控制,實現無級調速、緩啟動、零速抱閘的功能,以降低啟動、停止時的慣性沖擊;在驅動電機尾端或過橋齒軸端安裝手把,使檢查車具備手動驅動功能,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;提掛架吊耳內部需鑲嵌關節(jié)軸承,通過關節(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,造成驅動機構兩側車輪組偏載,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,一般在電機轉子軸尾端安裝電磁制動器,實現電機斷電制動。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動器對左右兩側驅動機構進行獨立或組合驅動,由電機自帶編碼器反饋,實現閉環(huán)控制,保證檢查車左右兩側驅動機構同步運行: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。

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),但驅動機構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,導致驅動機構掉落。軌道系統(tǒng)端部需設置限位擋塊,旋轉軌道、移動軌道端部需設置限位保護裝置。

2.7附屬設施

為了進一步提高檢查車的舒適度與安全性能,設計時還需配置一些附屬設施,如:在析架底部四角設置通航指示燈,提醒過往船只避讓:析架上安裝聲光報警器,在運行過程中實現風險警示: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:在析架懸臂較長、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,避免析架懸臂顫動:在析架跨間距大、整體剛性較差時,可沿析架長度方向張拉w型鋼性拉索,既能大幅提高析架剛性,又未過多增加析架自重。

3結語

目前國內橋梁檢查車的設計尚無標準可依,因而結構型式各異,且檢查車作為大橋的附屬設施,多由制造單位自主設計、制造,導致各個廠家產品質量參差不齊,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進行了深入的分析研究和總結,提出了選型建議,可以為鋼橋梁檢查車的設計提供參考,期望能為提高鋼橋梁檢查車的安全性、可靠性、經濟性做出貢獻。