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(dǎo)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?；诖?橋梁建設(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(yīng)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(zhuǎn)式檢查車(圖2)、旋轉(zhuǎn)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(cè)或兩側(cè)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(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(dǎo)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(zhuǎn)式檢查車的析架中間部位與上部行走機構(gòu)之間設(shè)置有3609主動回轉(zhuǎn)支撐,過橋墩時,將下部析架旋轉(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(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(fù)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)整體析架式檢查車結(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(yīng)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(shè)施等機構(gòu)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(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(xiàn)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(shè)計時需要隨橋梁底部型式進行變化,以適應(yīng)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(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。在析架兩端通常設(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(cè)進行爬籠吊裝,用螺栓與下部析架連接。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,其作用是將析架系統(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)下部進行較接,使檢查車形成一個整體結(jié)構(gòu)。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(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(yīng)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(yù)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(dǎo)線、發(fā)電機組或電池組三種供電形式。安全滑導(dǎo)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(dǎo)線兩端供電,這會導(dǎo)致滑導(dǎo)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。

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(yīng)糾偏,但接觸踏面存在軸向力,容易導(dǎo)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(dǎo)向輪進行導(dǎo)向,防止車輪輪緣爬升至軌道踏面之上,導(dǎo)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:在析架底部四角設(shè)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(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(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(dǎo)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。