矮寨特大悬索桥钢桁梁检查车的设计与实现

史卫朝

SHI Wei-zhao

（西安理工大学，西安 710082）

0 引言

矮寨特大悬索桥是湖南省吉首至茶洞高速公路跨越矮寨大峡谷的一座特大型桥梁，为钢桁梁单跨悬索桥。主缆孔跨布置为242m+1176m+116m的悬索桥，矢跨比1：9.6，其中钢桁加劲梁跨径为1000.5m，主桥横向设2%横坡，桥面宽24.5m[1]。全桥采用71对吊索，吊索标准间距14.5m，钢桁梁全宽27m，主跨梁高7.5m。

为了方便检查维修矮寨特大悬索桥，需要在钢桁梁下方安装一台维护检查车，以满足施工及维护要求。本课题组设计、制造、安装了检查车。矮寨悬索桥的标准断面图及其下方安装的检查车如图1所示，图2为安装后的检查实景图。

图1 矮寨悬索桥标准断面及其下方安装的检查车

图2 安装完成后的检查车实景图

1 设计要求及工作原理

1.1 设计要求

根据矮寨特大悬索桥的地理及现场情况，桥梁设计部门对钢桁梁检查车的设计提出了以下要求：

1）检查车的部件、零件均在制造厂加工焊接，销、轴、齿轮等零件应进行热处理，电器配件、线缆均要符合国标要求，减速箱装配后，要进行跑合运转，门架焊接时与桁架保证相对位置，不得有歪扭现象。

2）由于矮寨大桥有0.8%纵坡，故检查车应具有电动机的制动器，还应具有单独手动夹轨器，实现手动夹轨器与检查车电气系统互锁，以保证使用安全。

3）检查车需设计3个液压升降平台（中间1台为移动式），升起高度满足上节点维修需要，降下高度不能影响检查车行走。检查车在电路上实施互锁控制，确保升降平台工作时，检查车不会运动。

4）进行电气系统设计时，应该考虑检查车在轨道两端及中间部位均设置限位断电装置，检查车由桥梁两岸供电。

1.2 工作原理

矮寨特大悬索桥的检查车结合吊栏式和桁架式两种结构的特点，由作业吊栏、走行装置、驱动机构、减速机构、电动手动转换和互锁机构、悬挂连接结构、刹车机构、液压升降平台及电控部分等组成。走行装置挂在桥梁下方工字钢轨道的下翼上面，通过悬挂连接机构将作业吊栏与走行装置连接。启动电机或摇动手动驱动手把，通过减速机和齿轮传动驱动走行装置带动检查车沿轨道行走；刹车机构固定在走行装置墙板上，转动刹车手轮，聚氨脂橡胶板紧紧顶在工字钢导轨的腹板上，固定检查维修车位置；升起液压升降平台，工作人员进行检查维修作业。

2 钢桁梁检查车结构设计

2.1 作业吊栏

作业吊栏采用型钢制框架式焊接结构，长32m，宽1.6m，高2.2m。为了运输和安装方便，将作业吊栏从中间分成两部分，两部分之间采用钢板及高强度螺栓连接[2]。在距离吊栏端部1.8m处各设置一个与走行装置相连接的机构。整个吊栏的具体结构如图3所示。

图3 作业吊栏结构

2.2 走行装置

具有驱动功能的走行装置是桥梁检查维修车沿大桥纵向移动的动力装置，图4为走行装置的剖视图。走行装置沿工字钢轨道两侧各设2个主动滚轮，每套走行装置共4个主动滚轮，动力经驱动装置上轴18传递到齿轮，通过齿轮啮合将动力传递到主动滚轮4，主动滚轮沿工字钢轨道走行，带动整个检查车沿大桥纵向移动。滚轮由支撑立板2支撑，连接轴10的作用是将两支撑立板固定并连接。

图4 走行装置剖视图

2.3 驱动机构

检查车走行不仅可以手动驱动，还可以电力驱动。电力驱动采用电机驱动方式，电机为三相永磁同步电机。由于电机额定转速较高，输出扭矩相对偏小，本课题的解决方案为：采用行星摆线针轮减速器进行调速，减速机型号为：XWD-3，降速比为17，电动机与减速器机构安装后，其外形尺寸为：510mm×240mm×290mm。为避免电机无法运转等情况的发生，检查车提供了手动驱动方式，旋转走行装置上的手柄，便可移动检查车。

2.4 电动手动转换机构

电机输出的旋转运动经行星减速器调速，可直接用于检查维修车的驱动。为方便操作，检查车设有电动、手动转换机构，分别用于电动控制与手动控制。拨动转换手柄，带动拨叉移动，从而拨动滑移齿轮左右移动，控制齿轮的啮合与脱离实现电动与手动的转换。

2.5 悬挂连接结构

走行装置之间通过连接板进行连接，如图5所示，悬挂连接结构将走行装置固定形成一个整体，同时为作业吊栏提供连接悬挂支撑，走行装置之间的中心相距1000mm。通过悬挂件和悬挂板将走行装置与作业吊栏之间连接形成一个整体。

2.6 刹车机构

由于大桥有0.8%的纵坡，检查车具有电动机的制动器和刹车机构，并且刹车机构与检查车电气系统互锁，保证使用安全，刹车机构的基本结构如图6所示。扳动刹车手柄25，使得安装在左右支撑立板上的螺杆15转动，由于该螺杆左右各有一段左旋和右旋螺纹，螺距相同，旋向相反，因此，与螺母固结的刹车块14同时相向或相反移动。当相向移动时，两个刹车块14同时挤压工字钢的腹板，产生摩擦，起到刹车制动作用；当相反移动时，解除制动，检查维修车处于自由（可移动）状态。

2.7 液压升降平台

为了便于对整个桥梁结构的检查和维修，在作业吊栏内设置三个液压升降平台，其中在作业吊栏两端分别设置一个固定式液压升降平台，中间设置一个移动式液压升降平台。升降平台采用两柱桅杆式，升降平台型号为SYL-12，工作台高度8m，承重200kg，功率1.5kW，整机重量580kg。

图5 悬挂连接机构

图6 刹车机构图

2.8 电控部分

电控系统是整个检查走行控制的主体部分，具有电机转正、反转，启动、停车，单边正转、反转，手动电动互锁，检查车走偏等控制功能，图7为电气控制原理图。

图7 电气控制原理

3 钢桁梁检查车结构特点

研制的钢桁梁检查车具有以下特点：1）作业吊栏长，矮寨大桥24.5m的宽度限制了普通检查车的应用，设计32m长的作业吊栏方能满足桥梁维修需要；2）安全性强，钢桁梁检查车主体结构由角钢、槽钢和钢板等焊接而成，通过ANSYS软件对检查车的整体结构进行力学分析，结果表明检查车的整体桁架结构满足强度要求，同时检查车的刹车机构与电气系统互锁，可保证使用安全；3）操作简单，桥梁维修人员作业时，通过检查车电控柜上的按钮，便可控制检查车移动及液压升降平台。

目前，钢桁梁检查车已正常使用了3年，作为矮寨大桥的配套设施，钢桁梁检查车对大桥的安全担负着重要作用，需要克服各种恶劣环境的影响，满足维修人员不定期地对桥梁进行检查、维修，保证大桥正常运行。

4 结束语

随着我国桥梁建设的快速发展，桥梁的检测工作显得尤为重要[3]。针对矮寨特大悬索桥的特点，研制钢桁梁检查车具有重要的使用价值和理论意义，不仅满足了矮寨大桥检查维修需求，同时为今后特大桥梁检查车的研制提供了宝贵资料，促进了我国桥梁检查车行业的可持续发展。

[1] 陈明宪.矮寨特大悬索桥建设新技术研究[J].中外公路,2011,31(6)：1-5.

[2] 机械设计编写组.机械设计手册第三版[Z].北京：机械工业出版社,1986.

[3] 韩庆录.公路桥梁的建设与发展[J].黑龙江科技信息,2005(3)：55-57.