哈 娜，歐陽偉

（遼寧省交通高等專科學(xué)校 遼寧 沈陽 110122）

1 引言

針對10m以上或更高的高墩柱橋梁在檢測過程中受地形和作業(yè)車范圍的限制，無法應(yīng)用傳統(tǒng)的檢測手段實(shí)現(xiàn)整個墩柱范圍內(nèi)的檢測，提出研制爬升機(jī)構(gòu)和夾緊裝置，同時(shí)攜帶高清攝像頭，不僅可以實(shí)現(xiàn)高墩柱上任意位置的爬升和夾緊，而且免去人員爬升檢測的風(fēng)險(xiǎn)，從而對高墩柱混凝土外觀、保護(hù)層厚度和強(qiáng)度進(jìn)行檢測，保證高墩柱橋梁運(yùn)營過程中的安全性和耐久性。

高墩柱橋梁常修建于地震高發(fā)區(qū)，為此在對高墩柱橋梁進(jìn)行檢測時(shí)不能夠損壞高墩柱表面，以免造成由于缺損問題引發(fā)的抗震性能下降而影響橋梁的正常使用，為此對高墩柱橋梁進(jìn)行無損檢測是十分必要的[1]。高墩柱橋梁由于自身高大的特點(diǎn)，在建造和施工的過程中，難免出現(xiàn)由于混凝土振搗不足、骨料分布不均勻而導(dǎo)致的高墩柱內(nèi)部存在離析或空洞等缺陷，其引發(fā)的危害往往要比普通墩柱更大。同時(shí)高墩柱在檢測過程中也增加了施工人員高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)，為此項(xiàng)目提出研制高墩柱爬升夾緊機(jī)構(gòu)并攜帶高清攝像頭，對高墩柱進(jìn)行外觀檢測，保證施工質(zhì)量，節(jié)省人力。高墩柱在檢測過程中，并不是對整個高度方向的高墩柱截面進(jìn)行檢測，而是通過設(shè)計(jì)或計(jì)算選取易損截面或區(qū)域進(jìn)行檢測，為此需要對爬升機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位和追蹤，保證檢測截面定位的準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部檢測。

2 研究內(nèi)容設(shè)想

（1）資料收集。收集國內(nèi)外相關(guān)高墩柱檢測資料，并進(jìn)行爬升檢測系統(tǒng)資料收集[2-3]。

①收集國內(nèi)外相關(guān)爬升機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)資料；

②收集國內(nèi)外現(xiàn)有定位系統(tǒng)。

（2）硬件系統(tǒng)。攜帶高清攝像頭的橋梁高墩柱爬升夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究。

①擬定爬升機(jī)構(gòu)形式，結(jié)合工作原理，對攜帶攝像頭的爬升機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)；

②根據(jù)自鎖爪夾緊原理對橋梁高墩柱夾緊結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)；

③研究爬升機(jī)構(gòu)的動力系統(tǒng)。

（3）軟件系統(tǒng)。開發(fā)研制爬升定位系統(tǒng)，應(yīng)用軟件系統(tǒng)控制，預(yù)測爬升機(jī)構(gòu)行經(jīng)軌跡。

①定位程序設(shè)計(jì)；

②定位程序應(yīng)用。

（4）測試系統(tǒng)。應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)的爬升檢測系統(tǒng)對室內(nèi)外高墩柱進(jìn)行檢測。

①室內(nèi)外高墩柱混凝土外觀檢測；

②室內(nèi)外高墩柱混凝土保護(hù)層厚度檢測；

③室內(nèi)外高墩柱混凝土強(qiáng)度檢測；

④室內(nèi)外高墩柱檢測結(jié)果對比分析，驗(yàn)證項(xiàng)目建議檢測手段的可靠性和準(zhǔn)確性。

3 技術(shù)方法

（1）技術(shù)方案

項(xiàng)目擬研發(fā)爬升夾緊設(shè)備，其具體工作原理主要是根據(jù)曲柄滑塊傳動機(jī)構(gòu)和自鎖爪夾緊裝置。具體方案如下：

①曲柄滑塊傳動機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)形式，見圖1。

圖1 自鎖爪夾緊裝置

圖2 曲柄滑塊傳動該機(jī)構(gòu)

圖1中有上下兩個滑塊，兩個滑塊與曲柄端相連，裝置在工作時(shí)若其中某一滑塊滑動時(shí)，另一滑塊恰好固定。因此，對于該機(jī)構(gòu)任意時(shí)刻的運(yùn)動特性，可按照一般曲柄滑塊處理。在曲柄端連接的滑塊上固定電動機(jī)，曲柄被帶動產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，將下滑塊固定，曲柄從最下端轉(zhuǎn)動經(jīng)過0～180o過程推動上滑塊運(yùn)動至頂端，然后控制上滑塊，繼續(xù)轉(zhuǎn)動180o～360o過程中，拉動下滑塊向上運(yùn)動。

②自鎖爪夾緊裝置

圖2為自鎖爪夾緊裝置圖，從圖中可以看出通過外掛千斤頂拉動拉桿8，使得與拉桿相連的驅(qū)動搖桿5向內(nèi)擺動，同時(shí)帶動與夾緊滾輪3相連的驅(qū)動搖桿4擺動，從而帶動兩滾輪對爬桿產(chǎn)生擠壓，實(shí)現(xiàn)夾緊作用。當(dāng)外力撤去或減小時(shí)，通過套筒中彈簧的回復(fù)作用使拉桿8復(fù)位，從而松開兩滾輪，實(shí)現(xiàn)放松的功能。在橋墩下部固定定位滾輪6，夾緊時(shí)此定位滾輪與兩個夾緊滾輪一起實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)定位。在橋墩上部固定滾輪1，可調(diào)解滾輪1與滾輪6之間距離，其作用是放松時(shí)與滾輪6一起前后頂住橋墩，防止裝置發(fā)生側(cè)翻，保證爬行時(shí)裝置的穩(wěn)定可靠。

[1] 莊文君，張柳，鄒磊.淺析用超聲波對橋梁墩柱進(jìn)行無損檢測的方法[J].公路交通科技.2013(5）.

[2] 劉登躍，何斌，陳鵬杰，唐曉城.一種新型的輪式纜索檢測機(jī)器人系統(tǒng)[J].中國科技信息.2015（03）.

[3] 余劍武，張申林，肖清.拉索檢測機(jī)器人爬升裝置設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.2017（04）.