李志強(qiáng) 王慶暉

摘 ?要：橋梁檢修車是一種為橋梁檢查維修人員在檢測維修過程中提供作業(yè)的平臺，主要以車載式橋梁檢修車、懸掛式橋梁檢修車為主，本文以武漢沌口長江公路大橋為例，重點討論懸掛式橋梁底部檢修車供電方式選擇。

關(guān)鍵詞：長跨度橋梁;供電方式;鋰電池

一、項目情況介紹

武漢沌口長江公路大橋是連接武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和洪山區(qū)、江夏區(qū)的重要過江通道，是武漢市四環(huán)線跨越長江的控制性工程之一，其中跨江主橋長1510m，為100+275+760+275+100m的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，設(shè)計為100km/h，雙向8車道的高速公路，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為41.0m，主橋斷面全寬46.0m。

二、懸臂式橋梁檢修車應(yīng)用情況

（一）懸臂式橋梁檢修車在國內(nèi)外應(yīng)用情況

懸掛式橋梁檢修車最早出現(xiàn)在歐美，在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛，國內(nèi)很多大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁都安裝了懸掛式橋梁檢修車。如：寧波灣頭大橋、日本多多羅橋、明石海峽大橋等。目前國內(nèi)使用的懸掛式橋梁檢修車，由于各橋梁之間的構(gòu)造差異，產(chǎn)品需要定制化，一般由設(shè)計單位提供設(shè)計圖紙，再由專業(yè)設(shè)備供應(yīng)商根據(jù)橋梁橫斷面結(jié)構(gòu)、寬度等特點，制造不同結(jié)構(gòu)類型的專用橋梁檢修車。

（二）懸掛式橋梁檢修車的特點

懸掛式橋梁檢修車涉及機(jī)械、液壓、電子等先進(jìn)技術(shù)，技術(shù)含量高，用于橋梁流動檢測或維修作業(yè)，多在造價較高的長跨度橋梁或多聯(lián)式大型橋梁上使用，一般多在橋梁底部架設(shè)軌道，將其安裝在梁底軌道上，使用時通過動力驅(qū)動橋梁檢修車沿梁底軌道上行走，具有穩(wěn)定性好、承載能力大等特點，保障了檢修工作的可持續(xù)性。

（三）武漢沌口長江公路大橋懸掛式橋梁檢修車的構(gòu)造及技術(shù)特點

武漢沌口長江公路大橋使用的懸掛式橋梁檢修車主要由龍門架、桁架系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)等部分組成，均為全自動控制，安全性好。橋梁檢修車安裝有升降機(jī)等設(shè)施，可以實現(xiàn)對橋梁底部、側(cè)翼等位置進(jìn)行全方位檢查，并應(yīng)用了同步直線行走、側(cè)面過墩穩(wěn)定性、變軌過墩、高強(qiáng)度輕質(zhì)鋁合金、交流變頻電機(jī)等技術(shù)。

三、武漢沌口長江公路大橋供電方式選擇

目前國內(nèi)外懸掛式橋梁檢修車供電普遍電源普遍使用汽柴油發(fā)電機(jī)、安全滑觸線等方式，隨著新型電池技術(shù)的飛速發(fā)展，已在汽車、智能設(shè)備等多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，成為一種穩(wěn)定供電的新型方式。

（一）方式比選

1.汽柴油發(fā)電機(jī)

汽柴油發(fā)電機(jī)組是以汽油或柴油為燃料，通過發(fā)動機(jī)組等設(shè)備實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的機(jī)械設(shè)備，一般由控制系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。汽油發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、燃燒效率高、低噪音的特點，同時存在運行時間短的缺點，多適用于便攜式發(fā)電機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)是通過能量轉(zhuǎn)換方式驅(qū)動柴油機(jī)曲軸使活塞在頂部密閉的氣缸中作上下往復(fù)運動，相比汽油發(fā)電機(jī)具有功率大、壽命長、動力性能好的特點。

2.安全滑觸線

安全滑觸線一般由供電電纜連接裝置、滑觸線饋電裝置、柔性牽引聯(lián)接裝置、安全警報預(yù)警裝置以及配電箱等組成?；虞旊妼?dǎo)線端與市電相接，通過與輸電導(dǎo)軌滑動接觸的集電刷可以將電網(wǎng)電流引入有軌導(dǎo)向移動裝置，滑觸線饋電裝置內(nèi)設(shè)輸電導(dǎo)軌，依靠滑動接觸方式，向檢修車提供電能輸電裝置。安全滑觸線多以塑料材質(zhì)或鋁合金材質(zhì)為骨架，用扁銅排作為載流體，將多根載流體分別插入各個安裝槽內(nèi)，槽內(nèi)對應(yīng)的每根載流體均有一個開口處，作為電刷滑行的通道。

3.鋰電池

鋰電池具有能量比較高、使用壽命長、額定電壓高、體積小、重量輕等特點。一般電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動加速;鋰電池的自放電率很低，同時安裝過充保護(hù)設(shè)置，不會擔(dān)心因長時間不充放電而導(dǎo)致電池報廢;但初次采購費用高，可能發(fā)生爆炸的危險。常見的六種鋰電池包括：鈷酸鋰（LiCoO2），錳酸鋰（LiMn2O4），鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NMC），鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA），磷酸鐵鋰（LiFePO4），鈦酸鋰（Li4Ti5O12）。

4.方式比選

由于梁外檢修車的行駛距離長，對比汽柴油發(fā)電機(jī)、安全滑觸線及鋰電池供電方式，這三種供電方式各有優(yōu)劣，具體比較內(nèi)容，詳見下表：

以上三種供電方式都有其各自的優(yōu)缺點。相比較來說，鋰電池供電方式雖然前期投入較多，但其擁有操控性好、安全性能高、供電穩(wěn)定、維護(hù)保養(yǎng)簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)點，符合未來能源發(fā)展趨勢，因此建議在武漢沌口長江公路大橋供電方式中選擇鋰電池方式。

四、鋰電池電源方式配套技術(shù)措施

（一）電機(jī)容量選擇

橋梁檢修車實現(xiàn)行走功能需配置2臺額定功率3.0KW電機(jī)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)功能需配置2臺1.1KW電機(jī)。出于安全因素考慮，設(shè)計時考慮到不能讓橋梁檢修車的行走功能和回轉(zhuǎn)功能同時實現(xiàn)，如能滿足橋梁檢修車的行走驅(qū)動力，則可同時滿足回轉(zhuǎn)驅(qū)動力和其他供電需求，如操控升降平臺、使用機(jī)電設(shè)備等用電需求。因此在電機(jī)容量方面，可配置2臺3.0KW電機(jī)[1]。

（二）逆變器選擇

行走電機(jī)通過變頻器實現(xiàn)橋梁檢修車的啟動、調(diào)速和制動。當(dāng)電機(jī)啟動時，變頻器將從0HZ、0V加速到預(yù)先設(shè)定的頻率和速度，可以最大限度的減小系統(tǒng)啟動電流，此時電流約為電機(jī)額定電流的1.4倍，逆變器輸出的電流需要至少是電機(jī)額定電流的1.4倍。根據(jù)計算，適宜選擇電壓為380V、容量為12KVA的逆變器。

（三）鋰電池組選擇

橋梁檢修車的安全性是關(guān)鍵要素，電池組的安全性是首要考慮因素，市場上可以選擇的有鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池以及圓柱形磷酸鐵鋰電池等。圓柱形磷酸鐵鋰電池在結(jié)構(gòu)設(shè)計上具有過流保護(hù)、熔斷保護(hù)、泄壓保護(hù)等功能，一般單個電池容量僅有3Ah左右，不會發(fā)生燃燒爆炸;即使圓柱形磷酸鐵鋰電池發(fā)生故障，由于其電池容量小，能量堆積較少，一般情況下不會發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸現(xiàn)象，同時在電池箱內(nèi)部采用了蜂窩式結(jié)構(gòu)設(shè)計，有足夠的空間可以將釋放的能量在箱體內(nèi)吸收。綜合上述特點，可選用圓柱形磷酸鐵鋰電池作為橋梁檢修車的動力電池。

（四）保護(hù)措施

為提高檢修車的整體安全性，同時在檢修車上增加了風(fēng)速檢測保護(hù)、接地故障保護(hù)、驅(qū)動電機(jī)保護(hù)、行車保護(hù)、限位保護(hù)等措施[2]。

1. 風(fēng)速檢測保護(hù)。當(dāng)檢修車運行環(huán)境風(fēng)速超過設(shè)定值時，風(fēng)速檢測設(shè)備將檢測數(shù)據(jù)傳導(dǎo)至檢修車主控制器中，實現(xiàn)緊急停車。

2. 接地故障保護(hù)。在總電源進(jìn)線位置安裝漏電保護(hù)裝置，防止觸電事故及漏電引起的火災(zāi)和設(shè)備損壞。

3. 驅(qū)動電機(jī)保護(hù)。采用變頻器技術(shù)對電機(jī)的欠壓、過載、過流、缺相等進(jìn)行保護(hù)進(jìn)行控制和保護(hù)，保障電機(jī)的安全穩(wěn)定運行。

4.行車保護(hù)。在橋梁檢修車行走機(jī)構(gòu)的兩端按照危險檢測開關(guān)，當(dāng)檢測到行走機(jī)構(gòu)開始脫離軌道時立即停車。

5.行車保護(hù)。在旋轉(zhuǎn)軌道兩端都設(shè)有機(jī)械限位，有效防止行走機(jī)構(gòu)與機(jī)械限位發(fā)生摩擦、碰撞，損壞保護(hù)漆和機(jī)械結(jié)構(gòu)。

五、結(jié)論

沌口長江公路大橋針對懸掛式橋梁檢修車的運行環(huán)境和功能要求，采用了綠色環(huán)保的鋰電池方式，既可以保證沌口大橋橋梁檢修車的系統(tǒng)安全性，又可以滿足系統(tǒng)用電需求，符合橋梁檢修車的各項功能和安全要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋二虎.圓柱形磷酸鐵鋰電池在電動汽車電源系統(tǒng)中的應(yīng)用 [C] //2011第八屆中國（浙江舟山）國際電池電源系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與市場高峰論壇暨中國國際新能源電動車與動力、儲能電源系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展高峰論壇.

[2]楊德才. 鋰離子電池安全性 原理、設(shè)計與測試 [M]. 北京：電子科技大學(xué)出版社，2012.

作者簡介：李志強(qiáng)，1974年9月，男，內(nèi)蒙古包頭市，碩士研究生，研究方向：交通工程建設(shè)與運營