摘要：介紹了鋼橋梁檢查車(chē)的主流設(shè)計(jì)型式并提出了選型指導(dǎo)意見(jiàn)，著重討論了鋼橋梁檢查車(chē)的組成機(jī)構(gòu)，并針對(duì)各類組成機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，提出了設(shè)計(jì)優(yōu)選方案。

關(guān)鍵詞：鋼橋梁;檢查車(chē);設(shè)計(jì)型式;組成機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U446.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）04-0044-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.013

0? ? 引言

橋梁是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要組成部分。橋梁在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，會(huì)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(yán)重的交通事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。橋梁底部的結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)起來(lái)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(gè)問(wèn)題變得更加難以解決[1-2]?；诖?，橋梁建設(shè)人員設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了一種用于鋼橋梁施工、檢測(cè)、維修人員作業(yè)的專用平臺(tái)，也就是鋼橋梁檢查車(chē)，它可以通過(guò)自身整體或者內(nèi)部機(jī)構(gòu)移動(dòng)，快速到達(dá)需要作業(yè)的橋體位置，從而提高橋梁檢修作業(yè)的可達(dá)性，為橋梁的施工、檢測(cè)、維護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的后盾。

1? ? 鋼橋梁檢查車(chē)的主要型式

近年來(lái)，業(yè)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的鋼橋梁檢查車(chē)主要有伸縮桁架式檢查車(chē)（圖1）、單點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式檢查車(chē)（圖2）、旋轉(zhuǎn)軌道式檢查車(chē)（圖3）及整體桁架式檢查車(chē)（圖4）。

（1）伸縮桁架式檢查車(chē)主要通過(guò)收縮單側(cè)或兩側(cè)桁架來(lái)改變桁架整體長(zhǎng)度尺寸，從而使檢查車(chē)可以在橋梁的次邊跨、邊跨、中跨之間進(jìn)行越墩行駛。該種結(jié)構(gòu)型式可以減少全橋的檢查車(chē)總體布置數(shù)量，降低工程造價(jià);但倘若橋梁支墩處兩橫向支座間距過(guò)小，將導(dǎo)致檢查車(chē)軌距變小，桁架懸臂端增長(zhǎng)，整體穩(wěn)定性下降，此時(shí)不宜采用此種形式。

（2）單點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式檢查車(chē)的桁架中間部位與上部行走機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有360°主動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐，過(guò)橋墩時(shí)，將下部桁架旋轉(zhuǎn)至順橋向，可使檢查車(chē)從橋墩兩支座之間通過(guò)。該檢查車(chē)行走機(jī)構(gòu)軌距小，由中間單點(diǎn)懸掛，兩側(cè)懸臂較長(zhǎng)，抖動(dòng)幅度大，故桁架總體長(zhǎng)度不宜過(guò)大，恰與伸縮桁架式檢查車(chē)形成互補(bǔ)。

（3）旋轉(zhuǎn)軌道式檢查車(chē)的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下部均安裝有主動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐，且龍門(mén)架為一側(cè)固定，一側(cè)可沿橫橋向擺動(dòng)。在橋墩兩側(cè)及中間位置軌道部位設(shè)置有被動(dòng)回轉(zhuǎn)式軌道，過(guò)橋墩時(shí)，以固定端龍門(mén)架為基準(zhǔn)，由電氣系統(tǒng)操控，將檢查車(chē)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(guò)。此種檢查車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、龍門(mén)架、軌道系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)較為復(fù)雜，對(duì)設(shè)備操作人員素質(zhì)要求較高，在過(guò)墩時(shí)，需嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行軌道對(duì)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(shì)。

（4）整體桁架式檢查車(chē)結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、單臺(tái)造價(jià)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(tái)獨(dú)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(chē)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(lái)選擇與之匹配的檢查車(chē)型式，以兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性。

2? ? 鋼橋梁檢查車(chē)的組成機(jī)構(gòu)

以整體桁架式檢查車(chē)為例，其主要由桁架系統(tǒng)、龍門(mén)架、行走系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)及附屬設(shè)施等機(jī)構(gòu)組成（圖4）。

2.1? ? 桁架系統(tǒng)

桁架系統(tǒng)作為整個(gè)橋梁檢查車(chē)的主體結(jié)構(gòu)，承擔(dān)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(qiáng)度的前提下，可盡量設(shè)計(jì)為較大的鏤空結(jié)構(gòu)，以減小風(fēng)阻和自重。材料多選用牌號(hào)為Q235、Q355的鋼材或牌號(hào)為6061-T6的鋁材，其中鋁材比鋼材更輕，且耐腐蝕性能好，可實(shí)現(xiàn)終身免維護(hù);另外，檢查車(chē)整體懸掛于橋梁底部，后期桁架防腐施工較為困難，因此，近年來(lái)鋁合金材料已成為制造檢查車(chē)桁架系統(tǒng)的首選。

桁架外形設(shè)計(jì)時(shí)需要隨橋梁底部型式進(jìn)行變化，以適應(yīng)不同的檢修高度，并在斜面上布置臺(tái)階狀腳踏板，四周安裝防護(hù)欄桿及踢腳板。為方便運(yùn)輸，通常在工廠對(duì)檢查車(chē)桁架進(jìn)行分段制造，運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)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?zhàn)?，以消除連接間隙，防止內(nèi)部銹蝕;同時(shí)，連接螺栓需經(jīng)達(dá)克羅或涂裝處理，再加裝防松螺母。在桁架兩端通常設(shè)置有爬籠或升降平臺(tái)作為檢修人員上下檢查車(chē)的通道。為防止桁架吊裝時(shí)爬籠與鋼梁干涉，需在桁架整體吊裝完成后，再?gòu)臉蛎鎯蓚?cè)進(jìn)行爬籠吊裝，用螺栓與下部桁架連接。升降平臺(tái)由電力驅(qū)動(dòng)，一旦檢查車(chē)發(fā)生故障，施工人員無(wú)法快速?gòu)臋z查車(chē)上撤離，如若橋梁兩側(cè)沒(méi)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(tái)。

2.2? ? 龍門(mén)架

龍門(mén)架作為檢查車(chē)的主要承力構(gòu)件，其作用是將桁架系統(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(jìn)行鉸接，使檢查車(chē)形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。龍門(mén)架與桁架采用U型螺栓卡固，同時(shí)為防止材料間相互損傷，卡固部位墊膠皮進(jìn)行緩沖。龍門(mén)架一般采用強(qiáng)度較高的型鋼或鋼板焊接而成，為便于拆裝，設(shè)計(jì)為上下兩部分框架結(jié)構(gòu)，再通過(guò)高強(qiáng)螺栓栓合成整體。

2.3? ? 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)作為檢查車(chē)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由車(chē)輪組、齒輪軸、驅(qū)動(dòng)墻板、電機(jī)減速器、提掛架組成。檢查車(chē)行走時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器工作，通過(guò)齒輪軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鋼橋梁檢查車(chē)的運(yùn)行。各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，車(chē)輪組運(yùn)用過(guò)橋式齒輪軸連接，實(shí)現(xiàn)軌道腹板兩側(cè)車(chē)輪組的全部主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，以避免部分車(chē)輪空轉(zhuǎn)、打滑現(xiàn)象的發(fā)生;車(chē)輪外包聚氨酯，以提高車(chē)輪組的附著力，增強(qiáng)檢修車(chē)的爬坡能力，同時(shí)減小對(duì)軌道防護(hù)層的損傷;電機(jī)宜采用變頻電機(jī)或伺服電機(jī)，并用驅(qū)動(dòng)器控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、緩啟動(dòng)、零速抱閘的功能，以降低啟動(dòng)、停止時(shí)的慣性沖擊;在驅(qū)動(dòng)電機(jī)尾端或過(guò)橋齒軸端安裝手把，使檢查車(chē)具備手動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能，可保障檢查車(chē)發(fā)生電氣故障時(shí)，檢修人員能通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行將檢查車(chē)移動(dòng)至停車(chē)位固定;提掛架吊耳內(nèi)部需鑲嵌關(guān)節(jié)軸承，通過(guò)關(guān)節(jié)軸承的擺角變化來(lái)適應(yīng)軌道軌距的安裝誤差，防止車(chē)輪啃軌;也可防止軌道翼緣板扭曲變形，造成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)車(chē)輪組偏載，發(fā)生軸承損壞故障。

2.4? ? 制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)作為檢查車(chē)的安全裝置，由行車(chē)制動(dòng)器、駐車(chē)制動(dòng)器和錨固系統(tǒng)組成。行車(chē)制動(dòng)器用于檢查車(chē)運(yùn)行中停止制動(dòng)，一般在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸尾端安裝電磁制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)斷電制動(dòng)。駐車(chē)制動(dòng)器用于檢查車(chē)停車(chē)后制動(dòng)，主要有夾軌與頂軌兩種型式，通過(guò)與軌道接觸面摩擦傳力，防止檢查車(chē)滑移。一般在運(yùn)行工況惡劣、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的環(huán)境中，僅依靠行車(chē)制動(dòng)器和駐車(chē)制動(dòng)器并不能滿足檢查車(chē)的制動(dòng)要求，需在橋梁檢查車(chē)的停車(chē)位設(shè)置錨固系統(tǒng)。錨固系統(tǒng)的型式主要有軌道開(kāi)孔插銷式、鋼箱梁底焊接錨拉環(huán)式和橋墩預(yù)埋錨點(diǎn)式。

2.5? ? 電氣系統(tǒng)

檢查車(chē)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(jī)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(shí)相對(duì)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(zhǎng)，且后期滑觸線吊架老化或連接螺栓松動(dòng)，容易整體脫落，對(duì)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(diǎn)位置限制，通常只能在滑導(dǎo)線兩端供電，這會(huì)導(dǎo)致滑導(dǎo)線中間位置壓降較大，影響檢查車(chē)電氣系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)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(chē)供電。但發(fā)電機(jī)在后期使用時(shí)，需持續(xù)補(bǔ)充燃料，更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油、機(jī)濾等，而鋰電池組在配置獨(dú)立的BMS電池管理系統(tǒng)后，能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立智能充放電管理，具有安裝方便、輸出電壓穩(wěn)定、長(zhǎng)期免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前檢查車(chē)供電系統(tǒng)的首選。

檢查車(chē)控制系統(tǒng)需集成過(guò)載、短路、漏電、相序、極限位置等各項(xiàng)保護(hù)措施，多采用PLC控制，通過(guò)變頻器或伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立或組合驅(qū)動(dòng)，由電機(jī)自帶編碼器反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證檢查車(chē)左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行;同時(shí)，安裝線控按鈕盒或無(wú)線遙控發(fā)射器，使檢修人員可在橋面操控檢查車(chē)運(yùn)行，從而防止檢查車(chē)運(yùn)行失控時(shí)發(fā)生人員傷亡事故[3]。

2.6? ? 軌道系統(tǒng)

檢查車(chē)軌道系統(tǒng)宜選用強(qiáng)度較高的工字鋼或H型鋼，成對(duì)安裝于橋梁底部。在設(shè)計(jì)時(shí)檢查車(chē)車(chē)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(chē)輪可進(jìn)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(chē)輪接觸踏面大，承載能力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)，但驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需加裝導(dǎo)向輪進(jìn)行導(dǎo)向，防止車(chē)輪輪緣爬升至軌道踏面之上，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)軌道端部需設(shè)置限位保護(hù)裝置。

2.7? ? 附屬設(shè)施

為了進(jìn)一步提高檢查車(chē)的舒適度與安全性能，設(shè)計(jì)時(shí)還需配置一些附屬設(shè)施，如：在桁架底部四角設(shè)置通航指示燈，提醒過(guò)往船只避讓;桁架上安裝聲光報(bào)警器，在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)警示;安裝照明燈，方便夜間施工;安裝風(fēng)速儀，將其控制信號(hào)反饋至電氣系統(tǒng)，防止大風(fēng)環(huán)境中違規(guī)使用檢查車(chē);安裝軌道探測(cè)傳感器，防止檢查車(chē)脫軌掉落;安裝防撞緩沖器，防止檢查車(chē)相互之間或與軌道端檔發(fā)生剛性碰撞;在桁架懸臂較長(zhǎng)、端部剛性差時(shí)，可安裝磁吸式防震裝置，將其吸附于鋼梁底部，避免桁架懸臂顫動(dòng);在桁架跨間距大、整體剛性較差時(shí)，可沿桁架長(zhǎng)度方向張拉W型鋼性拉索，既能大幅提高桁架剛性，又未過(guò)多增加桁架自重。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)橋梁檢查車(chē)的設(shè)計(jì)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依，因而結(jié)構(gòu)型式各異，且檢查車(chē)作為大橋的附屬設(shè)施，多由制造單位自主設(shè)計(jì)、制造，導(dǎo)致各個(gè)廠家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，給橋梁檢查車(chē)的使用埋下了一定的安全隱患。本文對(duì)鋼橋梁檢查車(chē)的型式和組成機(jī)構(gòu)進(jìn)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(chē)的設(shè)計(jì)提供參考，期望能為提高鋼橋梁檢查車(chē)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性做出貢獻(xiàn)。

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[3] 閆志剛.滬通長(zhǎng)江大橋鋼梁檢查車(chē)設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2017，47（3）：88-93.

收稿日期：2021-12-03

作者簡(jiǎn)介：王亞棟（1985—），男，陜西寶雞人，工程師，研究方向：機(jī)電一體化。

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