斜拉桥和悬索桥主塔检查车设计

陈渝，李杰，邹廷均

（成都市新筑路桥机械股份有限公司，四川 成都 611430）

目前一些简易的检修方式对桥塔维护养护来说劳动强度大、安全性非常低，容易产生安全事故。因此，研发一种性价比高、可靠性好及安全性高的主塔检修设备显得十分必要。本文以武汉沌口大桥主塔为研究对象，设计一套可以对主塔外表面实现全覆盖的主塔检查车。

1 总体方案设计

主塔检查车由塔顶吊点支架、检修吊篮、提升系统、电控系统等组成。检修吊篮可两主塔共用，依据沌口大桥主塔“钻石型”截面的特殊构造，检修吊篮分为：外侧U型吊篮，中间检修吊篮、内侧检修吊篮三部分组成。其中外侧U型吊篮为适应中塔柱和上塔柱的截面变化，在U型端部设置伸缩机构，达到全断面覆盖的要求。

提升系统与塔顶吊点支架相连接，利用提升机使检修吊篮顺塔柱上下运动，覆盖中、上塔柱检修。

桥梁检查车的主要技术参数为：

吊篮提升速度：9m/min；

检修高度：190m；

检修宽度：56m（横桥向）、9．2m（顺桥向）；

最大运营风速：≤6级；

设计载荷：10kN（均布活载、单个吊篮)。是主塔检修车驻车时，在各种恶劣工况下需具有抗倾翻稳定性；第三是为保证吊篮不产生扭转失稳，在下层桁架上设置的横隔增强桁架抗扭刚度。

表1 沌口大桥主塔检修吊篮布置情况

吊篮采用标准节设计，便于设计、制造、安装运输，标准节采用矩形截面的等截面桁架，如图1所示，各段间通过螺栓连接。该吊篮桁架方案结构可靠，强度、刚度及稳定性均能满足规范要求。

图1 吊篮标准截面

2 检修吊篮系统设计

吊篮是主塔检修车主要承载部件，它承受自重、维护人员、检修设备等荷载。桁架采用航空铝合金材料，相比钢结构重量有很大的降低。在满足载荷工况、强度、刚度、稳定性、外观要求下，提出了一种桁架设计方案。依据检修位置、截面不同，设置不同类型的检修吊篮。具体的检修吊篮布置情况见表1。

吊篮结构在满足强度、刚度的情况下，还应考虑其稳定性。稳定性包括三方面，第一是当荷载作用在平台上时，主塔检修车运行时需具有抗倾翻稳定性；第二

3 材料选择

国内外桥梁检修车桁架通常采用的材料是钢材，材质为Q235或Q345。沌口长江大桥为跨江大桥，桥梁检修车长期处于潮湿环境下，检修车主体桁架材料的耐久性显得尤为重要。因此，检修吊篮采用高强度铝合金。选用该材料可以减轻桥梁检修车重量，降低桥梁检修车的重量对桥梁的影响，大大提高了桁架的整体寿命。整个桁架分段拼接，方便运输安装，连接强度大于主材强度，性能安全可靠。

7050-T7651和6061-T6是两种高强度铝合金材料，都能满足桁架强度和刚度要求。6061-T6适用于有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材。它是一种冷处理铝锻造产品，适用于抗腐蚀性、氧化性要求较高的应用。7050-T7651采用特殊的热处理工艺，用于制造飞机结构及其它要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力工况。对比铝合金7050-T7651和6061-T6机械性能见表2。

表2 7050-T7651与6061-T6的机械性能

从机械性能上来看，7系列铝合金优于6系列铝合金；由于主塔检修车的检修吊篮属于桁架结构，焊接点多，焊接量大，通过焊接工艺评定情况看，7系列铝合金的焊接性能较6系列铝合金差别很大。结合实际工况计算结果，6系列完全能满足设计要求并有较大安全系数。通过比较材料综合性能，最终确定采用高强铝合金6061-T6，该牌号铝合金能抗海水腐蚀，具有较高的强度。

4 电源方案选择

不同吊篮的的检修高度约为194m左右，对比发电机、电缆市电及锂电池电源方案，这三种电源方案各有优劣，见表3所示。

表3 三种电源方案对比表

通过比较分析，三种供电方案都有其各自的特点。比较而言，针对吊篮的特殊工作性质，本项目采用电缆带市电的方案比较合适。

5 控制系统设计关键点

利用剩余电流实现接地故障保护，在总电源进线处加装漏电保护器，防止人身触电事故及漏电引起的电气火灾和电气设备损坏事故。

为了保护人身安全，检修吊篮禁止在设定的风速以上运行，当风速超过设定值时，风杯检测出此时的风速，通过报警仪发出声光信号，并且传递信号给主控制器切断检修车的运行信号，停止工作。

提升电机作为吊篮上下运动驱动，需要对其进行保护，以使电机正常安全运行。电机用成熟的变频器技术进行控制和保护，对电机的过载、过流、欠压、缺相等进行保护。

提升系统设置工作钢丝绳和安全钢丝绳两套系统，当工作钢丝绳发生断裂的情况时，安全钢丝绳通过安全锁制动保护吊篮不继续往下掉落。

在钢丝绳的顶端及塔顶吊点的位置，设置行程开关，当吊篮上升至最高位时，自动停机。

6 结语

随着我国桥梁建设的快速发展，对桥梁进行检测和维养的要求越来越高。本文提出的主塔检查车能够在主塔截面的限制下，沿塔柱上下运动。其技术特点包括：适应截面变化、过斜拉索区域、高强度轻质铝合金、全塔柱截面覆盖等。研究主塔检查车具有重要的实用价值和理论意义，不仅满足了沌口大桥日常检查维修需求，可促进其他斜拉桥、悬索桥主塔检查车的研制。