（机械电子工程专业论文）桁架式桥梁检测车关键技术研究.pdf

摘要 桥梁检测车是指装备有桥梁检测仪器和工作平台，用于桥梁流动检测和维修作业的 专用车辆，它一般由二类汽车底盘和专用上装工作装置组成。 检测桥梁是一项要求极其严格的工作，需要安全、精确、高效的专用检测设备。以 往高架桥及大中型桥梁下部的检查一般采取空中吊篮或搭建临时支架方式进行，危险性 极大，检查范围也极其有限，检查效率自然就非常低下。现代化的桥梁检测车可将检查 人员安全地送至梁板以下的任何部位，对支座位置、梁板混凝土强度、裂缝情况及外观 尺寸进行检查，为检测工作提供了一个近距离检查、测试和取样的工作平台，改变了传 统低效率的检测方式，使桥梁检测工作更为准确，方便、安全、高效。 我国桥梁建设的飞速发展举世瞩目，但是相关的大型桥梁检测设备发展还严重滞 后，国内目前所应用的桥梁检测车基本上都是进口欧美国家的产品，花费巨大；自主知 识产权的检测车辆在国内尚处于个别厂家样车的试制阶段，且价格不菲。我们项目组精 心研制开发了桁架式桥梁检测车的整套制造技术，本文主要对整车设计的关键性技术进 行研究，解决了整车稳定性的技术难题，优化了液压系统设计，运用p l c 作为整车的 控制器，提升了整车控制系统的水平，力争以优良的性价比的国产检测车替代进口产品， 更好的为我国交通事业的大发展做出贡献! 关键词：桥梁检测车、关键技术、桁架式 a b s t r a c t t h eb r i d g e i n s p e c t i n g v e h i c l ei sas p e c i a lu s ev e h i c l et h a ti se q u i p p e dw i t hb r i d g e i n s p e c t i n ga p p a r a t u sa n d w o r k b e n c h i ti sm o s t l yu s e di nb r i d g em o b i l ei n s p e c t i n ga n db r i d g e m a i n t a i n i n gw o r k t h es p e c i a lv e h i c l ei sm a d eu po f t h eu n i v e r s a la u t oc h a s s i sa n dt o pe x p e r t w o r k i n g s e t s b r i d g ei n s p e c t i n gi sr e q u i r e dv e r ys t r i c t l y ，t h ei n s p e c t i n gs e t s n e e dt ob es a f e ， p r e c i s e ，h i g l le f f e c t t r a d i t i o n a lb r i d g ei n s p e c t i n gw a y i st ou s en a c e l l eo rt os e t u pt e m p o r a r y f a l s ew o r k i ti sv e r yd a n g e r o u st od os o ，i n s p e c t i n gr a n g ei sv e r yl i m i t e d ，a n dl e a dt ol o w i n s p e c t i n ge f f i c i e n c y m o d e mi n s p e c t i n gv e h i c l ec a l ls a f e l yt a k et h ew o r k e r st op l a c ea t d i s c r e t i o nu n d e rt h eb r i d g e ，i n s p e c t i n ga b u t m e n t ，g i r d e rb o a r dc o n c r e t ei n t e n s i t y , c r a c kc i r c s a n da p p e a r a n c ed i m e n s i o n ，a l s oc a no f f e rt h ef i a tr o o ff o rac l o s ed i s t a n c ei n s p e c t i n g , t e s t i n g a n ds a m p l i n g ，m o d e mi n s p e c t i n gv e h i c l ec a l lc h a n g et h et r a d i t i o n a ll o we f f i c i e n c yi n s p e c t i n g w a y , i m p r o v ei n s p e c t i n gs p e e da n dm a k e t h ew o r k m o r ep r e c i s e ，m o r ef a c i l i t ya n dm o r es a f e c h i n ab r i d g ec o n s t r u c t i o na tv e r yf a s ts p e e di sf o c u s e da t t e n t i o nu p o na l lo v e rt h ew o r l d , b u tc o r r e l a t i v eb r i d g ei n s p e c t i n ge q u i p m e n tl a gb e h i n d ，m o s to ft h e s ev e h i c l e st h a tw e r eb e i n g u s e di nc h i n aa r ei m p o r tf r o mf o r e i g nc o u n t r y , c o s ti sh u g e ；t h ev e h i c l ew i t l ld o m e s t i c k n o w l e d g ep r o p e r t yr i g h tn o w i st r i a l m a n u f a c t u r e db yo n eo rt w ow o r k s ，a n dt h ep r i c eo fi ti s v e r yc o s t l i n e s s ，s t a b i l i t yp r o b l e m s ow et r yt h eb e s tt od e v e l o pt h ec o m p l e t em a n u f a c t u r e t e c h n o l o g y , s o l v e dm o s tk e yt e c h n o l o g y ，s t a b i l i t yp r o b l e mi sp e r f e c ts o l v e d ，h y d r a u l i c s y s t e mi so p t i m i z e d ，p l ci su s e dt ob ea st h ec o n t r o l l e r ，t h ec o n t r o ls y s t e ml e v e l i s a d v a n c e d w ew i l lt r yt ou s eb e t t e rp e r f o r m a n c ep r o d u c t st os u b s t i t u t ef o ri m p o ap r o d u c t s ， a n dc o n t r i b u t et od e v e l o p m e n to fc h i n e s et r a f f i c k e yw o r d s ：b r i d g ei n s p e c t i n gv e h i d e ；k e yt e c h n o l o g y ；t r u s ss t y l es t r u c t u r e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其 他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 筘一嵋 论文知识产权权属声明 眇 年石月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离 校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍 然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：揭一邪 导师签名： 日 日 欠 f 月 月 年 年 7 r 、 7 7 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 桥梁检测车研究的理论意义和应用价值 桥梁检测车( b r i d g ei n s p e c t i n gv e h i c l e ) 是指装备有桥梁检测仪器和工作台，用于 流动检测和维修作业的专用汽车。它由二类汽车底盘和上部专用工作装置组成【l 】。 桥梁建设是国家重要的基础建设之一，桥梁工程是关系社会和经济协调发展的生命 线工程。桥梁建设的快速发展，巨大的资金投入，在经济社会中的显赫作用，使得人们 对桥梁的安全性、耐久性越来越重视。与此同时，我国的桥梁面临着与国际上众多国家 的桥梁同样的问题，那就是有一大批桥梁已进入“老龄 阶段，一些桥梁早已出现各种 “病害 ，却常年带“病运营，潜伏着巨大的安全隐患。此外，因当初的设计荷载标 准与当今的实际荷载条件已不相称而带来的结构安全的检测评估问题；很多桥梁承载能 力不足、桥面宽度不符合当前的行车要求。不及时消除桥梁建设、运行中的安全隐患， 势必造成经济和人员的巨大损失，而不合理的、过早的改造又是一项巨大的经济负担， 将耗费大量资金，并引发交通中断等许多社会问题。超期超载使用的各种危桥、旧桥不 在少数，车毁人亡的桥梁坍塌事故时有发生。为提高桥梁管理水平，必须重视桥梁检测， 了解桥梁检测的工作程序、检测项目及检测方法，为了更准确判断桥梁实际工作状况， 为桥梁加固或大修提供依据，在桥梁外观病害检查的基础上，则有必要进行深一步的桥 梁结构材料的检测和荷载试验。桥梁试验检测为养护管理提供了直接的数据和依据，其 工作涉及面广，技术复杂，难度较高，采用先进的检测设备则可大大提高检测的精度和 工作效率【2 一。 目前我国桥梁检测存在的主要问题表现在： ( 一) 手段落后、机动性差 对于跨线桥等旱地上桥梁，目前的检测方法多采用在桥梁的下方搭架，然后人员在 架上工作的方式进行，对于跨河桥则采用船上搭架的方式进行，部分过高的桥梁或船只 没法靠近的桥梁基本上找不到好办法来解决检测检查问题。 ( 二) 成本高、耗时长 由于需要搭设脚手架才能完成检查工作，需要的人工也多。我国前期投入的检测费 用有8 0 是用在支架的搭设和船只的租用上。从支架的搭设到可以使用，需要的时间太 长，影响的检测的进度。 第一章绪论 ( 三) 交通影响大 以搭设支架或船上搭架的方式对桥梁进行检测，势必对桥梁的通行孔或通航孔进行 交通封闭，由于作业时间较长，容易造成交通堵塞，对道路交通造成不必要的影响。 ( 四) 安全度较小 工作人员站在支架上或者船上进行工作，一不小心很容易造成人身伤亡的事故。 ( 五) 检测范围小 由于受到桥梁的具体环境和搭设支架的限制，现有的办法很难对桥梁的每一部分进 行检测，只能选择有代表性的部分进行检查，这样也就使降低了我们对桥梁使用状况的 掌握，如果设备陈旧、手段落后自然无法反映桥梁的全部现状，影响了对桥梁的质量评 估。 检测桥梁是一项要求极其严格的工作，需要安全、精确、高效的专用检测设备( 如 桥梁检测车) ，要为操作者在检测每一组成部分时提供安全保障。以往高架桥及大中桥 梁板下的检查一般采取空中吊篮或搭建临时支架方式进行，危险性极大，检查范围也极 其有限。现代化的桥梁检测车可将检查人员安全地送至梁板以下的任何部位，对支座位 置、梁板混凝土强度、裂缝情况及外观尺寸进行检查，为检测工作提供了一个近距离检 查、测试和取样的工作平台，改变了过去用绳索吊人到桥下进行检测的方式，使得检测 进展速度更快，检测更为准确，既方便又安全。目前国内已有武汉、广州、南昌、福州、 夏门、南京、深圳、济南等均已购买了桥梁检测车对已建成桥梁进行检查。 如果不采用桥梁检测车，检测一座特大桥要花1 5 天，检测费用达2 0 万元，甚至还 需要暂时封闭部分通道或航道。而应用桥梁检测车检测一座特大桥仅需一至二天时间， 检测效率及管理水平大幅提高。 桥梁检测车具有效率高、可靠性高、稳定性好、灵敏度高及安全性好等特点。它能 让检测者快速、安全地检测桥梁的每一部分，包括桥上、桥下、桥暾等任何位置，能让 用户在最短的时间内完成工作，对公共交通的影响也减至最小，具有支架搭设无法相比 的优点，可以对大桥下面结构进行全面的检和维护。包括对大桥主梁底部裂纹检测和全 桥支座检查养护，也可以安装和维护桥下管道和电缆。 桥梁检测车的优点具有： ( 一) 交通影响最小 桥梁检测车均可在无须装设液压支腿和车外配重的情况下平稳、安全、可靠地操作。 操作时只占用一个车道，对桥下的净空影响也比较小，这样就对交通的影响能减至最小。 2 长安大学硕士学位论文 ( 二) 效率高、机动性好 检测途中还可慢速移动底盘车而无须先将整套设备收回，可大大提高工作效率。桥 梁检测车可对桥梁底部、侧面及桥墩处进行仔细检查，增大了检测范围。 ( 三) 工作平稳安全 桥梁检测车不论在任何位置，都能确保平稳工作，确保了工作人员的安全。 检测车的应用，可以使我国的桥梁检测有了更高的准确度，大大提高桥梁检测能力， 有效地实行桥梁动态数据管理，建立规范的桥梁检查工作制度，根据道路等级制定检测 计划，定期对桥梁进行检查，发现问题及时处理并将检测数据结果存入数据库，以随时 掌握桥梁实际工作状况。对所有计划大修工程的桥梁，在制定大修方案前必须进行桥梁 结构检测，根据检测数据结果科学编制大修方案，避免盲目性。 近年来我国的公路和桥梁建设保持了持续发展的良好态势，至2 0 0 2 年底，全国公 路桥梁达2 9 9 万座，累计里程1 1 6 2 2 千米。由于“十五 期间及至少未来1 0 年内我国 公路及桥梁建设仍将保持较快的发展速度，公路桥梁的数量和里程也在迅速增加，公路 和桥梁设施的检测与维护已成为当务之急。桥梁检测车作为能够满足桥梁检测与公路维 护的专业设备，在快速发展的高速公路建设及桥梁检测中正以绝对的优势成为市场新 宠，备受商家的欢迎，具有十分广阔的市场前景。 1 2 桥梁检测车主要结构形式及国内外发展状况 桥梁检测车最早出现在欧美，现在的装备技术已经很先进，均采用电子液压控制， 并配黄有应急装置、稳定装置、遥控装置和发电设备；桥梁检测车的其上装工作装置有 折叠臂式和桁架式两种结构形式。我国国内目前进口的产品主要有美国r e a c h a l l 公 司生产的l i b 系列桥梁检测车，意大利b a r i n 公司的a b c 系列桁架式桥梁检测车以及 德国m o o g 公司m b i 系列桥梁检测车。 按照结构，桥梁检测车主要分为折叠式和桁架式两种类型； 折叠臂式桥梁检测车( 见图1 1 ，图1 2 ) 。采用吊篮式工作台，受桥梁结构制约少， 工作灵活，既可检测桥下也可升起检测桥梁上部结构；其基本结构充分体现了折叠臂式 随车起重运输车、高空作业车的特点。美国r e a c h a l l 公司生产的u b 系列折叠臂式 桥梁检测车，桥下吊篮最大水平伸长1 3 2 1 8 6m ，最大下桥深度1 5 8 - 2 1 3m ，最大 承载质量2 7 2k g ，吊篮向上最大举升高度( 距离桥面) 1 0 7 1 4 4m ；奥地利p a l f i n g e r 3 第一章绪论 公司生产的p a l 9 0 0 0 型折叠臂式桥梁检测车，桥下吊篮最大水平伸长1 6 2m ，最大下桥 深度1 4m ，最大承载质量2 8 0k g ，吊篮向上最大举升高度( 距离桥面) 2 4 5m 。【6 j 图1 1 折叠臂式桥梁检测车行车外形图 图1 2 折叠臂式桥梁检测车工作状态图 折叠臂式检测车属于最早出现的专用桥梁车辆，其工作原理类似于我们常见的臂式 高空作业车，由于结构方面的制约，其展开工作时的整车稳定性远不如桁架式桥梁检测 车，加之负载太小，只适合于单人或双人作业，应用范围较小，已经逐渐的淡出主流桥 梁检测车的市场。 4 长安大学硕士学位论文 r 簿 t 卢 弯驾翮霉簿辫 图1 3 桁架式桥粱检测车行车状态外形图 r t 、1 r 1 f 1 f 1 r t r ，：。； i l 4 4 _ l 革i 尘建b l ：型型j 叫 图1 4 桁架式桥梁检涮车工作状态外形图 桁架式桥梁榆测车( 图1 3 ，图1 4 所示) ，采用通道式工作平台，稳定性好，承载 能力大，使用时检测人员能方便地从桥面进入平台或返回桥面，如配置升降机则可大大 增加下桥深度。意丈利b a r n 公司自2 0 世纪6 0 年代便开始生产桥梁检测车，其a b c 系列桁架式桥梁检测车工作平台长55 2 0m 最大下桥深度7 3 m ；德国m o o g 公司 自2 0 世纪8 0 年代开始生产桥梁检测车，其m b i 系列桁架式桥梁检测车工作平台长度 6 2 1r l l ，最大下桥深度9m ，且工作平台能从桥梁两侧f 桥：美国h y d r a v e h i c l e 专 用汽车公司生产的桁架式桥梁检测车有自行式和拖挂式，工作平台长度分别为1 3 1 85 一 鞫 簦一 0k静骤*型廿苴异辨 第一章绪论 m 和9 8 1 0 7m ，配有声音通讯系统、自动推进系统、辅助支援系统、获专利的塔式 分离系统，5 分钟可将平台架设完毕。目前国外的桥梁检测车还主要依靠人工检测桥梁 病害，检测效率和可靠性还有待于提高，而且国外产品价格昂贵，每辆车售价4 0 0 万人 民币以上。 在我国，桥梁检测车基本上处于研发初级阶段。2 0 世纪9 0 年代中期，由徐工集团 液压气动机械公司、西安公路交通大学与河南省公路局联合研制的z j s l 4 0 j q j l 0 型折叠 臂式桥梁检测车，吸收和借鉴了国外先进技术，工作平台额定载质量2 5 0k g ，桥下水平 作业范围0 1 0m ，桥下垂直作业范围1 1 2m ，桥上垂直作业范围o 8m 。采用 e q l1 4 1 g 型载货汽车底盘。2 0 0 2 年徐工集团随车起重机有限公司又开发出q j l 2 型自 行式桥梁检测车。它可自行将作业人员和检测设备从桥面送至桥下纵深处，在桥面下扇 形工作区内，对桥梁进行病害检查和维修。它还可做高空作业车使用，整车性能有了很 大的提高。 近年来我国公路及桥梁建设保持了持续发展的良好态势。据2 0 0 3 年上半年交通部 发布的2 0 0 2 年公路水路交通行业发展统计公报，2 0 0 2 年底，全国公路总里程达到 1 7 6 5 万k m ，比2 0 0 1 年增加6 7 万l ( 1 i i ；全国等级公路里程1 3 8 2 9 万k m ，占公路总里 程的7 8 3 ；高速公路2 万5 1 3 0 k m ( 2 0 0 2 年新增5 6 9 3k m ，是历史上增加最多的一年) ， 一、二、三、四级公路及等外路分别为2 万7 4 6 8k i n 、1 9 万7 1 4 3k m 、3 1 万1 4 ik m 、8 1 万80 4 4k m 及3 8 万2 2 9 6k m 。2 0 0 2 年底，全国公路桥梁达2 9 9 万座、l1 6 1 2 万延米， 比2 0 0 1 年末增加1 5 万座、9 6 2 万延米；全国公路隧道达19 7 2 处、8 3 5 万延米，比 2 0 0 1 年末增加1 9 0 处、1 3 1 万延米。2 0 0 2 年底，全国公路养护里程已达1 6 6 1 万l 【i n ， 占公路总里程的9 4 1 ，比2 0 0 1 年末增长3 9 ；全国公路绿化里程已达9 4 0 万l ( 1 l i ， 占公路总里程的5 3 2 ，比2 0 0 1 年末增长0 2 。有专家认为，由于“十五 期间及至 少未来1 0 年内我国公路及桥梁建设仍将保持较快的发展速度，所以预计我国今后包括 桥梁维修机械( 如大型桥梁检测车) ，公路检测设备( 如路况路面检测车等) ，冬季 养护机械( 如适合国情的除雪除冰车、湿式撒布融雪车、干式药剂撒布车等) ，路面维 修机械( 如沥青路面多功能养护车、沥青稀浆封层车、就地热再生修路车等) ，路容机 械( 如路况巡视检测车、划线车、护栏标志清洗车等) 以及绿化养护机械( 如多功能洒 水车等) ，交通设施维修机械( 如高空作业车等) ，故障救援机械( 如清障车等) 等在 内的道路养护机械( 车) 将具有十分广阔的市场。道路养护车辆普遍拥有较高的技术含 6 长安人学硕士学位论文 量，不少车种在我国还不具备可靠生产的条件，因而对进口车型仍将保持较大的依赖性。 因此，自主开发我国的桥梁检测车有其非常重要的工程实用价值。 1 3 本文的主要研究内容 通过对当今国内、外各种类型的桥梁检测车进行全面的调研后，结合我国桥梁建设 的实际情况和工业水平，本课题组与山东省桥梁检测中心联合开发高性能的桁架式检测 车，该车既要充分吸收国外的先进经验，又要在结构上和检测车自动化方面有创新和提 高。本文主要对检测车开发过程中的关键技术进行了研究，主要研究内容有： 整车结构设计与布置； 液压系统设计； 控制系统设计； 结构稳定性分析； 自动摄像系统的初步设计。 7 长安大学硕士学位论文 第二章桥梁检测车工作原理及主要性能参数 2 1 桁架式桥梁检测车工作原理 ， “、 ，7 、x 1 7x 翊 ： ， 7 |3 厂 、 | 。 圆口忒 8卜 0 一 、 0 席一尸薷。一一 了 i q，一 l|阿t l繁j 矽夕一s 乏ll 一一、 i _ | | | 。7 仰ii g lt0 夕 3 5 np 5 。矗。，。 l 底盘2 电控系统3 主桁架4 平衡重5 液压系统6 稳定轮7 转塔8 工作平台 图2 1h q l - 1 4 0 a 桁架式桥梁检测车总图 整车结构如图2 1 所示，主要由底盘车、上部工作装置、液压系统、电控系统四部 分组成；底盘车可采用成熟的通用汽车底盘，根据整车的布置作适当的改动；工作装置 采用桁架结构，刚度强度要求比较高，整体加工难度比较高；液压系统主要元器件采用 进口器件；电控系统用于整车的动作控制和运动位置的检测。 2 1 1 整车稳定性 作为一种特种车辆，工作装置要伸出车外要做伸缩翻转动作，因此整车的平衡性要 求很高，确保在任何情况下都不允许发生整车的倾斜侧翻等危险状况。 在工作装置展开以前，首先确保车辆处于怠速静止状态，桥面基本平整，坡度不宜 超过3 ，桥面风速不超过1 0 n 1 s ，确保手刹工作，液压系统带载后，通过油缸推动平衡 重4 ，以达到保持工作状态时整车的平衡，同时在工作装置的一侧伸出两个硬质的自行 支撑轮6 ，以避免轮胎的弹性变形对工作装置的干扰。支撑轮的中心位置，就是整个装 置展开后的平衡中心。 9 第二章桥梁检测车l 作原理及主要性能参数 2 1 2 工作装置的展开 通过车载发动机的驱动液压系统按照操作者的指令，按照设定的控制顺序，在液 压缸及液压马达等动力驱动元件的作用下，首先转塔侧翻9 0 。、然后旋转转塔9 0 。、 桁架垂直下降、展开工作平台、工作平台旋转至桥下、到达工作面，最后通过平台伸出， 整个工作装置的展开时间有一定的要求，在捡澳4 参数正常的情况下自动完成所有的动作 ( 参见图2 2 ，图2 3 ) 。 图2 2 检测车完全艟开状志示意图 图2 3 检测车实际工作示意圈 工作装置回收时，按照展开相反的动作顺序进行。 长安大学硕士学位论文 2 2 整车结构参数的确定 桥梁检测车作为一种通用大型检测设备，评价其性能优越的参数很多，但是工作平 台的长度是反映其性能的一个主要参数，工作平台越长，检测工作时的作业范围就越大， 检测的效率自然就越高。但是工作平台长度越长，整车的自重就越大，制造成本剧增； 以意大利b a r i n 公司的同类产品为例( 表2 1 所示) ，平台长度1 4 米时整车自重1 8 吨， 平台长度1 6 米时自重就达到3 2 吨；因此选用一个合理的平台长度对整个产品的开发至 关重要。 表2 1 意大利b a r i n 公司产品性能表 性能参数型号 a b c l 4 0 la b c l 6 0 l s p l a t f o 跚l e n g t h ( 平台长度)1 4 o r *1 6 0m p l a t f o r mw i d t h ( 平台宽度)1 3ml - 3 皿 m a x p a y l o a do fp l a t f o r m ( 平台最大负载)6 0 0k g5 0 0k g m a x p a y l o a do ft e l e s c o p i cp l a t f 0 跚 ( 平台端部最大负载) 3 0 0k g2 0 0k g r o t a t i o nr a n g eu n d e r b r i g e ( 平台旋转角度)1 8 0 。1 8 0 。 m a x l o w e r i n gd e p t h ( 最大下降尺寸)8 0m9 m m a x o v e r b r i d g i n 6o fs i d e w a l k ( 人行道跨越宽度)2 1m 4 6 5m s p a c er e q u i r e do nb r i d g e ( t 作是占用桥面宽度)2 5m2 5m t o t a lw e i g h t o fu n i t ( 整车总重)1 8 ，0 0 0k g3 2 ，0 0 0k g 我国的高等级公路桥梁基本上为双向四车道或六车道，整体宽度一般为2 5 - 3 2 m ， 桥梁检测车一般用于半幅桥面检测，采用1 4 m 的工作平台，足以满足绝大多数的检测工 作，同时可以有效地简化整车结构，降低整车重量，节约制造成本，保证整车外形尺寸 符合我国的专用汽车设计规范3 0 3 3 2 1 3 5 1 3 刀。 结合国内实际情况，参照国外同类型车，提出h q l - 1 4 0 a 桥梁检测车主要性能参数 ( 表2 2 所示) ，作为开发设计目标。 表2 2 主要性能参数表 工作平台长度1 4 m 工作平台宽度 1 3 m 工作平台有效载荷 6 0 0k g 第二章桥梁检测车工作原理及主要性能参数 平台端部集中载荷 3 0 0k g 平台最大下降尺寸 8m 工作装置展开时间 6m i n 平台桥下摆动角度 1 8 0 。 外形尺寸 1 0 4 1 4 r a m 2 4 8 0 m 4 1 2 7 m ( 长宽高) 人行道跨越宽度 2 1 m 整车总重1 8 ，0 0 0k g 2 2 二类底盘车的选型 按照目前国内大吨位载货车的发展状况，综合各种因素，我们课题组最后决定选用 陕西重型汽车有限公司生产的奥龙系列的s x l 2 5 4 u m 5 0 4 底盘作为整车的基础；奥龙系 列车型是陕汽集团在斯太尔汽车制造技术的基础上新近开发的车型，性能优越，其具体 参数见表2 3 。 表2 3s x l 2 5 4 u m 5 0 4 底盘车主要性能参数表 面 圭型 s x l2 5 4 u m 5 0 4 长宽高 1 0 2 4 0 x 2 4 8 0 3 1 7 0 尺寸 轴距 5 0 0 0 + 1 3 5 0 参数前后悬 1 5 7 6 2 31 4 ( r a m ) 轮距 1 9 3 9 1 8 0 0 车架有效长度 8 0 3 4 总质量( k g ) 2 5 ，0 0 0 质量整备质量( k g ) 9 4 7 0 参数 空载轴前轴 4 2 3 0 ( k g ) 荷分布后桥 5 2 4 0 最高车速( k m h ) 9 2 最大爬坡度 3 0 性能 最小转弯半径 2 4 参数 接近角离去角( 。) 1 8 1 6 1 2 长安大学硕士学位论文 2 3 项目创新点 为了快速、便捷的对桥梁外观实行检测，智能、精确的识别出桥梁病害的特征参数， 在参考国外车辆的基础上，增加配备了自动扫描的高分辨率摄像头，通过检测数据采集 软件和数据检索软件，实现整个检测工作的自动化和智能化，效率很高，为国内外首创； 具体内容详见第六章( 自动摄像系统的初步设计) 。 为了进一步提高检测车的使用范围，针对高等级公路和普通公路桥梁的不同特点， 我们将人行道跨度参数从结构上设计为伸缩可调式，变化幅度为1 4 m 2 1 m ，进一步 扩大了该车的实际应用范围。 1 3 长安大学硕士学位论文 第三章液压系统 液压系统是桥梁检测车全部工作装置的动力源。它包括是桁架机构展开与回收，支 撑轮的升降与驱动，动平衡重的展开与收回等。为了保证桥梁检测车安全可靠的正常工 作，本文对整车的液压系统进行了精心的设计，力求设计简洁可靠，操作简单。 3 1 液压系统原理图 图3 1 液压系统原理图 1 5 第三章液压系统 液压系统技术参数见表3 1 ： 表3 1 液压系统技术参数表 系统工作压力 p n = 1 9 m p a 系统最高压力p 嗍= 2 6 m p a 主泵公称排量 q = 2 6 m l r 油泵公称转速 n = 1 5 0 0 r p m 油泵1 5 0 0 r p m 时流量 q = 4 0 l r a i n 油泵1 5 0 0 r p m 时拖动功率 n = 2 6 k w 液压系统采用低压系统，在满足动作要求的前提下，尽量降低制造成本，主泵采甩 进口的齿轮泵，工作压力1 9 m p a ，最高压力可达2 6 m p a 。检测车基本上是顺序动作，工 作装置的速度要求很低，每一步动作要求与其他的动作互锁， 3 2 液压系统驱动 液压系统设置两组动力源。一组是通过汽车变速箱驱动主齿轮泵取力。另一组为备 用动力源；主齿轮泵通过直接安装在汽车变速箱后部的q h 5 0 取力器上驱动，该取力器为 后置取力器，安装在富勒变速器后部加长中间轴上，动力由取力器空心轴从变速器加长 中问轴取出，经啮合齿套传给输入齿轮，再经过输出齿轮轴、输出法兰盘将动力输出。 表3 2 取力器性能参数表 取力器型号结构形式输出旋向 速比 安装位置适用变速器 q h 5 0 a 两轴，单向气操纵与发动机旋向相同 o 8 1 8 右下角富勒系列 该取力器输出扭矩5 0 0 n m ，为单向气操纵，输入齿轮和啮合套的结合齿均为倒锥齿， 可以起到防止脱档的作用。另外，在空心轴上装有支承弹簧总成，可以使拨叉在弹簧张 力下保持在啮合套叉槽的中间位置，与两边不接触，减少了摩擦，同时可以在挂档和摘 档时起到助力作用；选型时保证油泵的额定输入扭矩及旋向与取力器输出一致；取力器 通过驾驶室内的气动开关控制其动力输出，根据不同的档位选择，可以调整油泵的转速； 备用动力源，一般只在汽车底盘有故障时使用。它是通过直流电动机带动辅助泵来 提供的，其电力源来自汽车大容量的蓄电池( 2 4 v ，2 7 0 a h ) 。 1 6 长安人学硕士学位论文 3 3 液压系统组成 桥梁检测车的作业装置为全液压传动控制，液压系统( 见图3 1 ) 的结构主要由两 个齿轮泵、两个柱塞液压马达+ 布特维尼减速机、两个叶片马达、两套手电一体多路组 合阀、1 2 个h g s 液压缸、管路系统及其他液压附件组成。 齿轮泵用于提供系统的液压能。 柱塞马达+ 布特维尼减速机用于驱动整车在工作时的前后低速行驶。 叶片马达分别用于驱动平台伸缩和旋转，运行平稳，传动精度可靠。 液在液压系统分别设置了换向阀和溢流阀。换向阀主要是主要用来改变液压油的方 向；溢流阀主要是用于当系统压力急剧上升或做操作失当时，使压力油直接回油箱，系 统压力降为零，使工作装置停止工作。 为保证液压缸工作时具有稳定的速度、锁紧性，为了保证工作的可靠和安全，在液 压缸上设有单( 双) 向平衡阀及双向液压锁，对执行液压缸进行位置锁定，同时以防止 因意外事故造成工作机构下落发生危险。 为保证系统液压油的清洁度。在系统中设置了进回油过滤器。当过滤器堵塞时，则 电气控制系统中的蜂鸣器报警，此时应该停止作业，清洗过滤器中的滤芯或者更换滤芯。 液压系统根据操作位置，主要分为桥面控制箱回路和工作平台控制盒回路，分别由 两组多路换向阀控制操作。桥面控制箱回路主要用于实现整个工作装置在桥面上的展 开，包括平衡重推出、主桁架整体翻转9 0 。、主桁架旋转9 0 。、工作平台展开、工作 平台下降、工作平台旋转、工作平台伸缩；桥面控制箱的液压操作以手动为主。 工作平台控制盒回路主要用于工作装置展开后，对工作平台的操作；主要动作是工 作平台的旋转、主桁架的升降、工作平台的旋转；工作平台控制的液压操作以电动按钮 开关来控制相关的动作。 桥面控制回路和工作平台控制回路通过电磁阀的逻辑关系实现互锁，通过电控系统 实现工作平台控制优先，避免在工作装置展开时有任何误操作的可能性。 两个回路通过手电一体的多路阀进行控制，既可以手控操作也可以电控操作，在工 作平台、车上、桥面实现3 点互锁控制：多路阀选用负载敏感式，应用于几个负载压力 不同的执行元件同时工作1c 3 8 c 3 9 。 1 7 第三章液压系统 3 4 液压系统主要元器件选型 表3 3 液压系统主要元器件选型表 名称型号生产厂家 液压泵 a p 2 0 0 2 6 d2 1 8 意大利b u c h e r 公司 辅助液压泵 a p 2 0 0 1 ld 2 1 8意大利b u c h e r 公司 液压马达g 3f 1 01 1u 帅m 0 51 1 0意大利s a i 公司 行走马达 l l h p a l1 0 8 0 g 0 0 8 4意大利s a u e r 公司 行走马达减速机回转r p r 系列意大利b r e v i n i 公司 液压缸h s g 系列长江液压件厂 液压阀l u 8 s s k b 加m 2 2意大利b u c h e r 公司 液压附件 德国h y d a c 公司 7 5 6 0 4 , 5 3 0 5 圆 一 瑚 ，阍 一 图 形多。 ， 一团 ：杉。二周 么彩乡，乏二二 咽 ，_ 焉 簪钐：= 一 匕 7 5 6 d 4 5 3 o t 5 l| ln 苴1 0 0 0 f m 扩 i 圈 ，i 飓 p 。曰 膨乡二月 么够乡乡乏夕 1 曼冒 高 簦爹 二一一 c 幽 05 01 0 01 5 02 0 0p 脚r 05 01 0 0 1 5 02 0 0 p b a r | i 囡 in 1 5 0 0 i m h 。) l 心 夕 凹 r ：a ；，夕 瑚 丽 az 夕 。l 。圃 么钐乏二二罗 丝髟 ：= 二_ 一 _ _ _ _ 一 l 剑 1 5 d 1 2 0 覆o 6 0 3 d ii 团一捌 in - 2 0 0 0 i r o n 。 i i 囹 ，i 回 - 回 彩乡f(月 么乡，乡多 1 垒i i z 与 簦爹 二 凹 05 0 l 1 , 5 02 0 0 p 甜 0 5 01 0 01 5 02 0 0p 嘲 图3 2 主泵压力功率扭矩曲线 岜z e n ) ： ；占z 长安大学硕士学位论文 撩 图3 3 主泵外形图图3 4 多路阀外形图 35 液压系统设计计算 液压系统原理见图3l 。液压系统由一个齿轮液压泵，个备用齿轮泵，四个液压 马达，1 1 个液压缸，若干液压阀及管路组成：主泵及马达采用意大利b u c h e r 公司的优 质产品，液压阀及液压附件选用进口器件，液压缸采用国内著名合资品牌。 为了提高性价比，在满足功能的前提下，液压系统采用低压系统参照样机设定 系统工作压力为1 9 m p a 。 3 5 1 油缸选型计算 检删车的主要动作依靠液压系统控制油缸完成工作装置的展丌等作业功能，凼此油 缸的设计和选型对整个作业系统的可靠性和安全性非常重要； 油缸启动压力一般为03 m p a ，缸径和推力对应关系如下表i 2 4 3 8 j 0 9 1 表3 4 油缸缸径一推力关系表 油缸缸径6 3m8 0m 1 0 0 1 5 m p a 推力( 公斤) 1 2 m p a 推力( 公斤) i o m p a 推力( 公斤) 15 m p a 拉力( 公斤) 5 6 5 28 8 3 l 1 2 m p a 拉力( 公斤)4 5 2 27 0 6 51 1 3 2 8 i o m p a 拉力( 公斤) 1 ) 、平衡重油缸：平衡重的重量为1 2 7 5 公斤，摩擦系数选o3 ，油缸的推力要求大于 第三章液压系统 1 2 7 5 0 3 = 3 8 2 5 公斤，样机用油缸为由6 3 ，符合使用条件，所以选用巾6 3 油缸。 2 ) 、支撑轮落地油缸：底盘车总重为9 4 7 0 公斤，后桥为5 2 4 0 公斤，稳定器在垂直方向 需要承担的力为5 2 4 0 2 = 2 6 2 0 公斤，一个稳定器在垂直方向需要承担的力为2 6 2 0 - - 2 = 1 3 1 0 公斤。油缸需要产生的力为：1 3 1 0 - - c o s 4 6 0 = t 8 8 6 公斤根据结构需要，选 用由8 0 油缸。 3 ) 、转塔侧翻油缸：转塔及以上部分产生的力矩： 9 8 ( 1 5 4 1 0 6 1 5 + 2 1 6 5 0 6 1 5 + 9 3 0 x1 6 6 ) = 3 7 4 6 5 n m ： 对应的一个油缸的力为3 7 4 6 5 ( 2 9 8 0 3 4 5 ) = 5 5 4 0 公斤； 4 ) 、转塔旋转油缸：转塔及以上部分重量为4 7 1 6 公斤，回转支承摩擦系数为0 0 0 6 ， 根据结构需要及参考样机，选用两个直径为巾1 2 5 油缸。 5 ) 、工作平台展开油缸：工作平台重力产生的力矩为：9 3 0 9 8 5 8 4 5 = 5 3 2 7 1 3 3 n m 对应的一个油缸的力为5 3 2 7 1 3 3 ( 2 9 8 o 8 ) = 3 3 9 7 公斤，根据结构需要及参考 样机，选用由8 0 油缸。 6 ) 、主桁架下降油缸：主桁架的重量为9 5 0 公斤，样机用油缸为巾8 0 ，符合使用条件， 选用巾8 0 油缸。该油缸行程5 5 0 0 m m ，属于非标的细长油缸，加工难度比较大。 其他计算见表3 5 ： 表3 5 油缸计算表 主桁架升降油缸行程m i l l 5 5 0 0 主桁架升降油缸大径i n l l 8 0 主桁架升降油缸小径n l n l 4 5 主桁架升降油缸数量 2 完全下降到位所需时间s 1 1 3 5 5 5 完全上升到位所需时间s7 7 6 2 5 2 工作装置举升油缸行程r a i n 6 0 0 工作装置举升油缸大径i i i l t i 8 0 工作装置举升油缸小径i t i i t l 4 5 工作装置举升油缸数量 2 完全上升到位所需时间s 1 2 3 8 7 8 2 0 长安大学硕士学位论文 完全下降剑位所需时间s 8 4 6 8 2 1 支撑轮升降油缸行程i i l m 5 0 0 支撑轮升降油缸大径m m 8 0 支撑轮升降油缸小径m m 4 5 支撑轮升降油缸数量 2 完全下降到位所需时间s 1 0 3 2 3 2 完全上升剑位所需时间s7 0 5 6 8 4 工作装置侧翻油缸行程m m 1 0 0 0 工作装置侧翻油缸大径h i m1 0 0 工作装置侧翻油缸小径m m 5 5 ： 作装置侧翻油缸数量 2 完全翻下到位所需时间s3 2 2 5 9 8 完全升起到位所需时间s 2 2 5 0 1 2 工作装置旋转油缸行程m m 6 0 0 t 作装置旋转油缸大径r a i n 1 2 5 工作装置旋转油缸小径i n t o 7 0 工作装置旋转油缸数量2 完全旋转到位所需时间s 3 0 2 4 3 6 完全反旋转到位所需时间s 2 0 7 5 9 2 工作装置展开油缸行程m m 5 0 0 工作装置展开油缸大径m m8 0 ：e 作装置展开油缸小径m m 4 5 工作装置展开油缸数量 2 完全展开到位所需时间s1 0 3 2 3 2 完全收回到位所需时间s 7 0 5 6 8 4 2 1 第三章液压系统 3 5 2 油泵选型计算 根据样机的油缸及需要，全部油缸的容积为： ( o 3 1 5 2 1 0 4 - 0 4 2x 5 x 2 + 0 5 2x1 0 x 2 + 0 6 1 2 5 2x 6 x 2 + 0 4 2x 8 x 2 + 0 4 2 5 5 x 2 ) = 1 0 1 2 8 升；油管容积大约为3 1 4 x 0 0 7 5 2x1 0 0 0 = 1 7 6 6 升。 工作装置展开时间为6 分钟，除去液压马达驱动的工作平台伸缩和工作平台旋转需 要1 分钟，油缸展开时间为5 分钟，所以理论油泵流量为：( 1 0 1 2 8 + 1 7 6 6 ) 5 = 2 3 8 升 分钟，公称转速为1 5 0 0 转，公称排量为1 5 9 毫升转。 对应主桁架下降油缸运行时间为3 1 4 x 2 0 4 5 5 5 x 2 2 3 8 - 2 3 分钟，时间太长，样 机用油泵流量为4 0 升分钟，较为合适。 所