CN104074134A - 一种桥梁索缆检测车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁索缆检测车，包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件；所述车架组件包括车架上部和车架下部；所述悬挂组件安装在所述车架上部上，所述悬挂组件包括悬挂轮、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件、悬挂轮支架和悬挂组件大梁，所述悬挂组件大梁与车架上部通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件连接；所述动力组件安装在所述车架下部，所述动力组件包括驱动轮、驱动电机、变频器和导向轮；所述悬挂轮和所述驱动轮分设于所述悬索的两侧。采用本发明，所述检测车结构简单、有良好的操纵性、省力安全、可实现微动、悬停及巡航。

Description

一种桥梁索缆检测车

技术领域

本发明涉及桥梁检测车领域，尤其涉及一种用于对高空斜拉桥的悬索进行检测的桥梁索缆检测车。

背景技术

斜拉桥是大跨度桥梁的主要样式，因其具有观赏性好、承载能力强、跨越能力大、抗风稳定性高等优点在世界范围内得到了广泛的应用。目前我国对斜拉桥的索缆的检测和维护主要有以下几种：

斜拉桥的索缆的检测和维护通过人工进行，即在斜拉桥的塔顶设置滑轮，通过卷扬机拉动钢丝绳从而提升载人及设备的吊篮。这种方法效率低下，安全性差，成本高。2002年8月12日，海印桥维修斜拉索时用来向上运送荧光漆的工具钢索断裂，击中一辆正在行驶的油罐车。

针对钢索提升吊篮的人工模式的成本高、安全性差等无法克服的缺点，国内有多家大学及研究机构进行了线缆检测车的研究开发，从已发表的文献来看，相关研究成果并未进入到商品化阶段投入实际使用中，例如：

专利CN 101538830A公开了一种桥梁索缆健康检测机器人，其结构如下：它包括桥梁索缆、从动小车、弹簧、连接板、连接杆、主动小车、齿形带轮、电机和减速器、导向杆。主动小车和从动小车车轮相对并通过连接装置连接，两车车轮夹紧桥梁索缆；主动小车通过导向装置牵引从动小车移动；控制装置设置在主动小车上。此方案中，主动小车的两个轮为驱动轮。同时，这两个驱动轮作为悬挂系统的一部分，连同从动小车、弹簧、连接板、连接杆、导向杆等组件一起组成悬挂系统，即驱动与悬挂组件联合。为实现该方案，必须通过弹簧、连接板、连接杆、导向杆将车架锁死在索缆上，以使得悬挂系统与索缆接触从而支撑车架。由于驱动与悬挂组件联合的机械结构，使得悬挂系统为了支撑车架而紧固在索缆上，当该机器人运动时，所需的动力除了必须抵消正常摩擦力及重力等影响的同时，还需要浪费消耗在悬挂系统与索缆的紧固力(即静摩擦力)上。而且，此方案中，悬挂系统为了支撑车架而紧固在索缆上。在电机未工作的情况下，小车有向下运动的趋势，悬挂系统的紧固力(静摩擦力)转化成沿索缆向上的阻力，重力与阻力在索缆方向上实现力的平衡，即小车在无电机作用力的情况下静止在索缆上。

文献《气动蠕动式缆索维护机器人的研制》(文章编号1002-0446(2000)05-0397-06机器人第22卷第5期2000年9月)公布了一种用于斜拉桥索缆的检测、清洗和涂装等维护作业的气动蠕动式索缆机器人，该机器人分上体和下体两部分，由气缸实现移动、加紧和导向功能。其结构如下：上体、下体、支撑机构、移动机构、小车、气阀、导向机构、夹紧机构。该机器人采用蠕动方式上升或下降。其上升过程动作节拍为：(1)下体夹紧缸夹紧；(2)上体夹紧缸松开；(3)移动气缸活塞杆伸出，上体上升；(4)上体夹紧缸夹紧；(5)下体夹紧缸松开；(6)移动气缸活塞杆缩回(缸体上升)，下体上升，如此重复，实现连续的蠕动爬升。

文献《新型索缆机器人爬升机构力学分析及试验》(文献编号：1671-7872(2008)02-0147-04安徽工业大学学报第25卷第2期2008年4月)提出了一种锥面自锁夹紧机构，爬升时利用机器人之中实施夹紧从而蠕动爬升。其结构如下：驱动电机、下板、主丝杆螺母副、上板、缆索、外锥套、内椎体、夹爪、导向杆、压下斜块、步进电机、预紧弹簧、复位弹簧、安全挡板。驱动电机通过主丝杆螺母副正、反转带动上、下办往复平移，夹爪一端和索缆接触利用机构重力产生初始摩擦力，另一端沿外锥套的内锥面滑动，当两端的摩擦系数选取适当时，夹爪就能随上、下板的运动产生相对索缆的夹紧、松开动作，实现夹紧蠕动爬升。

由上可知，现有的爬缆机构的运动方式主要有两种：摩擦轮滚动和夹紧蠕动形式运动。

其中，专利号CN 101538830A采用的摩擦轮滚动的方式。该方式结构简单，但是能耗较大。一般需携带较大的电机，驱动能力弱，无法携带更多的检测设备。摩擦轮形式结构相对简单，开发难度相对较小的优点。但摩擦轮的预紧力较难精确调整，多数情况下为了提高可靠性只能牺牲能耗比。

文献《气动蠕动式索缆维护机器人的研制》、《新型索缆机器人爬升机构力学分析及试验》都采用的是夹紧蠕动式爬升。对于截面尺寸突然变化、表面情况恶劣的索缆具有良好的适应性，但结构复杂，零部件多，运动速度慢，不适合长索缆的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种适用于悬索检测的桥梁索缆检测车，所述检测车结构简单、有良好的操纵性、省力安全、可实现微动、悬停及巡航。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种桥梁索缆检测车，用于检测桥梁的悬索，包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件；

所述车架组件包括车架上部和车架下部；

所述悬挂组件安装在所述车架上部上，所述悬挂组件包括悬挂轮、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件、悬挂轮支架和悬挂组件大梁，所述悬挂组件大梁与车架上部通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件连接；

所述动力组件安装在所述车架下部，所述动力组件包括驱动轮、驱动电机、变频器和导向轮，所述变频器驱动所述驱动电机；

所述悬挂轮和所述驱动轮分设于所述悬索的两侧。

作为上述方案的改进，所述桥梁索缆检测车通过所述缓冲气弹簧及支撑螺杆组件，使所述悬挂轮和所述驱动轮与所述悬索保持接触面。

作为上述方案的改进，所述悬挂组件大梁安装有一组或多组悬挂轮，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮组成。

作为上述方案的改进，所述悬挂组件大梁安装有偶数组悬挂轮。

作为上述方案的改进，所述每组悬挂轮呈V型排布。

作为上述方案的改进，所述驱动轮包括前驱动轮和后驱动轮，所述前驱动轮和后驱动轮沿着所述悬索的轴线方向排列设置；

所述前驱动轮和后驱动轮上均设有与所述悬索相适配的曲面。

作为上述方案的改进，所述动力组件还包括皮带和同步轮，所述变频器驱动所述驱动电机，通过所述皮带和所述同步轮带动所述前驱动轮和所述后驱动轮。

作为上述方案的改进，所述导向轮包括前导向轮组和后导向轮组，所述后导向轮组设有阻尼机构。

作为上述方案的改进，所述阻尼机构为后向电子制动机构。

作为上述方案的改进，所述车架上部与车架下部之间通过车架连接固定螺杆连接固定。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明桥梁索缆检测车对待检悬索进行检测时，先松开车架连接固定螺杆、将车架上部、车架下部分离开，把待检悬索嵌入车架上部、车架下部之中，然后通过车架连接固定螺杆将车架上部、车架下部组装在桥梁的悬索上，再通过调节缓冲气弹簧及支撑螺杆，使悬挂轮和驱动轮与悬索保持一定的接触面。本发明利用悬挂轮和导向轮，可实现将检测车悬挂在悬索上。电机启动后，驱动轮在驱动电机等组件的带动下，通过驱动轮的曲面与悬索摩擦，使小车获得运动的动力。

所述悬挂组件大梁安装有一组或多组呈V型排布的悬挂轮，悬挂轮安装在车架上部，并通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件与车架上部连接，而动力组件安装在所述车架下部，悬挂轮和驱动轮安装在待检悬索的两侧，实现悬挂-驱动分离。本发明通过“悬挂-驱动分离”的结构，使检测车于工作时具有以下优点：(1)省力：本发明的驱动功率为其它同行的样车的四分之一以下；(2)安全：当动力不足(动力少于重力)时，机器人爬升机构自动下滑，不会在机器发生故障时悬停在高处；(3)良好的操纵性：动力组件采用变频器控制驱动电机，可以保证重力-驱动力平衡，能真正实现微动与受控悬停，上升速度巡航锁定等功能；(4)灵活的组合性能：本发明可以根据作业的要求，改变悬挂轮组的配置组合，即可以以直线平移或绕索螺旋上升运动。

并且，本发明通过“悬挂-驱动分离”的结构，使动力组件的驱动轮在不加载时，悬挂轮及导向轮仍能保持车体的稳定。

进一步，动力组件的后导向轮组中设有阻尼机构，可以实现后向制动，解决因机障时无动力引起的下冲风险，并改善后退动作的操纵性能。

附图说明

图1是本发明一种桥梁索缆检测车的主视图；

图2是图1所示桥梁索缆检测车的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1和图2，本发明提供了一种桥梁索缆检测车，用于检测桥梁的悬索2000，包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件。

其中，所述车架组件包括车架上部1和车架下部2，所述车架上部1与车架下部2之间通过车架连接固定螺杆3连接固定。

所述悬挂组件安装在所述车架上部1上，所述悬挂组件包括悬挂轮4、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5、悬挂轮支架6和悬挂组件大梁7，所述悬挂组件大梁7安装有一组或多组悬挂轮4，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮4组成，所述悬挂组件大梁7与车架上部1通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5连接。

所述动力组件安装在所述车架下部2，所述动力组件包括驱动轮8、驱动电机9、变频器和导向轮10，所述变频器驱动所述驱动电机9；

所述悬挂轮4和所述驱动轮8分设于所述悬索2000的两侧。

所述桥梁索缆检测车检测桥梁的悬索2000时，所述悬索2000嵌入所述车架上部1和车架下部2之中，所述桥梁索缆检测车通过所述缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5，使所述悬挂轮4和所述驱动轮8与所述悬索2000保持一定的接触面。

具体的，悬挂轮4采用耐磨高强度塑胶轮，根据力学软件模拟的结果，优选分偶数组装在车架上部1的悬挂组件大梁7上，每组悬挂轮4由两个塑胶轮按一定的角度组成。更佳的，所述每组悬挂轮呈V型排布。

作为悬挂轮4一较佳的实施方式，所述悬挂组件大梁7安装有四组悬挂轮4。

所述动力组件包括驱动轮8、驱动电机9、皮带、同步轮、变频器和导向轮10。其中，所述驱动轮8包括前驱动轮8A和后驱动轮8B，前驱动轮8A和后驱动轮8B沿着悬索2000的轴线方向排列设置；前驱动轮8A和后驱动轮8B上均设有与悬索2000相适配的曲面，以使驱动轮与悬索2000可形成一定的接触面。所述变频器驱动所述驱动电机9，通过皮带和同步轮带动前驱动轮8A和后驱动轮8B,作摩擦行走。

所述导向轮10包括前导向轮组10A和后导向轮组10B，后导向轮组10B设有阻尼机构，可以实现后向制动，解决因机障时无动力引起的下冲风险，并改善后退动作的操纵性能。优选的，所述阻尼机构为后向电子制动机构。

本发明桥梁索缆检测车对待检悬索2000进行检测时，先松开车架连接固定螺杆3，将车架上部1、车架下部2分离开，把待检悬索2000嵌入车架上部1、车架下部2之中，然后通过车架连接固定螺杆3将车架上部1、车架下部2组装在桥梁的悬索2000上，再通过调节缓冲气弹簧及支撑螺杆5，使悬挂轮4和驱动轮8与悬索2000保持一定的接触面。本发明利用悬挂轮4和导向轮10，可实现将检测车悬挂在悬索2000上。电机启动后，驱动轮8在驱动电机9等组件的带动下，通过驱动轮8的曲面与悬索2000摩擦，使小车获得运动的动力。

所述悬挂组件大梁7安装有一组或多组呈V型排布的悬挂轮4，悬挂轮4安装在车架上部1，并通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件5与车架上部1连接，而动力组件安装在所述车架下部2，悬挂轮4和驱动轮8安装在待检悬索2000的两侧，实现悬挂-驱动分离。

车架是机器人爬升机构的总成，通过机器人爬升机构悬挂把索缆作用于驱动轮上的垂直反作用力(即支撑力)、纵向反作用力(即牵引力和制动力)以及这些反作用力所形成的力矩与电机的动力形成合力矢量平衡，再传递到车架上，完成悬挂及运动功能。该装置还缓和了机器人爬升机构驶过不平索缆时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证在索缆上爬行平顺性。

本发明悬挂可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成的振动系统，承受来自索缆的不平表面、空气动力及动力电机的激励。

本发明与以往方案比较，本发明的悬挂组件、动力组件之间没有连接杆、导向杆等传力结构，车架未紧固在索缆上。当其向上爬升时，运动的阻力主要源于重力的作用以及悬挂轮与索缆正常的摩擦力；当其向下爬行时，阻力主要源于索缆正常的摩擦力，重力成为爬行的动力的一部分。这样，就可以把消耗在悬挂系统与索缆的紧固力(即静摩擦力)的能量节省下来。

而且，本发明还具有独特的“静不稳定”的特性，即如电机不作用或驱动力较小时，机器人爬升机构不会静止在索缆上，而会在重力的驱动下，沿索缆向下运动。在重力的作用下，机器人爬升机构的速度越来越快，本发明还设有阻尼机构，在下落速度超过设定值时，阻尼机构接入，加大反向阻力，控制机器人爬升机构的下落速度。

综上，本发明通过“悬挂-驱动分离”的结构，使检测车于工作时实现以下优点：(1)省力：本发明的驱动功率为其它同行的样车的四分之一以下；(2)安全：当动力不足(动力少于重力)时，机器人爬升机构自动下滑，不会在机器发生故障时悬停在高处；(3)良好的操纵性：动力组件采用变频器控制驱动电机，可以保证重力-驱动力平衡，能真正实现微动与受控悬停，上升速度巡航锁定等功能；(4)灵活的组合性能：本发明可以根据作业的要求，改变悬挂轮组的配置组合，即可以以直线平移或绕索螺旋上升运动。

并且，本发明通过“悬挂-驱动分离”的结构，使动力组件的驱动轮8在不加载时，悬挂轮4及导向轮10仍能保持车体的稳定。

需要说明的是，本发明的悬索2000即为索缆。

以上所揭露的仅为本发明的优选方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，或在不脱离本发明原理的前提下所做的若干改进和润饰，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种桥梁索缆检测车，用于检测桥梁的悬索，其特征在于，包括车架组件、悬挂组件、动力组件及电源组件；

所述车架组件包括车架上部和车架下部；

所述悬挂组件安装在所述车架上部上，所述悬挂组件包括悬挂轮、缓冲气弹簧及支撑螺杆组件、悬挂轮支架和悬挂组件大梁，所述悬挂组件大梁与车架上部通过缓冲气弹簧及支撑螺杆组件连接；

所述动力组件安装在所述车架下部，所述动力组件包括驱动轮、驱动电机、变频器和导向轮，所述变频器驱动所述驱动电机；

所述悬挂轮和所述驱动轮分设于所述悬索的两侧。

2.如权利要求1所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述桥梁索缆检测车通过所述缓冲气弹簧及支撑螺杆组件，使所述悬挂轮和所述驱动轮与所述悬索保持接触面。

3.如权利要求1所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述悬挂组件大梁安装有一组或多组悬挂轮，每组悬挂轮由两个互成角度的悬挂轮组成。

4.如权利要求1所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述悬挂组件大梁安装有偶数组悬挂轮。

5.如权利要求3或4所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述每组悬挂轮呈V型排布。

6.如权利要求1所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述驱动轮包括前驱动轮和后驱动轮，所述前驱动轮和后驱动轮沿着所述悬索的轴线方向排列设置；

所述前驱动轮和后驱动轮上均设有与所述悬索相适配的曲面。

7.如权利要求6所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述动力组件还包括皮带和同步轮，所述变频器驱动所述驱动电机，通过所述皮带和所述同步轮带动所述前驱动轮和所述后驱动轮。

8.如权利要求1所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述导向轮包括前导向轮组和后导向轮组，所述后导向轮组设有阻尼机构。

9.如权利要求8所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述阻尼机构为后向电子制动机构。

10.如权利要求1所述的桥梁索缆检测车，其特征在于，所述车架上部与车架下部之间通过车架连接固定螺杆连接固定。