CN104894987A - 全自动智能控制的桥梁风屏障 - Google Patents

Abstract

本发明为一种全自动智能控制的桥梁风屏障，包括多个自动控制的风屏障单元，在桥梁两侧沿顺桥向一字形排列布置。每个风屏障单元包括风屏障结构系统、传动系统和控制系统。风屏障结构系统包括可绕转动轴转动的多根风屏障障条。风屏障传动系统包括传动齿轮，传动链条，传动主轴，传动电机；传动电机带动风屏障障条绕转动轴转动。风屏障控制系统有风速传感器和中央微处理器；风速传感器安装在桥梁风屏障外侧，风速传感器监测的桥梁实时风速大小和方向数据传输给中央微处理器，中央微处理器下达指令使风屏障障条转动到指定角度，自动调节风屏障透风率。本发明既可保障桥梁侧风行车安全性，同时提高桥梁结构抗风性能，又能最大限度满足乘客行车视野要求。

Description

全自动智能控制的桥梁风屏障

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体涉及一种用于桥梁的能完全自动智能调节风屏障障条转动角度，提高桥面车辆运营安全性的全自动智能控制的桥梁风屏障。

背景技术

随着经济的发展，桥梁跨度越来越大，跨海联岛工程越来越多，然而，跨海大桥线路长、桥面常遇风速大以及通行任务繁重等特点使得风致行车安全问题较为突出，跨海桥梁所处的特殊自然风环境往往会对超大跨度桥梁的行车安全造成极为不利的影响。若桥址处的风环境恶劣，必然影响到桥梁的行车安全，从而影响桥梁的经济效益和社会效益。

为了增强车辆在侧向风作用下的行车安全性，在某些强风地区的桥梁上设置风屏障，抑制和降低桥面的等效风速，从侧向风产生的源头入手，乃是目前解决车辆侧向风最有效的方法和技术措施。

目前的风屏障都是通过减小透风率和增加风屏障高度来保证风屏障挡风效果，根据风屏障的工作原理，可以知道：风屏障透风率较小时，具有较高的挡风效率，但是其对桥梁的气动阻力会增大，继而影响到桥梁结构的抗风安全；同时由于透风率较小，桥面的行车视野也会相应降低，特别是对于跨海大桥，天气晴朗时乘客无法欣赏到美丽的海景；反之，在风屏障透风率较大时，虽然视野开阔，但是达不到相应的减风效果，会影响行车安全。

为了实现桥梁结构抗风安全、车辆行车安全、乘客视野效果三位一体的功能，传统的风屏障难以满足要求，因此，研究一种新型的全自动智能控制的桥梁风屏障，已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有智能控制功能，风屏障能够根据桥梁风环境和桥梁安全及行车运营要求，自动调节风屏障透风率，根据调节风屏障透风率大小，既可以保障桥梁侧风行车安全性，同时保证桥梁结构的抗风性能，又能最大限度地满足乘客行车视野要求全自动智能控制的桥梁风屏障。

本发明目的的实现方式为，全自动智能控制的桥梁风屏障，包括多个自动控制的风屏障单元，多个自动控制的风屏障单元在桥梁两侧沿顺桥向一字排列布置；

所述每个风屏障单元包括风屏障结构系统、传动系统和控制系统；

所述风屏障结构系统的两侧立柱及之间的上、下横梁组成风屏障框架，风屏障框架通过底座与桥梁连接；多根风屏障障条的两端均有转动轴与立柱或横梁活动连接，垂直于立柱或平行于立柱；

所述风屏障传动系统的传动齿轮安装在风屏障障条两端转动轴上；传动主轴与风屏障障条传动齿轮通过传动链条连接；传动电机带动传动主轴转动，进而带动风屏障障条绕转动轴转动；

所述风屏障控制系统包括风速传感器和中央微处理器；

风速传感器安装在桥梁风屏障外侧，风速传感器监测的桥梁实时风速大小和方向数据传输给中央微处理器；中央微处理器将得到的风速数据与数据库系统的风速数据进行比对，通过分析模块进行计算分析，计算风屏障透风率大小及风屏障障条调节角度，并下达指令给传动电机转动，传动电机带动传动主轴转动，进而带动风屏障障条绕转动轴转动使风屏障障条转动到指定角度。

本发明采用最先进的风屏障智能控制系统，在《公路桥梁抗风设计规范》的基础上、运用随机振动理论、气象、计算流体力学知识、自动控制技术，并结合桥梁和车辆的特点而设计的，自动调节后的风屏障透风率达到既保证桥梁结构的抗风安全，同时又确保车辆运行的安全的目的，中间过程无需人工干预，真正达到自动、智能、快速、有效，实现桥梁结构抗风安全、车辆行车安全、乘客视野效果三位一体的功能。本发明尤其适用于大跨度跨海桥梁的防风措施之用。

附图说明

图1是本发明控制流程图，

图2是本发明实施例具体实施方案图，

图3是本发明实施例控制系统模块具体实施原理图，

图4是本发明实施例横式风屏障障条单元结构示意图，

图5是图4的风屏障障条初始0°的侧视图，

图6是图4的风屏障障条转动30°的侧视图，

图7是图4风屏障单元组成的至少一个控制区间结构示意图，

图8是本发明实施例竖式障条单元结构示意图，

图9是图8的风屏障障条初始0°的俯视图，

图10是图8的风屏障障条转动30°的俯视图，

图11是图8风屏障单元组成的至少一个控制区间结构示意图。

具体实施方式

本发明包括多个自动控制的风屏障单元，多个自动控制的风屏障单元在桥梁两侧沿顺桥向一字排列布置。

所述每个风屏障单元包括风屏障结构系统、传动系统和控制系统。风屏障结构系统的功能是使风屏障自身结构稳固，与桥梁连接牢靠，障条挡风效果突出。风屏障传动系统的功能是使障条转动与传动主轴一致，障条转动角度精确到位。风屏障控制系统的功能是使监测桥梁来流风速大小和方向实时准确，数据传输稳定，中央微处理器运行稳定高效，电机转动指令下达准确无误。

风屏障结构系统的功能是使风屏障自身结构稳固，与桥梁连接牢靠，障条挡风效果突出。风屏障传动系统的功能是使障条转动与传动主轴一致，障条转动角度精确到位。风屏障控制系统的功能是使监测桥梁来流风速大小和方向实时准确，数据传输稳定，中央微处理器运行稳定高效，电机转动指令下达准确无误。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，便于清楚地了解本发明。

参照图1、4，风屏障结构系统的两侧立柱1及之间的上、下横梁2、3组成风屏障框架，风屏障框架通过底座10与桥梁连接。多根风屏障障条的两端均有转动轴与立柱活动连接，多根风屏障障条垂直于立柱或平行于立柱。

所述风屏障传动系统是传动齿轮6安装在风屏障障条两端转动轴5上；传动主轴8与风屏障障条传动齿轮通过传动链条7连接；传动电机9带动传动主轴转动，进而带动风屏障障条绕转动轴转动。通过转动角度不同，实现风屏障透风率大小的改变。

所述风屏障控制系统包括风速传感器和中央微处理器。

参照图1、2，风速传感器安装在桥梁风屏障外侧，风速传感器实时监测桥梁风速大小和方向，将监测的数据传输给中央微处理器；中央微处理器读入风速数据，对风速进行判断，与数据库系统的风速数据进行比对，通过分析模块进行计算分析，计算出同时满足桥梁结构抗风安全、行车运营要求和乘客行车视野需求的风屏障透风率，并换算成相应的风屏障障条的旋转角度，下达指令给传动电机，传动电机9转动，进而带动传动主轴8转动，传动主轴8通过传动链条7带动传动齿轮6转动，传动齿轮6带动障条转轴5转动，障条转轴5带动风屏障障条4转动，直至风屏障障条转动到指定选择角度停止，完成一次风屏障全自动调整。按照系统设定的时间间隔，重新监测桥梁风速大小和方向，重新进行数据处理，以此类推，达到全自动智能控制的桥梁风屏障。

风速传感器采用常用的风速风向仪，其工作原理简单，性能稳定。中央微处理器采用常用的单片机，常用的风屏障控制系统模块集成在单片机中，单片机通过读入风速数据进行数据处理，将风速数据显示到显示屏中，通过常用的控制系统模块进行判断，并下达控制指令，传动系统执行控制指令，指示风屏障障条转动到指定角度。

根据桥梁长度不同，风屏障顺桥向可以划分若干个控制区间，一个控制区间可以包含多个风屏障单元，每个控制区间至少有一个控制系统，控制系统可以控制该区间内的多个风屏障单元，使控制区间内的风屏障单元都达到全自动智能控制功能。每个控制区间独立工作，互不干扰。

风屏障障条主要以挡风为主，其断面型式可以根据景观效果要求设计，如矩形、椭圆、弧形，但不局限；风屏障障条材质为金属或工程塑料。

桥梁风屏障的立柱7、上横梁2、下横梁3的断面为矩形断面、T型断面或工型断面，材质为金属或工程塑料。

参照图2、3，如图4所示的横式风屏障的控制系统通过读入的监测风速V数据，与设置的风速参数进行判断：

(1)当监测风速小于15m/s时，判断为小风天气，行车运营安全，桥梁结构抗风安全，以行车视野要求为主，风屏障障条角度调整到透风率最大值；

(2)当监测风速大于15m/s小于25m/s时，判断为中风天气，桥梁结构抗风安全，以行车运营安全为主，行车视野要求为辅，根据不同风速V计算相应透风率，调整风屏障障条不同角度；

(3)当监测风速大于25m/s小于35m/s时，判断为大风天气，桥梁结构抗风安全，以行车运营安全为主，行车视野不要求，风屏障障条角度调整到最小透风率以保证行车运营安全；

(4)当监测风速大于35m/s时，判断为极端恶劣天气，桥梁停止运营，以桥梁结构抗风安全为主，风屏障障条角度调整到最大透风率，以保证桥梁结构抗风安全。

图4所示的横式风屏障障条初始0°状态见图5，风屏障障条转动30°的状态见图6。由风屏障单元组成的至少一个控制区间的结构见图7。

参照图8，风屏障结构系统的两侧立柱1及之间的上、下横梁2、3组成风屏障框架，风屏障框架通过底座10与桥梁连接。多根风屏障障条的两端均有转动轴与上、下横梁2、3活动连接。

所述风屏障传动系统的传动齿轮6安装在风屏障障条两端转动轴5上；传动主轴8与风屏障障条传动齿轮通过传动链条7连接；传动电机9带动传动主轴转动，进而带动风屏障障条绕转动轴转动。通过转动角度不同，实现风屏障透风率大小的改变。

图8所示的桥梁风屏障的竖式障条初始0°状态见图9，转动30°的状态见图10。由风屏障单元组成的至少一个控制区间的结构见图11。

参照图4和图6，风屏障框架高度设为H，风屏障框架长度设为L为，风屏障障条高度设为a，风屏障障条空间间距设为b，风屏障障条转动角度设为c，这些参数均可根据实际桥梁结构、桥梁所处风环境和桥梁行车运营要求进行设定。本发明适用于各类桥梁结构，特别适用于大跨度跨海桥梁，可以提高桥梁结构抗风安全性能，保证桥梁行车运营要求，满足乘客行车视野需求，解决了风屏障的设置对桥梁结构抗风安全带来的不利影响。

Claims (6)

1.全自动智能控制的桥梁风屏障，其特征在于：包括多个自动控制的风屏障单元，多个自动控制的风屏障单元在桥梁两侧沿顺桥向一字形排列布置；

所述每个风屏障单元包括风屏障结构系统、传动系统和控制系统；

所述风屏障结构系统的两侧立柱及之间的上、下横梁组成风屏障框架，风屏障框架通过底座与桥梁连接；多根风屏障障条的两端均有转动轴与立柱或横梁活动连接，垂直于立柱或平行于立柱；

所述风屏障传动系统的传动齿轮安装在风屏障障条两端转动轴上；传动主轴与风屏障障条传动齿轮通过传动链条连接；传动电机带动传动主轴转动，进而带动风屏障障条绕转动轴转动；

所述风屏障控制系统包括风速传感器和中央微处理器；

所述风速传感器安装在桥梁风屏障外侧，风速传感器监测的桥梁实时风速大小和方向数据传输给中央微处理器；中央微处理器将得到的风速数据与数据库系统的风速数据进行比对，通过分析模块进行计算分析，计算风屏障透风率大小及风屏障障条调节角度，并下达指令给传动电机转动，传动电机带动传动主轴转动，进而带动风屏障障条绕转动轴转动使风屏障障条转动到指定角度。

2.根据权利要求1所述的一种全自动智能控制的桥梁风屏障，其特征在于：根据桥梁长度不同，风屏障顺桥向划分若干个控制区间，每个控制区间独立工作；一个控制区间包含多个风屏障单元，每个控制区间至少有一个控制系统；控制系统控制该区间内的多个风屏障单元，使控制区间内的风屏障单元都达到全自动智能控制功能。

3.根据权利要求1所述的一种全自动智能控制的桥梁风屏障，其特征在于：每个风屏障控制区间独立工作，互不干扰。

4.根据权利要求1所述的一种全自动智能控制的桥梁风屏障，其特征在于：传动电机(9)为正、反转双向电机。

5.根据权利要求1所述的一种全自动智能控制的桥梁风屏障，其特征在于：风屏障障条(4)主断面型式为矩形、椭圆或弧形；风屏障障条材质为金属或工程塑料。

6.根据权利要求1所述的一种全自动智能控制的桥梁风屏障，其特征在于：桥梁风屏障的立柱(7)、上横梁(2)、下横梁(3)的断面为矩形断面、T型断面或工型断面，材质为金属或工程塑料。