CN112699540B - 一种户外led矩阵屏及设计方法 - Google Patents

Abstract

一种户外LED矩阵屏的结构，包括由若干根主索、横向组网索、垂直组网索连接而成的网格索，设置于网格索上的若干灯具，及固定网格索的钢丝绳锚索、钢丝绳绳夹。LED矩阵屏由若干道网格索组成，该若干道网格索相对最佳观赏点的投影面成阶梯状衔接递升设置。LED矩阵屏底端网格索的两侧，成排设置有若干道辅助显示网格索。以形成城市级的百米规格巨幅灯光秀，本发明提供了切实有效的设计方法及克服关键技术性问题的对应结构装置。

Description

一种户外LED矩阵屏及设计方法

技术领域

本发明涉及矩阵屏设备技术领域，具体涉及一种户外LED矩阵屏及设计方法。

背景技术

现有的灯光秀表演方法大致分为两种，一种是使用大功率投光灯、投影设备，在建筑立面投影，实现灯光秀演绎；第二种是投影至水幕上形成灯光表演。

这两种灯光秀系统各自存在利弊：使用大功率投光灯、投影设备进行灯光秀演绎，仅适合在小范围、单体建筑上进行表演。画面的大小、演出的效果受建筑本身大小、表面材质影响，画面难以扩大超出建筑本身，楼房的外窗等结构，还会影响画质。或是改为在建筑表面设置灯具，使楼房表面成为显示屏，进行播放，其缺点与投影相同。

在水幕上进行灯光表演，想要形成巨幕画面，不仅需要宽阔的水域，还得建设高塔制造水帘，方能形成较大的画面。但过高的水帘，受风力影响严重，水帘受风的簸荡，随风斜移、断层、飘散，画面会出现模糊、紊乱，甚至出现撕裂感，难以保证演绎效果的稳定性。而且，水帘的高度终究有限，无法形成百米级高度的画幅。

这两种方案，受到自身的局限，难以形成城市级的灯光秀，即形成超巨型屏幕进行表演。本发明的设计，可以依托山体，实现高差达300米，跨径197米～415米不等超巨型户外LED矩阵屏。并克服了结构强度验证、结构设置、悬空钢索覆冰等关键性技术难关。

其中钢索覆冰问题，由于矩阵屏的网格结构，且网格索上装载众多光源点、投光灯等电器设备，无法采用传统的电流溶解法，使设备在冬季容易出现安全隐患。

发明内容

本发明为了解决上述技术的不足，提供了一种户外LED矩阵屏及设计方法。

本发明的技术方案：一种户外LED矩阵屏的设计方法，：包括以下步骤，

S1.选定项目最佳观赏地点及施工地点，获取施工地域气象水文、地形地貌、地层岩性、区域构造、区域水文地质条件、场区工程地质条件信息；

S2.根据预定的最佳观赏点，与施工地域的投影关系，确定LED矩阵屏的网格索数量及相互之间的位置、角度关系；

S3.网格索的钢丝绳参数选用，

S3.1根据网格索的钢丝绳重量、及量化灯具线缆的重量为恒载，选定荷载分项系数，

S3.2根据施工地域地表状况，选取抗风系数，确定施工地域基本风速、静阵风系数、风荷载的分项系数；

S4.网格索的锚索参数选用

S4.1选定锚索规格，选定注浆体的类型规格，并现场试验验证锚杆的强度，

S4.2根据锚杆类型，根据预应力钢绞线的参数，选定钢丝绳的钢丝绳的控制应力与抗拉强度的倍率，

S4.3根据施工地域的岩体类型，选定岩体与注浆界面黏结强度初步设计值，通过现场试验验证确定最终设计值，其中岩体结构面发育时，取下限值，

S4.4根据锚类型，选定钢筋、钢绞线与注浆体之间的黏结强度设计值，其中，根据钢筋点焊成束的做法不同，黏结强度应乘以对应折减系数，

S4.5根据施工地域公路等级、锚杆服务年限，选定钢丝绳锚索安全系数；

S5.网格索覆冰荷载的验算

根据施工地域年气温数值，由典型气象区中选定覆冰厚度，结合网格索各绳、索、线的直径，计算各自覆冰截面积，进而由冰压力，选定荷载分项系数；

S6.施工容许荷载

根据实际工况，限定施工容许荷载人数；

S7.典型挂网验算

S7.1根据上端跨径、下端跨径、高度的数值大小，选定各网格索中跨径最大的网格索作为验算样本；并得到该网格索的各索道跨径、垂度、索长竖直；

S7.2恒载计算

根据悬索长度近似公式

其中，ι为悬索的跨径长度；f为悬索的垂度；

得网格索的上端索道、下端索道的近似值s第几道索，其余主索按上下端跨径的均分，横向组网索根据上下端主索长度取平均值，竖向组网索高度按该网格索的高度取值，结合各索道数值，以此计算网格索自身共重值；

计算灯具及电缆共重、冰重，由三组重量数值得到该网格索的共重值G_总；

S7.3恒载作用验算

根据《悬索桥》中主索水平力计算公式，

悬索最大拉力T_m位于锚固端的位置，

验算样本的各主索跨径值、垂度值、索长值、均布荷载q值、水平力值、索拉力T值、钢丝绳面积A值、水平力值、实际应力σ值，验算应仅考虑网格索的所有重量由主索平均承担，各主索的实际承重应力符合规范标准；

S7.4抗风验算

根据V_d＝K₁V₁₀

其中，V₁₀为基本风速；K₁为风速高度变化修正系数；Z为构件的高度；

由网格索的基准高度，计算基准高度处的设计基准风速V_d，进而由基准高度处的风速；

根据V_g＝G_VV_Z

计算得静阵风风速V_g；

根据静风荷载公式，

p为空气密度kg/m³；

C_H为桥梁各构件的阻力系数，

A_N为桥梁个构件顺风投影面积，对悬索的主缆取为其直径乘以其投影高度；

得静风荷载值F_H，该静风荷载值分别由网格索的各承重索均匀承受；

结合网格索的上端主缆的总拉力T_总＝T_M+F_H，计算承重索强度是否符合规范标准；

S8.地锚验算

锚索长度及锚固力验算。每个主索两端均须设置钢丝绳锚索与主索连接。设计锚固力应为边索拉力，根据前面计算的主索总拉力求得边索拉力P_d，

P_d＝T_总

所述边索拉力，根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中锚索体界面面积公式计算，得锚索体界面面积值A，安全系数K1取2；

所述边索拉力，根据锚索注浆体与地层间粘结长度计算公式，得Lr，安全系数K2取2；

所述边索拉力，根据锚索注浆体与锚索体间粘结长度计算公式，得Lg，安全系数K2取2；

根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中关于锚索长度的规范，选定锚固长度；

进而求得锚索注浆体与地层间的粘结力，公式为

P_粘＝nπd_gf_bL/K₃

安全系数K3取2，d_g为钢丝绳直径，f_b为粘结强度设计值；

进而根据安全系数K＝P_粘/P_d

结合锚索注浆体与地层间的粘结力P_粘、边索拉力P_d和锚固长度，得出安全系数K，验证是否符合规范要求。

采用上述技术方案，通过上述各强度验证，以保证本发明满足各项标准，确保项目安全可靠。

本发明的进一步设置：一种户外LED矩阵屏的结构，包括由若干根主索、横向组网索、垂直组网索连接而成的网格索，设置于网格索上的若干灯具，及固定网格索的钢丝绳锚索、钢丝绳绳夹。

采用上述技术方案，形成的网格索可以通过两端锚索、锚杆等固定于山体、桥梁、建筑等物体实现展开，通过网格索上设置的各灯具控制编排，形成巨幅画面。常规的灯具包括设置网格索上的点光源，及其他的组合投光灯、立杆组合投光灯、光束灯、激光灯等灯具。

本发明的进一步设置：所述LED矩阵屏由若干道网格索组成，该若干道网格索相对最佳观赏点的投影面成阶梯状衔接递升设置。

采用上述技术方案，考虑到网格索越大，自身共重越大，对固定处的连接强度过高，因此通过多道网格索相对相对最佳观赏点的投影面成阶梯状衔接递升设置，将画面分割，由多道网格索分别表现，同时利用投影关系的视线观察特点，利用阶梯状递升的设置方案，瞒天过海，减少了单道网格索的共重，使项目工程在到达同样演绎效果的同时，更加安全可靠。

本发明的进一步设置：所述LED矩阵屏底端网格索的两侧，成排设置有若干道辅助显示网格索。

采用上述技术方案，设置的辅助显示网格索，以增加画面底端的显示宽度，辅助显示网格索由于高度较低，所以施工成本较低，还能负责画面边缘的特效演绎，最大化的提升了LED矩阵屏的利用率。

本发明的进一步设置：所述网格索上设有除覆冰装置。

本发明的进一步设置：所述除覆冰装置包括电源模块、PLC控制器、磨冰机构及夹索机构；

所述夹索机构包括机架、主杆、副杆、导向杆、丝杆、开闭电机、行走轮及行走电机，所述主杆、副杆分别位于索的两侧，且均对应主杆至副杆方向设置有导向孔及丝杆孔，所述主杆的丝杆孔为光孔，所述副杆的丝杆孔内设有螺母座，所述导向杆插设于主杆、副杆的导向孔内做滑动配合，并与机架固定连接，所述丝杆插设于主杆、副杆的丝杆孔内，与螺母座丝杆配合，所述开闭电机固定设置于主杆上，并与丝杆联动配合，驱动副杆靠近或远离主杆；

所述主杆、副杆上均设有外轮廓与索适配的行走轮，及与行走轮联动配合的行走电机；

所述磨冰机构包括分别设置于主杆、副杆行进方向一侧的左、右磨头，该左、右磨头相互对称合并成斗型，所述左、右磨头均包括半斗型壳体、若干个磨冰轮带、驱动轮及磨冰电机，所述半斗型壳体上贯穿设置有半斗型孔，该半斗型孔的小径端部朝向行进轮，大径端部朝向行进方向，并与索同轴设置；所述半斗型孔内壁面上沿轴向设有若干列轮带槽，该轮带槽内设有若干个滚动轴，所述磨冰轮带一端延伸至轮带槽处于滚动轴套合，另一端颜色至壳体内与驱动轮套合，所述磨冰电机与驱动轮联动配合，驱动磨冰轮带轮转；

所述PLC控制器与开闭电机、行走电机、磨冰电机信号连接。

采用上述技术方案，本发明的网格索与常规钢索有两个关键性的不同。

其一在于覆冰的不规则性，常规钢索的覆冰，一般呈包覆式，即钢索外周面整体均包有冰层，冰层的轮廓较为均匀，横截面近似圆形。而发明的网格索，由于网格索的一侧端面设置有了众多灯具，在演出之后，受灯具热量影响，网格索的两处端面存在显著温差，就导致靠近灯具的一侧覆冰融化，冰水或是随网格索弧度集中于较低处再冻结，或是随风向汇聚而再冻结，极容易出现不规则形状的覆冰，导致常规除覆冰机构难于处理。

而本发明设计的除覆冰装置，通过可开合的夹索机构，完成上索、下索工作，通过一对能够合并成都斗型的魔兵机构，处理不规则覆冰。

具体为利用左右磨头的半斗型孔，首先大径端端部与不规则覆冰接触，利用直径逐渐减小的若干磨冰轮带，随夹索机构的行走进给，逐渐将覆冰磨小，直至小径端部的磨冰轮带接触覆冰时，覆冰已经成为较为规章的形状，完成最后的处理，以克服普通除覆冰机构遭遇不规则覆冰，无法处理的问题。

本发明的进一步设置：所述左、右磨头分别于主杆、副杆铰链配合，围绕铰链相对索做开合运动，该铰链处设有扭簧，驱动左、右磨头朝索的一侧旋转靠拢，所述主杆、副杆上设均设有限位柱及接触开关，该限位柱位于铰链与索之间，并与磨头的壳体抵触，保持磨头角度，所述接触开关位于铰链相对远离索的一侧，与开度过大的磨头壳体抵触，该接触开关与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器根据接触开关信号，降低行走轮转速。

采用上述技术方案，当遇到宽度超过斗型开口直径的覆冰时，通过本发明左右磨头的铰链式设计，使两者能够相互翻开或合并，翻开时，两半斗型孔的内壁面角度变化，使开度增大，扩张接触覆冰。当磨头翻开角度过大时，说明遭遇体积较大的覆冰，此时左右磨头会随旋转，碰撞到接触开关，PLC控制根据此信号，降低行走轮转速，使磨冰轮带有足够的时间，去磨除覆冰。

而设置的扭簧，保证了左右磨头始终有一个靠拢的力，驱动磨冰轮带贴压在覆冰上保持接触消磨，设置的限位柱，通过接触阻挡，使左右磨头不会过分靠拢，有一个初始角度。

本发明的进一步设置：所述除覆冰装置还包括绕行机构，该绕行机构包括主体件、及两组绕行齿轮、绕行电机、限位螺钉，所述主体件的两端均设置有夹索机构、磨冰机构及旋转孔，该磨冰机构均朝向行进方向，所述夹索机构的架体上设有垂直于主杆的转轴，该转轴插设于旋转孔做周转配合，所述旋转轴位于主体件的端部设有同步齿轮；所述绕行齿轮与同步齿轮啮合，并与绕行电机的输出轴同轴固定，所述主体件内设有与输出轴周转配合的限位板，所述绕行电机于主体件内做固定连接，驱动绕行齿轮围绕同步齿轮旋转，带动主体件相对旋转轴旋转；

所述主体件内设有与旋转轴套合的轴座，该轴座轴心设有通孔，所述旋转轴轴心设有螺纹孔，所述限位螺钉由主体件外穿过通孔与螺纹孔拧合，该限位螺钉相对通孔处为光轴，所述限位螺钉与主体件之间设有周转垫片；

所述夹索机构的机架上设有水平传感器，主杆与副杆之间设有若干个朝向两行走轮之间的距离传感器，所述PLC控制器与水平传感器、距离传感器、绕行电机信号连接。

采用上述技术方案，网格索与常规钢索除覆冰第二个不同在于结构，本发明为经纬交织的网状，网上还设置众多的灯具、器材。而常规钢索为平直的线性，这就导致除覆冰难度完全不同，常规钢索除覆冰，只需沿着钢索直行，一路去除便可，并没有障碍物。而本发明的网格索结构，不仅需要绕开垂直方向的钢索，更是要绕开众多灯具，在钢索跨越障碍进行除覆冰工作，难度极大。

因此，本发明设置的绕行机构，利用夹索机构、主体件、夹索机构的三段式连杆结构，通过PLC控制器控制，一侧夹索机构通过能够与钢索夹合的行走轮保持夹紧(例如附图所示的，带凹陷的行走轮，钢索卡于凹陷内，进行摩擦行走；轮子的数量并不限于图中的一对，可以根据需要，沿钢索轴向交错设置多个，进一步保持夹持的平衡)，主体件、另一侧夹索机构在绕行齿轮和转轴的旋转，发生位移(见附图)，模拟双臂爬平梯的动作，绕开灯具，另一侧的夹索机构到位后，主杆、副杆张开，依靠距离传感器检测与钢索之间的距离，确定行走轮的相对位置与钢索处于同一水平线后，主杆、副杆合拢夹紧钢索，然后松开前一夹索机构，如此往复，便能完成绕开灯具的行走工作。

而设置的水平传感器，确定绕行旋转过程中，夹索机构的相对角度，使整个旋转过程可控。而轴座、限位螺钉设置，使转轴与主体件完成可周转的轴向固定连接，整个装置一体化，动作更加流畅。

本发明的进一步设置：所述夹索机构的机架上设有与转轴孔同轴的伸缩孔、及伸缩气缸，所述转轴插设于伸缩孔内并与伸缩气缸联动配合，该伸缩气缸与PLC控制器信号连接。

采用上述技术方案，考虑到灯具的厚度、垂直钢索的阻碍，因此使转轴与主体件之间，能够相对的伸缩，做进一步的绕行动作。

附图说明

图1为本发明实施例的地理位置图；

图2为本发明实施例的结构分布图；

图3为本发明实施例的演出效果图；

图4为本发明实施例的网格索投影效果图；

图5为本发明实施例的网格索结构图；

图6为本发明实施例的除覆冰装置结构图1；

图7为本发明实施例的除覆冰装置结构图2；

图8为本发明实施例的除覆冰装置运行状态图；

图9为本发明实施例的磨冰机构运动状态图；

图10为本发明实施例的夹索机构爆炸图；

图11为本发明实施例的磨头结构图1；

图12为本发明实施例的磨头结构图2；

图13为本发明实施例的磨头结构图3；

图14为本发明实施例的绕行机构爆炸图。

具体实施方式

如图1-14所示，一种户外LED矩阵屏的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1.选定项目最佳观赏地点及施工地点，获取施工地域气象水文、地形地貌、地层岩性、区域构造、区域水文地质条件、场区工程地质条件信息；

S2.根据预定的最佳观赏点，与施工地域的投影关系，确定LED矩阵屏的网格索数量及相互之间的位置、角度关系；

S3.网格索的钢丝绳参数选用，

S3.1根据网格索的钢丝绳重量、及量化灯具线缆的重量为恒载，选定荷载分项系数，

S3.2根据施工地域地表状况，选取抗风系数，确定施工地域基本风速、静阵风系数、风荷载的分项系数；

S4.网格索的锚索参数选用

S4.1选定锚索规格，选定注浆体的类型规格，并现场试验验证锚杆的强度，

S4.2根据锚杆类型，根据预应力钢绞线的参数，选定钢丝绳的钢丝绳的控制应力与抗拉强度的倍率，

S4.3根据施工地域的岩体类型，选定岩体与注浆界面黏结强度初步设计值，通过现场试验验证确定最终设计值，其中岩体结构面发育时，取下限值，

S4.4根据锚类型，选定钢筋、钢绞线与注浆体之间的黏结强度设计值，其中，根据钢筋点焊成束的做法不同，黏结强度应乘以对应折减系数，

S4.5根据施工地域公路等级、锚杆服务年限，选定钢丝绳锚索安全系数；

S5.网格索覆冰荷载的验算

根据施工地域年气温数值，由典型气象区中选定覆冰厚度，结合网格索各绳、索、线的直径，计算各自覆冰截面积，进而由冰压力，选定荷载分项系数；

S6.施工容许荷载

根据实际工况，限定施工容许荷载人数；

S7.典型挂网验算

S7.1根据上端跨径、下端跨径、高度的数值大小，选定各网格索中跨径最大的网格索作为验算样本；并得到该网格索的各索道跨径、垂度、索长竖直；

S7.2恒载计算

根据悬索长度近似公式

其中，ι为悬索的跨径长度；f为悬索的垂度；

得网格索的上端索道、下端索道的近似值s第几道索，其余主索按上下端跨径的均分，横向组网索根据上下端主索长度取平均值，竖向组网索高度按该网格索的高度取值，结合各索道数值，以此计算网格索自身共重值；

计算灯具及电缆共重、冰重，由三组重量数值得到该网格索的共重值G_总；

S7.3恒载作用验算

根据《悬索桥》中主索水平力计算公式，

悬索最大拉力T_m位于锚固端的位置，

验算样本的各主索跨径值、垂度值、索长值、均布荷载q值、水平力值、索拉力T值、钢丝绳面积A值、水平力值、实际应力σ值，验算应仅考虑网格索的所有重量由主索平均承担，各主索的实际承重应力符合规范标准；

S7.4抗风验算

根据V_d＝K₁V₁₀

其中，V₁₀为基本风速；K₁为风速高度变化修正系数；Z为构件的高度；

由网格索的基准高度，计算基准高度处的设计基准风速V_d，进而由基准高度处的风速；

根据V_g＝G_VV_Z

计算得静阵风风速V_g；

根据静风荷载公式，

p为空气密度kg/m³；

C_H为桥梁各构件的阻力系数，

A_N为桥梁个构件顺风投影面积，对悬索的主缆取为其直径乘以其投影高度；

得静风荷载值F_H，该静风荷载值分别由网格索的各承重索均匀承受；

结合网格索的上端主缆的总拉力T_总＝T_M+F_H，计算承重索强度是否符合规范标准；

S8.地锚验算

锚索长度及锚固力验算。每个主索两端均须设置钢丝绳锚索与主索连接。设计锚固力应为边索拉力，根据前面计算的主索总拉力求得边索拉力P_d，

P_d＝T_总

所述边索拉力，根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中锚索体界面面积公式计算，得锚索体界面面积值A，安全系数K1取2；

所述边索拉力，根据锚索注浆体与地层间粘结长度计算公式，得Lr，安全系数K2取2；

所述边索拉力，根据锚索注浆体与锚索体间粘结长度计算公式，得Lg，安全系数K2取2；

根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中关于锚索长度的规范，选定锚固长度；

进而求得锚索注浆体与地层间的粘结力，公式为

P_粘＝nπd_gf_bL/K₃

安全系数K3取2，d_g为钢丝绳直径，f_b为粘结强度设计值；

进而根据安全系数K＝P_粘/P_d

结合锚索注浆体与地层间的粘结力P_粘、边索拉力P_d和锚固长度，得出安全系数K，验证是否符合规范要求。

通过上述各强度验证，以保证本发明满足各项标准，确保项目安全可靠。

一种户外LED矩阵屏的结构，包括由若干根主索、横向组网索、垂直组网索连接而成的网格索1，设置于网格索1上的若干灯具，及固定网格索1的钢丝绳锚索、钢丝绳绳夹。

形成的网格索1可以通过两端锚索、锚杆等固定于山体2、桥梁、建筑等物体实现展开，通过网格索1上设置的各灯具控制编排，形成巨幅画面。

所述LED矩阵屏由若干道网格索1组成，该若干道网格索1相对最佳观赏点的投影面成阶梯状衔接递升设置。

考虑到网格索1越大，自身共重越大，对固定处的连接强度过高，因此通过多道网格索1相对相对最佳观赏点的投影面成阶梯状衔接递升设置，将画面分割，由多道网格索1分别表现，同时利用投影关系的视线观察特点，利用阶梯状递升的设置方案，瞒天过海，减少了单道网格索1的共重，使项目工程在到达同样演绎效果的同时，更加安全可靠。

所述LED矩阵屏底端网格索1的两侧，成排设置有若干道辅助显示网格索11。

设置的辅助显示网格索11，以增加画面底端的显示宽度，辅助显示网格索11由于高度较低，所以施工成本较低，还能负责画面边缘的特效演绎，最大化的提升了LED矩阵屏的利用率。

所述网格索1上设有除覆冰9装置3。

所述除覆冰9装置3包括电源模块、PLC控制器、磨冰机构4及夹索机构5；

所述夹索机构5包括机架51、主杆52、副杆53、导向杆54、丝杆55、开闭电机56、行走轮57及行走电机58，所述主杆52、副杆53分别位于索的两侧，且均对应主杆52至副杆53方向设置有导向孔及丝杆孔，所述主杆52的丝杆孔为光孔，所述副杆53的丝杆孔内设有螺母座，所述导向杆54插设于主杆52、副杆53的导向孔内做滑动配合，并与机架51固定连接，所述丝杆55插设于主杆52、副杆53的丝杆孔内，与螺母座丝杆55配合，所述开闭电机56固定设置于主杆52上，并与丝杆55联动配合，驱动副杆53靠近或远离主杆52；

所述主杆52、副杆53上均设有外轮廓与索适配的行走轮57，及与行走轮57联动配合的行走电机58；

所述磨冰机构4包括分别设置于主杆52、副杆53行进方向一侧的左、右磨头41，该左、右磨头41相互对称合并成斗型，所述左、右磨头41均包括半斗型壳体42、若干个磨冰轮带43、驱动轮44及磨冰电机45，所述半斗型壳体42上贯穿设置有半斗型孔46，该半斗型孔46的小径端部朝向行进轮，大径端部朝向行进方向，并与索同轴设置；所述半斗型孔46内壁面上沿轴向设有若干列轮带槽47，该轮带槽47内设有若干个滚动轴48，所述磨冰轮带43一端延伸至轮带槽47处于滚动轴48套合，另一端颜色至壳体内与驱动轮44套合，所述磨冰电机45与驱动轮44联动配合，驱动磨冰轮带43轮转；

所述PLC控制器与开闭电机56、行走电机58、磨冰电机45信号连接。

本发明的网格索1与常规钢索有两个关键性的不同。

其一在于覆冰9的不规则性，常规钢索的覆冰9，一般呈包覆式，即钢索外周面整体均包有冰层，冰层的轮廓较为均匀，横截面近似圆形。而发明的网格索1，由于网格索1的一侧端面设置有了众多灯具，在演出之后，受灯具热量影响，网格索1的两处端面存在显著温差，就导致靠近灯具的一侧覆冰9融化，冰水或是随网格索1弧度集中于较低处再冻结，或是随风向汇聚而再冻结，极容易出现不规则形状的覆冰9，导致常规除覆冰9机构难于处理。

而本发明设计的除覆冰9装置3，通过可开合的夹索机构5，完成上索、下索工作，通过一对能够合并成都斗型的魔兵机构，处理不规则覆冰9。

具体为利用左右磨头41的半斗型孔46，首先大径端端部与不规则覆冰9接触，利用直径逐渐减小的若干磨冰轮带43，随夹索机构5的行走进给，逐渐将覆冰9磨小，直至小径端部的磨冰轮带43接触覆冰9时，覆冰9已经成为较为规章的形状，完成最后的处理，以克服普通除覆冰9机构遭遇不规则覆冰9，无法处理的问题。

所述左、右磨头41分别于主杆52、副杆53铰链配合，围绕铰链相对索做开合运动，该铰链处设有扭簧，驱动左、右磨头41朝索的一侧旋转靠拢，所述主杆52、副杆53上设均设有限位柱412及接触开关413，该限位柱412位于铰链与索之间，并与磨头41的壳体抵触，保持磨头41角度，所述接触开关413位于铰链相对远离索的一侧，与开度过大的磨头41壳体抵触，该接触开关413与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器根据接触开关413信号，降低行走轮57转速。

当遇到宽度超过斗型开口直径的覆冰9时，通过本发明左右磨头41的铰链式设计，使两者能够相互翻开或合并，翻开时，两半斗型孔46的内壁面角度变化，使开度增大，扩张接触覆冰9。当磨头41翻开角度过大时，说明遭遇体积较大的覆冰9，此时左右磨头41会随旋转，碰撞到接触开关413，PLC控制根据此信号，降低行走轮57转速，使磨冰轮带43有足够的时间，去磨除覆冰9。

而设置的扭簧，保证了左右磨头41始终有一个靠拢的力，驱动磨冰轮带43贴压在覆冰9上保持接触消磨，设置的限位柱412，通过接触阻挡，使左右磨头41不会过分靠拢，有一个初始角度。

所述除覆冰9装置3还包括绕行机构，该绕行机构包括主体件61、及两组绕行齿轮62、绕行电机63、限位螺钉64，所述主体件61的两端均设置有夹索机构5、磨冰机构4及旋转孔611，该磨冰机构4均朝向行进方向，所述夹索机构5的架体上设有垂直于主杆52的转轴，该转轴插设于旋转孔611做周转配合，所述旋转轴59位于主体件61的端部设有同步齿轮591；所述绕行齿轮62与同步齿轮591啮合，并与绕行电机63的输出轴同轴固定，所述主体件61内设有与输出轴周转配合的限位板612，所述绕行电机63于主体件61内做固定连接，驱动绕行齿轮62围绕同步齿轮591旋转，带动主体件61相对旋转轴59旋转；

所述主体件61内设有与旋转轴59套合的轴座65，该轴座65轴心设有通孔，所述旋转轴59轴心设有螺纹孔，所述限位螺钉64由主体件61外穿过通孔与螺纹孔拧合，该限位螺钉64相对通孔处为光轴，所述限位螺钉64与主体件61之间设有周转垫片；

所述夹索机构5的机架51上设有水平传感器521，主杆52与副杆53之间设有若干个朝向两行走轮57之间的距离传感器522，所述PLC控制器与水平传感器521、距离传感器522、绕行电机63信号连接。

网格索1与常规钢索除覆冰9第二个不同在于结构，本发明为经纬交织的网状，网上还设置众多的灯具、器材。而常规钢索为平直的线性，这就导致除覆冰9难度完全不同，常规钢索除覆冰9，只需沿着钢索直行，一路去除便可，并没有障碍物。而本发明的网格索1结构，不仅需要绕开垂直方向的钢索，更是要绕开众多灯具，在钢索跨越障碍进行除覆冰9工作，难度极大。

因此，本发明设置的绕行机构，利用夹索机构5、主体件61、夹索机构5的三段式连杆结构，通过PLC控制器控制，一侧夹索机构5通过能够与钢索夹合的行走轮57保持夹紧(例如附图所示的，带凹陷的行走轮57，钢索卡于凹陷内，进行摩擦行走；轮子的数量并不限于图中的一对，可以根据需要，沿钢索轴向交错设置多个，进一步保持夹持的平衡)，主体件61、另一侧夹索机构5在绕行齿轮62和转轴的旋转，发生位移(见附图)，模拟双臂爬平梯的动作，绕开灯具，另一侧的夹索机构5到位后，主杆52、副杆53张开，依靠距离传感器522检测与钢索之间的距离，确定行走轮57的相对位置与钢索处于同一水平线后，主杆52、副杆53合拢夹紧钢索，然后松开前一夹索机构5，如此往复，便能完成绕开灯具的行走工作。

而设置的水平传感器521，确定绕行旋转过程中，夹索机构5的相对角度，使整个旋转过程可控。而轴座65、限位螺钉64设置，使转轴与主体件61完成可周转的轴向固定连接，整个装置一体化，动作更加流畅。

所述夹索机构5的机架51上设有与转轴孔同轴的伸缩孔511、及伸缩气缸512，所述转轴插设于伸缩孔511内并与伸缩气缸512联动配合，该伸缩气缸512与PLC控制器信号连接。

考虑到灯具的厚度、垂直钢索的阻碍，因此使转轴与主体件61之间，能够相对的伸缩，做进一步的绕行动作。

Claims (9)

1.一种户外LED矩阵屏的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1.选定项目最佳观赏地点及施工地点，获取施工地域气象水文、地形地貌、地层岩性、区域构造、区域水文地质条件、场区工程地质条件信息；

S2.根据预定的最佳观赏点，与施工地域的投影关系，确定LED矩阵屏的网格索数量及相互之间的位置、角度关系；

S3.网格索的钢丝绳参数选用，

S3.1根据网格索的钢丝绳重量、及量化灯具线缆的重量为恒载，选定荷载分项系数，

S3.2根据施工地域地表状况，选取抗风系数，确定施工地域基本风速、静阵风系数、风荷载的分项系数，

S4.网格索的锚索参数选用

S4.1选定锚索规格，选定注浆体的类型规格，并现场试验验证锚杆的强度，

S4.2根据锚杆类型，根据预应力钢绞线的参数，选定钢丝绳的钢丝绳的控制应力与抗拉强度的倍率，

S4.3根据施工地域的岩体类型，选定岩体与注浆界面黏结强度初步设计值，通过现场试验验证确定最终设计值，其中岩体结构面发育时，取下限值；

S4.4根据锚类型，选定钢筋、钢绞线与注浆体之间的黏结强度设计值，其中，根据钢筋点焊成束的做法不同，黏结强度应乘以对应折减系数；

S4.5根据施工地域公路等级、锚杆服务年限，选定钢丝绳锚索安全系数；

S5.网格索覆冰荷载的验算

根据施工地域年气温数值，由典型气象区中选定覆冰厚度，结合网格索各绳、索、线的直径，计算各自覆冰截面积，进而由冰压力，选定荷载分项系数；

S6.施工容许荷载

根据实际工况，限定施工容许荷载人数；

S7.典型挂网验算

S7.1根据上端跨径、下端跨径、高度的数值大小，选定各网格索中跨径最大的网格索作为验算样本；并得到该网格索的各索道跨径、垂度、索长竖直；

S7.2恒载计算

根据悬索长度近似公式

其中，ι为悬索的跨径长度；f为悬索的垂度；

得网格索的上端索道、下端索道的近似值S第几道索，其余主索按上下端跨径的均分，横向组网索根据上下端主索长度取平均值，竖向组网索高度按该网格索的高度取值，结合各索道数值，以此计算网格索自身共重值；

计算灯具及电缆共重、冰重，由三组重量数值得到该网格索的共重值G_总；

S7.3恒载作用验算

根据《悬索桥》中主索水平力计算公式，

悬索最大拉力T_m位于锚固端的位置，

验算样本的各主索跨径值、垂度值、索长值、均布荷载q值、水平力值、索拉力T值、钢丝绳面积A值、水平力值、实际应力σ值，验算应仅考虑网格索的所有重量由主索平均承担，各主索的实际承重应力符合规范标准；

S7.4抗风验算

根据V_d＝K₁V₁₀

其中，V₁₀为基本风速；K₁为风速高度变化修正系数；Z为构件的高度；

由网格索的基准高度，计算基准高度处的设计基准风速V_d，进而由基准高度处的风速；

根据V_g＝G_VV_Z

计算得静阵风风速V_g；

根据静风荷载公式，

p为空气密度kg/m³；

C_H为桥梁各构件的阻力系数，

A_N为桥梁个构件顺风投影面积，对悬索的主缆取为其直径乘以其投影高度；

得静风荷载值F_H，该静风荷载值分别由网格索的各承重索均匀承受；

结合网格索的上端主缆的总拉力T_总＝T_M+F_H，计算承重索强度是否符合规范标准；

S8.地锚验算

锚索长度及锚固力验算，每个主索两端均须设置钢丝绳锚索与主索连接，设计锚固力应为边索拉力，根据前面计算的主索总拉力求得边索拉力P_d，

P_d＝T_总

所述边索拉力，根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)中锚索体界面面积公式计算，得锚索体界面面积值A，安全系数K1取2；

所述边索拉力，根据锚索注浆体与地层间粘结长度计算公式，得Lr，安全系数K2取2；

所述边索拉力，根据锚索注浆体与锚索体间粘结长度计算公式，得Lg，安全系数K2取2；根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)中关于锚索长度的规范，选定锚固长度；

进而求得锚索注浆体与地层间的粘结力，公式为

P_粘＝nπd_gf_bL/K₃

安全系数K3数值取2，d_g为钢丝绳直径，f_b为粘结强度设计值；

进而根据安全系数K＝P_粘/P_d

结合锚索注浆体与地层间的粘结力P_粘、边索拉力P_d和锚固长度，得出安全系数K，验证是否符合规范要求。

2.一种户外LED矩阵屏，其使用权利要求1的方法进行设计，其结构为：包括由若干根主索、横向组网索、垂直组网索连接而成的网格索，设置于网格索上的若干灯具，及固定网格索的钢丝绳锚索、钢丝绳绳夹。

3.根据权利要求2所述的一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述LED矩阵屏由若干道网格索组成，该若干道网格索相对最佳观赏点的投影面成阶梯状衔接递升设置。

4.根据权利要求3所述的一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述LED矩阵屏底端网格索的两侧，成排设置有若干道辅助显示网格索。

5.根据权利要求2-4任意一项 所述的一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述网格索上设有除覆冰装置。

6.根据权利要求5所述的 一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述除覆冰装置包括电源模块、PLC控制器、磨冰机构及夹索机构；

所述夹索机构包括机架、主杆、副杆、导向杆、丝杆、开闭电机、行走轮及行走电机，所述主杆、副杆分别位于索的两侧，且均对应主杆至副杆方向设置有导向孔及丝杆孔，所述主杆的丝杆孔为光孔，所述副杆的丝杆孔内设有螺母座，所述导向杆插设于主杆、副杆的导向孔内做滑动配合，并与机架固定连接，所述丝杆插设于主杆、副杆的丝杆孔内，与螺母座丝杆配合，所述开闭电机固定设置于主杆上，并与丝杆联动配合，驱动副杆靠近或远离主杆；

所述主杆、副杆上均设有外轮廓与索适配的行走轮，及与行走轮联动配合的行走电机；

所述磨冰机构包括分别设置于主杆、副杆行进方向一侧的左、右磨头，该左、右磨头相互对称合并成斗型，所述左、右磨头均包括半斗型壳体、若干个磨冰轮带、驱动轮及磨冰电机，所述半斗型壳体上贯穿设置有半斗型孔，该半斗型孔的小径端部朝向行进轮，大径端部朝向行进方向，并与索同轴设置；所述半斗型孔内壁面上沿轴向设有若干列轮带槽，该轮带槽内设有若干个滚动轴，所述磨冰轮带一端延伸至轮带槽处于滚动轴套合，另一端颜色至壳体内与驱动轮套合，所述磨冰电机与驱动轮联动配合，驱动磨冰轮带轮转；

所述PLC控制器与开闭电机、行走电机、磨冰电机信号连接。

7.根据权利要求6所述的一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述左、右磨头分别于主杆、副杆铰链配合，围绕铰链相对索做开合运动，该铰链处设有扭簧，驱动左、右磨头朝索的一侧旋转靠拢，所述主杆、副杆上设均设有限位柱及接触开关，该限位柱位于铰链与索之间，并与磨头的壳体抵触，保持磨头角度，所述接触开关位于铰链相对远离索的一侧，与开度过大的磨头壳体抵触，该接触开关与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器根据接触开关信号，降低行走轮转速。

8.根据权利要求7所述的一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述除覆冰装置还包括绕行机构，该绕行机构包括主体件、及两组绕行齿轮、绕行电机、限位螺钉，所述主体件的两端均设置有夹索机构、磨冰机构及旋转孔，该磨冰机构均朝向行进方向，所述夹索机构的架体上设有垂直于主杆的转轴，该转轴插设于旋转孔做周转配合，所述旋转轴位于主体件的端部设有同步齿轮；所述绕行齿轮与同步齿轮啮合，并与绕行电机的输出轴同轴固定，所述主体件内设有与输出轴周转配合的限位板，所述绕行电机于主体件内做固定连接，驱动绕行齿轮围绕同步齿轮旋转，带动主体件相对旋转轴旋转；

所述主体件内设有与旋转轴套合的轴座，该轴座轴心设有通孔，所述旋转轴轴心设有螺纹孔，所述限位螺钉由主体件外穿过通孔与螺纹孔拧合，该限位螺钉相对通孔处为光轴，所述限位螺钉与主体件之间设有周转垫片；

所述夹索机构的机架上设有水平传感器，主杆与副杆之间设有若干个朝向两行走轮之间的距离传感器，所述PLC控制器与水平传感器、距离传感器、绕行电机信号连接。

9.根据权利要求8所述的一种户外LED矩阵屏，其结构为：所述夹索机构的机架上设有与转轴孔同轴的伸缩孔、及伸缩气缸，所述转轴插设于伸缩孔内并与伸缩气缸联动配合，该伸缩气缸与PLC控制器信号连接。

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