鐵路橋梁檢查車技術(shù)方案研究

周 毅 上海鐵路局工務(wù)處

1 高速鐵路橋梁檢查現(xiàn)狀

由于受到地理環(huán)境的限制，高速鐵路大量運(yùn)用了高架橋梁，高架橋梁的日常維護(hù)保養(yǎng)以及維修需要全面覆蓋，僅靠人力是無法滿足要求的，需要專門的橋梁檢查車，將人員送至橋下或橋上需要的位置實(shí)施。

鐵路橋梁按材料分類可分為鋼梁、圬工梁及鋼混結(jié)合梁。不同材料的橋梁其病害的內(nèi)容不同，在梁體的不同部位病害項目也不一樣，一般橋梁的病害主要為：梁體病害、支座病害、墩臺病害和其它附屬設(shè)施病害，經(jīng)過分析，橋梁檢查車主要是針對這些病害對以下八個方面進(jìn)行檢查或日常維修。

（1）裂紋的檢查；

（2）混凝土內(nèi)部空隙的檢查；

（3）混凝土抗壓強(qiáng)度的檢查；

（4）活動支座輥軸縱向位移的側(cè)梁；

（5）板式橡膠支座的檢查；

（6）結(jié)合梁、鋼梁焊縫裂紋的檢查；

（7）高強(qiáng)度螺栓的檢查；

（8）鋼梁裂紋的檢查。

2 國內(nèi)外橋梁檢查車的運(yùn)用情況

國外特別是歐洲，由于其很早就建設(shè)了高速公路、高速鐵路，各種型式的橋梁檢查車運(yùn)用非常普遍。主流橋梁檢查設(shè)備從工作結(jié)構(gòu)形式上主要可分為兩種：平臺式（桁架式）橋梁檢查設(shè)備和吊籃式橋梁檢查設(shè)備，平臺式橋檢設(shè)備的特點(diǎn)是：重量輕、平臺尺寸較大、作業(yè)面積大、承載能力強(qiáng)。吊籃式橋檢設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：工作靈活性大，適應(yīng)范圍廣，可用于高空和橋下作業(yè)。從運(yùn)行方式上橋梁檢查設(shè)備又分為輪式、履帶式與軌行式等，前兩種適合通過公路方便到達(dá)且高架高度在18 m以下的線路區(qū)段，否則一般需要軌行式橋梁檢查車（以下稱"鐵路橋梁檢查車"）。

國內(nèi)在近些年來也從國外進(jìn)口了一些公路用橋梁檢查車，用于公路橋梁的檢查和簡單維修；而鐵路橋梁檢查車方面，青藏鐵路配有金鷹重工生產(chǎn)的平臺式和吊籃式橋梁檢查車各一臺，北京大機(jī)運(yùn)用檢修段亦有一臺金鷹重工產(chǎn)吊籃式橋梁檢查車在用。

3 鐵路橋梁檢查車的性能需求

普速鐵路橋梁檢查一般利用維修或施工天窗點(diǎn)進(jìn)行，高鐵橋梁檢查一般在夜間封鎖天窗內(nèi)進(jìn)行，而且一般不能影響鄰線行車和作業(yè)；與公路橋梁檢查相比，鐵路橋梁檢查車在時間和空間上都受到一定的限制；另外考慮曲線區(qū)段線路外軌超高、長大坡道的條件，在安全性、穩(wěn)定性上有更高的要求。

公路橋梁檢查作業(yè)時一般采用打支腿的方式保證整車穩(wěn)定性，而鐵路用橋梁檢查車為提高天窗點(diǎn)的利用率一般不打支腿作業(yè)，因此對整車的抗傾覆性能提出更高的要求。

由于橋檢車一般不獨(dú)立開至區(qū)間進(jìn)行作業(yè)，考慮到整車的經(jīng)濟(jì)型，故宜只設(shè)作業(yè)低速走行功能，不設(shè)高速運(yùn)行功能，區(qū)間高速運(yùn)行以重型軌道車牽引，這樣整車從動力傳動到司機(jī)室布置、控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等均得以簡化。

由于平臺式作業(yè)機(jī)構(gòu)和吊籃式作業(yè)機(jī)構(gòu)在運(yùn)用上各有優(yōu)點(diǎn)，所以一般宜成組配備（一組兩臺），采用兩種作業(yè)機(jī)構(gòu)的橋梁檢查車各一輛，在運(yùn)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為大量推廣運(yùn)用進(jìn)行驗(yàn)證。

4 各系統(tǒng)組成

整車主要由動力系統(tǒng)、走行部、車架、車體、車鉤裝置、電氣系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及橋梁檢查設(shè)備等組成。

4.1 橋梁檢查設(shè)備

橋梁檢查設(shè)備是工作人員的工作平臺，安全性、專業(yè)化要求很高，需選擇成熟產(chǎn)品，確保運(yùn)用安全可靠。

經(jīng)過調(diào)研，國外生產(chǎn)橋梁檢查設(shè)備的主要廠家有德國MOOG公司、意大利BARIN公司、美國Aspen Aerials公司。經(jīng)過比較，德國MOOG公司的兩款橋梁檢查設(shè)備：MBI 140-1.4/S型平臺式橋梁檢查設(shè)備和MBL 1200T型吊籃式橋梁檢查設(shè)備，其作業(yè)范圍完全滿足鐵路橋梁尺寸。

MBI 140-1.4/S型平臺式橋梁檢測維修設(shè)備安裝在基礎(chǔ)回轉(zhuǎn)臺上。臺下有回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)臺可分別向車輛的左右兩側(cè)水平旋轉(zhuǎn)90°。與回轉(zhuǎn)臺相聯(lián)的是折疊系統(tǒng)，它的一端安裝一個垂直回轉(zhuǎn)臺，臺內(nèi)有回轉(zhuǎn)軸承。該回轉(zhuǎn)臺的另一端是導(dǎo)向框架，該框架上有導(dǎo)向塊為升降塔的上下動作導(dǎo)向。導(dǎo)向塊可以旋轉(zhuǎn)95°左右，使升降塔和水平工作平臺處于垂直位置。該轉(zhuǎn)動量可以補(bǔ)償橋梁±5°的縱向坡度。轉(zhuǎn)動由一個雙向液壓油缸來實(shí)現(xiàn)。升降塔及其下端平臺的上下運(yùn)動由單側(cè)的導(dǎo)向塊導(dǎo)向，導(dǎo)向塊沿一個U形導(dǎo)向軌道運(yùn)動。平臺式橋檢設(shè)備平臺為鋁合金材料。平臺設(shè)有兩套控制系統(tǒng)，一套設(shè)置于車上司機(jī)室內(nèi)，用手動方式進(jìn)行控制，另有一套采用遙控控制盒，設(shè)置在平臺內(nèi)，可對平臺動作實(shí)行遠(yuǎn)程控制，兩套控制系統(tǒng)互鎖。平臺內(nèi)還設(shè)有緊急停止按鈕，在緊急情況下能使平臺停止動作。平臺內(nèi)設(shè)有交流電源插座，為使用各種工具提供動力。作業(yè)平臺上安裝有用于檢查橋墩的吊籃，可從平臺上下放，最大檢查深度50 m。平臺上提供有控制系統(tǒng)可以對吊籃進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本設(shè)備采用側(cè)向位移后翻轉(zhuǎn)的設(shè)計，本裝置能在電氣化區(qū)段作業(yè)，而不會影響到上部的接觸網(wǎng)設(shè)備。

平臺式橋檢設(shè)備最大載重量為600 kg，可以最多6人同時在平臺上對橋梁進(jìn)行檢查，如圖1所示，平臺式橋梁檢查設(shè)備可同時對橋體三面同時進(jìn)行檢查，大大提高了橋梁檢查的效率。

圖1 平臺式橋梁檢查設(shè)備工作范圍示意圖

MBL 1200T型吊籃式橋梁檢測維修設(shè)備由底座、主臂、垂直伸縮臂、工作臂、吊籃及控制系統(tǒng)組成，在主臂與垂直伸縮臂之間還設(shè)有一個回轉(zhuǎn)支撐，第三節(jié)伸縮臂材料為鋁合金材料。吊籃設(shè)有兩套控制系統(tǒng)，一套設(shè)置于吊籃主臂旁，用手動方式進(jìn)行控制，另有一套采用遙控控制盒，設(shè)置在吊籃內(nèi)，可對吊籃動作實(shí)行遠(yuǎn)程控制，兩套控制系統(tǒng)互鎖。作業(yè)吊籃內(nèi)還設(shè)有緊急停止按鈕，在緊急情況下能使吊籃停止動作。吊籃安裝有自動水平校正機(jī)構(gòu)，可使吊籃在工作過程中始終保持水平狀態(tài)。吊籃內(nèi)設(shè)有交流電源插座，為使用各種工具提供動力。本裝置在展開和收車時費(fèi)時少，且可避開線路頂部的接觸網(wǎng)，能在電氣化區(qū)段進(jìn)行作業(yè)。

吊籃式橋梁檢查設(shè)備最大載重量為250 kg，可以容納最多2人在吊籃內(nèi)作業(yè)，如圖2所示，吊籃操縱靈活，既能在橋下工作，又能作為接觸網(wǎng)高空檢查設(shè)備。

圖2 吊籃式橋梁檢查設(shè)備工作范圍示意圖

4.2 動力系統(tǒng)

由于風(fēng)冷發(fā)動機(jī)可靠性好，在青藏線高寒區(qū)域有更好的適應(yīng)性，本車選用Deutz公司生產(chǎn)的913系列增壓發(fā)動機(jī)，設(shè)計有低溫啟動系統(tǒng)，并按照高原5 000 m海拔高度進(jìn)行功率修正。

4.3 液壓系統(tǒng)

本車液壓系統(tǒng)由走行回路，作業(yè)回路、制動回路、支撐鎖定回路、馬達(dá)摘合回路和應(yīng)急回路組成，系統(tǒng)由一個三聯(lián)泵（排量分別為 90 ml/r、20 ml/r、20 ml/r）和兩個擺線馬達(dá)（排量為630 ml/r）及其他各元件組成。三聯(lián)泵通過彈性聯(lián)軸器與發(fā)動機(jī)飛輪相連。

（1）作業(yè)回路：作業(yè)回路由一個20排量齒輪泵供油，操作橋檢設(shè)備上各操作手柄可實(shí)現(xiàn)各動作；

（2）走行回路采用閉式回路，油泵為電比例調(diào)節(jié)，通過操作操作臺上的電控手柄可方便實(shí)現(xiàn)車輛前進(jìn)方向和運(yùn)行速度；

（3）制動回路由單作用油缸和電磁換向閥、電磁球閥等組成，通過電磁換向閥的得失電可實(shí)現(xiàn)制動和緩解；

（4）支撐鎖定回路；在車輛的轉(zhuǎn)向架和車架上設(shè)置有支撐鎖定油缸，其中在車軸鎖定油缸上設(shè)置有雙向液壓鎖，可保證作業(yè)的穩(wěn)定性；

（5）馬達(dá)離合回路:通過電磁換向閥上左右電磁鐵的得失電可實(shí)現(xiàn)低速走行馬達(dá)與齒輪箱的結(jié)合和脫開；

（6）應(yīng)急回路:在主作業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可實(shí)現(xiàn)橋檢設(shè)備的收回。

4.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由交流系統(tǒng)及直流系統(tǒng)組成。交流系統(tǒng)由車上發(fā)電機(jī)組提供動力，主要給車內(nèi)空調(diào)、取暖器、應(yīng)急電機(jī)等設(shè)備供電。直流系統(tǒng)主要包括蓄電池及發(fā)動機(jī)自帶充電發(fā)電機(jī)組成，作用為供行車、照明以及作業(yè)提供直流電源。

為加強(qiáng)對人身的保護(hù)，交流系統(tǒng)中設(shè)置有漏電保護(hù)器，各供電回路均設(shè)置有獨(dú)立斷路器。為方便車輛在站場使用站場電源，車輛設(shè)有外接電源接口，并設(shè)置外接電源與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，保證同一時間只有一路供電。

本車為液壓驅(qū)動低速走行并帶作業(yè)結(jié)構(gòu)的車輛，如機(jī)構(gòu)未完全復(fù)位即被拖掛高速運(yùn)行，勢必將造成車輛機(jī)械故障或行車事故，針對此特點(diǎn)，為降低車輛機(jī)械故障或行車事故率，電氣系統(tǒng)中設(shè)置低速走行、油缸鎖定、液力制動等機(jī)構(gòu)與發(fā)動機(jī)起動回路互鎖，即影響行車的機(jī)構(gòu)未復(fù)位時，車輛不僅有多處指示燈提示，而且發(fā)動機(jī)不能熄火。

4.5 走行部

根據(jù)本車實(shí)際軸重和運(yùn)行品質(zhì)要求，選擇大型線路搗固車用成熟的轉(zhuǎn)向架，能滿足最高運(yùn)行速度120 km/h的要求；橡膠人字簧進(jìn)行特殊訂制，在保證運(yùn)行品質(zhì)的情況下，達(dá)到適應(yīng)－40℃低溫和抗紫外線的要求。

4.6 橋梁檢查車的安全設(shè)計

（1）整車抗傾覆性能通過了穩(wěn)定性計算，確保有足夠的穩(wěn)定性系數(shù)；

（2）設(shè)力矩限制器和過載保護(hù)器，當(dāng)超過額定載荷后只能向安全方向作業(yè)；

（3）平臺和吊籃上多處設(shè)有急停按鈕，在遇到危險時，能立即停止設(shè)備運(yùn)動；

（4）設(shè)有兩套動作控制系統(tǒng)，一套為電控，另一套為手動；

（5）設(shè)有應(yīng)急直流電動泵，可保證主系統(tǒng)故障時將整個橋檢設(shè)備收回；

（6）上下控制設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，使操縱具有唯一性，防止誤操作；

（7）整車操縱各處均設(shè)聯(lián)鎖，在未做好一切準(zhǔn)備和防護(hù)的情況下，設(shè)備不能動作。

5 應(yīng)用前景展望

隨著我國高鐵事業(yè)與大型養(yǎng)路機(jī)械的快速發(fā)展，結(jié)合國內(nèi)高鐵養(yǎng)修方式與管理的探索逐步成熟，將鐵路橋梁車納入高鐵橋梁巡檢、養(yǎng)護(hù)、維修勢必成為高鐵橋梁養(yǎng)修體系中重要組成部分，鐵路橋梁車的應(yīng)用范圍有望大大提升。

當(dāng)前，開發(fā)出適合國情、具備我國自主技術(shù)產(chǎn)權(quán)的鐵路橋梁檢查車很有必要，希望通過本文能夠推進(jìn)這一愿望的實(shí)現(xiàn)。