爬升檢測(cè)系統(tǒng)在橋梁高墩柱質(zhì)檢中的應(yīng)用設(shè)想

哈 娜，歐陽(yáng)偉

（遼寧省交通高等專科學(xué)校 遼寧 沈陽(yáng) 110122）

1 引言

針對(duì)10m以上或更高的高墩柱橋梁在檢測(cè)過(guò)程中受地形和作業(yè)車范圍的限制，無(wú)法應(yīng)用傳統(tǒng)的檢測(cè)手段實(shí)現(xiàn)整個(gè)墩柱范圍內(nèi)的檢測(cè)，提出研制爬升機(jī)構(gòu)和夾緊裝置，同時(shí)攜帶高清攝像頭，不僅可以實(shí)現(xiàn)高墩柱上任意位置的爬升和夾緊，而且免去人員爬升檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)高墩柱混凝土外觀、保護(hù)層厚度和強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，保證高墩柱橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全性和耐久性。

高墩柱橋梁常修建于地震高發(fā)區(qū)，為此在對(duì)高墩柱橋梁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不能夠損壞高墩柱表面，以免造成由于缺損問(wèn)題引發(fā)的抗震性能下降而影響橋梁的正常使用，為此對(duì)高墩柱橋梁進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是十分必要的[1]。高墩柱橋梁由于自身高大的特點(diǎn)，在建造和施工的過(guò)程中，難免出現(xiàn)由于混凝土振搗不足、骨料分布不均勻而導(dǎo)致的高墩柱內(nèi)部存在離析或空洞等缺陷，其引發(fā)的危害往往要比普通墩柱更大。同時(shí)高墩柱在檢測(cè)過(guò)程中也增加了施工人員高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)，為此項(xiàng)目提出研制高墩柱爬升夾緊機(jī)構(gòu)并攜帶高清攝像頭，對(duì)高墩柱進(jìn)行外觀檢測(cè)，保證施工質(zhì)量，節(jié)省人力。高墩柱在檢測(cè)過(guò)程中，并不是對(duì)整個(gè)高度方向的高墩柱截面進(jìn)行檢測(cè)，而是通過(guò)設(shè)計(jì)或計(jì)算選取易損截面或區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，為此需要對(duì)爬升機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位和追蹤，保證檢測(cè)截面定位的準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部檢測(cè)。

2 研究?jī)?nèi)容設(shè)想

（1）資料收集。收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)高墩柱檢測(cè)資料，并進(jìn)行爬升檢測(cè)系統(tǒng)資料收集[2-3]。

①收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)爬升機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)資料；

②收集國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有定位系統(tǒng)。

（2）硬件系統(tǒng)。攜帶高清攝像頭的橋梁高墩柱爬升夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究。

①擬定爬升機(jī)構(gòu)形式，結(jié)合工作原理，對(duì)攜帶攝像頭的爬升機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)；

②根據(jù)自鎖爪夾緊原理對(duì)橋梁高墩柱夾緊結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)；

③研究爬升機(jī)構(gòu)的動(dòng)力系統(tǒng)。

（3）軟件系統(tǒng)。開發(fā)研制爬升定位系統(tǒng)，應(yīng)用軟件系統(tǒng)控制，預(yù)測(cè)爬升機(jī)構(gòu)行經(jīng)軌跡。

①定位程序設(shè)計(jì)；

②定位程序應(yīng)用。

（4）測(cè)試系統(tǒng)。應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)的爬升檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)外高墩柱進(jìn)行檢測(cè)。

①室內(nèi)外高墩柱混凝土外觀檢測(cè)；

②室內(nèi)外高墩柱混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)；

③室內(nèi)外高墩柱混凝土強(qiáng)度檢測(cè)；

④室內(nèi)外高墩柱檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證項(xiàng)目建議檢測(cè)手段的可靠性和準(zhǔn)確性。

3 技術(shù)方法

（1）技術(shù)方案

項(xiàng)目擬研發(fā)爬升夾緊設(shè)備，其具體工作原理主要是根據(jù)曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和自鎖爪夾緊裝置。具體方案如下：

①曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)形式，見(jiàn)圖1。

圖1 自鎖爪夾緊裝置

圖2 曲柄滑塊傳動(dòng)該機(jī)構(gòu)

圖1中有上下兩個(gè)滑塊，兩個(gè)滑塊與曲柄端相連，裝置在工作時(shí)若其中某一滑塊滑動(dòng)時(shí)，另一滑塊恰好固定。因此，對(duì)于該機(jī)構(gòu)任意時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)特性，可按照一般曲柄滑塊處理。在曲柄端連接的滑塊上固定電動(dòng)機(jī)，曲柄被帶動(dòng)產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將下滑塊固定，曲柄從最下端轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)0～180o過(guò)程推動(dòng)上滑塊運(yùn)動(dòng)至頂端，然后控制上滑塊，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)180o～360o過(guò)程中，拉動(dòng)下滑塊向上運(yùn)動(dòng)。

②自鎖爪夾緊裝置

圖2為自鎖爪夾緊裝置圖，從圖中可以看出通過(guò)外掛千斤頂拉動(dòng)拉桿8，使得與拉桿相連的驅(qū)動(dòng)搖桿5向內(nèi)擺動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與夾緊滾輪3相連的驅(qū)動(dòng)搖桿4擺動(dòng)，從而帶動(dòng)兩滾輪對(duì)爬桿產(chǎn)生擠壓，實(shí)現(xiàn)夾緊作用。當(dāng)外力撤去或減小時(shí)，通過(guò)套筒中彈簧的回復(fù)作用使拉桿8復(fù)位，從而松開兩滾輪，實(shí)現(xiàn)放松的功能。在橋墩下部固定定位滾輪6，夾緊時(shí)此定位滾輪與兩個(gè)夾緊滾輪一起實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)定位。在橋墩上部固定滾輪1，可調(diào)解滾輪1與滾輪6之間距離，其作用是放松時(shí)與滾輪6一起前后頂住橋墩，防止裝置發(fā)生側(cè)翻，保證爬行時(shí)裝置的穩(wěn)定可靠。

[1] 莊文君，張柳，鄒磊.淺析用超聲波對(duì)橋梁墩柱進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法[J].公路交通科技.2013(5）.

[2] 劉登躍，何斌，陳鵬杰，唐曉城.一種新型的輪式纜索檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)[J].中國(guó)科技信息.2015（03）.

[3] 余劍武，張申林，肖清.拉索檢測(cè)機(jī)器人爬升裝置設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.2017（04）.