【正文】 Abstract Nearly 30 years, with the rapid development of our country economy, increasingly aggravating highway bridge load, it is worth to attention there are a lot of Bridges happened the phenomenon such as aging, damage, cracks, unsafe bridge increased year by year, carrying capacity decreased obviously. Bridges is to ensure that roads unblocked throat, its carrying capacity and traffic capacity is well versed in all key, in order to guarantee the rapid economic development and people39。s life and property security, for existing Bridges has bee a top priority for maintenance work. Cablestayed bridge is one of the most popular bridge of longspan Bridges in our country. So far pleted or under construction of cablestayed bridge has more than 30 seats, second only to Germany, Japan, and the world third. After the reform and opening up, the momentum of the construction of a cablestayed bridge in our country has been on the rise. And the number of longspan concrete cablestayed bridge has been the first in the world. Air car is an important tool for existing Bridges. For girder bridge, highaltitude vehicles is one of a kind of effective detection tools, but because of the high price is quite expensive, plus the cablestayed Bridges have cables for high altitude operation, work up very convenient, in this case, we design a new inspection agencies bridge, cablestayed bridge for daily inspection and maintenance. This paper mainly through the analysis of the cablestayed bridge structure, the electrical design of bridge maintenance platform is put forward, in order to realize the maintenance platform for cablestayed bridge for maintenance. Keywords: Cablestayed bridge； Maintenance platform； Electrical design 第一章 緒論 國(guó)內(nèi)外斜拉橋的發(fā)展與檢修 斜拉橋概述 斜拉橋又稱斜張橋， 如 下 圖 ， 是將 主梁 用許多拉索直接拉在橋塔上的一種 橋梁 ，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來(lái)的一種 結(jié)構(gòu)體系 。 斜拉橋是我國(guó)大跨徑橋梁最流行的橋型之一。目前為止建成或正在施工的斜拉 橋共有 30 余座，僅次于德國(guó)、 日本 ，而居世界第三位 ， 而大跨徑 混凝土斜拉橋 的數(shù)量已居世界第一。 世界上建成的著名斜拉橋有：蘇通長(zhǎng)江大橋（主跨 1088m），法國(guó)諾曼底斜拉橋（主跨 856 米），南京長(zhǎng)江二橋南汊橋鋼箱梁斜拉橋（主跨 628 米），以及1999 年日 本建成的世界最大跨度的多多羅大橋（主跨 890 米）。 我國(guó)至今已建成各種類型的斜拉橋 100 多座，其中有 50 余座跨徑大于 200 米。 20 世紀(jì) 80 年代末，我國(guó)在總結(jié)加拿大安那西斯橋的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上， 1991 年建成了上海南浦大橋（主跨為 423 米的結(jié)合梁斜拉橋），開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)修建 400 米以上大跨度斜拉橋的先河。我國(guó)已成為擁有斜拉橋最多的國(guó)家，在世界 10大著名斜拉橋排名榜上，中國(guó)有 8座，尤其是蘇通長(zhǎng)江大橋主跨 1088m，為世界斜拉橋第一跨。 圖 斜拉橋 國(guó)內(nèi)外斜拉橋的檢修 由于斜拉橋可以 建筑高度 低 ，減輕 了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料 等優(yōu)勢(shì)，在全球橋梁建設(shè)得到廣泛認(rèn)可 。 目前，全球 修建的斜拉橋越來(lái)越多 ， 由于斜拉橋的安全性主要取決 兩個(gè)原因，第一是 于斜纜的強(qiáng)度 ,但迄今為止 ,要檢查斜纜有無(wú)缺陷 ,唯一的辦法只能是站在橋面上或爬到塔柱上 ,用望遠(yuǎn)鏡觀察斜纜的表面變化 ,至于斜纜接合部位密封好壞 ,涂層是否剝落 ,鋼絳有無(wú)斷裂等情況 ,根本無(wú)法準(zhǔn)確判斷。 第二就是斜拉橋梁體的安全性，檢修人員站在梁體的上面，可以對(duì)橋梁上面進(jìn)行檢測(cè)，但是梁體的反面就不行了，只能借助與外物。高空車是現(xiàn)有檢測(cè)橋梁的重要工具。對(duì)于梁橋，高空車是一種有效的檢測(cè)工具之一 ， 如圖 ， 但是由于高空車的價(jià)格比較昂貴，再加上斜拉橋有斜拉索對(duì)于高空車作業(yè)有阻攔，工作起來(lái) 極其 不方便，在這個(gè)情況下，我們?cè)O(shè)計(jì)新的檢橋機(jī)構(gòu)，用于斜拉橋日常的檢測(cè)和維修。 圖 高空車 檢橋機(jī)設(shè)計(jì)概況 軌距： 38m 跨度： 40m 高度： 6m 集中載荷： 1t 運(yùn)行速度： 15m/min 檢橋機(jī) 結(jié)構(gòu) 檢橋機(jī)主要為主梁、 2個(gè)門腿、欄桿、爬梯等組成。 主梁跨度約 40m，采用桁架結(jié)構(gòu)，截面形狀和尺寸如圖 。上部采用 2 根 25b槽鋼、下部采用 22a 工字鋼，輔 以斜撐、橫撐等組成。 圖 劍橋機(jī)主梁與門腿的截圖 初步分析計(jì) 算，滿足強(qiáng)度和剛度的要求，穩(wěn)定性由斜撐、橫撐等構(gòu)件的尺寸和布置 保證，具體可待下一步進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析。 （ 1）檢橋機(jī)主梁三根主材的重量約為 100kg/m，斜撐、橫撐估計(jì)為它的一半為 50kg/m，欄桿估計(jì)為 20kg/m，平鋪 2mm 厚鋼板為 ，初步估計(jì)主梁結(jié)構(gòu)自重 200kg/m， 40m長(zhǎng)，總重 8t。 （ 2）門腿結(jié)構(gòu)自重估計(jì) 100kg/m， 6m長(zhǎng)，重 600 kg， 2個(gè)門腿總重 。 （ 3） 其它，如爬 梯、檢修平臺(tái)等 1t。 合計(jì)結(jié)構(gòu)總重約 1011t。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)根據(jù)運(yùn)行速度 15m/min，考慮摩擦阻力、坡度和風(fēng)載荷等初步估計(jì)驅(qū)動(dòng)靜功率為 2kW，初步選擇電機(jī) 2臺(tái)各 1 kW、 1500rpm。 根據(jù)輪壓選擇小車車輪直徑 250mm，共 4 個(gè)。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)分 2 檔速度運(yùn)行，15m/min用于行走， 5m/min用于對(duì)橋梁的檢修。 2 條軌道可以采用鐵路鋼軌 P11（每米 11kg 鐵軌，或者其它輕軌、甚至用工字鋼等型材），施工時(shí)需調(diào)平和壓緊，因此需要軌道壓板和軌道支架等結(jié)構(gòu)件。運(yùn)行機(jī)構(gòu)宜采用電機(jī)、齒輪箱、 制動(dòng)器三件組合在一起的“三合一”產(chǎn)品，有現(xiàn)成廠家制造。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的 4個(gè)車輪有 2個(gè)是從動(dòng)輪，可以安裝手動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以借用現(xiàn)有的手動(dòng)單梁起重機(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，有現(xiàn)成廠家制造。 小結(jié) 本章主要介紹了斜拉橋在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與檢修情況。 斜拉橋是我國(guó)大跨徑橋梁最流行的橋型之一。目前為止建成或正在施工的斜拉橋共有 30余座，僅次于德國(guó)、 日本 ，而居世界第三位 ， 而大跨徑 混凝土斜拉橋 的數(shù)量已居世界第一。 目前，全球 修建的斜拉橋越來(lái)越多 ， 由于斜拉橋的安全性主要取決 兩個(gè)原因，第一是 于斜纜的強(qiáng)度 ,第二就是斜拉橋梁體的安全性，檢修人員站在梁體的上面，可以對(duì)橋梁上面進(jìn)行檢測(cè)，但是梁體的反面就不行了，只能借助與外物。在這個(gè)情況下，我們?cè)O(shè)計(jì)新的檢橋機(jī)構(gòu)，用于斜拉橋日常的檢測(cè)和維修。 第二章 橋梁檢測(cè)機(jī)構(gòu)電氣的設(shè)計(jì) 電氣設(shè)計(jì) 要求 （ 1）運(yùn)行機(jī)構(gòu)分 2檔速度運(yùn)行， 15m/min 用于行走， 5m/min用于對(duì)橋梁的檢修。 （ 2）發(fā)電機(jī)和電氣控制柜可以安置在一個(gè)平臺(tái)上，需要時(shí)運(yùn)送過(guò)來(lái)固定好，投入使用，以避免被偷盜。 （ 3）采用有線遙控，控制器可以掛在脖子上隨人移動(dòng)，以方便操作，不用時(shí)可以摘下來(lái)帶走。 檢橋機(jī) 工作分析 本論文主要負(fù)責(zé)檢橋機(jī)構(gòu)的電氣設(shè)計(jì)，該運(yùn)行機(jī)構(gòu)分為 2檔速度運(yùn)行，一檔用于行走，速度的大小是 15m/min ，另一擋用于對(duì)橋梁的檢修，速度的大小是5m/min。 工作人員站在平臺(tái)上，通過(guò)手動(dòng)的遙控器，對(duì) 橋梁機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作，其主要功能包括啟動(dòng)，停止，急停，復(fù)位，速度一檔，速度二檔，前進(jìn)和后退。工作人員可根據(jù)工作的需要，通過(guò)遙控機(jī)對(duì)檢橋機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，達(dá)到工作目標(biāo)。 檢橋機(jī)構(gòu)電氣的設(shè)計(jì)，核心是對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。主要包括三小點(diǎn)，第一點(diǎn)是運(yùn)行狀態(tài)的控制?？紤]到結(jié)構(gòu)運(yùn)行性能，決定左右兩邊都安裝電機(jī)，通過(guò) PLC加上變頻器，對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)檢橋機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)，停止，急停，復(fù)位，速度一檔，速度二檔，前進(jìn)和后退功能，運(yùn)行機(jī)構(gòu)分 2檔速度運(yùn)行， 15m/min用于行走， 5m/min 用于對(duì)橋梁的檢修。 采用有線遙 控，控制器可以掛在脖子上隨人移動(dòng)，以方便操作，不用時(shí)可以摘下來(lái)帶走。 第二點(diǎn)是兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步控制，加上光電旋轉(zhuǎn)編碼器，對(duì) 速度進(jìn)行閉環(huán)反饋，從而達(dá)到對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行同步控制。第三點(diǎn)，對(duì) PLC，變頻器，編碼器的型號(hào)進(jìn)行確定，同時(shí)需要了解各元件的大小，便于安裝在電氣柜里面， 發(fā)電機(jī)和電氣控制柜可以安置在一個(gè)平臺(tái)上，需要時(shí)運(yùn)送過(guò)來(lái)固定好，投入使用，以避免被偷盜。 檢橋機(jī) 電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容 電機(jī)的選擇， 運(yùn)行機(jī)構(gòu)根據(jù)運(yùn)行速度 15m/min，考慮摩擦阻力、坡度和風(fēng)載荷等初步估計(jì)驅(qū)動(dòng)靜功率為 2kW，初步選擇電機(jī) 2臺(tái) 各 1 kW、 1500rpm。 變頻器的選擇，通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。變頻器是在保證電機(jī)原有性能的情況下，通過(guò)改變電機(jī)的供電頻率和電壓的方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的現(xiàn)代電力電子設(shè)備 PLC的選擇，完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號(hào)進(jìn)入 PLC， PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)工作，是系統(tǒng)的核心。 光電編碼器的選擇， 兩個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步控制，加上光電旋轉(zhuǎn)編碼器，對(duì)速度進(jìn)行閉環(huán)反饋，從而達(dá)到對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行同步控制。 檢橋機(jī)構(gòu)的電氣設(shè)計(jì)，核心是對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，主要包括對(duì)原理圖的設(shè)計(jì)，安裝圖的設(shè)計(jì)，接線圖的設(shè)計(jì)，程序梯形圖的編寫。在此基礎(chǔ)上，要對(duì)電子元件進(jìn)行選擇，通過(guò)元器件的大小，安裝在電氣柜里面。 方案擬定與分析 （ 1）主動(dòng)輪個(gè)數(shù) 方案一，檢橋機(jī)構(gòu)有 4 個(gè)輪子， 1 個(gè)是主動(dòng)輪， 3 個(gè)是從動(dòng)輪。主動(dòng)輪通過(guò)電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu) 的運(yùn)行，達(dá)到實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，停止，急停，復(fù)位，速度一檔，速度二檔，前進(jìn)和后退等功能。 方案二， 檢橋機(jī)構(gòu)有 4 個(gè)輪子， 2 個(gè)是主動(dòng)輪， 2 個(gè)是從動(dòng)輪。每個(gè)主動(dòng)輪分別有一個(gè)電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu) 的 運(yùn)行，達(dá)到實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，停止，急停，復(fù)位，速度一檔，速度二檔，前進(jìn)和后退等功能。 方案一具有簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在對(duì)其電機(jī)進(jìn)行控制的時(shí)候，只需要通過(guò)信號(hào)輸入PLC， PLC 處理后對(duì)變頻器 發(fā)出起停、調(diào)速等信號(hào)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但是方案一只有一個(gè)電機(jī)在拖動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)兩邊所受到的力及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將會(huì)不同，機(jī)構(gòu)兩邊不能同步前進(jìn)，會(huì)出現(xiàn)檢橋機(jī)構(gòu)一邊前一邊后的現(xiàn)象。如果采取方案二，通過(guò)編碼器，可以實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制，對(duì)電機(jī)的控制就能更精確，這樣的話，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的同步控制，如此機(jī)構(gòu)兩邊就能平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)。所 以對(duì)于電機(jī)的選擇，決定采取方案二，也就是采用兩個(gè)電機(jī)，分別在機(jī)構(gòu)的兩邊進(jìn)行拖動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 （ 2）變頻器個(gè)數(shù) 方案一，檢橋機(jī)有兩個(gè)主動(dòng)輪，每一個(gè)主動(dòng)輪分別配一個(gè)變頻器。 PLC向兩個(gè)變頻器發(fā)布指令，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 方案二，只用一個(gè)變頻器，兩個(gè)電機(jī)并聯(lián)在變頻器的接線端， PLC 向變頻器發(fā)布指令