懸掛式橋梁檢修車供電方式選擇

李志強 王慶暉

摘 ?要：橋梁檢修車是一種為橋梁檢查維修人員在檢測維修過程中提供作業(yè)的平臺，主要以車載式橋梁檢修車、懸掛式橋梁檢修車為主，本文以武漢沌口長江公路大橋為例，重點討論懸掛式橋梁底部檢修車供電方式選擇。

關鍵詞：長跨度橋梁;供電方式;鋰電池

一、項目情況介紹

武漢沌口長江公路大橋是連接武漢經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)和洪山區(qū)、江夏區(qū)的重要過江通道，是武漢市四環(huán)線跨越長江的控制性工程之一，其中跨江主橋長1510m，為100+275+760+275+100m的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，設計為100km/h，雙向8車道的高速公路，標準路基寬度為41.0m，主橋斷面全寬46.0m。

二、懸臂式橋梁檢修車應用情況

（一）懸臂式橋梁檢修車在國內外應用情況

懸掛式橋梁檢修車最早出現(xiàn)在歐美，在國內外應用廣泛，國內很多大型鋼結構橋梁都安裝了懸掛式橋梁檢修車。如：寧波灣頭大橋、日本多多羅橋、明石海峽大橋等。目前國內使用的懸掛式橋梁檢修車，由于各橋梁之間的構造差異，產(chǎn)品需要定制化，一般由設計單位提供設計圖紙，再由專業(yè)設備供應商根據(jù)橋梁橫斷面結構、寬度等特點，制造不同結構類型的專用橋梁檢修車。

（二）懸掛式橋梁檢修車的特點

懸掛式橋梁檢修車涉及機械、液壓、電子等先進技術，技術含量高，用于橋梁流動檢測或維修作業(yè)，多在造價較高的長跨度橋梁或多聯(lián)式大型橋梁上使用，一般多在橋梁底部架設軌道，將其安裝在梁底軌道上，使用時通過動力驅動橋梁檢修車沿梁底軌道上行走，具有穩(wěn)定性好、承載能力大等特點，保障了檢修工作的可持續(xù)性。

（三）武漢沌口長江公路大橋懸掛式橋梁檢修車的構造及技術特點

武漢沌口長江公路大橋使用的懸掛式橋梁檢修車主要由龍門架、桁架系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、回轉系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)等部分組成，均為全自動控制，安全性好。橋梁檢修車安裝有升降機等設施，可以實現(xiàn)對橋梁底部、側翼等位置進行全方位檢查，并應用了同步直線行走、側面過墩穩(wěn)定性、變軌過墩、高強度輕質鋁合金、交流變頻電機等技術。

三、武漢沌口長江公路大橋供電方式選擇

目前國內外懸掛式橋梁檢修車供電普遍電源普遍使用汽柴油發(fā)電機、安全滑觸線等方式，隨著新型電池技術的飛速發(fā)展，已在汽車、智能設備等多領域廣泛應用，成為一種穩(wěn)定供電的新型方式。

（一）方式比選

1.汽柴油發(fā)電機

汽柴油發(fā)電機組是以汽油或柴油為燃料，通過發(fā)動機組等設備實現(xiàn)電能轉換的機械設備，一般由控制系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。汽油發(fā)電機具有體積小、重量輕、燃燒效率高、低噪音的特點，同時存在運行時間短的缺點，多適用于便攜式發(fā)電機。柴油發(fā)電機是通過能量轉換方式驅動柴油機曲軸使活塞在頂部密閉的氣缸中作上下往復運動，相比汽油發(fā)電機具有功率大、壽命長、動力性能好的特點。

2.安全滑觸線

安全滑觸線一般由供電電纜連接裝置、滑觸線饋電裝置、柔性牽引聯(lián)接裝置、安全警報預警裝置以及配電箱等組成?；虞旊妼Ь€端與市電相接，通過與輸電導軌滑動接觸的集電刷可以將電網(wǎng)電流引入有軌導向移動裝置，滑觸線饋電裝置內設輸電導軌，依靠滑動接觸方式，向檢修車提供電能輸電裝置。安全滑觸線多以塑料材質或鋁合金材質為骨架，用扁銅排作為載流體，將多根載流體分別插入各個安裝槽內，槽內對應的每根載流體均有一個開口處，作為電刷滑行的通道。

3.鋰電池

鋰電池具有能量比較高、使用壽命長、額定電壓高、體積小、重量輕等特點。一般電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速;鋰電池的自放電率很低，同時安裝過充保護設置，不會擔心因長時間不充放電而導致電池報廢;但初次采購費用高，可能發(fā)生爆炸的危險。常見的六種鋰電池包括：鈷酸鋰（LiCoO2），錳酸鋰（LiMn2O4），鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NMC），鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA），磷酸鐵鋰（LiFePO4），鈦酸鋰（Li4Ti5O12）。

4.方式比選

由于梁外檢修車的行駛距離長，對比汽柴油發(fā)電機、安全滑觸線及鋰電池供電方式，這三種供電方式各有優(yōu)劣，具體比較內容，詳見下表：

以上三種供電方式都有其各自的優(yōu)缺點。相比較來說，鋰電池供電方式雖然前期投入較多，但其擁有操控性好、安全性能高、供電穩(wěn)定、維護保養(yǎng)簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)點，符合未來能源發(fā)展趨勢，因此建議在武漢沌口長江公路大橋供電方式中選擇鋰電池方式。

四、鋰電池電源方式配套技術措施

（一）電機容量選擇

橋梁檢修車實現(xiàn)行走功能需配置2臺額定功率3.0KW電機，實現(xiàn)回轉功能需配置2臺1.1KW電機。出于安全因素考慮，設計時考慮到不能讓橋梁檢修車的行走功能和回轉功能同時實現(xiàn)，如能滿足橋梁檢修車的行走驅動力，則可同時滿足回轉驅動力和其他供電需求，如操控升降平臺、使用機電設備等用電需求。因此在電機容量方面，可配置2臺3.0KW電機[1]。

（二）逆變器選擇

行走電機通過變頻器實現(xiàn)橋梁檢修車的啟動、調速和制動。當電機啟動時，變頻器將從0HZ、0V加速到預先設定的頻率和速度，可以最大限度的減小系統(tǒng)啟動電流，此時電流約為電機額定電流的1.4倍，逆變器輸出的電流需要至少是電機額定電流的1.4倍。根據(jù)計算，適宜選擇電壓為380V、容量為12KVA的逆變器。

（三）鋰電池組選擇

橋梁檢修車的安全性是關鍵要素，電池組的安全性是首要考慮因素，市場上可以選擇的有鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池以及圓柱形磷酸鐵鋰電池等。圓柱形磷酸鐵鋰電池在結構設計上具有過流保護、熔斷保護、泄壓保護等功能，一般單個電池容量僅有3Ah左右，不會發(fā)生燃燒爆炸;即使圓柱形磷酸鐵鋰電池發(fā)生故障，由于其電池容量小，能量堆積較少，一般情況下不會發(fā)生強烈的爆炸現(xiàn)象，同時在電池箱內部采用了蜂窩式結構設計，有足夠的空間可以將釋放的能量在箱體內吸收。綜合上述特點，可選用圓柱形磷酸鐵鋰電池作為橋梁檢修車的動力電池。

（四）保護措施

為提高檢修車的整體安全性，同時在檢修車上增加了風速檢測保護、接地故障保護、驅動電機保護、行車保護、限位保護等措施[2]。

1. 風速檢測保護。當檢修車運行環(huán)境風速超過設定值時，風速檢測設備將檢測數(shù)據(jù)傳導至檢修車主控制器中，實現(xiàn)緊急停車。

2. 接地故障保護。在總電源進線位置安裝漏電保護裝置，防止觸電事故及漏電引起的火災和設備損壞。

3. 驅動電機保護。采用變頻器技術對電機的欠壓、過載、過流、缺相等進行保護進行控制和保護，保障電機的安全穩(wěn)定運行。

4.行車保護。在橋梁檢修車行走機構的兩端按照危險檢測開關，當檢測到行走機構開始脫離軌道時立即停車。

5.行車保護。在旋轉軌道兩端都設有機械限位，有效防止行走機構與機械限位發(fā)生摩擦、碰撞，損壞保護漆和機械結構。

五、結論

沌口長江公路大橋針對懸掛式橋梁檢修車的運行環(huán)境和功能要求，采用了綠色環(huán)保的鋰電池方式，既可以保證沌口大橋橋梁檢修車的系統(tǒng)安全性，又可以滿足系統(tǒng)用電需求，符合橋梁檢修車的各項功能和安全要求。

參考文獻：

[1]宋二虎.圓柱形磷酸鐵鋰電池在電動汽車電源系統(tǒng)中的應用 [C] //2011第八屆中國（浙江舟山）國際電池電源系統(tǒng)技術發(fā)展與市場高峰論壇暨中國國際新能源電動車與動力、儲能電源系統(tǒng)技術發(fā)展高峰論壇.

[2]楊德才. 鋰離子電池安全性 原理、設計與測試 [M]. 北京：電子科技大學出版社，2012.

作者簡介：李志強，1974年9月，男，內蒙古包頭市，碩士研究生，研究方向：交通工程建設與運營