摘 要

本文利用三维建模软件SOLIDWORKS和有限元分析软件ANSYS设计并校验了所设计的新型桥梁检测车。虽然传统的桥梁检测车也能完成桥下作业，但是对于桥面以上范围作业不能一机两用。研发新型桥梁检测车的具有重要的作用。由于新型桥梁检测车能一机两用，使得单一设备的成本上升，但是总成本大大降低，相比传统的桥梁检测车，更能响应市场的需要。对桥梁检测车的进一步优化设计，将对于国家检测机械的开发做出巨大贡献。

论文主要研究了桥梁检测车的结构形式、驱动方式、传动方式、工作过程。设计并验算了主桁架、检测桁架以及回转机构的承载能力。

研究结果表明：本次设计的桥梁检测车与传统的设备相比功能更全面，作业范围更广，发展空间更大。从对主桁架和检测桁架的受力验算分析可以确定所设计的结构参数合理，从ANSYS分析结果可以得出检测桁架的承载能力足够，但主桁架需要增加一定数量的筋板，以是得其安全性得到保障。

关键词：桥梁检测车；回转支承；力学校验；ANSYS；SOLIDWORKS

Abstract

In this paper, we use the 3d modeling software SOLIDWORKS and finite element analysis software ANSYS to design and verify the New Bridge Inspection Vehicle that we designed. Even if traditional vehicle can also inspect damage below the bridge, it’s not able to inspect impairment above the bridge by using only one machine. It is important to design a new kind of inspection vehicle. Because of the function of the new vehicle, the cost of one machine increases, however the total payment reduced. Compared to the traditional vehicle, it will suit the market and well sold. Further research and design on bridge inspection vehicle would make great contribution to the development of other inspection equipment.

This paper mainly studies the form of the structural, driving mode, transmission mode and the working process of the New Bridge Inspection Vehicle. The bearing, main truss and inspection truss are designed and checked.

The results shows that compared to the traditional machine, the New Bridge Inspection Vehicle has more comprehensive function, wider operation range and larger development size. According to the checking of analysis of the main truss and the inspection truss, it’s obvious that the parameters of the New Bridge Inspection Vehicle are suitable. After analysis ANSYS’s result, we can find that the bearing capacity of the trusses is sufficient, but the main truss needs to add some stiffeners to ensure the safety.

Key Words：Bridge inspection vehicle；Slewing bearing；Mechanics check；ANSYS；SOLIDWORKS

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3本文研究内容 4

第2章 新型桥梁检测车臂架设计 5

2.1 新型桥梁检测车设计任务 5

2.2 检测车结构设计参数 5

2.3检测臂总体方案确定 5

2.3.1 检测臂的结构形式的确定 5

2.3.2 检测臂的材料选择 6

2.3.3 检测臂中各杆件的截面形状 7

2.4 新型桥梁检测车的臂架组成及其展开过程 8

2.4.1 新型桥梁检测车的臂架组成 8

2.4.2 桥梁检测车工作时臂架展开过程 8

2.5 桁架结构设计 11

2.5.1 主桁架结构设计 11

2.5.2 检测桁架结构设计 11

2.6回转机构设计 12

2.6.1 回转机构驱动方式确定 12

2.6.2 回转机构传动方式确定 12

2.6.3 回转支承的选择 12

本章小结 13

第3章 回转机构受力分析 14

3.1 回转机构Ⅰ受力分析 14

3.1.1 回转机构Ⅰ外载荷分析 14

3.1.2 回转机构Ⅰ齿轮圆周力分析 17

3.2 回转机构Ⅱ受力分析 17

3.2.1 回转机构Ⅱ外载荷分析 17

3.2.2 回转机构Ⅱ齿轮圆周力分析 18

3.3 回转机构Ⅲ 受力分析 20

3.3.1 回转机构Ⅲ外载荷分析 20

3.3.2 回转机构Ⅲ齿轮圆周力分析 21

本章小结 22

第4章 新型桥梁检测车液压系统分析 23

4.1 桥梁检测车液压传动系统设计要求 23

4.2 液压系统回路设计 23

4.2.1 回转机构液压回路设计 23

4.2.2 液压缸回路设计 24

4.3 液压执行元件分析 25

4.3.1 液压马达参数计算 25

4.3.2 液压缸参数计算 26

本章小结 27

第5章 桥梁检测车桁架结构受力分析 28

5.1 检测桁架受力分析 28

5.1.1 当检测桁架处于竖直时受力分析 28

5.1.2 当臂架完全展开时受力分析 29

5.2 主桁架受力分析 30

本章小结 31

第6章 桁架结构有限元分析 33

6.1 有限元软件ANSYS简介 33

6.2 检测桁架有限元分析 33

6.3 主桁架有限元分析 35

本章小结 36

第7章 经济性和环保性分析 37

7.1 经济性分析 37

7.2 环保性分析 38

本章小结 38

第8章 总结与展望 39

8.1 全文总结 39

8.2 未来展望 39

参考文献 41

致 谢 42

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

桥梁是国家重要的基础设施之一，他的安全性对于交通的正常运行起着十分重要的作用，公路桥梁设施的检测、维护保养是桥梁管理的核心工作，保障桥梁正常稳定的服役至关重要。伴随着桥梁工作时间的增加，难免会出现各种各样的损伤。而且我国的许多桥梁设计建造时间早，最初的设计建造标准和要求早已满足不了如今的使用要求。在长时间的使用情况下，桥梁容易受到疲劳破坏，对于行人、车辆造成巨大的安全隐患。正因如此，对于桥梁的检测工作尤为重要。

由于桥梁的结构比较特殊，大部分的损伤都发生在桥底，常见的损伤有裂纹、腐蚀、横向偏移、挠度过大。在长期使用中，钢材极易受到疲劳破坏而产生裂纹，若不及时检修，裂纹将会扩展，严重时将导致桥梁坍塌。目前世界上最常用的检测方式是利用桥梁检测车将检修人员送到桥底，然后通过检测臂将工作人员送至指定的位置进行人工检测维修。市面上常用的桥梁检测设备主要有桁架式桥梁检测车和折叠式桥梁检测车两大类^[1]。随着城市的发展，多层立交桥的应用也越来越广泛，如何在不移动检测车的情况下对多层立交桥进行检测成为使用过程中的难题。针对以上问题，本课题提出了设计新型桥检测车，旨在解决传统桥梁检测车只能针对桥面以下空间作业的缺陷。

图1.1 桁架式桥梁检测车 图1.2 折叠式桥梁检测车

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

在我国，桥梁检测车的研发已经进入快速发展的阶段。上世纪90年代初，交通部通过改造北京起重机厂QY-8型起重机的底盘，设计出了国内的第一代桥梁检测车，然而由于性能不合格而放弃。90年代末以徐工为代表的众多重型机械设备设计生产厂商逐渐发展壮大，到21世纪初，各大重型设备制造企业纷纷试水桥梁检测车的设计生产，它们通过国外引进和自主研发相结合的策略，逐渐开发出一系列具有自主知识产权的产品^[2]。以徐工集团生产的XZJ5315JQJC4型桥梁检测车和XZJ5290JQJD4型折叠式桥梁检测车为例，其参数如下表：

1.2.2 国外研究现状

桥梁检测车最早出现在欧美等国家，经过长达半个世纪的发展，各国家的桥梁检测车设计制造技术水平已经十分先进。绝大多数桥梁检测车都采用液压和电控相结合的方式进行控制。其中以美国REACHALL公司UB系列、意大利BARIN公司的ABC系列、德国MOOG公司的MBI系列等生产的桥梁检测车最受市场欢迎^[2]。

表1.1 徐工XZJ5135JQJC4型桥梁检测车参数

表1.2 徐工XZJ5290JQJD4型折叠式桥梁检测车

表1.3 意大利BARIN-ABC140型桥梁检测车参数

美国HYDRA PLATFORMSG公司生产的桁架式桥梁检测车，它有自行式与拖挂式两种，工作平台长度分别为13~18.5m和9.8~10.7m，并且装备有通信设备、自动前进装置自动化设备等。HYDRA PLATFORMSG公司生产的桥梁检测车比起国内生产的检测车自动化水平更高，并且具有智能化的特点^[3]。

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