桥梁检测车桥梁老化表层去除装置的设计

桥梁检测车桥梁老化表层去除装置的设计

罗浩

浙江精工集成科技股份有限公司 312000

摘  要：桥梁随着使用年限的增加，桥的表面会形成腐蚀性孔洞、表皮疏松、金属锈蚀以及生物附着等现象，严重地影响到桥梁检测车的取样和检测工作。为此，本文对桥梁检测车的桥梁老化表皮去除装置进行了设计。测试结果表明，该装置产生的流射压力能够对桥梁老化层起到良好的去除作用。

关键词：桥梁检测车； 老化层； 去除； 高压水流射； 喷枪

引言

我国的基础设施建设取的成就举世瞩目，桥梁是大基建的重要组成部分，到目前为止，我国的铁路桥梁达到20余万座，公路桥梁高达80多万座。桥梁建设的巨大成就带来了巨大的交通便利。但随着使用年限的增长，桥梁会在反复的负荷冲击下会出现老化破损等一些问题，这就需要对桥梁的健康情况进行检测，为其保养和维修提供数据依据。为了能够对数量众多的桥梁实施健康检测，国内很多工程科研单位和机械企业都开发出桥梁检测专用车辆。

我国研制的桥梁检测车经过多年来的更新换代，其在自动化和智能化水平方面得到了不断的提升，功能及用途也得到了巨大的发展，且有无人化发展的趋势[1]。桥梁检测车为了较好的完成桥梁检测任务，需要多个子系统进行有机地配合，比如避障系统、探地系统、图像检测系统以及清洗系统等。桥梁随着使用年限的增加，会受气候、环境、海水或者生物作用的影响而会形成腐蚀性孔洞、表皮疏松、金属锈蚀以及生物附着等现象，严重地影响到桥梁检测车的取样和检测工作，并影响桥梁检测车的检测效果和精度[2]。

1 桥梁表层老化的表现形式和形成原因

桥梁表层老化的表现形式有腐蚀性孔洞、表皮疏松、金属锈蚀以及生物附着等，形成的主要原因有以下几类：

（1）桥梁的保护层做的过于薄，保护层时间过长会老化变形，钢筋和水泥暴露出来，遇到雨水和腐蚀性物质就很容易发生腐蚀现象；

（2）桥梁结构出现的裂纹和缝隙由于雨水的侵入，使得桥梁内部的钢筋锈蚀；

（3）冬春季的干湿和严寒的交替循环作用，从而引起混凝土的剥落。

这些表层的缺陷虽然暂时不会影响桥梁的强度和寿命，在形成以后会阻碍了检测装置对桥梁病害检测的效率和精度。

2 桥梁检测车老化表层去除装置的选型

对建筑物老化表皮进行去除的方法有很多，按照去除的手段有：凿除法、研磨法、超声波法、气流法、激光法以及高速水射流法等[3]。凿除法和研磨法处理速度慢，操作不当会导致桥梁完好的部分受到削弱，从而降低桥梁原有的强度。气流法去除老化层的速度较高，但气流法在使用的过程中会扬起大量的尘土，造成施工区域的环保问题，而且气流法只能去除桥梁老化层的内部蜂窝、空洞腐蚀以及桥梁表面的生物附着层，对于结构部件的金属腐蚀效果较弱。如果将气流中加入喷砂对桥面的老化层进行处理的话，又会造成劳动保护压力过大以及工艺成本过高等问题。高速水射流法对桥面的空洞腐蚀、蜂窝腐蚀、金属腐蚀以及附着的生物层均有较高的去除效果，因此，本设计在对各种老化层去除方法进行比较后，采用水射流法对桥梁的老化层进行去除。

高速水流射法根据水压力的大小分为低压流射，中压流射以及高压流射三种。根据所用的电压不同，可以分为220 V民用交流电和380 V工业高压电。220 V为单相居民用电，适合用来接民用疏远，用于清洗汽车、农场以及养殖场等低压流射的场合；中高压流射的水枪所用的电压一般为380 V工业电，主要用于工业零件和模具清洗、船舶清洗、工业设备的除锈等。大型高压清洗设备基本采用380 V三相工业电，出口压力能够达到350-500 kg/cm2，工业除锈及混凝土冲洗所用的水流射压力需要超过500 kg/cm2，因此，本次设计的桥梁除锈装置采用380 V工业电的高压水流射喷枪。

3 桥梁检测车老化表层去除装置的设计

3.1 高压水流射喷枪的整体设计

本次所设计桥梁检测车老化表层去除装置的核心设备为高压水流射喷枪，该喷枪采用动力柱塞泵产生高压水，高压水经过喷头形成高压水流射可以用来冲洗桥梁的老化层表面[4]。当高压水流射的冲击力大于老化层附着物的附着力时，老化层就会被高压水流射剥离开来，从而达到清除桥梁老化层的目的。桥梁检测车所用的高压水流射喷枪的设计结构简图如图1所示。

图1 高压水流射喷枪的设计结构简图

如图1所示，所涉及的高压水流射喷枪由四部分组成，分别为：常压水管路、耐高压管路、高压水泵以及高压水枪喷头。高压水流射喷枪通过常压水管路从水箱中吸取清水，清水经过过滤器过滤后，进入高压柱塞泵加压，清水在达到一定压力后达到耐高压水管，经由高压水枪喷头形成水射流。

3.2 老化表层去除装置的参数设计

高压水流射喷枪采用380 V工业三相电电，380 V工业用电也是配套桥梁检测车的动力用电，所用的动力电力由桥梁检测车上的发电机提供。高压水流射喷枪的流量、工作参数以及工作压力等数据如表1所示。

表1 高压水枪的设计参数范围

3.3 老化表层去除装置的喷嘴设计

高压水流射喷枪喷嘴的的阻力系数、收缩系数、速度系的流量系数参数如表2所示。

表2 各种喷嘴的流量系数比较

表2中所示，喷嘴的流量是其出口面积与射流出口速度的乘积，当阻力系数ζ=0.04，收缩系数ε=1.00，速度系数φ=0.98，流量系数μ=0.98时，各系数值均为最佳，为此，选取收敛流线型喷嘴结构最符合设计要求。

4 结论

桥梁随着使用年限的增加，会受气候、环境、海水或者生物的影响，桥的表面会形成腐蚀性孔洞、表皮疏松、金属锈蚀以及生物附着等现象，严重地影响到桥梁检测车取样和检测工作。因此，本文对桥梁检测车的桥梁老化表皮去除装置进行了设计，经过比较和选型，确定了了适用380 V工业电的高压水流射喷枪的设计，并为高压水流射喷枪设计了收敛流线型的喷嘴结构。

经过详细的工程设计后，该装置已经在桥梁检测车上进行了小规模的测试适用，测试结果表明，该高压水流射喷枪的流射压力最高能达到550 kg/cm2，能够对桥梁老化层的空洞混凝土以及钢筋上的锈蚀起到良好的去除作用，去除速度能都达到5 m/min，有效地提高了桥梁检测车的检测效率和检测精度。

参考文献

[1] 龚栋梁.国内外桥梁检测车发展概述[J].商用汽车, 2019(6):3.

[2] 王旭,马金茹,邓三鹏.基于FLUENT的清罐机器人高压喷枪水射流场分析与研究[J].机器人技术与应用, 2012(3):4..

[3] 宋波.高压水射流清洗机喷枪设计[J].现代制造技术与装备2023(4):55-56.

[4] 罗洋,祁宇明,黄贤振.超高压水射流破拆机器人喷枪结构设计[J].装备制造技术, 2017(1):3.

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