CN116752437A - 一种模块化智能分体式桥梁检测车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化智能分体式桥梁检测车，属于桥梁检测技术领域。本发明由第一车身、第二车身、车架、车轮、配重块、车身弹簧、阻尼器、盖板、盖板弹簧、盖板弹簧限位柱、车身限位柱、钢制底座、底座紧固螺栓、底座紧固螺母、无线加速度传感器、激光位移计、驱动电机、蓄电池、驱动电机智能控制单元、智能数据处理单元组成。本发明采用模块化设计，各个部件都能够快捷安装与拆卸，可实现不同载重、不同轴距、不同车轮材质、不同自振特性、不同弹簧和阻尼器参数的桥梁移动加载和检测要求，车辆装备的驱动电机智能控制单元和智能数据处理单元可以实现自动行走、自动转向、自动处理数据，能够快速给出检测结果。

Description

一种模块化智能分体式桥梁检测车

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，具体涉及一种模块化智能分体式桥梁检测车。

背景技术

桥梁结构作为交通关键节点，一旦发生结构安全事故往往会造成严重的经济损失和社会不良影响。在桥梁的实际运营中，长期的环境腐蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳与突变效应等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减，从而使其抵抗自然灾害、甚至正常荷载的能力下降，极端情况下引发灾难性的突发事件。

对在役桥梁结构健康状况进行快速评估检测，可以有效预防突发性灾难、及时控制缺陷的发展、减少损失、避免人员伤亡，确保结构与使用者的安全。其中常用的整体评估技术依据激励源(输入信号)的选择，可以分为基于环境随机激励和基于移动车辆激励。近年来基于可控移动车辆荷载(车桥耦合***振动)的桥梁快速损伤诊断方法逐渐成为研究热点，通过记录分析移动车辆荷载下桥梁结构或移动车辆的动态响应数据对在役桥梁结构健康状况进行快速评估。相关学者针对这一方向进行了一系列的理论、数值和试验研究。

基于过桥车辆响应的桥梁间接测量方法近年来被越来越多地应用于桥梁检测中。与直接监测方法不同，这种方法无需在桥上安装传感器，仅通过过桥车辆上安装的传感器响应来识别桥梁特性，因此这种方法的经济性更加明显。并且该方法方便快捷，时间成本低，因此成为近年来的研究和应用热点。

然而，当前检测车***应用最为广泛的依然为单轴车，单轴车在实际测量过程中无法独立行走，需要拖挂在一辆牵引车之上，牵引车本身也势必会对检测车的振动产生一定影响，这是单轴检测车无法克服的缺陷。

因此，部分学者针对双轴车展开研究，希望能够解决单轴车需要牵引、应用不便等问题。但是，普通双轴车的车体俯仰效应会给测试带来一定的困难，车体的俯仰响应无法直接测量，需要利用车头和车尾的竖向响应进行推导换算，进一步增大获取响应的误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模块化智能分体式桥梁检测车，旨在实现方便快捷的桥梁快速检测与安全评估。检测车采用模块化设计，各个部件都能够快捷安装与拆卸，可实现不同载重、轴距、车轮材质、自振特性、弹簧和阻尼器参数的桥梁移动加载和检测要求；车辆装备的驱动电机智能控制单元可以实现自动行走、自动转向，智能数据处理单元可以在移动检测过程中实时收集各无线加速度传感器和激光位移计测量数据，并将其上传至云平台，云平台对测量数据进行处理分析后可以快速给出桥梁频率、模态振型、阻尼比和损伤情况等检测结果。因此，本发明装置具有成本低、方便快捷、适用性广等优点，可广泛应用于桥梁检测与状态评估。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：包括车架，所述车架四角均安装有车轮，所述车架上通过螺栓、螺母固定安装有底座，所述底座上固定安装有若干车身限位柱，所述若干车身限位柱上部分别固定安装有第一车身及第二车身，所述若干车身限位柱上套装车身弹簧，所述车身弹簧的两端分别连接至所述车架和第一车身、第二车身，所述第一车身及第二车身上均放置有配重块，所述第一车身及第二车身上均设置盖板弹簧限位柱，所述盖板弹簧限位柱上固定安装盖板，所述盖板弹簧限位柱上套装盖板弹簧，所述盖板弹簧的两端分别连接至盖板和第一车身、第二车身，所述车架、第一车身、第二车身及盖板上均安装有无线加速度传感器，所述车架上固定安装有激光位移计、驱动电机、蓄电池、驱动电机智能控制单元及智能数据处理单元，所述驱动电机连接至所述车轮，所述蓄电池连接至所述驱动电机智能控制单元及智能数据处理单元连接；所述驱动电机智能控制单元与驱动电机连接，所述智能数据处理单元连接至所述无线加速度传感器及激光位移计。

而且，所述第一车身及第二车身上均设置有车身限位柱穿装孔，所述车身限位柱穿装所述车身限位柱穿装孔，所述车身限位柱穿装孔内设置有直线轴承，所述第一车身及第二车身的配重块两侧均焊接有挡板。

而且，所述车架包括第一车架及第二车架，所述第一车架包括第一车架横轴及第一车架纵轴，所述第一车架横轴与第一车架纵轴焊接连接，所述第二车架包括第二车架横轴及第二车架纵轴，所述第二车架横轴与第二车架纵轴焊接连，第一车架与第二车架通过第一车架纵轴、第二车架纵轴连接，所述第一车架及第二车架的四角均固定安安装有底座，所述第一车架横轴及第二车架横轴上端面两侧均安装所述无线加速度传感器，所述第一车架横轴及第二车架横轴下端面两侧均安装所述激光位移计，所述蓄电池胶装于所述第一车架纵轴上，所述第一车架横轴中部下方胶装所述驱动电机智能控制单元，所述第二车架横轴中部下方胶装所述智能数据处理单元。

而且，所述第一车架纵轴比所述第二车架纵轴细，所述第一车架纵轴插装入第二车架纵轴并通过车架紧固螺栓、车架紧固螺母连接，所述第一车架纵轴的插装深度可调。

而且，所述第一车身与第一车架之间，所述第二车身与第二车架之间均安装有阻尼器。

而且，所述盖板平面尺寸略大于所述盖板弹簧。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明不仅可作为静载适用于各种桥梁静力试验，还可适用于不同参数的车辆荷载下各种桥梁模态参数和损伤识别试验研究。

2、本发明采用模块化设计，可快速更换车轮、弹簧、阻尼器、盖板等模块，可快速变换车身配重和轴距，实现不同载重、不同轴距、不同车轮材质、不同自振特性、不同弹簧和阻尼器参数的桥梁移动加载和检测要求。

3、本发明实现信息化、智能化的深度融合。检测车装备的驱动电机智能控制单元可以实现自动行走、自动转向，智能数据处理单元可以在移动检测过程中实时收集各无线加速度传感器和激光位移计测量数据，并将其上传至云平台，云平台对测量数据进行处理分析后可以快速给出桥梁频率、模态振型、阻尼比和损伤情况等检测结果。整车的信息化、智能化程度高。

4、本发明通过多轴设计与电动智能化设计，解决了单轴车无外部支撑情况下无法独立行走的缺陷，无需通过一辆额外的牵引车提供支撑与动力；又通过分体式的车身设计，保留了单轴车响应传递路径简单的优势，解决了普通多轴车车身俯仰效应的影响，所测得响应的误差更小，检测结果的可靠度更高。

5、本发明通过在车架上安装激光位移计，可实现检测车行进路线的路面粗糙度扫描，通过对粗糙度扫描结果的智能处理，可剔除路面粗糙度对检测结果的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明第一车身或第二车身的结构示意图；

图3为本发明第一车身或第二车身的主视图；

图4为本发明第一车身或第二车身的左视图；

图5为本发明第一车身或第二车身的俯视图；

图6为本发明车架的结构示意图；

图7为本发明第一车架的结构示意图；

图8为本发明第一车架的主视图；

图9为本发明第一车架的左视图；

图10为本发明第一车架的俯视图；

图11为本发明第二车架的结构示意图；

图12为本发明第二车架的主视图；

图13为本发明第二车架的左视图；

图14为本发明第二车架的俯视图；

图15为本发明第一车架纵轴与第二车架纵轴连接示意图；

图16为本发明的车轮连接示意图；

图17为本发明盖板与无线加速度传感器的连接示意图；

图18为本发明盖板的主视图；

图19为本发明的桥梁检测评估路径图。

附图标记说明

1-第一车身、2-第二车身、3-车架、4-车轮、5-配重块、6-车身弹簧、7-阻尼器、8-盖板、9-盖板弹簧、10-盖板弹簧限位柱、11-车身限位柱、12-底座、13-底座紧固螺栓、14-底座紧固螺母、15-无线加速度传感器、16-激光位移计、17-驱动电机、18-蓄电池、19-驱动电机智能控制单元、20-智能数据处理单元。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

请参阅图1，一种模块化智能分体式桥梁检测车，其创新之处在于：所述第一车身(1)通过车身弹簧(6)和阻尼器(7)与车架(3)连接，第二车身(2)通过车身弹簧(6)和阻尼器(7)与车架(3)连接，第一车身(1)和第二车身(2)之间无直接连接。所述配重块(5)放置于第一车身(1)和第二车身(2)上，配重块(5)的数量可以根据需要增减，来达到调节检测车总质量的目的，满足不同的加载要求；所述车身弹簧(6)套在车身限位柱(11)上，其作用为使车身弹簧(6)只能沿车身限位柱(11)方向形变，保证车辆行走时车身只能发生竖向位移。所述阻尼器(7)分别与第一车身(1)、第二车身(2)和车架(3)螺栓连接；所述车身限位柱(11)与钢制底座(12)焊接连接；钢制底座(12)通过底座紧固螺栓(13)、底座紧固螺母(14)与车架(3)螺栓连接；所述盖板(8)通过盖板弹簧(9)与第一车身(1)和第二车身(2)连接，所述盖板弹簧限位柱(10)与第一车身(1)和第二车身(2)焊接连接，用于限制盖板弹簧(9)侧倾；所述无线加速度传感器(15)分别安装在车架(3)、第一车身(1)、第二车身(2)和盖板(8)上；所述激光位移计(16)安装在车架(3)外侧靠近车轮(4)的位置，用于扫描检测车行进路线上的路面粗糙度；所述车轮(4)安装在车架(3)下方，所述驱动电机(17)通过螺栓连接安装在车架(3)下方，用于驱动车轮(4)转动，使检测车行走；所述无线加速度传感器(15)分别安装在车架(3)、第一车身(1)、第二车身(2)和盖板(8)上。

请参阅图2-5，所述直线轴承(1-1)、挡板(1-2)、盖板弹簧限位柱(10)与第一车身(1)焊接连接，组成一个整体，直线轴承(1-1)的作用为保证车身沿车身限位柱(11)做直线运动。第一车身(1)与第二车身(2)完全相同，配重块(5)放置于两块挡板(1-2)之间，挡板(1-2)的作用为限制配重块(5)的移动。

请参阅图6，所述第一车架和第二车架通过车架紧固螺栓(3-3)、车架紧固螺母(3-4)螺栓连接，从而形成稳定车架。

请参阅图7-10，所述第一车架横轴(3-8)与第一车架纵轴(3-6)焊接连接；所述驱动电机固定钢板(3-5)与第一车架横轴(3-8)焊接连接；两个无线加速度传感器(15)分别安装在第一车架横轴(3-8)靠近两侧端部的位置；两个激光位移计(16)安装在第一车架横轴(3-8)两侧端部下方，用于扫描检测车行进路线上的路面粗糙度；所述蓄电池(18)安装在第一车架纵轴(3-6)上，与第一车架纵轴(3-6)胶接连接，并与驱动电机智能控制单元(19)和智能数据处理单元(20)电性连接，用于给二者供电；所述驱动电机智能控制单元(19)通过胶接方式安装在第一车架横轴(3-8)中部下方，驱动电机智能控制单元(19)与各驱动电机(17)分别电性连接，用于控制驱动电机(17)，改变检测车行进方向和速度。

请参阅图11-14，所述第二车架横轴(3-9)与第二车架纵轴(3-7)焊接连接；所述驱动电机固定钢板(3-5)与第二车架横轴(3-9)焊接连接；两个无线加速度传感器(15)分别安装在第二车架横轴(3-9)靠近两侧端部的位置；两个激光位移计(16)安装在第二车架横轴(3-9)两侧端部下方，用于扫描检测车行进路线上的路面粗糙度；所述智能数据处理单元(20)通过胶接方式安装在第二车架横轴(3-9)中部下方，并与蓄电池(18)电性连接，用于自动收集和处理各无线加速度传感器(15)和各激光位移计(16)测得的数据，并将其上传至云平台。

请参阅图15，所述第一车架纵轴(3-6)略细于第二车架纵轴(3-6)，第一车架纵轴(3-6)***第二车架纵轴(3-7)后，通过车架紧固螺栓(3-3)、车架紧固螺母(3-4)连接，从而形成稳定车架。而且，所述第一车架纵轴(3-6)***第二车架纵轴(3-7)的深度可依据不同要求进行调节，从而达到调节整车轴距的目的。

请参与图16，所述驱动电机(17)与驱动电机固定钢板(3-5)通过螺栓连接，驱动电机(17)与驱动电机智能控制单元(19)电性连接，用于驱动车轮(4)转动；所述车轮(4)安装在驱动电机固定钢板(3-5)侧面，与驱动电机(17)连接。

请参阅图17-18，所述盖板(8)通过盖板弹簧(9)与第一车身(1)和第二车身(2)连接；所述盖板弹簧限位柱(10)与第一车身(1)和第二车身(2)焊接连接，用于限制盖板弹簧(9)侧倾；所述盖板弹簧(9)套在盖板弹簧限位柱(10)上，其作用为使盖板弹簧(9)只能沿盖板弹簧限位柱(10)方向形变，保证盖板(8)上方的无线加速度传感器(15)只能发生竖向位移。所述无线加速度传感器(15)分别安装在盖板(8)上方；所述盖板(8)平面尺寸略大于盖板弹簧(9)，使盖板(8)能够套在盖板弹簧外侧，保证盖板(8)上方的无线加速度传感器(15)只能发生竖向位移。

而且，所述盖板(8)为可更换设计，依据不同要求选择不同规格盖板(8)，不同规格盖板的质量不同，从而达到调谐车辆自振特性的目的。

进一步的是，所述配重块(5)可依据不同要求选择摆放数量与位置，从而达到调节整车质量与分布的目的。

进一步的是，所述车架(3)可依据不同要求设计为两轴或两轴以上不同尺寸车架。

进一步的是，所述车身弹簧(6)、阻尼器(7)和盖板弹簧(9)可依据不同要求，选取不同型号、不同参数和不同安装排布位置。

进一步的是，所述阻尼器(7)可依据不同要求，选择安装或不安装。

进一步的是，所述车轮(4)可依据不同要求，选取不同型号和不同材质，如充气橡胶轮胎、实心橡胶轮胎、塑料轮胎等。

本发明一种模块化智能分体式桥梁检测车在桥梁检测时的路径图如图19所示，具体桥梁检测实施步骤如下：

步骤1：将桥梁检测车放置于桥头位置，由驱动电机智能控制单元下达行驶指令，给定行驶速度，桥梁检测车开始工作。

步骤2：桥梁检测车行驶过程中，各无线加速度传感器记录加速度信号，各激光位移计记录距离信号，并将信号实时传递到智能数据处理单元。

步骤3：智能数据处理单元首先对收集到的所有信号进行时间同步操作，然后将其上传至云平台。

步骤4：云平台上集成了信号处理算法，包括桥梁频率分析模块、桥梁振型分析模块、桥梁阻尼分析模块、路面粗糙度分析模块以及桥梁损伤分析模块，对收到的信号进行处理后，给出桥梁检测结果。

步骤5：对同一座桥梁可以进行多次检测。所述桥梁检测车采用模块化设计，更换检测车部件后，可以以另一套车辆参数进行桥梁检测，重复步骤1～4。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：包括车架(3)，所述车架(3)四角均安装有车轮(4)，所述车架(3)上通过螺栓(13)、螺母(14)固定安装有底座(12)，所述底座(12)上固定安装有若干车身限位柱(11)，所述若干车身限位柱(11)上部分别固定安装有第一车身(1)及第二车身(2)，所述若干车身限位柱(11)上套装车身弹簧(6)，所述车身弹簧(6)的两端分别连接至所述车架(3)和第一车身(1)、第二车身(2)，所述第一车身(1)及第二车身(2)上均放置有配重块(5)，所述第一车身(1)及第二车身(2)上均设置盖板弹簧限位柱(10)，所述盖板弹簧限位柱(10)上固定安装盖板(8)，所述盖板弹簧限位柱(10)上套装盖板弹簧(9)，所述盖板弹簧(9)的两端分别连接至盖板(8)和第一车身(1)、第二车身(2)，所述车架(3)、第一车身(1)、第二车身(2)及盖板(8)上均安装有无线加速度传感器(15)，所述车架(3)上固定安装有激光位移计(16)、驱动电机(17)、蓄电池(18)、驱动电机智能控制单元(19)及智能数据处理单元(20)，所述驱动电机(17)连接至所述车轮(4)，所述蓄电池(18)连接至所述驱动电机智能控制单元(19)及智能数据处理单元(20)连接；所述驱动电机智能控制单元(19)与驱动电机(17)连接，所述智能数据处理单元(20)连接至所述无线加速度传感器(15)及激光位移计(16)。

2.根据权利要求1所述的模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：所述第一车身(1)及第二车身(2)上均设置有车身限位柱穿装孔，所述车身限位柱(11)穿装所述车身限位柱穿装孔，所述车身限位柱穿装孔内设置有直线轴承(1-1)，所述第一车身(1)及第二车身(2)的配重块(5)两侧均焊接有挡板(1-2)。

3.根据权利要求1所述的模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：所述车架(3)包括第一车架(3-1)及第二车架(3-2)，所述第一车架(3-1)包括第一车架横轴(3-8)及第一车架纵轴(3-6)，所述第一车架横轴(3-8)与第一车架纵轴(3-6)焊接连接，所述第二车架(3-2)包括第二车架横轴(3-9)及第二车架纵轴(3-7)，所述第二车架横轴(3-9)与第二车架纵轴(3-7)焊接连，第一车架(3-1)与第二车架(3-2)通过第一车架纵轴(3-6)、第二车架纵轴(3-7)连接，所述第一车架(3-1)及第二车架(3-2)的四角均固定安安装有底座(12)，所述第一车架横轴(3-8)及第二车架横轴(3-9)上端面两侧均安装所述无线加速度传感器(15)，所述第一车架横轴(3-8)及第二车架横轴(3-9)下端面两侧均安装所述激光位移计(16)，所述蓄电池(18)胶装于所述第一车架纵轴(3-6)上，所述第一车架横轴(3-8)中部下方胶装所述驱动电机智能控制单元(19)，所述第二车架横轴(3-9)中部下方胶装所述智能数据处理单元(20)。

4.根据权利要求3所述的模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：所述第一车架纵轴(3-6)比所述第二车架纵轴(3-7)细，所述第一车架纵轴(3-6)插装入第二车架纵轴(3-7)并通过车架紧固螺栓(3-3)、车架紧固螺母(3-4)连接，所述第一车架纵轴(3-6)的插装深度可调。

5.根据权利要求3所述的模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：所述第一车身(1)与第一车架(3-1)之间，所述第二车身(2)与第二车架(3-2)之间均安装有阻尼器。

6.根据权利要求1所述的模块化智能分体式桥梁检测车，其特征在于：所述盖板(8)平面尺寸略大于所述盖板弹簧(9)。