斜拉桥缆索缺陷检测机器人的研制

保证斜拉桥的安全使用, 对其缆索进行无损检测是非常重要的。

斜拉索检测具有如下特点:

b. 斜拉索外部包有防腐护套 如何在不损伤护套的情况下, 定量检测与评价斜拉索承力钢丝的状况, 是斜拉索检测不同于其它钢丝绳检测的难点;

c. 斜拉索都是静止状态 根据钢丝绳电磁检测原理, 检测传感器与绳索必须有相对运动, 才能检测出绳索状态, 这就要求爬行机构带动传感器沿斜拉索进行运动, 以实现检测;

d. 检测工作任务量大，一座斜拉桥至少有上百根斜拉索, 而且要进行100%检测, 这就要求设计的检测系统具有安装、拆卸快捷方便的特点, 从而提高检测效率。

1.检测系统的研制

检测传感器采用磁性检测原理, 用一永久磁铁励磁回路对缆索磁化后, 缆索相对于励磁回路运动时, 一旦遇有断丝则断口处将产生向外泄漏的漏磁场; 当缆索中金属截面积总和发生变化时, 励磁回路中的主磁通量将随之改变, 因此, 测量这些磁场的变化将获得缆索中缺陷状况。检测缆索缺陷时可以采用2种磁性检测方法:

a. 漏磁检测法 主要检测缆索中断丝、锈蚀、斑点等局部缺陷。

b. 磁桥路法 主要检测因缆索锈蚀等引起其金属截面积总和发生变化的缺陷 。

等距离脉冲编码器完成对缺陷位置的定位, 同时发出等空间间隔的脉冲信号控制计算机实现检测信号的等空间采样。

2.爬行装置的动力选择和结构设计

2. 1驱动单元的选择

a.  斜拉桥一般都在野外, 需要在斜拉索检测现场建立压缩站或液压站;

b. 随着斜拉索的长度增长, 管道需要增长, 使用不方便, 压力随管道增长而降低;

c.  由于气缸或液压缸行程所限, 只能实现脉动式前进。以气缸行程为循环周期, 每次起动都有干扰信号产生, 此信号与损伤信号极为相似, 引起误判。爬行机构在动力选择上, 需要实现检测传感器的平稳、连续运动, 此要求下, 以电机驱动为最佳。由于传感器体积大, 重量重, 需要电机功率大, 直流电机不能满足需要。因此最终选择交流伺服电机作为驱动单元，为检测传感器在斜拉索爬行提供动力。

2. 2机械结构设计

在确定驱动单元之后, 下一步就是如何确定检测机构在斜拉索上的爬行方式, 常用的移动方式按其结构分类有车轮式、脚式、履带式、吸盘式等方式。

                                                                                                                  图 2   机械结构简图

采用双后轮驱动, 弹簧将两对滚轮压紧在斜拉索上, 将电机的驱动力转化为沿拉索的牵引力, 驱动检测传感器在斜拉索上爬行。有几个问题需要注意:

a.  弹簧压紧力, 该力大小决定了整套装置的驱动能力, 力太小, 检测机构在斜拉索上固定不住, 力太大, 机构庞大;

b.  为适应不同直径的缆索, 采取粗调和细调两种压紧装置。粗调用于大变径的缆索, 细调用于小变径的缆索;

c. 斜拉索检测传感与爬行机构的同心度;

d. 为便于安装, 爬行装置设计成剖分式结构。