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高铁桥梁检测车的现状及发展趋势-【新闻】

发布时间:2021-05-28 11:21:29 阅读: 来源:皮带轮厂家

高铁桥梁检测车的现状及发展趋势

前言:截止目前,我国高速铁路运营里程已近万公里,成为世界高速铁路运营里程最长的国家。高速铁路,做为陆地“飞行器”,是高技术的集成、高造价的体现。同时,也是高度安全和高寿命的轨道交通运输载体。我国高铁设计建设预期寿命大多为一百年。

寿命,大凡源于生命诞生之初“基因”的构成和后天养生所塑造的结果。人类所造之物,也莫不如此。所以,高铁的检修手段、保养措施及对其抚爱的密度,亦决定着一条高铁生命的茁壮态势。

我国成为世界高铁运营里程之最,也标志着我国已是高铁桥梁里程最长的国家。据资料显示,目前我国铁路运营桥梁中的病害桥梁,将近桥梁总数的五分之一。虽然高铁桥梁具有健康的“基因”,高铁在我国刚刚才几年的建成史,还没产生普通铁路桥梁的病害情形。但是,养生理应从诞生开始。

正所谓,道高一尺魔高一丈。高铁技术的高精尖使然,加之检修的天窗期短等因素,促其检测维修车辆必须更为高精尖的配套。因我国高铁是引进消化吸收再创新的产物,所以,针对我国的高铁桥梁技术衍生的检测车辆应具有其自身个性特征。为此,路讯杂志策划了这一专题,并邀请到几位国内从事这一领域研究的专家,共同广泛而深入地探讨,我国高铁桥梁检测车的现状及发展趋势等问题。期望通过各位专家的观点和言论,能使产业同仁及相关人士有所收获和借鉴。

议题1:发展高铁桥梁检测车的必要性

根据《中长期铁路网规划》,我国高速铁路发展以“四纵四横”为重点,构建快速客运网的主要骨架,形成快速、便捷、大能力的铁路客运通道,逐步实现客货分线运输。确定到2020年,全国建设客运专线1.6万公里以上。这意味着,我国在未来8年内,将有近7千公里的高铁要修建。也意味着在未来8年内,将有4千公里左右的高铁桥梁诞生。

路讯杂志本期专题专家,徐工铁路装备有限公司技术开发部部长张洪涛认为:“随着高铁线路的不断建成开通和运营,高铁桥梁墩台的检测养护任务将凸显,利用现代化的高铁桥梁综合检测设备来进行高效快捷精准的检修势在必然。”对此,上海铁路局工务处技术装备科周毅副科长深表认同,他说:“随着我国经济发展的不断增长,铁路运输强度也随之不断增长,具有高速、舒适、安全等特点的高铁在得到蓬勃发展的同时,高铁也对线路等基础设施提出了更高标准和要求。从高铁运营维护来说,已不再是“免维护”的概念,相反,不断提升高铁的养修力量与方法的理念在加大,其中铁路桥梁作为高铁线路的重要基础设施和确保铁路运输安全畅通的关键设施,其检查与养护越来越受到重视,所以桥梁检测车,受到越来越广泛的关注也是自然的。”

徐州徐工铁路装备有限公司技术开发部部长张洪涛分析:“高铁的发展,意味着高铁桥梁的数量也迅速增加。随着时间的推移,高铁桥梁墩台病害问题已摆在人们的面前,由于桥梁隐患所带来的交通事故,往往是车毁人亡的恶性事故。因而对桥梁进行定期检修、寿命及承载能力的预测研究自然成了一个很重要的课题。对于高铁线路桥梁和墩台的周期检测和保养,国外都有严格的规定。其中,德国的桥梁养护最正规,每座桥梁都建立了完整的养护技术库和数据档案,并且建立了检测的标准规范。桥梁数据库按桥型分门别类,数据库共有40至50个数据项,数据采集方法主要有目测、仪器测和测车测。每年平均每公里采集数据所需费用160欧元。对桥梁检测的时限也有要求。正常情况,每三个月一小检,每年一大检,每三年一次全面检查,每六年一次重新检测。检测内容包括稳定性、排水性能、桥梁标志、标线和裂缝,螺丝锚头松动情况,钢筋锈蚀情况等。“

截止目前,我国高铁运营里程已近万公里,按桥梁占线路52%的比例计算,我国高铁桥梁约有5千余公里。像京津城际桥梁累计长度占全线正线总长的比例为86.6%,京沪高铁为80.5%,广珠城际为94.0%,武广客专为48.5%,哈大客专为74.3%。桥梁作为轨道的下部结构,为确保高速运行条件的安全性、平稳性和乘车舒适性要求,必须具有高平顺性、高稳定性和高可靠性。从而桥梁的检测与维修显得更加重要。由于桥梁检测工程的复杂性、特殊性,发展高铁桥梁检测车辆及装备,不但尤其必要,而且有所紧迫。

议题2:高铁桥梁检测车的基本情况

高铁桥梁检测车(以下简称“桥检车”)是一种可以为桥梁检测人员提供作业平台、设备,用于流动检查及维护的专业车辆,具有灵活、快速、高效的特点——通过自身动力或轨道车牵引,能快速到达作业地点,有效利用天窗点;作业过程中不影响临线交通,且能不收回作业设备在工作点之间低速行进,工作效率高。

桥检车技术含量很高,具有效率高、安全性好、适应性强、功率消耗低等优点,适用于铁路桥梁的预防性检查和维修作业,并为操作者在检测桥梁每一组成部分时提供安全保障,还可用于环境险恶不适合人工检测的场合。

昆明中铁大型养路机械集团有限公司第三研究所工程师王红兵认为,桥检车一般具有以下特点:1.采用机、电、液、讯一体化技术, 控制系统采用电液比例及自动伺服调平技术,能精确控制每个细微动作,配有底盘稳定装置、应急装置、备用动力等;2.工作装置系统中加装先进的防倾覆过载保护系统,可实时监控工作装置负荷,超载报警并自动限制操作,确保检测作业的安全性,工作篮有自动液压水平调节功能,确保工作平稳;3.配有实时监控或通信系统,以便实时了解桥下的作业情况,方便、及时、准确地调整检测方位和位置;4.装备有两套控制系统,便于设备的展开和桥下工作平台的调整控制;5.配备液力驱动自推进系统,具有自动行走功能,工作时检测车可以在桥上行走,不需将设备收回;

根据高铁桥梁特点,对桥检车的关键技术需求,郑州新大方重工科技有限公司空港装备设计室副主任李淮,作了如下总结:1.高速铁路桥检车主要作用对桥梁底面、立面及桥墩状态进行检查;2.保证桥检车工作的连续性——具有在简支梁与连续梁之间连续行走的能力。要求桥检车下探深度高、作业半径大(至少满足半幅检测需要);3.桥检车应能适应连续梁桥墩与简支梁桥墩不同所造成的影响;4.如果桥检车在铁轨上行走,还必须考虑线杆及接触网对桥检车带来的运作空间的限制;5.桥检车还需要考虑部分钢拱桥、涵洞的存在。

在桥检车的类型划分上,上海铁路局工务处技术装备科副科长周毅与王红兵两位专家一致认为:“我国铁路线路养护起步较晚,长期依靠人工作业。近年来随着铁路运输的蓬勃发展,铁路运输迅速向高速度、

高密度、高载荷发展,线路的破坏程度也越来越大,人工养护已不能满足铁路发展的需要,大型养路机械才得以重视,轨行式的铁路专用桥检车也是在这种背景下应运而生。桥检车一般是在大机车架底盘基础上安装专用的工作装置而成。根据作业机构的不同,大致有吊篮式和桁架式两种。”(见下图,现有桥检车工作示意图。)

吊篮式桥检车

桁架式桥检车

周毅和王红兵还就吊篮式与桁架式检测车,在性价比等方面作了对比说明:吊篮式桥检车结构小巧,受桥梁结构制约少,工作灵活,可以快速、安全的将工作人员和设备送到桥下工作范围内的任意位置;同时也可升起作为高空作业车检测桥梁上部结构,灵活方便,价格相对桁架式桥检车较低。工作时在桥下为点阵式检测,作业平台是装在臂架顶端的一个吊篮,可容纳2~3名人员作业,载质量一般只有200~300 kg。

桁架式桥检车按使用形式又可分为2种:车载式(也称自行式)和拖挂式。其采用通道式工作平台,稳定性好,承载能力大,使用时检测人员能方便地从桥面进入平台或返回桥面,能实现连续不间断作业,且作业面大、检查范围广,效率较高,但价格相比吊篮式要高些。

议题3:国内桥梁检测车研发生产现状如何?

就我国高铁桥检车研发生产现状这一问题,曾主持设计了QJ-280桥检车,参与过一些大型养路机械设计的王红兵回答:“铁路桥梁是高铁线路中重要的设备,桥梁的检测与维护越来越重视,检测与维护需要专用的设备,铁路桥检车就是能够满足铁路桥梁的检修与维护的一种新型的设备。就我国铁路桥检车现状,我认为尚处入研发初级阶段。”周毅也认为:“国产桥梁检测设备的研发尚处于初级阶段,基本上以引进为主。”

根据各位专家的介绍,目前,我国高铁桥检车生产厂家主要有:昆明中铁大型养路机械集团有限公司、徐工集团随车起重机有限公司、郑州新大方重工科技有限公司、金鹰重型工程机械有限公司(原襄樊金鹰轨道车辆有限公司)等主要企业。从事公路桥检车研制的主要有徐工集团、湖南宝龙、湖南恒润高科有限公司等。

专家们还就产业现状及自身企业研发情况,分别做了较为具体的介绍。

周毅:2006年,金鹰重工与德国MOOG公司合作,开发出QJ-1型桥检车,填补了国内轨行式桥检车的空白。该型桥检车配备进口道依茨风冷发动机,全液压两轴驱动,设低速走行功能;走行部采用捣固车成熟运用的人字橡胶弹簧转向架,具有足够的强度和刚度,稳定性好,并配有车体及轴箱锁定系统,增加作业时的稳定性。桥梁检测设备采用MOOG公司MBL 1200T(吊篮式)和MBI 140-1.4/S(桁架式)。

王红兵:昆明中铁自主研发了QJ-280桥检车。该型桥检车采用国产风冷增压发动机、全液压两轴驱动、设高低速走行功能,配有车体及轴箱锁定系统,新材料工艺装修司机室、计算机辅助触摸屏控制、GPS卫星定位远程监控、桥梁检查高清视频图像显示等新技术新工艺。桥梁检测设备采用奥地利PALFINGER公司的PA19000型(折叠臂吊篮式)。

李淮:郑州新大方科技有限公司开发了国内首台高铁专用桥梁检测维修车,并系列化,先后生产了DQJ95/21型、DQJ62/13型等多个型号的桥检车用于高铁桥梁检测维修。

郑州新大方DQJ95/21型桥梁检测维修车

此外,郑州新大方重工科技有限公司空港装备设计室副主任李淮,还介绍了徐工集团随车起重机有限公司于2007年底,自行设计开发的TJQJ13铁路桥梁检测作业车,填补了国内铁路桥检车的空白。TJQJ13铁路桥检车主要由底盘稳定机构作业装置、液压系统、动力系统、电控操作系统等部分组成。该产品具有二级回转四级变幅三级伸缩的三维空间运动功能。控制系统采用电液比例及自动伺服调平技术,保证工作斗在工作时始终处于水平状态。

张洪涛:展示了徐工集团自行设计开发的TJQJ13铁路桥检车样车图片,以及襄樊金鹰轨道车辆有限公司与德国MOOG公司合作生产的铁路桥检车作业现场照片,见下图1和图2。

图1:徐工集团TJQJ13铁路桥梁检测作业车

图2:襄樊金鹰轨道车辆有限公司(提供下车部分)与德国MOOG公司(提供上车部分)合作生产的产品,主要用于铁路桥梁的检查和简单维修作业。 依据我国桥检车研发生产的现状,周毅认为:虽然我国桥检车研发起步较晚,但通过近几年的引进、吸收,以及自主研发,我国的桥检车已经得到了一定的发展。但由于其技术含量高,可靠性、安全性要求也很高,我们仍需抓住目前铁路大发展的有利时机和良好机遇,尽快提高我国桥检车的技术水平,提高与国外桥检车的竞争力。

议题4:国外桥梁检测车概况及技术发展情况

提到国外桥检车的概况,周毅向我们介绍了这方面的情况:桥检车最早出现在欧美,根据底盘的不同,一般分为公路式、轨行式及公铁两用式。德国MOOG公司,奥地利PALFINGER公司,意大利BARIN公司,美国HYDRA公司,Aspen Aerials(赛奔驰)公司等均已有用于铁路桥梁的检测车,装备技术已很先进,采用电子液压控制,并配置有应急装置、稳定装置、遥控装置等。周毅称:目前上述公司均在我国大陆设有代理商,其中德国MOOG公司广泛参与了我国国铁以及城市轨道交通桥检车的技术交流与合作。

目前国内外桥检车正逐步向高效率、多功能及安全性等方向发展。王红兵向我们介绍了有以下几点:1.高效率。具有点阵式、连续式检测维修作业模式,提高作业效率。目前国外正在研制连续式桥梁检测设备。桥检车安装此设备后,在检测过程中,检测车在通过接触网立杆时,检测设备可以绕开接触网立杆,设备不用收回,工作效率得到了很大程度的提高;2.多功能。在安装上附件后可以实现线路除草、修剪灌木、挖土等作业;3.安全性。检查维修设备的工作平台中加装先进的过载保护系统,可实时监控作业平台负荷,超载报警并自动限制操作,确保检修作业的安全性,增加自动液压水平调节功能,并配置有应急装置、稳定装置、遥控装置及发电设备,确保工作平稳;4.智能性。检查维修设备配有先进的检测装置及维修装置,能实现检查状态预测及评定,病害诊断及评估,为桥梁加固和改造技术提供具体技术资料,指导对桥梁检查维修的科学化作业。

在国内外桥检车价格及服务上,王红兵还做了一番对比:国内外桥检车的功能基本一致。国内设备大都采用国外进口元器件。相对来说,国内设备可供选择性更大,可根据客户需求修改,车体也可根据客户需求定制。国内外设备在设计上差别不大。国产设备的设计更符合中国人的操作要求和习惯。相对来说,国外设备技术先进,性能稳定,但价格昂贵,加上售后服务收费也高,综合成本较高。国外设备进口配件价格较高,服务支持较困难,质保期过后服务收费较高,后期维护成本较高。国产设备及备件运输方便,服务比较及时,收费也相对低廉,但所采用的原装进口元器件部分,要受到一定的制约。 议题5:国内高铁桥梁检测车运用及发展趋势

在谈到国内高铁桥检车运用及发展趋势问题时,周毅强调:高铁与生俱来的特质,注定了为之服务的桥检车必须高速、高效,并且能够针对其检测需求与病害处理特点,在有限的天窗点内快速响应、高效作业、全覆盖解决。

那么高铁桥梁检查维护一方面解决全面检查的能力问题,另一方面要解决检查维护的专用技术问题,同时具备快速、安全、高效的能力。高铁桥检车可融合以上需求,利用现有的技术与能力开发、定位。同时,研发要基于两点来考虑,一是:快速、高效检查的考虑。目前,传统的轨行式桥检车,无论是吊篮式还是桁架式,其作业机构均从线路两侧水平伸出,受制于线路两侧的立杆,在完成一个工作点后,作业机构必须收回至整备状态避开立杆才能运行至下一个工作点。在两个工作点之间,作业人员必须反复操纵作业设备收、放,不仅效率低下,工作人员也很容易疲惫,这显然与高速铁路的高速、高效要求是相悖的。那么开发出一种能够避开线路设施实现连续式检查作业的桥检车,是非常有必要的。

目前Palfinger Railway正在开发用于高速铁路桥梁的可连续检测的高效桥梁检测装置。该装置通过在轨行式桥梁检测车底盘上增加一个旋转吊臂,将整个作业机构举升至接触网上方,作业机构则可跨越接触网和线路两侧立杆再进行检测作业;无需避开线路两侧立杆,即可行进至下一个工作点时,实现连续检测作业。(见下示意图2)

桁架式 吊篮式

图2:可连续检测的高效桥梁检测车作业示意图

第二点要考虑的是:综合检查维护技术能力的考虑。铁路桥梁检查、维护的内容较多,主要与其存在的潜在病害有关。一般桥梁的病害主要为:梁体病害、支座病害、墩台病害和其它附属设施病害,经过分析,桥检车主要是针对下列病害进行检查或日常维修:1.裂纹的检查;2.混凝土内部空隙的检查;3.混凝土抗压强度的检查;4.活动支座辊轴纵向位移的侧梁;5.板式橡胶支座的检查;6.结合梁、钢梁焊缝裂纹的检查;7.高强度螺栓的检查;8.钢梁裂纹的检查等。

做为桥梁专用检测设备的采购、使用及管理方,周毅建议,实现桥检车的综合检查维护技术功能,要选择并装备与其相适应的专用电动或液压工具,使其更好的发挥大型养桥机械的能力。

就我国高铁桥检车技术发展趋势等问题,多年来,主要从事起重运输机械、筑养路机械、隧道及地下空间施工机械的研究、开发、生产和施工应用的高级工程师张洪涛直言:相对于国外高铁桥梁从设计、建设到建成运营和后期维护整套解决方案,我国在高铁的养护方面在设计时就显得考虑不足。例如,国外为了桥梁的日后运营检修,为不影响正常的交通通行,在设计和建设之始,就预留了检测车通道(见附图1)或者预埋了检测元件和附件,而国内的高铁桥梁多数都没有做相应的考虑设计,同时为了降低造桥成本,有的桥梁梁宽变窄,没有了检测通道,这为以后桥梁的机械化快速检修带来了不便。桥梁的检测与维修如何进行,是摆在我们面前值得深思和待解决的课题。

附图1:MBS90型行驶在便道上的桥梁设备:该设备桥面占用宽度仅为0.9m,可在不影响线路正常运营的条件下,对桥梁进行检修,德国铁路DB和法国铁路SNCF均配有该设备。

“根据我国目前的高铁线路的实际情况,对于高铁桥梁墩台的检修,除了普通的人工目测方法外,如何利用现代化的手段和设备高效精准的检测维护是我们正在思考的课题。”张洪涛认为,在不影响高铁正常交通运营的情况下,采用机械化的检测维修设备有两种方式:一种是线上设备---高铁桥梁轨行综合检测维修车(见附图2),以动力机车为动力,加挂专用检测车辆,利用高铁开天窗的时间对线路桥梁进行检测维护;一种是线下设备---高铁桥梁综合检修越野车(见附图3),在轮胎工程越野车底盘上加装高空作业检修平台,在桥下对桥梁墩台进行检修;另外设计一种在桥梁墩台间走行的检测机构也可以实现线下的检测,但实现起来比较难,目前还没有很好的办法。

附图2:高铁桥梁轨行综合检测维修车(线上)

附图3:高铁桥梁综合检修越野车(线下)

主要从事特种机械设计、加工工艺研究,主持设计了DQJ系列桥梁检测车产品的李淮,也持有与张洪涛大致相同的看法,他说:虽然我国目前运行的高铁里程近万公里,但高铁检测设备、设施发展相对滞后,国内高铁桥梁检测主要还是人工检测为主的模式。

李淮说:以前借鉴国外高铁桥梁检测技术针对铁路箱梁、桥墩等主要结构的检测,在通桥【2008】规定出台后,即桥面宽度由13.4m变成12.6m后,使检测工作变得十分复杂。桥面没有了像法国高铁桥检车那样的可供桥面设备行走的人行道(如图),将如何对桥梁、桥墩进行检测?高铁桥梁检测目的是发现不符合要求的隐患及早暴露出来,针对隐患进行维修处理。若无从检测,那么维修又怎么作为呢?这是个非常棘手的问题,这就是致使国内在高铁桥检车方面的研究尚处于摸索和起步阶段的原因之一。

法国高铁桥梁检测维修车桥上行走部分

李淮认为:由于目前检测设施的局限性,造成了检测设备实现维修在功能上有巨大限制:按照传统桥检车的承载力来看,最大承载力没有超过800kg的;另外维修空间仅限于一个宽度800mm左右的窄通道内;同时维修物资的输送也存在一定的问题。这几个局限性限制了高铁桥梁维修的能力。从高铁桥梁特点对桥检车的关键技术需求来看,他个人认为现有设备设施实现有载人检测是具有一定难度的,使用一种桥检车对整个线路进行检测具有一定的挑战性。他认为,高铁桥梁检测的实现应该是一个多设备/设施,载人/遥控并存,线上/线下(登高)并举的全方位检测。据此,他提出:在高铁桥梁检测处于起步阶段,各个厂家应积极与设计院进行联系协调,力求一种可行的解决方案。虽然目前出现的检测手段只能针对某一段线路或某一种线路,希望生产厂家能在铁道部及设计院的指导下,采用合适的手段解决整个线路的高铁桥梁检测问题。

此外,李淮还认为,高铁的桥梁检测和高铁桥梁维修,从某种意义上讲应该从两方面来说。他个人认为高铁桥梁维修可以看做是对突发事件的处理来看待,可以在功能上将高铁桥梁维修与高铁抢险救援设备进行等同。

议题6:我国高铁桥梁检测车未来市场容量怎样?

针对这一问题,张洪涛说:随着我国高铁建设的不断发展,桥梁检测与维护的手段将会越来越完善,桥梁检测设备的需求也会越来越大。通过国内外高铁桥检测维修车辆的发展来看,不难发现,国外许多公司集团看好桥梁检测设备市场,并已经做了大量的技术准备工作和前期的市场工作。所以,可以想见的事,不远的将来,桥梁检测工作的任务量和任务重要程度都将有所不同。从这一角度讲,桥梁检测技术的发展和桥梁检测设备的研发是具有广阔前景的。同时由于桥梁检测并不是很大的工程,每座桥的检测频率并不高,正常情况下二三年一次,所以一般对桥梁检测车的需求量并不是很大,一般一个运营区段有一辆或者少数几辆就够了,不可能相比工程机械的庞大市场。但是从全国数量众多的桥梁及桥检车的价格及利润来说(国外设备基本在500万元以上,而国内同等性能设备的价格在300万元左右,利润较高),仍然是一块不可放弃的大蛋糕。桥检测车的发展适应了社会的需要,有一定的市场空间,但由于技术含量较高,可靠性、安全性要求较高,而非一般企业所能生产。国内有条件的专用车生产厂应抓住有利时机和机遇,尽快提高我国桥检车的技术水平,降低生产制造成本,提升市场竞争力,完全替代进口。

专家结语:

周 毅:我国的高速铁路从无到有,从引进吸收到自主创新,只用了6、7年时间。同样地,高铁桥梁检测车的发展必然顺应高铁的发展潮流,朝着高速、高效、安全的方向发展,我们必须依托目前高铁大发展的良好前景,在不断引进的同时,加强自主研发创新,才能更好的服务于高铁,甚至走出国门、走向世界!

王红兵:桥梁检测作业车的发展适应了社会的需要,市场空间广阔,但由于技术含量较高,可靠性、安全性要求较高。国内生产厂家应该根据国内情况在消化吸收国外先进技术的基础上,自主开发设计自己的检测设备,尽快提高我国桥梁检测车的技术水平,降低生产制造成本,提升市场竞争力。

李 淮:高铁桥梁检测与维修设备是后高铁时代发展的一个趋势,国内还处于起步阶段,抓住机遇在高铁建设前期加大对高铁检测与维修设备的科研力度,完善高铁发展产业链,提高检测手段自动化、多样化。

张洪涛:最后对高铁建设与养护提出几点建议供参考。首先,在桥梁建设时考虑养护的方便,在桥梁设计施工的时候就充分考虑将来的养护的问题,实现建设与养护相结合;其次,养护尽力维持建设的成果,加强养护,延长桥梁的使用寿命;第三是,建设与养护一起抓。以后桥梁养护将会成为高铁建设的主要任务,不仅重视桥梁建设,抓工程质量,而且更重视养护,抓养护质量,发现病害尽早根治,避免边建设边损坏的现象;第四是,重视环境的保护,建设时在绿化、隔音、排水、排污和保护野生动物方面均有周密的考虑和相应的设施。(选摘中华铁道网)

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