桥梁检查车是一种为桥梁检修人员在检测过程中提供作业平台，用于流动检测或维修作业的专用设备。检修人员从特定的位置进入检查车后，能随时移动位置，能安全、快速、高效地让检修人员进入作业位置进行检测或维修作业。桥梁检查车目前有两类：一类是适用于公路桥梁、立交桥、高架桥等的车载式桥梁检查车，包括吊篮式桥梁检查车和桁架式桥梁检查车；另一类是适用于大跨度、多联大型桥梁的悬挂式桥梁检查车。

武汉沌口长江公路大桥是连接武汉经济技术开发区和洪山区、江夏区的重要过江通道,是武汉市四环线跨越长江的控制性工程之一。其中跨江主桥长m,为++++m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,设计时速为km/h,双向8车道的高速公路,标准路基宽度为41.0m,主桥断面全宽46.0m。本文以武汉沌口长江公路大桥为例,重点讨论悬臂式桥梁底部检查车供电方案选择。

悬臂式桥梁检查车应用情况

1.悬臂式桥梁检查车在国内外应用情况

悬挂式桥梁检查车最早出现在欧美，在国内外应用广泛，国内很多大型钢结构桥梁都安装了悬挂式桥梁检查车。如宁波湾头大桥、日本多多罗桥、明石海峡大桥等。

图1宁波湾头大桥

图2日本多多罗桥

目前国内使用的悬挂式桥梁检查车，由于各桥梁之间的构造差异，一般没有固定的生产厂家，主要是由桥梁设计单位设计，由施工单位根据桥梁横断面不同宽度,设计制作不同结构形式的桥梁检查车。

2.悬挂式桥梁检查车的特点

悬挂式桥梁检查车涉及机械、液压、电子等先进技术，技术含量高，用于桥梁流动检测或维修作业，多使用在大跨度、多联大型桥梁上，安装在梁底轨道上。使用时，通过在梁底轨道上行走实现对桥梁检修，其结构形式新颖、承载能力大、稳定性好、工作稳定，能实现连续不间断的工作。

3.武汉沌口长江公路大桥悬挂式桥梁检查车的构造及技术特点

武汉沌口长江公路大桥使用的悬挂式桥梁检查车,主要由桁架系统、龙门架、驱动系统、回转系统、电气控制系统、轨道系统组成，均为全自动控制，安全性好。检查车在梁外轨道系统配合下，可以实现检查梁底、侧面、翼缘等外表面的检查。其主要功能和技术具有国内外先进水平，采用的新技术包括：同步直线行走、变轨过墩、侧面过墩稳定性、高强度轻质铝合金、交流变频电机等。

供电方案比选分析

根据供电方式的不同，一般的桥梁检修车电源使用汽油发电机、柴油发电机、滑触线3种供电方式。但随着电池技术的飞速发展，直流电池组供电在国防、工农业生产领域有了广泛应用，并将作为一种新的供电方式被应用和推广。

供电方案

1.汽油或柴油发电机方案

汽油或柴油发电机组是以汽油或柴油等为燃料，将其他形式的能源转换成电能的机械设备。它由内燃机驱动，将燃料燃烧的内能转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。整套机组一般由内燃机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置等部件组成。当桥梁检修车使用发电机时，可以将发电机放在平台任意位置固定，直接将控制箱的总电源线接在发电机的母线端子上。接通点火开关，待电压和频率正常后，合上发电机的空气开关，即可给检修车供电。

图3发电机方案

2.安全滑触线方案

安全滑触线方案由滑触线馈电装置、集电小车柔性牵引连接装置、供电电缆快速连接装置、安全警报预警检测装置、配电箱组成。滑触线馈电装置内设输电导轨，依靠滑动接触方式，向检修车提供电能输电装置。滑接输电导线或导管的供电端与城市电网相接，通过与输电导轨滑动接触的集电刷，可以将电网电流引入有轨导向集电小车，最后通过有轨导向集电小车电缆与检修车控制柜电源输入端的接通，将电网电源引入检修车控制系统。集电小车沿轨道与检修车移动，实现移动供电。当检修车需要回转轨道时，首先拔下快速插头，切断集电小车与检修车的联系，然后将集电小车柔性牵引连接装置与检修车分离，将集电小车柔性牵引连接装置的电缆插板放在轨道安全位置，在需要进行变轨运行的轨道侧插上快速插头，可将动力重新切换为滑触线供电，集电小车柔性牵引连接装置将再次与检修车连接上。

图5a安全滑触线

图5b安全滑触线

根据以往大量的滑触线供电方案的实践表明，滑触线方案存在导电装置上电刷与电线导电不良；滑触线本身受结构膨胀或收缩的影响，也经常出现断电的现象。

3.锂电池方案

锂离子电池因其具有安全性高、单体一致性好、自放电率低、比能量高、长寿命、无记忆效应等特点，是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池。通过单体锂电池的串并，可以组合成任意电压等级和容量的电池组，并在电池组内部集成电压、电流、温度等检测单元，通过CAN总线与电池管理系统通讯，以实现对电池组的信息管理。

图4锂电池组

方案比选

每辆梁外检修车的检修距离m左右，对比发电机、滑触线及锂电池电源方案，这3种电源方案各有优劣，如表1所示。

通过比较分析，3种供电方案都有其各自的特点。比较而言，锂电池方案具有操作简单、运行风险小、安全可靠性高、后期维护保养简单、对环境无污染等优点，是目前国家正在推广的一种新能源形式。

锂电池电源方案应用实例

锂电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入、脱嵌和插入、脱插，被形象地称为“摇椅电池”。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。

图6电控原理图

1.电源选择

桥梁检修车行走，采用2台额定功率3.0KW电机，回转采用2台1.1KW电机。但行走和回转根据运行逻辑，不会同时工作，在满足行走驱动的情况下，就能满足回转驱动和其他的用电设备，如升降平台、磨光机、手枪钻等的用电需求。

2.逆变器的选择

桥梁检修车行走电机通过变频器进行启动、调速和制动。在电机启动时，由于变频器是通过压频比从0HZ和0V加速到设定的速度，从而大大减小了启动电流。此时的电流约为电机额定电流的1.4倍，要求逆变器输出的电流至少为电机额定电流的1.4倍。

已知条件：

行走电机2台P额定=6KW

行走电机效率η=0.85

行走电机功率因数μ=0.84

逆变器的效率η逆变器=0.9

逆变器的功率因素cosθ=0.88

逆变器安全系数Q=1.17

计算结果：

电机电功率P电=P额定/η=7.KW

逆变器的输出功率P=7.KW

逆变器的视在功率

S=Q×P电/（η逆变器×cosθ）=10.43KVA

根据计算结果选择线电压V、容量为12KVA的逆变器，就能满足系统正常工作。

3.锂电池组选择

安全性对于桥梁检修车尤为重要，必须充分考虑所选用电池组的安全性。相对于锰酸锂电池、钴酸锂电池、方形磷酸铁锂电池，圆柱形磷酸铁锂电池一般容量仅有3Ah左右，设计有过流保护、熔断保护、泄压保护等功能，不会发生燃烧爆炸。即使出现问题，因为容量小，能量积聚比较少，不至于发生剧烈的燃烧爆炸等。加之电池箱内部的蜂窝结构设计有充分的空间，完全可以将能量消化吸收在组合箱内部，避免连锁反应，具有更好的安全性。因此，在选用锂离子电池时，使用圆柱形磷酸铁锂电池作为检修车的动力电池。

①参数计算

已知条件：

锂电池组输出的功率P锂电池=8.KW

锂电池组的额定电压U锂电池=V

额定功率下锂电池组续航时间T=6h

计算结果：锂电池组输出的电流I电池组=77.5A

锂电池组的容量Q=A.h

根据计算选择标称电压为DC、容量为A.h的锂电池组。

电池组通过使用镍带，采用自动点焊机多点自动点焊的连接方式，将单体电池组成柔性抗震电池模块单元，然后使用专门设计的阻燃型ABS卡板夹持、固定该电池单元模块，在方便对电池进行串并联的同时，还使之对外绝缘。然后，交叉连接紧固各ABS卡板，形成交叉式网络连接结构，在紧固电池单元模块的同时，还大大提高了整个电池组的强度，足以承受检修车上的颠簸振动及冲击等恶劣工况。

图7电池组合示意图

电池间轴向散热，利用圆柱电池组合后所产生的间隙作为散热通道，如此即可保证电池的紧密组合，又可兼顾散热通道，使所有电池芯之间的温度差异不大于5℃。

图8电池组散热原理图

②电池管理系统

电池管理系统通过巡检芯片MAXIM11XXX系列实现温度、电流、电压等的数据采集、处理功能，该芯片包含了开关阵列，采集精度高。电池管理系统，能针对电池组使用过程中的充放电性能及时进行调整，确保电池组健康运行，从而有效地延长电池组的实际使用寿命。

③充电系统

当检修车停止工作，运行到固定位置，将充电系统的快速插头插在预留的配电插座上，便可以接通市电，对电池组进行充电。充电系统对电池组充电实现智能保护功能，除了自身设置的程序和保护功能外，充电机还与电池管理系统BMS之间有通讯协议，执行BMS关于电池充电保护指令，严格防止电池过充电。

④电源系统运行时间和电机系统节能研究

由于三相异步电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠，可用于恶劣的环境等优点，检修车的驱动采用三相异步电机，通过变频器控制。随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用，使变频器的节能效果更为显著。它不但能实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制。检修车在运行过程中，电机的工作模式有恒转矩和恒功率两种。

交流电机转速表达式：n=60f(1-s)/p，式中：

n=电机转速f=电源频率

p=电机的极对数s=转差率

由式可见，交流电动机的同步转速n与电源频率f成正比，所以改变电源频率就能改变电机转速，从而实现调速的目的。

当电机工作在恒转矩和恒功率时，电机功率：P=K×T×N，式中：

K=系数P=电机轴功率

T=负载转矩N=转速

从上述公式可以看到，轴功率与电机的转速成正比。检修车在运行过程中，电机速度要求控制在额定转速以内，所以电机始终工作在恒转矩模式，电机的运行频率小于50HZ，运行速度低于额定转速，电机消耗的功率低于额定功率。不仅实现节能，而且减小了电池组容量的消耗，延长了电池组的工作时间。

沌口长江公路大桥的桥梁检修车电气系统，在通过电源方案对比后采用锂电池方案，既保证了系统的整体用电要求，又体现了环保的设计理念。针对悬挂式桥梁检修车的运行环境和功能要求，对安全保护和控制方案作了具体分析，确定了保护措施和控制方法，以满足桥梁检修车的各项功能和安全要求。

本文刊载/《大桥养护与运营》杂志年第1期总第5期

作者/李志强王庆晖

作者单位/武汉中交沌口长江大桥投资有限公司