雷歌琳

摘 要:近年來,因長期受超重車輛壓迫導(dǎo)致橋身斷裂的橋梁越來越多,不僅造成了人生危害,在一定程度上也對(duì)交通造成不利影響。橋梁自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)通過對(duì)超載車輛進(jìn)行限制,從而對(duì)橋梁起到保護(hù)的系統(tǒng),系統(tǒng)由重量感應(yīng)器和自控式欄桿組成。

關(guān)鍵詞:橋梁自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)自控式

中圖分類號(hào):u44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(b)-0103-01

1 橋梁倒塌原因分析

橋梁坍塌的緣由主要可以總結(jié)為五個(gè)方面,第一,設(shè)計(jì)考慮不全面件穩(wěn)固性不夠,如設(shè)計(jì)時(shí)未考慮橋梁是否靠近鐵路等易帶來地基震動(dòng)的設(shè)施,或者橋梁的防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理;第二,材料及施工缺陷,如造橋材料選用不得當(dāng)或施工時(shí)偷工減料造成橋梁壽命短;第三,大自然帶來的威脅,如酸雨等的腐蝕;第四,車輛在橋上通過時(shí)與橋梁產(chǎn)生共振,使橋梁面臨倒塌的危險(xiǎn);第五,重量型貨車通過橋梁,對(duì)橋梁帶來一定的壓力。

造成橋梁倒塌的原因還有很多,但其中重量型貨車對(duì)橋梁的壓力是造成橋梁倒塌的一個(gè)非常重要的原因,所以本文以將橋梁的損害程度降到最小為目的,設(shè)計(jì)一個(gè)以橋梁限重為方式的橋梁保護(hù)系統(tǒng)。

2 橋梁保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其可行性分析

本橋梁保護(hù)系統(tǒng)主要針對(duì)橋梁因受過大壓力造成損壞方面,對(duì)車輛的重量進(jìn)行限制,減小甚至避免超重車輛上橋,保護(hù)橋體不受超過本身可承受的壓力,從而增長橋梁壽命,節(jié)省國家交通事業(yè)資金投入,保護(hù)人身安全,營造和諧生活環(huán)境。系統(tǒng)主要由重量感應(yīng)器和自控式欄桿模塊兩部分組成。

2.1 重量感應(yīng)器介紹

該重量感應(yīng)器是由一個(gè)稱改裝而成,用于模擬汽車通過地磅檢測車重是否超標(biāo)。該感應(yīng)裝置可設(shè)定超載警戒重量,若車輛超過該設(shè)定重量,重量感應(yīng)器自動(dòng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào),信號(hào)經(jīng)過處理,該信號(hào)可以對(duì)蜂鳴器、軸承裝置進(jìn)行自動(dòng)操控。

2.2 自控式欄桿模塊設(shè)計(jì)

該電路設(shè)計(jì)由一系列門電路及感應(yīng)開關(guān)、限位開關(guān)、驅(qū)動(dòng)電路、紅綠指示燈組成,如圖1所示。限位開關(guān)安裝于攝像頭上,由于de導(dǎo)通,D5的12端通過de和K3連接到5V電源,為高電平,故13端為低電平,使9端為高電平,由于感應(yīng)開關(guān)GK2處于打開狀態(tài),也為高電平,故6端為低電平,11端為高電平,TR2截止。

當(dāng)有車輛經(jīng)過重量感應(yīng)器時(shí),則光耦合器TLP處于導(dǎo)通狀態(tài),0端未低電平,通過非門,將低電平變成高電平,所以此時(shí)D1的1端為高電平;當(dāng)車輛經(jīng)過重量感應(yīng)器時(shí),感應(yīng)開關(guān)GK1(可以是紅外感應(yīng)、射頻識(shí)別感應(yīng)等開關(guān),在本實(shí)驗(yàn)中,為簡化電路,采用干簧開關(guān),即磁控開關(guān))感應(yīng)到車輛到來,GK1閉合,2端從低電平變?yōu)楦唠娖?由于1端也是高電平,與非門D1的3端變?yōu)榈碗娖?TR1導(dǎo)通,通過ba驅(qū)動(dòng)繼電器K3工作,開關(guān)K4閉合,電源V工作,攝像頭工作,攝像頭工作完成后,觸動(dòng)限位開關(guān)K1,ab斷開、ac閉合。由于TR2也是處于截止?fàn)顟B(tài),K3斷電,K4斷開,切斷電源V,同時(shí),由于ac閉合,三極管TR3和TR4的基極為高電平,TR3截止,TR4導(dǎo)通,紅燈L2亮,車輛通過,當(dāng)車輛離開重量感應(yīng)器時(shí),感應(yīng)開關(guān)GK1恢復(fù)到打開狀態(tài),這個(gè)時(shí)候,3端是高電平,而2端是低電平,TR1就截止。當(dāng)車輛繼續(xù)上橋后,又觸動(dòng)另一個(gè)感應(yīng)開關(guān)GK2,使4端從高電平變?yōu)榈碗娖?由于與非門D2和D3經(jīng)過連接后組成了一個(gè)RS觸發(fā)器,當(dāng)4端為低電平時(shí),6端變?yōu)楦唠娖?7端也為高電平,由于de端已斷開,D5的12端為低電平,13端為高電平,8端也為高電平,由于7、8端均為高電平,此時(shí)9端為低電平,5端也為低電平,從而保證了當(dāng)車輛經(jīng)過GK2后,6端仍為高電平,D4的11端為低電平,TR2的基極為低電平,TR2導(dǎo)通,繼電器K4導(dǎo)通,開關(guān)K4閉合,數(shù)據(jù)處理工作,此時(shí)K1的ac斷開,ab閉合,交通信號(hào)燈由綠燈變?yōu)榧t燈。當(dāng)數(shù)據(jù)處理后時(shí),K2的fg斷開,de重新閉合,繼電器K3斷電,開關(guān)K4打開,電機(jī)M停止工作。由于de閉合,D5的12端通過de和K3連接到5V電源,13端變?yōu)榈碗娖?8端也為低電平,9端變?yōu)楦唠娖?由于GK2已經(jīng)斷開,4端也為高電平,時(shí)6恢復(fù)為低電平,11端為高電平,TR2處于截止?fàn)顟B(tài),從而使整個(gè)電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)再有車輛經(jīng)過時(shí),電路有重新工作。如車輛沒有超載,(可以是紅外感應(yīng)、射頻識(shí)別感應(yīng)等開關(guān),在本實(shí)驗(yàn)中,為簡化電路,采用干簧開關(guān),即磁控開關(guān))驅(qū)動(dòng)光耦合器TLP,此時(shí)與非門電路D1的1端通過光耦合器接地,1端從原來的高電平變?yōu)榈碗娖?不管2端狀態(tài)如何,D1的3端為高電平,TR1仍處于截止?fàn)顟B(tài),綠燈亮。

在沒有車輛經(jīng)過時(shí),自控欄桿處于合閘狀態(tài),交通指示燈亮紅燈。當(dāng)有要車輛經(jīng)過橋梁時(shí),車輛先經(jīng)過重量感應(yīng)器,如車輛未超載(如需要,還可增加限高功能),則自動(dòng)打開自控欄桿,同時(shí)交通指示燈變?yōu)榫G燈,待車輛經(jīng)過后,自控欄桿自動(dòng)合閘,同時(shí)亮紅燈,等待下一輛車到來。當(dāng)經(jīng)過的車輛超載時(shí),自控欄桿不動(dòng)作,交通指示燈仍然為紅燈。

2.3 橋梁限高保護(hù)設(shè)計(jì)

車輛超重過橋?qū)蛄簱p害嚴(yán)重,超高車輛從橋下經(jīng)過,碰擦甚至撞擊橋體帶來的危害也是不小的。車輛碰擦橋體,雖然只是對(duì)橋梁底部表面產(chǎn)生細(xì)小損傷,但是量變到了一定的“量”也會(huì)變成質(zhì)變的,橋梁收到損壞的同時(shí),車輛和人身安全也受到了威脅。所以,限制經(jīng)過橋梁底部車輛的高度也是保護(hù)橋梁的一項(xiàng)重要措施。在距離橋梁最近的路口前方約20米處設(shè)置光傳感器,傳感器放置高度為橋梁允許通過車輛高度上限,傳感器有兩個(gè)端口,一個(gè)發(fā)出信號(hào),另一個(gè)接收信號(hào)。當(dāng)車輛通過傳感器時(shí),如車輛高度低于傳感器高度,傳感器正常工作,車輛正常運(yùn)行。當(dāng)車輛高度高于或等于傳感器高度,即有超高可能,車輛中斷傳感器一端發(fā)出的信號(hào),此時(shí)傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出車輛超高信號(hào),并在路口前方10米處的LED板上顯示前方橋梁限制的高度和警示當(dāng)前有車輛超高,需從路口繞道行駛的內(nèi)容。

2.4 橋梁保護(hù)系統(tǒng)可行性分析

(1)本系統(tǒng)旨在減少甚至防止橋梁坍塌事件的發(fā)生,有利于國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的交通安全,能夠受到社會(huì)各界的支持,所以,在社會(huì)上是可行的。

(2)本系統(tǒng)運(yùn)用的技術(shù)相對(duì)比較簡單,資金投入較少,相對(duì)于一座價(jià)值少則幾千萬元,多則幾十億人民幣的橋來說是微不足道的,所以,在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

(3)本系統(tǒng)主要用到的技術(shù)都是目前運(yùn)用廣泛的,如重量感應(yīng)器、自控式欄桿、繼電保護(hù)器,用到的技術(shù)都是原理易懂,操作方便的,在制造及維修方面均難度較小,所以,在技術(shù)上是可行的。

綜上所述,本系統(tǒng)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面都具有良好的可行性。

3 結(jié)語

本文從橋梁受損原因入手,著重研究在限重方面保護(hù)橋梁,通過稱重,攔截超重車輛,讓橋梁免受過大壓力,從而大幅度減輕橋梁的損傷程度,此外還提出橋梁限高防撞保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。橋梁自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)旨在從各個(gè)方面對(duì)橋梁進(jìn)行保護(hù),維護(hù)國家交通財(cái)產(chǎn)和人民生命安全,共創(chuàng)和諧社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓全立.自動(dòng)控制原理與應(yīng)用.[M]西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006,P25～P30.