拖曳式桥梁底部探测小车设计开题报告
1 课题介绍
随着公路交通的发展,公路桥梁的数量也迅速增加,一方面给经济发展创造了良好的运输条件,另一方面,随着时间的推移桥梁“老龄”化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。 而我国经济和交通建设的飞速发展,桥梁维护单位对桥梁检测车的需求也在迅速增加。桥梁检测作业车就是为了适应社会的发展和科学的进步,适应当今市场经济和新形势的新要求而研制的。桥梁检测作业车不仅可以对桥梁损坏时进行快速修复,保证道路桥梁长期使用过程中的安全可靠,还可以铺设桥梁底部的电力、通讯电缆等设施,同时,也有定期维护和检修的功能。 桥梁检测车是用于桥梁检测维护的专用大型设备,由二类汽车底盘加装专用工作装置和控制系统组成。为桥梁检测人员在检测过程中提供作业平台的专用汽车。将作业平台装备在汽车底盘上,可以随时移动位置能安全、快速、高效地让作业人员进入作业位置。由于桥梁检车作业车的方便和高效,目前已成为国外经济发达城市桥梁维护的标配设备。 未来10年内,我国公路及桥梁建设仍将保持较快的发展速度,在我国,桥梁检测维修车尚处于研发初级阶段,基本上以引进为主,所以预计我国今后大型桥梁检测车等在内的道路养护检测机械车将具有十分广阔的市场。 因此,桥梁检测车的研究与开发工作具有十分重要的意义。
2 课题研究的意义
2.1 发展拖曳式桥梁底部探测小车设计的意义
桥梁作为交通运输重要枢纽有着不可替代的作用。因此、桥梁健康诊断技术已经成为了重要的研究领域。由于大多数桥梁的缺陷主要产生在桥梁底部，传统的桥梁地面缺陷检测方式是通过大型桥梁检测车机械臂将检测人员输送到桥梁底部进行人工检测，这种检测方法存在着很多缺点，例如：检测质量，检测效率都难以保证，还有人身安全的隐患。而拖拽式桥梁底部探测小车的设计，是配合拖拽式桥梁底部探测系统，配以视频跟踪和图像检测对人员不易到达的桥梁底部进行检测，让检测人员在桥上进行操控的。有望解决人工检测的传统方式的缺点，使桥梁检测变得更为简单，方便。
2.2桥梁底部探测在检测上应用的意义
桥梁是交通的枢纽，是关系到社会经济发展的命脉。但桥梁结构在长期使用中难免会发生各种各样的损伤，造成桥梁结构抗力衰减和安全隐患。我国桥梁中的40％属于 “老龄”桥 梁，急需检测及维修。其中，混凝土桥梁 占比例居多。裂缝是混凝土桥梁 中最主要也是最普遍的病害表现 ，对其检测可以有效评估桥梁病害状况及其影响，是桥梁检测的重要内容。由于桥梁早期破坏造成的灾难不断发生，对桥梁结构进行经常性的检查和健康诊断已收到了广泛重视，并已成为国内外学术界的研究热点之一。由于桥梁结构具有特殊性，绝大多数的结构裂缝产生在桥梁底部，同时由于桥梁结构形式的复杂性，桥梁结构裂纹检测问题也日趋困难。当前国内外对于桥梁底部缺陷的诊断方法， 普遍采用人工定期检测的方法。具体实现是利用桥梁检测车将检测人员送到桥梁的底部，然 后通过伸臂机构沿着桥底运动输送检测人员到达指定的地方，利用肉眼或者检测工具进行缺 陷检测。这种方法存在的不足之处有：设备庞大，价格昂贵，灵活性差；人工检测，劳动强 度大，存在安全隐患；检测效率低，结果具有一定的主观性；结构迥异的桥梁导致设备 不易到达的地方难以检测，复杂结构桥梁无法检测。 特别是近十几年来桥梁向着大跨度、宽桥面、公铁两用等方向发展，如广州的丫髻沙大桥主跨达到３６０米，桥宽３２．４米；开始修建的武汉天兴洲公铁两用长江大桥，全长４６５７米，公路桥面全宽２７米，铁路桥宽１６－８米；正在加紧前期工作的港珠澳大桥全长预计３０公里等【”，桥梁结构正变得宽、长、大、复杂，对桥梁结构裂缝的检测手段要求就越来越高，检测难的问题更加突出，大跨度桥梁健康诊断技术已经成为一个亟待探索的研究领域。因此，对桥梁的结构损伤采取有效手段进行监测、预测和控制，对确保交通枢纽的安全和正常运行是十分重要的。
3 国内桥梁底部探测技术的研究进展与主要成果
3.1 国内外桥梁底部探测技术的研究进展
桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相关。早在20世纪30年代初,人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法,并获得迅速发展。1930年首先出现了表面压痕法;1935年格里姆 (G. Grimet)、艾德 (J. M. Ide)用共振法测量混凝土的弹性模量;1949年加拿大的莱斯利 (Leslie)和奇斯曼 (Cheesman)、英国的琼斯 (R.Jones)等运用超声脉冲法获得成功,这些研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。随后,许多国家也相继开展了这方面的研究,并取得了丰硕的研究成果,从而形成了一个较为完整的混凝土无损检测体系。桥梁无损检测技术正是在此基础上发展而形成的,并在实际工程应用中得到了快速发展。20世纪80年代以来,这方面的研究工作方兴未艾,尤其值得注意的是，随着科学技术的发展,无损检测技术突破了原有的范畴,出现了许多新的测试方法,例如微波吸收、雷达扫描、红外热谱以及脉冲回波等新技术。随着无损检测技术的日臻成熟,许多国家开始了这类检测方法的标准工作,如美国的ASTM、英国的BSI均颁布了有关标准,这些工作对无损检测技术的工程应用起到了良好的促进作用。进入20世纪90年代,随着现代传感与通信技术的发展,无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态,先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段,使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。
3.2 桥梁无损检测技术的研究现状
传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目检,辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。观察法是桥梁检测中最古老的方法,主要依赖于专家的感性和定性的经验分析,常会因为专家的主观意愿而有失客观,不能完全正确评判结构的损伤状况。静载试验是一种经常被采用的桥梁检测方法,由试验测得的挠度和应变,辅以检测人员的现场目测,来综合评判桥梁的现时状况。裂纹的探测是桥梁检测中一个重要的方面，常用的方法有:液体渗透、磁分子、涡流仪、超声波和声发射等。探测钢桥体积缺陷一般用X射线摄像法,检测混凝土桥的总体技术是荷载试验和模态分析,其局部检测技术有超声波、冲击反射、磁电阻抗、锈蚀势能、远红外热像、地面渗透雷达、X射线摄像和声发射等。
3.3 机械臂的定义和工作领域
机械手臂（robotic arm）是具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备，这种机器人系统有多关节连结并节允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移移动。构造上由机械主体、控制器、伺服机构和感应器所组成，并由程式根据作业需求设定其一定的指定动作。机器人的运作由电动机驱动移动一只手臂，张开或关闭一个夹子的动作，并精确的回馈至可编程逻辑的控制器。[1][2] 这种自动装置机械以完成“腕部以及手部”的动作为主要素求。机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。
3.4 机械臂的应用与发展
机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，因为各个国家产业分布的不同，以及各产业对于机械手臂的需求量也有差异。主要是使用于人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在精度与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。自从第一台产业用机器人发明以来，机械手臂的应用也从原本的汽车工业、模具制造、电子制程等相关产业，更拓展到农业、医疗、服务业…等等。
多轴机械手臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。机械手臂可以提升产品技术与品质，而这些初期工作大多可以借由机械手臂来完成。机械手臂的精准、零误差，对于产品的品质掌握自然拥有其优势，减少品管所花费的时间与人力。 工业应用上，以装配、加工、熔接、切削、加压、货物搬运、检测…等，全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料等最大。
现在，机械臂的应用已越来越多元化，依据国际机器人协会（IFR）的统计，至2007年底机械手臂除了工业以外，最多应用于救援、保全与野地（田野、牧场等），近年来，各先进国家为了提升台机器人的技术水平，都会推广机器人产业与创立相关联盟，并且特别针对工业以外的领域进行推广，例如：医疗、服务、生活方面…等。以医疗为例，有许多大型医学中心使用以手动操控方式之机械手臂，结合显微影像显示系统所结合的手术型机器人。 机械手臂的研发也朝向节省人力、减少人类暴露在危险的工作环境、甚至进行更加精密的工作或是辅助操作。机械手臂的技术发展都是为了让人类在工作与生活中更加便利。
4 课题研究的内容
桥梁底部需要定期进行检测。目前采用人工方式检测，检测人员存在一定的危险性，检测设备也偏于笨重。本设计计划开发一套遥控自动检测设备，其检测小车载有自动机械机构。可根据操作平台信号，控制小车上的执行机构，实现对桥梁底部某位置梁截面的详细检测。先拟定设备功能，物料参数。再制定工艺工序，选定工作原理，完成结构设计。
5 创新点及难点分析
5.1 水煤浆燃烧过程的数值模拟
目前，锅炉炉膛内的数值模拟主要是集中在燃煤锅炉上，对于燃水煤浆锅炉的数值模拟还鲜见报道。另外，在锅炉炉膛内的数值模拟中，由于方程数目较多，易发散，一般的计算都会引入较明显的伪扩散，给流场的模拟带来了很大的困难。因而，本文在查阅相关的国内外文献的基础上，采用FLUENT软件对锅炉进行三维建模完成炉内水煤浆的燃烧过程的数值模拟，这将具有较大的难度。
5.2 水煤浆燃料适应性的确定
水煤浆在锅炉内的燃烧是一个复杂的物理、化学过程。由于制备、运输和经济性等诸多因素的制约，实际燃用的水煤浆往往与设计燃料不同。我要分别对锅炉满负荷工况下大同、京西、新东方三种水煤浆燃料的炉内燃烧过程进行研究，通过分析炉内温度场、气相组分浓度场分布、颗粒运动轨迹、挥发份析出和焦炭燃烬分布以及锅炉效率等，确定锅炉的最适应水煤浆燃料。
5.3 锅炉负荷可调节性的确定
要满足实际供暖需求，最大限度地节约能源，这些都是本课题难点。解决方法是通过比较分析工业采暖锅炉在燃用最适用水煤浆燃料时，不同负荷下炉内燃烧过程、炉内最高温度、炉膛平均出口温度、水煤浆的燃烧效率和锅炉效率等，确定不同采暖时期的最佳锅炉负荷。
6 工作进度
1月6日-2月23日：实习，查资料，写开题报告，翻译
2月24日-3月3日：完成开题报告和翻译
3月4日-3月14日：方案确定
3月15日-4月11日：总体设计，计算，出总装图
4月12日-5月2日：出零件图，写说明书
5月3日-5月31日：收集资料，撰写论文，准备答辩
6月1日-6月13日：答辩
参考文献
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