一种大桥斜拉索除冰装置的制作方法

本发明涉及一种除冰装置，具体涉及一种大桥斜拉索除冰装置。

背景技术：

随着桥梁建造技术的成熟，中国及世界范围内相继建成了许多跨江、跨海大桥。比如俄罗斯岛大桥，其中心跨度达1100米，斜拉索长度达580米，斜拉索最高点距地面近100米；中国晋江大桥塔全场2470米，其大桥主塔高134米。而在这样的一个高空环境下，当遇到严寒、雨雪及湿度较大的天气条件，空气中的水蒸气及小水珠极易在大桥斜拉索表面凝结堆积成冰块。更别说一些极寒天气地区，其结冰速度更快。并且，为了减小高空环境下风雨对斜拉索的冲刷和侵蚀，一些建筑公司会在斜拉索表面添加一层抗风阻材料，而这层材料会使得斜拉索表面更易于结成冰块。

目前，国内对于斜拉索除冰方面的研究几乎才刚刚开始。在2018年一月，中铁大桥科学研究院有限公司发明了一种斜拉桥拉锁智能除湿除冰系统及方法(申请号：201810073182.3)，提出了一种在斜拉索内部利用加热空气以达到除冰的目的，但是该方法能耗极大，且即使外部没有结冰但温度很低时该系统依然会自动工作。在国外，victorf.petrenko,charlesr.sullivan,valerikozlyuk,fedorv.petrenko,victorveerasamy等人在2011年提出了一种脉冲电热方式除冰器(pulseelectro-thermalde-icer(petd))，但是该方法仅适用于桥梁上部结构，而不能很好的除去斜拉索上的冰块。

因此，针对大桥斜拉索外部的冰块与积雪问题，急需设计出一种满足上述复杂工作环境的且能解决上述各种问题的除冰装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种大桥斜拉索除冰装置，它在冰块厚度不一工况下也能够完美除冰，有足够大的力来破开冰块，并能够除去粘附于拉索表面的薄冰块，能耗也较低。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种大桥斜拉索除冰装置，包括除冰头部、固定外架、第一行走机构、第二行走机构，所述除冰头部、第一行走机构和第二行走机构从上至下依次安装在固定外架上，第一行走机构与除冰头部之间设有缓冲机构；所述第一行走机构和第二行走机构所在的固定外架之间设有电动推杆，所述电动推杆也安装在固定外架上，电动推杆伸出和回缩工作带动第一行走机构和第二行走机构沿固定外架爬升；第一行走机构和第二行走机构在固定外架上的爬升运动驱动除冰头部沿单根斜拉索上升运动除冰，所述除冰头部进行除冰动作时，所述第一行走机构、第二行走机构分别与固定外架之间处于相对静止状态。

作为上述技术方案的进一步改进：所述第一行走机构包括第一转动外壳、第二转动外壳、复合材料衬套、电机a、传动轴a和球形螺母，所述第一转动外壳和第二转动外壳一侧连接边通过固定在固定外架上的定位销轴连接，另一侧连接边通过传动轴a连接，所述传动轴a一端通过联轴器a与电机a连接，另一端穿过球形螺母并可在球形螺母中转动，所述球形螺母安装在球形螺母端盖中，所述球形螺母端盖安装在第一转动外壳上，所述电机a安装在第二转动外壳上；依靠传动轴a在球形螺母中的转动使第一转动外壳和第二转动外壳进行抱紧和松开斜拉索动作；所述复合材料衬套分别通过过盈配合连接固定在第一转动外壳、第二转动外壳内壁上，所述第一转动外壳和第二转动外壳端部均通过圆柱销与固定外架固定在一起。

进一步，所述第一转动外壳、第二转动外壳在开合侧设有连接弹簧a。

进一步，所述第一行走机构和第二行走机构的结构相同。

进一步，所述除冰头部包括第一半圆除冰头部、第二半圆除冰头部、高速振动器、凸轮、电机b和联轴器b，所述第一半圆除冰头部与第二半圆除冰头部通过螺栓连接，所述高速振动器的数量为两个，并分别通过焊接方式固定在第一半圆除冰头部、第二半圆除冰头部的内壁上，所述电机b通过联轴器b与凸轮的转轴连接，所述第一半圆除冰头部、第二半圆除冰头部上均设于用于与固定外架连接的套筒a，所述凸轮的数量为两个，两个凸轮分别始终与第一半圆除冰头部和第二半圆除冰头部一对一接触；因为本发明是应用在大桥斜拉索上，而斜拉索一般很长，如果除冰头部做成一整个就装不上去，所以将除冰头部拆分成第一半圆除冰头部、第二半圆除冰头部。

进一步，所述第一半圆除冰头部和第二半圆除冰头部的除冰端均为锯齿形结构，第一半圆除冰头部和第二半圆除冰头部与缓冲机构的安装板之间均设有连接弹簧b，所述第一半圆除冰头部和第二半圆除冰头部在连接弹簧b的作用下始终与凸轮保持接触。

进一步，所述固定外架包括底板、导轨、第一行走机构安装板、第二行走机构安装板、缓冲机构安装板、套筒b和定位销轴，所述底板、第二行走机构安装板、第一行走机构安装板、缓冲机构安装板从下至上依次平行排列，所述电动推杆的两端分别通过螺栓与底板、第二行走机构安装板连接，所述套筒b竖直设置在第一行走机构安装板与缓冲机构安装板的四个导向孔上，套筒b的外圆面分别通过焊接方式与第一行走机构安装板、缓冲机构安装板连接；所述定位销轴的数量为两个，分别竖直焊接在底板和第二行走机构安装板上；所述导轨底部与底板通过螺纹连接，导轨与套筒b在同一条直线上。

进一步，所述缓冲机构包括缓冲弹簧和弹簧导向伸缩杆，所述缓冲弹簧套在弹簧导向伸缩杆外侧，所述弹簧导向伸缩杆包括伸缩内杆和伸缩外杆，所述伸缩内杆焊接连接在缓冲机构安装板上，伸缩外杆焊接连接在第一行走机构安装板上。

进一步，所述套筒b和导轨的数量均为四个，一个套筒b配合一个导轨配合使用组成一个直线边，四个直线边呈方形或平行四边形排列。

进一步，所述底板、第一行走机构安装板、第二行走机构安装板、缓冲机构安装板均为横置的u型结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、由于大桥斜拉索都会具有不同角度，拉索外部结冰情况会随着角度的变化而不同，一般冰块会聚集在与水平面成锐角的一侧，本发明可以根据冰块厚度不一工况下也能够完美除冰，本发明的除冰原理是通过凸轮的运动带动除冰头部击打冰块，由于除冰头部为硬度比冰块大很多的金属材料，所以不论冰块多厚多大都能够除去，而且在除冰过程中不会对大桥斜拉索造成伤害或影响其使用寿命；

2、由于冰块与拉索外表面会形成包覆层，本发明有足够大的力来破开冰块；并且在满足除掉冰块的过程中也能够除去粘附于拉索表面的薄冰块，在两个半圆除冰头部内部安装有高速振动器，它们锤击力度不大但是振动频率很高，当除冰装置做上升运动时，高速振动器能够持续工作除去包覆于斜拉索表面的薄冰层；

3、本发明能在除冰完成到达拉锁顶部之后能够自动返回，能耗较低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中除冰头部的局部结构示意图；

图3是本发明中第一行走机构的结构示意图；

图4是本发明第一行走机构中球形螺母的结构示意图；

图5是本发明第一行走机构中球形螺母端盖的结构示意图；

图6是本发明中固定外架的结构示意图。

图例说明：

1、除冰头部；11、第一半圆除冰头部；12、第二半圆除冰头部；13、高速振动器；14、凸轮；15、电机b；16、联轴器b；17、套筒a；18、连接弹簧b；2、固定外架；21、定位销轴；22、底板；23、导轨；24、第一行走机构安装板；25、第二行走机构安装板；26、缓冲机构安装板；27、套筒b；3、第一行走机构；31、第一转动外壳；32、第二转动外壳；33、复合材料衬套；34、电机a；35、传动轴a；36、球形螺母；37、联轴器a；38、球形螺母端盖；39、圆柱销；4、第二行走机构；5、缓冲机构；51、缓冲弹簧；52、弹簧导向伸缩杆；521、伸缩内杆；522、伸缩外杆；6、电动推杆；7、连接弹簧a。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1至图6所示，一种大桥斜拉索除冰装置，包括除冰头部1、固定外架2、第一行走机构3、第二行走机构4，除冰头部1、第一行走机构3和第二行走机构4从上至下依次安装在固定外架2上，第一行走机构3与除冰头部1之间设有缓冲机构5；第一行走机构3和第二行走机构4所在的固定外架2之间设有电动推杆6，电动推杆6也安装在固定外架2上，电动推杆6伸出和回缩工作带动第一行走机构3和第二行走机构4沿固定外架2爬升；第一行走机构3和第二行走机构4在固定外架2上的爬升运动驱动除冰头部1沿单根斜拉索上升运动除冰，除冰头部1进行除冰动作时，第一行走机构3、第二行走机构4分别与固定外架2之间处于相对静止状态。

本实施例中，第一行走机构3包括第一转动外壳31、第二转动外壳32、复合材料衬套33、电机a34、传动轴a35和球形螺母36，第一转动外壳31和第二转动外壳32一侧连接边通过固定在固定外架2上的定位销轴21连接，另一侧连接边通过传动轴a35连接，传动轴a35一端通过联轴器a37与电机a34连接，另一端穿过球形螺母36并可在球形螺母36中转动，球形螺母36安装在球形螺母端盖38中，球形螺母端盖38安装在第一转动外壳31上，电机a34安装在第二转动外壳32上；依靠传动轴a35在球形螺母36中的转动使第一转动外壳31和第二转动外壳32进行抱紧和松开斜拉索动作；复合材料衬套33分别通过过盈配合连接固定在第一转动外壳31、第二转动外壳32内壁上，第一转动外壳31和第二转动外壳32端部均通过圆柱销39与固定外架2固定在一起。

本实施例中，球形螺母36外圆面上设有一凸起圆柱能与球形螺母端盖38、第一转动外壳31上的半圆孔形成间隙配合。

本实施例中，第一转动外壳31、第二转动外壳32在开合侧设有连接弹簧a7。

本实施例中，第一行走机构3和第二行走机构4的结构相同。

本实施例中，除冰头部1包括第一半圆除冰头部11、第二半圆除冰头部12、高速振动器13、凸轮14、电机b15和联轴器b16，第一半圆除冰头部11与第二半圆除冰头部12通过螺栓连接，高速振动器13的数量为两个，并分别通过焊接方式固定在第一半圆除冰头部11、第二半圆除冰头部12的内壁上，电机b15通过联轴器b16与凸轮14的转轴连接，第一半圆除冰头部11、第二半圆除冰头部12上均设于用于与固定外架2连接的套筒a17，凸轮14的数量为两个，两个凸轮14分别始终与第一半圆除冰头部11和第二半圆除冰头部12一对一接触。

本实施例中，第一半圆除冰头部11和第二半圆除冰头部12的除冰端均为锯齿形结构，第一半圆除冰头部11和第二半圆除冰头部12与缓冲机构5的安装板之间均设有连接弹簧b18，第一半圆除冰头部11和第二半圆除冰头部12在连接弹簧b18的作用下始终与凸轮14保持接触。

本实施例中，固定外架2包括底板22、导轨23、第一行走机构安装板24、第二行走机构安装板25、缓冲机构安装板26、套筒b27和定位销轴21，底板22、第二行走机构安装板25、第一行走机构安装板24、缓冲机构安装板26从下至上依次平行排列，电动推杆6的两端分别通过螺栓与底板22、第二行走机构安装板25连接，套筒b27竖直在第一行走机构安装板24与缓冲机构安装板26的四个导向孔上，套筒b27的外圆面分别通过焊接方式与第一行走机构安装板24、缓冲机构安装板26连接；定位销轴21的数量为两个，分别竖直焊接在底板22和第二行走机构安装板25上；导轨23底部与底板22通过螺纹连接，导轨23与套筒b27在同一条直线上；套筒b27是用于上述几种安装板在四根导轨23上进行上下运动时起保护作用，同时保证两者能够相互滑动；套筒b27是安装在上述几种安装板与导轨23之间的，上述几种安装板和套筒b27是固定连接的，它们能够沿着导轨23上下运动，套筒b27的作用：如果只有上述几种安装板和导轨23直接接触首先上述几种安装板很薄会有损伤，其次套筒b27能够使得滑动时接触面积增大保证运动稳定性较高。

本实施例中，缓冲机构5包括缓冲弹簧51和弹簧导向伸缩杆52，缓冲弹簧51套在弹簧导向伸缩杆52外侧，弹簧导向伸缩杆52具有一定的伸缩行程，弹簧导向伸缩杆52包括伸缩内杆521和伸缩外杆522，伸缩内杆521焊接连接在缓冲机构安装板26上，伸缩外杆522焊接连接在第一行走机构安装板24上。

本实施例中，套筒b27和导轨23的数量均为四个，一个套筒b27配合一个导轨23配合使用组成一个直线边，四个直线边呈方形或平行四边形排列，整个固定外架2可以说是以四根导轨23定向和支撑起来的，做成四根是为了对称，在运动时对称部位受力均匀。

本实施例中，底板22、第一行走机构安装板24、第二行走机构安装板25、缓冲机构安装板26均为横置的u型结构。

本实施例的工作原理如下：本实施例的大桥斜拉索除冰装置的运动主要分为两个部分，分别是整体沿着斜拉索上升运动和除冰动作。整个大桥斜拉索除冰装置的上升运动是由第二行走机构4和第一行走机构3协调配合完成，表现为步进式上升的形式。静止时，第二行走机构4的第一转动外壳31和第二转动外壳32、第一行走机构3的第一转动外壳31和第二转动外壳32会夹紧斜拉索使其内部的复合材料衬套33与斜拉索之间的摩擦力增大到足以支撑整个装置的重力及其他外力。开始上升运动时，第一行走机构3的电机a34带动传动轴a35转动，此时由于球形螺母36不能随传动轴a35一起转动，会使得第一行走机构3的第一转动外壳31和第二转动外壳32绕定位销轴21转动使其不再夹紧斜拉索，这时候电动推杆6的推杆开始伸出推动第二行走机构4及除冰头部1沿着导轨23做上升运动；上升到一定距离时，第一行走机构3的电机a34工作使得第一转动外壳31和第二转动外壳32重新夹紧斜拉索，之后第二行走机构4的电机a34工作使得其第一转动外壳31和第二转动外壳32绕定位销轴21转动使其不再夹紧斜拉索，此时电动推杆6开始执行回程运动即推杆收缩带动固定外架2及其上的第一行走机构3做上升运动，电动推杆6回到初始状态之后第二行走机构4中的电机a34工作使得其第一转动外壳31和第二转动外壳32绕定位销轴21转动使其重新夹紧斜拉索。至此，整个装置完成一步上升运动的动作。本实施例的除冰动作是由电机b15带动凸轮14转动，推动第一半圆除冰头部11上下运动来实现击打除冰。在除冰动作执行时，第二行走机构4和第一行走机构3静止且保持其各自的第一转动外壳31和第二转动外壳32呈夹紧斜拉索状态。