一种悬索桥主缆架设牵引系统及方法

技术领域

本发明涉及悬索桥主缆架设技术领域，具体涉及一种悬索桥主缆索股牵引系统及方法。

背景技术

近些年来，桥梁建设陆续由内陆桥走向海洋、山区等处的跨海、跨山大桥，目前在桥梁施工中己广泛采用悬索桥、斜拉桥。而悬索桥以其优异的跨越能力成为了其主要形式之一。施工时，先在悬索桥两岸设索股支撑塔，在索股支撑塔之间搭设猫道面索(由数根并排设置的钢缆所构成)，猫道面索形成索股主缆临时施工作业道，形成索股主缆的各索股均在猫道面索上完成施工。为方便施工，在猫道面索上还需呈间隔距离设有门架。施工时，各索股的端头先经过索股支撑塔、门架再拖至另岸的索股支撑塔，然后将各索股的两端头固定在索股锚座上。主缆施工多采用预制平行钢丝索股逐根架设的施工方法，由主副牵引卷扬机组成的往复式牵引系统提供牵引力，拽拉器连接索股锚头后各索股经索股支撑塔、门架到预定位置。

目前主缆的索股主要依靠牵引系统完成架设，传统的牵引系统主要由人工在施工过程中对于两台负责牵引绳收放的卷扬机进行调整，数名工人分别位于拽拉器的索股安装处、两岸等处，工人通过现场观察索股牵引的实时情况，包括：位置、速度等。之后通过无线对讲机由人工调整两岸卷扬机的输出速度，让主缆索股在速度稳定地完成架设。

但是，上述方式严重依靠人力完成沟通与调节完成主缆架设，施工与通讯成本高，效率较低，自动化程度低；另外，容错率较低，出现错误无法及时处理。由于人工通讯沟通延时高的问题，实时主缆索股的速度无法及时获取和有效地控制调节，尤其是当拽拉器拽拉索股锚头经过门架，如果其速度出现较大的偏差且反馈不及时，系统无法及时采取应急措施，易造成较大的损失。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种悬索桥主缆架设牵引系统和方法，旨在解决悬索桥主缆架设过程中主缆锚头经过门架时速度不能自动化控制的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种悬索桥主缆架设牵引系统，包括：

支撑机构，包括第一主塔、第二主塔以及设于所述第一主塔和所述第二主塔之间的通道；

多个门架，沿所述通道的长度方向上间隔设于所述通道上，在各所述门架上设有限位结构，所述限位结构内形成有限位穿设通道；

牵引机构，包括张设于所述第一主塔和所述第二主塔之间的先导索，所述先导索穿设于多个所述限位穿设通道内，在所述先导索上固定安装有拽拉器，所述拽拉器的下端设有牵引部，用以牵引主缆索股活动，以将所述主缆索股从所述第一主塔拖拽到所述第二主塔或从所述第二主塔拖拽到所述第一主塔；

收卷装置，用以收卷或者释放先导索，以使得所述先导索沿其长度方向活动；

距离探测装置，用以探测所述拽拉器和所述门架之间的间距；

以及控制装置，电连接所述收卷装置以及所述距离探测装置；

根据所述间距值，确定移动速度调整策略，根据所述移动速度调整策略控制所述收卷装置的收卷电机动作，以调节所述拽拉器的移动速度。

进一步地，所述收卷装置包括第一卷扬机和第二卷扬机，所述第一卷扬机和所述第二卷扬机分别设于所述先导索的两端，所述第一卷扬机收拉所述先导索时，所述第二卷扬机放松所述先导索，所述第二卷扬机收拉所述先导索时，所述第一卷扬机放松所述先导索，所述第一卷扬机和所述第二卷扬机配合收放所述先导索以调控拽拉器的速度。

更进一步地，所述第一卷扬机和第二卷扬机均邻近第一主塔设置或均邻近第二主塔设置，对应所述第二主塔上或者所述第一主塔上设有定滑轮，所述先导索绕过所述定滑轮设置，所述定滑轮用以将所述先导索转向。

进一步地，所述距离探测装置包括超宽带测距模块，所述超宽带测距模块包括超宽带基站和多个超宽带从站；

所述超宽带基站设置于所述拽拉器上，所述多个超宽带从站分别对应设于所述多个门架上。

进一步地，所述拽拉器还包括：环套部，固定在所述先导索上，具有呈相对设置的第一端部和第二端部；以及，

连接部，刚性连接所述牵引部和所述环套部。

更进一步地，所述连接部包括：第一连接杆，一端固定连接所述第一端部，另一端连接所述牵引部；以及，

第二连接杆，一端固定连接所述第二端部，另一端连接所述牵引部。

更进一步地，所述牵引部包括：固定部，连接所述连接部；以及，

夹持部，所述夹持部的最小内径小于主缆索股缆身外径且最大内径大于或等于主缆索股缆身外径。

本发明还提供了一种悬索桥主缆架设牵引控制方法，所述悬索桥主缆架设牵引控制方法包括以下步骤：

获取所述牵引部和所述多个门架之间的间距值；

根据所述间距值，确定移动速度调整策略，根据所述移动速度调整策略控制所述收卷装置的收卷电机动作，以调节所述拽拉器的移动速度。

进一步地，所述根据所述间距值，确定移动速度调整策略，根据所述移动速度调整策略控制所述收卷装置的收卷电机动作，以调节所述拽拉器的移动速度，包括：

当所述间距值小于或等于预设限位值时，控制所述收卷装置的收卷电机减小功率，以减慢所述拽拉器的移动速度；

当所述间距值大于预设限位值时，控制所述收卷装置的收卷电机增加功率，以增加所述拽拉器的移动速度。

本发明提供的悬索桥主缆架设牵引系统和方法可以自动化控制拽拉器在拽拉主缆索股经过门架时的速度，通过距离探测装置测量拽拉器与门架的距离并将该距离传送给控制装置，在拽拉器接近门架时，控制装置控制卷扬机减速使拽拉器拽拉主缆索股减速通过门架；在拽拉器通过门架之后，控制装置控制卷扬机加速使拽拉器拽拉主缆索股恢复正常运行速度。因此本发明提供的悬索桥主缆架设牵引系统可以实现在悬索桥主缆架设过程中自动化控制主缆锚头经过门架前后时的速度，使拽拉过程更加安全高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明悬索桥主缆架设牵引系统的结构示意图。

图2为图1中悬索桥主缆架设牵引系统的模块示意图。

图3为图1中牵引机构与多个门架相对位置的平面结构示意图。

图4为图1中牵引机构的平面结构示意图。

图5为本发明涉及的硬件运行环境的服务器结构示意图。

图6为本发明提供的悬索桥主缆架设牵引系统的判断流程示意图。

图7为图6中步骤S20的具体判断流程示意图。

图中标记：11、第一主塔；12、第二主塔；13、通道；2、门架；21、限位结构；31、先导索；32、拽拉器；332、环套部；3212、夹持部；3211、固定部；3231、第一连接杆；3232、第二连接杆；33、主缆索股；4、收卷装置；41、第一卷扬机；42、第二卷扬机；43、定滑轮；5、距离探测装置；51、超宽带基站；52、超宽带从站；6、控制装置；61、数据传输模块。

具体实施方式

请参阅图1至图2，本发明提供的一种悬索桥主缆架设牵引系统包括支撑机构、多个门架2、牵引机构、收卷装置4、距离探测装置5以及控制装置6，所述支撑机构包括第一主塔11、第二主塔12以及设于所述第一主塔11和所述第二主塔12之间的通道13；所述多个门架2沿所述通道13的长度方向间隔设于所述通道13上，在各所述门架2上设有限位结构21，所述限位结构21内形成有限位穿设通道13；所述牵引机构包括张设于所述第一主塔11和所述第二主塔12之间的先导索31，所述先导索31穿设于多个所述限位穿设通道13内，在所述先导索31上固定安装有拽拉器32，所述拽拉器32的下端设有牵引部，用以牵引主缆索股33活动，以将所述主缆索股33从所述第一主塔11拖拽到所述第二主塔12或从所述第二主塔12拖拽到所述第一主塔11；所述收卷装置4用以收卷或者释放先导索31，以使得所述先导索31沿其长度方向活动；所述距离探测装置5用以探测所述拽拉器32和所述门架2之间的间距；所述控制装置6电连接所述收卷装置4以及所述距离探测装置5。

本实施例将先导索31张设于所述第一主塔11和所述第二主塔12之间，所述先导索31上固定安装有拽拉器32，所述拽拉器32的下端设有牵引部，用以牵引主缆索股33活动。在拽拉主缆时，收卷装置4收卷或者释放先导索31，使得先导索31可以沿着其长度方向运动，带动拽拉器32沿着先导索31的长度方向运动，而拽拉器32的下端设有牵引部，进而可以牵引主缆索股33沿先导索31的长度方向运动。拽拉器32在拽拉主缆索股33经过门架2时，通过距离探测装置5探测拽拉器32与门架2的距离并将该距离传送给控制装置6，在拽拉器32接近门架2时，控制装置6控制卷扬机减速使拽拉器32拽拉主缆索股33减速通过门架2，在拽拉器32通过门架2之后，控制装置6控制卷扬机加速使拽拉器32拽拉主缆索股33恢复正常运行速度。所述控制装置6可以包括实时监控模块和数据传输模块61，所述实时监控模块包括设置于所述牵引机构上的牵引机构实时监控装置和设置于所述收卷装置4上的功效实时监控装置，所述牵引机构实时监控模块能够起到监控所述牵引机构的牵引状态以及定位其具体位置的作用，所述收卷装置4上的功效实时监控装置则起到实时监控所述收卷装置4的工作状态的作用，所述控制装置6接收到所述牵引机构的运行状态和定位信息后，能够根据目前牵引机构的运行状态进行分析并处理收集的相关数据，并将所述相关信息经过处理后经由数据传输模块61发送相应的指令到所述收卷装置4，用以控制所述收卷装置4的运行速率，从而起到控制所述牵引机构的运行速度的效果。其中，牵引机构实时监控装置包括摄像头以及实时定位装置，所述摄像头的数量设置为2个，其中，两个摄像头能够分别采集到所述牵引机构牵引状态的画面以及运行方向的画面，其中，拍摄其牵引状态画面的摄像头能够采集到所述主缆索股33的牵引状态，当主缆索股33出现异常状态时，如索股散丝、扭转等异常状态，工作人员可以根据相关异常状态及时控制所述牵引机构停止运行；同时，通过安装实时定位装置能够实时定位所述牵引机构的具体位置，进而根据所述牵引机构的具体位置测算所述多个门架2的实时具体位置，能够更好地控制所述牵引机构的运动，使之与所述多个门架2不会发生碰撞。因此本发明提供的悬索桥主缆架设牵引系统可以实现在悬索桥主缆架设过程中自动化控制主缆锚头经过门架2前后时的速度，使拽拉过程更加安全高效。

其中，所述收卷装置4包括第一卷扬机41和第二卷扬机42，所述第一卷扬机41和所述第二卷扬机42分别设于所述先导索31的两端，所述第一卷扬机41收拉所述先导索31时，所述第二卷扬机42放松所述先导索31，所述第二卷扬机42收拉所述先导索31时，所述第一卷扬机41放松所述先导索31，所述第一卷扬机41和所述第二卷扬机42配合收放所述先导索31以调控拽拉器32的速度。在本实施例中，采用第一卷扬机41和第二卷扬机42的配合，所述第一卷扬机41收拉所述先导索31时，所述第二卷扬机42放松所述先导索31，所述第二卷扬机42收拉所述先导索31时，所述第一卷扬机41放松所述先导索31，以此实现所述先导索31沿着其长度方向上运动，进而带动拽拉器32牵引主缆索股33沿先导索31的长度方向运动。在其他实施例中，所述收卷装置4还可以采用一个卷扬机拉动先导索31亚沿其长度方向运动，但相比之下，本实施例采用两个卷扬机一收一放，使拽拉过程更加安全稳定。

进一步地，所述第一卷扬机41和第二卷扬机42均邻近第一主塔11设置或均邻近第二主塔12设置，对应所述第二主塔12上或者所述第一主塔11上设有定滑轮43，所述先导索31绕过所述定滑轮43设置，所述定滑轮43用以将所述先导索31转向。牵引索从第一卷扬机41引出，通过与第一卷扬机41同侧的通道13上的导轮组到达对向第二主塔12，经第二主塔12上的定滑轮43转向，从另一侧通道13上的导轮组回到第二卷扬机42。在其他实施例中，还可以采取将第一卷扬机41和第二卷扬机42分别布置于邻近第一主塔11和第二主塔12设置，但如此设置，牵引索往返存在一个空行程，施工工效低，第一卷扬机41和第二卷扬机42易出现操作不同步而产生对拉现象，影响主缆架设质量，两条主缆需布置两套牵引系统，材料、设备、人员投入大。而本实施例中，所述第一卷扬机41和第二卷扬机42均邻近第一主塔11设置或均邻近第二主塔12设置，所需要的材料、设备、人员投入少，施工成本低，施工工效高。

请参阅图3，所述距离探测装置5包括超宽带测距模块，所述超宽带测距模块包括超宽带基站51和多个超宽带从站52，所述超宽带基站51设置于所述拽拉器32上，所述多个超宽带从站52分别对应设于所述多个门架2上。在本实施例中，所述超宽带测距模块设置为融合定位车载终端，其上搭载了UWB模组，可实现无线精准测距、防撞功能。当所述融合定位车载终端处于基站模式的工作状态时，所述UWB模块的从站，即装设于所述多个门架2上的UWB从站主动发起测距申请，此时，所述牵引机构装设有所述UWB模块的基站，所述UWB基站收到所述UWB从站发送的测距请求后会计算出所述UWB从站和UWB基站之间的距离，通过其和预设距离的对比判断所述牵引机构是否需要加速或是减速。其中，所述距离探测装置5还可以设置为距离传感器如激光测距传感器或者超声波测距传感器，但是其中，激光测距传感器对环境的要求比较高，不适宜工业作业，而超声波测距传感器有一定的扩散角，只能测量距离，不可以测量方位，所以只能在低速状态时使用，因此在本实施例中，采用超宽带测距模块，也就是UWB模组来完成所述牵引机构和门架2之间距离的测量。

请参阅图4，所述拽拉器32还包括环套部332和连接部，所述环套部332固定套设在所述先导索31上，具有呈相对设置的第一端部和第二端部；所述连接部刚性连接所述牵引部和所述环套部332。环套部332的一端由两个楔形接头连接而成，固定在所述牵引索上，使拽拉器32随着牵引索的运动而运动，另一端设有平衡重，以使拽拉器32保持正确的位置，减少索股在牵引过程中发生扭转和牵引索掉索现象。

其中，所述连接部包括第一连接杆3231和第二连接杆3232，所述第一连接杆3231一端固定连接所述第一端部，另一端连接所述牵引部；所述第二连接杆3232一端固定连接所述第二端部，另一端连接所述牵引部。连接部与环套部332形成三角形稳定结构。在其他实施例中，所述连接部还可以作其他设置，例如将所述环套部332直接用连接杆连接在牵引部，但由于连接杆方向与运动方向不一致，在牵引主缆过程中易发生损坏。因此，本实施例中采用两个连接杆与环套部332一起形成三角形稳定结构，既不易发生损坏，还可以稳定拽拉主缆索股33运动。

其中，所述牵引部包括固定部3211和夹持部3212，所述固定部3211连接所述连接部，所述夹持部3212的最小内径小于主缆索股33缆身外径且最大内径大于或等于主缆索股33缆身外径，以便更加方便牢固的夹持主缆索股33。夹持主缆索股33时，调节夹持部3212的内径大于主缆索股33缆身外径以便将主缆索股33锚头夹持，将主缆索股33锚头放入夹持部3212后调节夹持部3212内径使其小于主缆索股33缆身外径，以使夹持更牢固。

本发明还提出一种悬索桥主缆架设牵引控制方法，由于所述悬索桥主缆架设牵引控制方法包括上述实施例中记载的全部技术特征，也因此具有上述实施例中记载的全部技术效果，此处不在一一赘述。

参照图5，图5为本发明控制装置6的结构示意图。

如图5所示，所述控制装置6可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对所述控制装置6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图5所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及收卷装置4控制程序。

请结合参阅图6，网络接口1004主要用于连接终端设备，与终端设备进行数据通信；用户接口1003主要用于接收管理员的输入指令；所述服务器通过处理器1001调用存储器1005中存储的收卷装置4控制程序，并执行以下操作：

步骤S10、获取所述牵引部和所述多个门架2之间的间距值；

需要说明的是，在所述牵引部的从第一主塔11向第二主塔12的运动过程中，会经过多个门架2，因此在每个门架2上都设置了UWB从站，从而能够获取所述牵引部和与每个门架2之间的相对距离。

步骤S20、根据所述间距值，得到最小间距值，并确定移动速度调整策略，根据所述移动速度调整策略控制所述收卷装置4的收卷电机动作，以调节所述拽拉器32的移动速度。其中，所述最小间距值为所述拽拉器32和所述多个门架2之间的最小间距值。

请参阅图7，步骤S20包括：

步骤S201、当所述最间距值小于等于预设限位值时，控制所述收卷装置4的收卷电机减小转速，以减慢所述牵引装的移动速度；

步骤S202、当所述间距值大于预设限位值时，控制所述收卷装置4的收卷电机增加转速，以增加所述牵引机构的移动速度。

需要说明的是，在本实施例中，通过所述UWB模块直接能够获取所述牵引部和所述门架2之间的间距，当监测到间距过近，小于等于间距值时，通过有线数据传输到控制装置6，所述控制装置6能够收集到所述间距，并发送相应的指令控制使所述收卷装置4的电机转速降低，进而使得收卷装置4的放索速度变慢，从而减慢所述牵引机构的运动速度，使之能够安全通过，不与所述门架2发生碰撞，而当越过所述门架2后，当二者的间距大于预设间距时，通过有线数据传输到控制装置6，所述控制装置6能够收集到所述间距，并发送相应的指令控制所述收卷装置4的电机转速升高，使得收卷装置4的放索速度变快，从而提升所述牵引机构的运动速度，使之能够保持高效的运行状态，因此可以实现自动化控制主缆锚头经过门架2前后时的速度，使拽拉过程更加安全高效。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。