桥梁拉索风力检测装置及检测方法与流程

1.本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其是一种桥梁拉索风力检测装置及检测方法。


背景技术：

2.桥梁是指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。目前悬索桥和斜拉桥是较为常见的两种具有拉索的桥梁，斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸或桥两端的拉索作为上部结构主要承重构件的桥梁。不同于普通桥梁，悬索桥和斜拉桥的拉索所承受的风力特性对其结构稳定性有着重要的影响，可以通过风力检测测量斜拉桥的拉索所在位置的风力，以帮助计算拉索所承受的风力特性。
3.风力检测一般由感应部分和计数器所组成。感应部分由3个或4个风杯装于十字架上，风杯在轴承上可以自由转动，外用小框保护风杯。中轴下部与计数器相接，风杯转动，也使计数器随之转动。所以计数器是记录风杯转动的转数的。
4.根据中国专利申请号202122170837.9公开的一种桥梁风力检测装置，包括风扇控制箱；所述风扇控制箱安装在转动轴上；所述风扇控制箱上安装有扇轴；所述扇轴端部固接有扇叶；该装置虽然可以实现了对安装入土壤内部固定轴进行固定的功能，解决了现有的风力检测装置在安装后，由于大多数都是设置在土地上，因此经受强风吹拂，可能会造成固定部位晃动，但是，该装置无法安装在悬索桥的中间，对悬索桥中间处的风力进行准确的测量。此外，此种现有的风力检测装置适用于能够实现稳定固定的位置，而在高空吊索上容易出现检测装置偏斜无法保持水平的问题，检测装置的偏斜则会导致检测出的风力值出现偏差。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种桥梁拉索风力检测装置及检测方法，有效提高风力检测的准确性。
6.本发明公开的桥梁拉索风力检测装置，包括第一支撑平台、风力检测机构、固定机构以及平衡调节机构，所述第一支撑平台通过固定机构连接于拉索上，所述风力检测机构设置有第一支撑平台上，所述平衡调节机构包括用于检查第一支撑平台水平度的平衡监测结构和用于调整第一支撑平台角度的调整结构，所述平衡监测结构设置于第一支撑平台上，所述角度调整结构连接于固定机构与第一支撑平台之间，所述角度调整结构和风力检测机构连接有供能电池，所述平衡监测结构与角度调整结构控制连接；所述平衡监测结构包括水平管和平衡球，所述平衡球滚动设置于水平管内，所述角度调整结构连接有驱动第一支撑平台正向旋转的正转开关以及驱动第一支撑平台反向的旋转的反转开关，所述正转开关和反转开关均为自动复位压力控制开关。
7.优选地，所述正转开关和反转开关外周均设置有弹簧，所述弹簧分别延伸出正转开关和反转开关的外端部。
8.优选地，所述水平管的底面为从两端至中间的倾斜结构，所述倾斜结构的倾斜角度小于或等于第一支撑平台允许的偏转最大角度。
9.优选地，所述风力检测机构包括计数器、风杯结构和风向标，所述计数器通过竖向轴杆连接于第一支撑平台上，所述风杯结构通过风杯固定架转动连接在计数器上，所述风向标通过套管转动连接在竖直轴杆上。
10.优选地，所述角度调整结构包括驱动电机、第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述驱动电机安装于第一支撑平台上，所述固定机构设置有支撑杆，所述第一锥齿轮安装于支撑杆上，所述支撑杆上横向设置有连接杆，所述连接杆中部与支撑杆转动配合、两端与第一支撑平台相连接，所述第一锥齿轮安装于支撑杆的端部，所述第二锥齿轮安装于电机的输出轴上，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合。
11.优选地，所述固定机构包括固定弧板和转动弧板，所述转动弧板一侧通过铰接座转动连接在固定弧板一侧，固定弧板和转动弧板的另一侧均设有延伸耳，所述固定弧板的连接耳和转动弧板的连接耳之间通过螺栓连接，所述固定弧板的连接耳或者转动弧板的连接耳上设置有用于放入螺栓的螺杆的固定槽口，所述固定槽口呈z字形结构，所述固定弧板和转动弧板的内侧均设置有若干竖向防滑条。
12.优选地，所述固定机构上对称于第一支撑平台设置有第二支撑平台，所述第二支撑平台上设置有风力发电机构，所述风力发电机构与供能电池通过电路相连接，所述风力发电机构和风力检测机构的重量及风阻力相等。
13.采用所述的桥梁拉索风力检测装置的检测方法，包括如下步骤：
14.将桥梁拉索风力检测装置通过固定机构固定于桥梁拉索上，利用风力检测机构检测拉索所在位置的风力；
15.当第一支撑平台朝向正转开关一侧偏斜时，平衡球沿滚动水平管滚动至正转开关一端，对正转开关施加压力触发正转开关，使角度调整结构驱动第一支撑平台相对于固定机构正向转动逐渐恢复水平，当第一支撑平台恢复水平时，平衡球对正转开关施加的压力消失，正转开关自动复位，角度调整结构停止运行；
16.当第一支撑平台朝向反转开关一侧偏斜时，平衡球沿滚动水平管滚动至反转开关一端，对反转开关施加压力触发反转开关，使角度调整结构驱动第一支撑平台相对于固定机构反向转动逐渐恢复水平，当第一支撑平台恢复水平时，平衡球对反转开关施加的压力消失，反转开关自动复位，角度调整结构停止运行。
17.优选地，所述水平管的底面为从两端至中间的倾斜结构，所述倾斜结构的倾斜角度小于或等于第一支撑平台允许的最大角度，所述水平管的底面最低处设置有用于感应平衡球的传感器；
18.以传感器感应到平衡球时，风力检测机构测得的作为桥梁拉索的风力检测数据。
19.本发明的有益效果是：该装置通过设置平衡调节机构，监测和自动调节风力检测装置的水平度，使得风力检测装置在检测风力时的准确性更高，减小测量的误差，为悬索桥的建设提供更高的安全保障。
附图说明
20.图1为本技术一种实施方式的结构示意图；
21.图2为本技术一种实施方式的正视图；
22.图3为本技术一种实施方式中支撑平台的剖视图；
23.图4为图3中a的放大结构图；
24.图5为采用底面具有倾斜结构的水平管示意图；
25.图6为本技术一种实施方式的后斜视图；
26.图7为本技术一种实施方式中固定机构的结构示意图；
27.图8为本技术具有风力发电机构的实施方式的示意图。
28.附图标记：1、第一支撑平台；2、支撑杆；3、固定机构；4、固定底座；5、竖直轴杆；6、风向标；7、计数器；8、风杯结构；9、固定架；10、电池仓；11、电缆线；12、水平管；13、指南杆；14、正转开关；15、连接杆；16、第一锥齿轮；17、第二锥齿轮；18、电机支架；19、驱动电机；20、反转开关；21、弹簧；22、平衡球；31、固定弧板；32、转动弧板；33、铰接座；34、螺杆；35、螺帽；36、固定槽口；37、防滑条，38、传感器，39、倾斜结构，40、第二支撑平台，41、风力发电机构，42、风力检测机构。
具体实施方式
29.下面对本发明进一步说明。
30.本发明公开的桥梁拉索风力检测装置，包括第一支撑平台1、风力检测机构42、平衡调节机构以及用于将桥梁拉索风力检测装置固定于拉索上的固定机构3，所述第一支撑平台1连接于固定机构3，所述风力检测机构42设置有第一支撑平台1上，所述平衡调节机构包括用于检查第一支撑平台1水平度的平衡监测结构和用于调整第一支撑平台1角度的调整结构，所述平衡监测结构设置于第一支撑平台1上，所述角度调整结构连接于固定机构3与第一支撑平台1之间，所述角度调整结构和风力检测机构42连接有供能电池，所述平衡监测结构与角度调整结构控制连接；所述平衡监测结构包括水平管12和平衡球22，所述平衡球22滚动设置于水平管12内，所述角度调整结构连接有驱动第一支撑平台1正向旋转的正转开关14以及驱动第一支撑平台1反向的旋转的反转开关20，所述正转开关14和反转开关20均为自动复位压力控制开关。
31.其中第一支撑平台1用于承载风力检测机构42，风力检测机构42是桥梁拉索风力检测装置的主要检测单元，采用现有技术即可；平衡调节机构中的平衡监测结构用于监测第一支撑平台1是否处于水平状态，而角度调整结构则根据平衡监测结构的结构对第一支撑平台1进行调节，使其恢复平衡状态。本技术的平衡监测的平衡监测结构利用设置在平衡球22配合角度调整结构的正转开关14和反转开关20，直接控制角度调整结构的运行，正转开关14和反转开关20均采用的自动复位压力控制开关，是在压力作用下被开启，压力消失后自动复位的开关，具体可以采用压力传感器、弹性触片开关等。采用该桥梁拉索风力检测装置的检测方法，包括如下步骤：
32.将桥梁拉索风力检测装置通过固定机构3固定于桥梁拉索上，利用风力检测机构42检测拉索所在位置的风力；
33.当第一支撑平台1朝向正转开关14一侧偏斜时，平衡球22沿滚动水平管12滚动至
正转开关14一端，对正转开关14施加压力触发正转开关14，使角度调整结构驱动第一支撑平台1相对于固定机构3正向转动逐渐恢复水平，当第一支撑平台1恢复水平时，平衡球22对正转开关14施加的压力消失，正转开关14自动复位，角度调整结构停止运行；
34.当第一支撑平台1朝向反转开关20一侧偏斜时，平衡球22沿滚动水平管12滚动至反转开关20一端，对反转开关20施加压力触发反转开关20，使角度调整结构驱动第一支撑平台1相对于固定机构3反向转动逐渐恢复水平，当第一支撑平台1恢复水平时，平衡球22对反转开关20施加的压力消失，反转开关20自动复位，角度调整结构停止运行。
35.平衡球22优选采用具有较大重量的金属球，以便于触发开关，由于平衡球22和角度调整结构的运动通常具有少许延后性，可能会角度调整结构过量转动的情况，为此，在本技术的优选实施例中，所述正转开关14和反转开关20外周均设置有弹簧21，所述弹簧21分别延伸出正转开关14和反转开关20的外端部。平衡球22在第一支撑平台1偏转时，向着水平管12的端部滚动，首先接触弹簧21，并压缩弹簧21接触正转开关14或者反转开关20并触发，弹簧21在此过程中可以起到缓冲作用，降低平衡球22对于开关的碰撞，当角度调整结构在开关控制下使第一支撑平台1恢复平衡过程中，平衡球22产生的压力逐渐减小，当压力小于弹簧21的弹力时，弹簧21可以使平衡球22提前离开开关，通过选择弹簧21的弹力可以改变这一提前量，从而抵消平衡球22和角度调整结构运动的延后时间，保证第一支撑平台1可以达到平衡状态。需要注意，弹簧21的硬度不能过大，当第一支撑平台1允许的偏转最大角度时，平衡球22到达水平管12端部时必须要能够压缩弹簧21。
36.在本技术的另一优选实施例中，所述水平管12的底面为从两端至中间的倾斜结构39，所述倾斜结构39的倾斜角度小于或等于第一支撑平台1允许的偏转最大角度。只有当第一支撑平台1的偏转角度大于倾斜结构39的倾斜角度时，平衡球22才会向水平管12对应的端部滚动，而一旦第一支撑平台1在角度调整结构的控制下恢复至偏转角度小于倾斜结构39的倾斜角度，即恢复至第一支撑平台1允许的偏转最大角度时，平衡球22就会脱离水平管12端部的开关，控制第一支撑平台1停止运动，这样同样可以有效防止第一支撑平台1过量转动，而且直接通过设置水平管12底面倾斜角度的方式，控制可以更加精确，更容易把。注意这里的第一支撑平台1允许的偏转最大角度是指风力检测机构42测量的数据误差在允许范围内时，第一支撑平台1允许的偏转最大角度，这一角度通常小于5
°
。此外，采用此种方式，可以在第一支撑平台1处于平衡状态时，使平衡球22保持水平管12的中部，在此基础上，作为本技术的优选实施方式，所述水平管12的底面最低处设置有用于感应平衡球22的传感器38；以传感器38感应到平衡球22时，风力检测机构42测得的作为桥梁拉索的风力检测数据。根据背景技术所述，当第一支撑平台1偏斜时，风力检测机构42测量的数据会有一定的偏差，虽然及时使第一支撑平台1恢复水平可以很大限度地降低这一偏差，但实际上在第一支撑平台1还处于偏斜过程中的数据也会作为风力检测数据，最终所测的数据也会有一定的偏差。而在本实施方式中，当第一支撑平台1的偏斜角度小于水平管12底面倾斜结构39的倾斜角度时，即小于第一支撑平台1允许的偏转最大角度时，平衡球22会处于水平管12的底面最低处，被传感器38所感知，只有当传感器38感应到平衡球22时，风力检测机构42测得的作为桥梁拉索的风力检测数据，而传感器38未感应到平衡球22，风力检测机构42测得的数据可以作为参考。具体在实施时，还可以设定一定的时间阈值，只有平衡球22被传感器38感应到，且维持一定的时间后，才计算风力检测数据。传感器38可采用压力传感器、光敏传感
器等。
37.风力检测机构42是检测风力的主要部件，其采用现有的设备即可，在本技术的优选实施例中，所述风力检测机构42包括计数器7、风杯结构8和风向标6，所述计数器7通过竖向轴杆连接于第一支撑平台1上，所述风杯结构8通过风杯8固定架9转动连接在计数器7上，所述风向标6通过套管转动连接在竖直轴杆5上。竖直轴杆5可以利用固定底座4安装于第一支撑平台1，其上安装风力检测机构42。风杯结构8在风力作用下旋转，旋转的速度被计数器7记录，风力越大，则旋转速度越快，从而实现了风力的测量，风向标6的作用是指示风的来向，其通常一端为指针，一端为板状结构，在风力作用下，板状结构被向后吹动，指针则指向风的来向。竖直轴杆5的下部还可以设置指南杆13，指南杆13通过套管转动连接在竖直轴杆5上，指南杆13可指示检测点的方位。
38.角度调整结构的作用是调整第一支撑平台1与固定机构3之间的相对角度，其可以采用电机、直线驱动结构配合凸轮等，在本技术的优选实施例中，所述角度调整结构包括驱动电机19、第一锥齿轮16和第二锥齿轮17，所述驱动电机19安装于第一支撑平台1上，所述固定机构3设置有支撑杆2，所述第一锥齿轮16安装于支撑杆2上，所述支撑杆2上横向设置有连接杆15，所述连接杆15中部与支撑杆2转动配合、两端与第一支撑平台1相连接，所述第一锥齿轮16安装于支撑杆2的端部，所述第二锥齿轮17安装于电机的输出轴上，所述第一锥齿轮16和第二锥齿轮17相啮合。驱动电机19优选采用步进电机或者伺服电机可以精确控制转动的角度，可通过电机支架18安装，驱动电机19旋转带动第一锥齿轮16和第二锥齿轮17，使支撑杆2与第一支撑平台1相对旋转，从而调整第一支撑平台1的角度。连接杆15的作用是用于稳定支撑杆2，支撑杆2与连接杆15之间以及支撑杆2与第一支撑平台1之间均可以设置轴承。第一锥齿轮16和第二锥齿轮17等相关结构可以设置于第一支撑平台1内部，使其能够保持良好的工作环境。
39.固定机构3的作用是与拉索相连接，将整个装置固定与拉索上，固定机构3可以采用夹持、连接板连接等方式，如图所示的实施例中，所述固定机构3包括固定弧板31和转动弧板32，所述转动弧板32一侧通过铰接座33转动连接在固定弧板31一侧，固定弧板31和转动弧板32的另一侧均设有延伸耳，所述固定弧板31的连接耳和转动弧板32的连接耳之间通过螺栓连接，所述固定弧板31的连接耳或者转动弧板32的连接耳上设置有用于放入螺栓的螺杆34的固定槽口36，所述固定槽口36呈z字形结构，所述固定弧板31和转动弧板32的内侧均设置有若干竖向防滑条37。使用时，先转动打开转动弧板32，再将固定弧板31和转动弧板32同时套在拉索上，将螺帽35松开，并未使其脱离螺杆34，将螺杆34从螺杆34固定槽口36的进口端沿其槽口方向移动到其内端，最后将螺帽35拧紧，使得转动弧板32向固定弧板31靠近，从而紧紧的抱死悬索，将整个装置固定在悬索上，该结构固定快速，安装时无需将螺帽35完全拧下来，便可以将固定弧板31和转动弧板32快速的固定连接，提高了安装的效率，z字形的螺杆34固定槽口36可以防止螺杆34滑出，竖向防滑条37通常采用橡胶材质制成，具有较好的防滑作用，可以提高连接的稳定性。尤其是防止装置发生转动。
40.风力检测机构42及角度调整结构均利用供能电池供电，供能电池可以设置于电池仓10内，通过电缆线11与各个需要供电的部件连接，为了延长供能电池的续航，在本技术的优选实施例中，所述固定机构3上对称于第一支撑平台1设置有第二支撑平台40，所述第二支撑平台40上设置有风力发电机构41，所述风力发电机构41与供能电池通过电路相连接，
所述风力发电机构41和风力检测机构42的重量及风阻力相等。风力发电机构41与供能电池的具体电路可参照现有的微型风力发电装置布置，利用风力发电为供能电池充电，可以大幅提高装置的使用维护周期，且有效利用了风能。而第二支撑平和第一支撑平台1对称设置，风力发电机构41和风力检测机构42的风阻力相等，可以更好地平衡装置所受的重力以及风力，提高装置的受力性能，降低永久性偏斜的可能性。