[發(fā)明專利]一種橋上智能可調(diào)風(fēng)屏障系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010632074.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111831012B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓艷;張迅;馬行川;胡朋;王力東;沈煉;劉葉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12;E01D19/00;E01F8/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 李發(fā)軍;曾利平

本發(fā)明公開(kāi)了一種橋上智能可調(diào)風(fēng)屏障系統(tǒng)及其控制方法，根據(jù)風(fēng)速檢測(cè)傳感器所檢測(cè)到的實(shí)時(shí)風(fēng)速控制擋風(fēng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)以及每個(gè)活動(dòng)葉片的開(kāi)合角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)風(fēng)屏障單元高度和透風(fēng)率的控制，在不同的風(fēng)速下動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)風(fēng)屏障單元，使其處于最佳姿態(tài)，能夠滿足車輛行車安全、橋梁安全穩(wěn)定性、風(fēng)屏障安全穩(wěn)定性以及視野開(kāi)闊等多個(gè)方面的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁風(fēng)屏障技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種橋上智能可調(diào)風(fēng)屏障系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，鐵路交通在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。參考《中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司2019年統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，截至2019年，我國(guó)的鐵路運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)到13.9萬(wàn)公里，其中高鐵總里程為3.5萬(wàn)公里，穩(wěn)居全球第一。橋梁是鐵路交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，是跨越河海和峽谷地形的重要結(jié)構(gòu)設(shè)施。在河海和峽谷地區(qū)的橋梁和車輛極易受到風(fēng)荷載的影響。風(fēng)對(duì)車橋系統(tǒng)的影響，不僅要考慮高風(fēng)速情況下，橋梁發(fā)生顫振、靜風(fēng)失穩(wěn)以及車輛行車安全事故；還應(yīng)考慮低風(fēng)速情況下，橋梁發(fā)生渦振，影響車輛運(yùn)行平穩(wěn)性。

目前，在橋梁欄桿處設(shè)置抑流板是控制低風(fēng)速下橋梁渦振的有效方法。但在高風(fēng)速段，橋梁不易產(chǎn)生渦振。抑流板不但不能起到很好的橋梁減振作用，甚至還會(huì)降低橋梁的靜風(fēng)穩(wěn)定性。因此，傳統(tǒng)的抑流板不能很好應(yīng)對(duì)風(fēng)速變化的情況。不僅是抑流板存在這樣的矛盾，傳統(tǒng)的風(fēng)屏障在保證車輛安全行駛的問(wèn)題上同樣存在這樣的矛盾。根據(jù)風(fēng)屏障的結(jié)構(gòu)形式和以往研究可知，風(fēng)屏障的透風(fēng)率和高度是影響擋風(fēng)效果重要因素，風(fēng)屏障透風(fēng)率越小、高度越高，擋風(fēng)效果越好，越有利于安全行車。但同時(shí)較小的透風(fēng)率和較高的高度會(huì)使橋梁的截面形式發(fā)生改變，降低橋梁的顫振臨界風(fēng)速，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的顫振穩(wěn)定性造成很大影響。不僅如此，風(fēng)屏障自身的可靠度和擋風(fēng)效果也有著十分密切的聯(lián)系，擋風(fēng)效果越好，可靠度越低。如果是跨海大橋，風(fēng)屏障還會(huì)阻擋乘客的視野，影響乘客欣賞風(fēng)景，降低橋梁的美觀。反之，增加風(fēng)屏障透風(fēng)率，降低風(fēng)屏障高度，可以降低橋梁的風(fēng)致振動(dòng)，提高橋梁和風(fēng)屏障自身的安全性，開(kāi)闊乘客視野，但又會(huì)降低車輛的行車安全。而且，如果橋梁長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，沿橋梁走向的風(fēng)速會(huì)發(fā)生變化。但傳統(tǒng)風(fēng)屏障沿著橋梁統(tǒng)一設(shè)置，造成一些位置處的風(fēng)屏障不能很好的應(yīng)對(duì)該位置處風(fēng)速，導(dǎo)致列車和橋梁所受風(fēng)荷載發(fā)生突變，影響列車行駛和橋梁安全。

為解決上述問(wèn)題，李珂等人提出基于可調(diào)姿態(tài)氣動(dòng)翼板的大跨度懸索橋顫振主動(dòng)抑振方法，設(shè)計(jì)了可調(diào)姿態(tài)的抑流板，該設(shè)施可通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)抑流板的角度來(lái)控制不同風(fēng)速下橋梁顫振。但該設(shè)計(jì)僅考慮了橋梁的顫振穩(wěn)定性，未對(duì)車輛的行車安全進(jìn)行研究。龔尚國(guó)等人提出跨海大橋風(fēng)屏障設(shè)計(jì)方法，僅從車輛行車安全一個(gè)角度出發(fā)，提出風(fēng)速折減系數(shù)的概念，并用該系數(shù)進(jìn)行風(fēng)屏障高度和透風(fēng)率的設(shè)計(jì)，但該方法未考慮風(fēng)屏障自身和橋梁的安全穩(wěn)定性；并且，該風(fēng)屏障仍為傳統(tǒng)靜態(tài)、被動(dòng)的抗風(fēng)設(shè)施，不能應(yīng)對(duì)復(fù)雜、變化的風(fēng)場(chǎng)。李龍安等人提出全自動(dòng)智能控制的橋梁風(fēng)屏障，設(shè)計(jì)了透風(fēng)率可調(diào)的風(fēng)屏障設(shè)施，該設(shè)施在可根據(jù)風(fēng)場(chǎng)變化調(diào)整風(fēng)屏障透風(fēng)率。但該方案不能對(duì)風(fēng)屏障高度進(jìn)行調(diào)整，風(fēng)屏障姿態(tài)調(diào)整方式單一，不能很好的應(yīng)對(duì)風(fēng)速變化范圍較廣的情況。同時(shí)該方案僅考慮了高風(fēng)速下車輛和橋梁的安全性，并未考慮風(fēng)屏障自身的安全性以及低風(fēng)速下的橋梁渦激振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種橋上智能可調(diào)風(fēng)屏障系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有風(fēng)屏障系統(tǒng)不能同時(shí)滿足車輛行車安全、橋梁安全穩(wěn)定性、風(fēng)屏障安全穩(wěn)定性以及視野開(kāi)闊等多個(gè)方面的要求。

本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種橋上智能可調(diào)風(fēng)屏障系統(tǒng)，包括多個(gè)風(fēng)屏障單元，每個(gè)所述風(fēng)屏障單元包括基座、立柱、第一橫梁、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第二橫梁、擋風(fēng)板、多個(gè)活動(dòng)葉片、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、風(fēng)速檢測(cè)傳感器、控制裝置、第一驅(qū)動(dòng)裝置、第二驅(qū)動(dòng)裝置以及供電裝置；