水文多功能搭载平台的结构设计分析

娄利华

(辽宁省朝阳水文局，辽宁 朝阳 122000)

0 前 言

辽宁地区水旱灾害发生的频次较高，水利工作与水旱灾害有较为直接的联系。水利工作的基础在于水文监测的及时性和可靠性。当前，随着社会经济快速发展，社会公众对水文监测数据需求越来越高。水文监测数据的时效性是保障水库防洪安全、国民经济发展与农业灌溉安全的重要基础。辽宁省现有水文站218处(国家基本水文站121处，中小河流专用水文站97)，水位站58处(国家基本水位站9处、中小河流专用水位站49处)、雨量站1863处(国家基本雨量站561处、专用雨量站1302处)、墒情站96处、地下水站1153处、实验站3处。每年水文仪器检修和安装的任务较多，而由于水文监测设施大都位于河边，正常检修的维护的难度较大，且由于高空作业，检修人员的安全难以得到保障。为方便水文监测仪器的安装和检修，设计一种水文多功能搭载平台，平台可同时搭载多种水文检测、监测仪器，实现了水文监测仪器安全检修和安装。平台结构设计具有安全、可靠的特点，平台包括主支撑臂、升降舱，实现升降舱搭载检修人员完成水文仪器的安装和检修[1-9]。

1 当前水文监测仪器检修平台存在问题

目前，作为水文检测、监测装置的支撑载体通常有以下两种形式：第一种，固定式支架，由于需要将水位计、流速计、水质监测仪、照明灯、监控摄像头等支撑在半空中，所以安装和检修均非常不方便，也存在安全隐患；第二种，可升降式支撑架体结构，具有固定支撑部和可沿固定支撑部上、下运动的升降台，升降台可搭载水位计、流速计、水质监测仪等，在一定程度上方便了安装和检修。但仍存在如下问题：

1)采用的升降传动机构为齿轮齿条传动机构，即在固定支撑部上布置有齿条结构，在升降台上设置与齿条结构啮合的齿轮结构，齿轮结构带动升降台在齿条结构上爬升和下降。这种传动形式限制了升降台的承重能力，致使安装的水文检测、监测装置数量有限，功能单一，造成支撑资源的浪费；

2)上述的传动方式安全性较差，很容易发生升降台坠落的情况，危及检修人员和设备安全，也因此，其承重能力再次被制约；

3)传动机构隐蔽性差，如齿条结构位于固定支撑部表面，不但不美观，还受环境因素影响较大，影响传动精度，维护周期短，同时也无法避免人为恶意破坏。基于此，现有的水文检测、监测装置的支撑载体仍需改进。

2 主要结构设计

2.1 主体结构

水文多功能搭载平台括主支撑臂、套装于主支撑臂外部的升降舱，结构设计见图1。结构设计要点为：在主支撑臂顶部安装升降控制箱，升降控制箱的底板上固定一对平行支撑轴且支撑轴两端分别固定有链轮，四个链轮在水平方向上位于主支撑臂的四角位置，两个支撑轴之间设有同步传动机构，同步传动机构的动力输入端与驱动电机减速机连接。主支撑臂为空心臂且其中设有配重块，该配重块的顶面四角分别连接有传动铁链，四条传动铁链与四个链轮一一对应，传动铁链的另一端绕过对应的链轮后与升降舱连接，升降舱与升降控制箱之间连接有防坠器。升降舱或/和升降控制箱上可放置水文检测、监测仪器。各主体结构特点分别为：

图1 水文多功能搭载平台主体结构

1)升降舱的一侧或两侧设有水平副臂，水平副臂与升降舱侧面设置的连接耳铰接并固定，侧面另设有对应水平副臂的限位挡，水平副臂上设有水位计、流量计、远程监控摄像头中的一种或多种组合，水平副臂的悬臂端固定有副避雷针，与水位计、流量计或监控摄像头对应的远程测控单元RTU和电源装置设于升降舱内。

2)升降舱包括内结构架、包覆于内结构架外部的壳体，内结构架中固定有围绕主支撑臂的环形导向架，环形导向架上设有与主支撑臂接触的导向轮组，环形导向架的上端面低于内结构架的上端面，且环形导向架上端面四角分别设有与传动铁链连接的吊耳，内结构架上部设有容纳升降控制箱的空腔。

3)升降控制箱包括支撑框架、设于支撑框架内的底板、包覆于支撑框架外周的壳体、设于壳体顶部的盖板，底板一侧另固定有电源装置和电控箱，电控箱与驱动电机减速机连接，底板下表面与主支撑臂顶端固定，且底板开设有对应四条传动铁链的行程通孔，支撑框架的底端固定有多个对应配重块和升降舱的缓冲垫，所述底板的下表面设有对应升降舱的上升限位开关和对应配重块的下降限位开关，盖板上设有主避雷针。

4)水位计、水质监测仪或远程监控摄像头对应的远程测控单元RTU和电源装置固定于升降控制箱内，降控制箱顶部和/或升降舱顶部设有与电源装置连接的太阳能电池板。同步传动机构包括分别设于两个支撑轴上的从动齿轮、与其中一个从动齿轮啮合的主动齿轮、位于主动齿轮和另一个从动齿轮之间并与两者分别啮合的换向齿轮，所述主动齿轮的轮轴与驱动电机减速机的输出轴连接，驱动电机减速机为蜗轮蜗杆减速电机。

5)主支撑臂侧面固定有对应水位计或水质监测仪的空心柱，空心柱下端与外部相通，水位计或水质监测仪的监测端垂直下落于空心柱中或通过空心柱下方地基引至空心柱外部，升降舱对应空心柱的位置设有避让口。

图中1为主支撑臂；2为配重块；3为传动铁链；4为升降舱；5为远程监控摄像头；6为水平副臂；7为超声波雷达水位计；8为检修栏；9为聚光灯或泛光灯；10为水位计或水质监测仪的空心柱；11为壳体顶部的盖板；12为雨量筒；13为太阳能电池板。

2.2 主要工作原理

启动蜗轮蜗杆减速电机，利用同步传动机构带动四个链轮同步旋转，四条传动铁链拉动升降舱上升或下降，上升到止点时，上升限位开关发出信号，蜗轮蜗杆减速电机停止，下降至止点时，下降限位开关发出信号，蜗轮蜗杆减速电机停止。

3 平台主要优点

1)在配重块的作用下，驱动电机减速机通过同步传动机构、链轮及传动铁链省力的将升降舱提升至高空，同时也由于配重块的作用，保证了升降舱下放时运行平稳，因此，水文多功能搭载平台的升降舱承重能力强，有效荷载可达300公斤，可以同时搭载多种水文检测监测仪器，实现多种水文检测监测功能。

2)采用四条传动铁链和防坠器形成5级防坠落手段，具体是：由于配重块与升降舱之间连接着四条传动铁链，同时升降控制箱与升降舱之间连接着防坠器，再者升降舱与主支撑臂之间的摩擦作用，实现了多重防坠落作用，一条或两条或三条传动铁链断裂后，不仅有配重块利用其余传动铁链拉动升降舱，且由于作用力不平衡，升降舱卡在主支撑臂上，而当所有传动铁链断裂时，另有防坠器作用，故大大提高了安全性和可靠性。

3)升降控制箱位于主支撑臂顶部，配重块位于主支撑臂内部，传动铁链将升降舱拉至上升终点后隐于主支撑臂内，水文多功能搭载平台的传动部分为隐蔽性设计，受环境影响小，使用寿命长，在一定程度上避免了人为恶意破坏，同时保证了本发明外形美观。

4)无梯设计提高了搭载设备整体的安全性。

4 结 语

1)水文多功能搭载平台的升降舱、有效荷载可达300公斤，可同时搭载多种水文检测监测仪器，实现多种水文检测监测功能，具有较好的实用推广性；

2)相比于传统传送方式，设计的水文多功能搭载平台的升降控制箱与升降舱之间连接着防坠器。可实现多重防坠落作用，显著提高了水文监测仪器安装和检修的安全性和可靠性；

3)水文多功能搭载平台的传动部分为隐蔽性设计，受环境影响小，使用寿命长，保障了仪器的安全、长期实用。