全电动水文巡测车的研制及应用效果

窦英伟，曹燕文（山东省水文仪器研制中心，山东 潍坊 261031）

全电动水文巡测车的研制及应用效果

窦英伟，曹燕文
（山东省水文仪器研制中心，山东 潍坊 261031）

【摘要】阐述了全电动水文巡测车的工作原理以及创新性设计，介绍了其测流过程和数据采集步骤，并分析了其应用效果，以期推广。

【关键词】全电动；水文测验；巡测车

随着经济社会的发展，单一的驻测形式已经不能满足水文测验的需要，驻测与巡测相结合，甚至以巡测为主的水文测验方式逐渐被水文工作者接受。由于水文工作的特殊性，测验人员工作环境恶劣，工作条件艰苦。研发一种低噪音、干净（无泄漏污染）、自重轻、功率大、性能可靠的水文巡测设备，装备在越野、面包、商务等车辆上，是改善基层水文职工工作环境和生活条件，促进水文工作走技术先进、精兵高效道路的根本措施，全电动水文巡测车应运而生。

1　　工作原理

全电动水文巡测车利用汽车自身的发电机系统，从汽车发电机与汽车电瓶的节点取出电能，经稳压整流升压后直接驱动直流电机将电能转化为机械能，通过继电器控制直流电机的正反转，直流电机带动减速机驱动电动卷扬机实现设备的升降动作，驱动丝杆多级缸完成巡测设备吊臂的伸缩运动。与直流电动机相匹配的涡轮蜗杆减速机具有自动锁定功能，可以可靠地将卷扬机的升降动作锁定在任意位置。

2　　创新性设计

2.1超越离合器的应用

针对传统的水文巡测车卷扬机制动系统结构复杂，制动效果差，长时间使用容易磨损失灵，无法进行手动操作，一旦液压系统出现故障，无备用方案等缺点，一种新型卷扬机应运而生，弥补了这些不足。该卷扬机结构简单，采用超越离合器配合刹车盘实现断电时自动刹车。并设计了手动控制铅鱼升降和吊臂伸缩功能，为水文测验提供了备选手段，保证了测流工作顺利完成。

2.2超载自动脱扣装置的研制

刹车结构设计采用了防过载钢索自动脱扣装置，在卷轮与卷轴的连接处通过设计安全销来实现过载脱扣功能。在测验过程中，若发生铅鱼挂上漂浮物造成严重过载，在超过设定最高限重的情况下，安全销断裂，卷轮可使铅鱼自动滑落，保障车辆人员安全。

2.3电动丝杠多级缸的开发

设计采用空心丝杠型多级缸作为水文巡测设备的吊臂。直流电动机通过行星齿轮减速机经皮带和皮带轮带动空心丝杠，可逐次外伸转动，推动各自的丝母平动。通过回转计数传感器，可以方便地测量和显示负载位移，并通过控制器对前后两个极限位置动作进行控制，避免损坏电机。由于多级丝杆叠套在一起，从而节省了轴向安装空间。电动丝杠多级缸的成功设计，为水文巡测设备的轻型化、小型化提供了技术保障。

2.4无负载升降电路自动断电设计

水文巡测车在使用过程中存在这样一种常见现象，当铅鱼到达河底后，若不及时停止铅鱼下降动作，钢丝绳在无负载情况下会在卷扬机内部紊乱，当铅鱼上升时容易造成钢丝绳缠绕打结。如此情况，反复几次，将会出现铅鱼升降动作无法实现的结果，无负载升降电路自动断电设计的实现解决了这一难题。钢丝绳一端缠绕在卷扬机上，通过码盘（铅鱼升降使钢丝绳带动码盘转动来实现测量水深）后，另一端伸出吊臂。在卷扬机与码盘之间采用无负载升降电路自动断电设计，即铅鱼到达河底，钢丝绳在无负载情况下升降电路自动切断，避免了钢丝绳相互缠绕的现象。

3　　测流过程

1）选择桥测断面；2）根据断面情况选择测流仪器，如流速仪、超声波剖面流速仪（ADCP）、雷达测速仪或超声波测深仪等；3）将水文巡测车开至既定测流断面；4）启动水文巡测设备，安装测流仪器，将测流仪器送至水面，按照水文测验规范开始测流，直到完成测流；5）整理测流仪器，测流过程结束。

4　　数据采集

全电动水文巡测车在选用流速仪测流时采用综合流量测算系统，也可采用专用测流软件采集数据。超声波剖面流速仪（ADCP）、雷达测速仪或超声波测深仪等其他测流仪器可利用设备自带专用软件通过笔记本电脑显示采集数据。

综合流量测算系统由手持式采集仪（可持续工作8h）、水下信号器（可持续工作12h）、充电器、专用码盘连线、水下信号发送线、河底信号器、携行箱等7部分组成。该系统采用码盘信号有线接收，水下信号（水面、河底、流速仪）无线接收的方式工作，可直接显示水面、河底、流速仪信号，具有水深测量功能，并可同时存储100多个测点数据。

测流前，用专用的码盘连接线将手持式采集仪和码盘接头连接，将水下信号器安装到铅鱼上，并将水下信号发送线的天线（蓝色）、河底信号线（黑色）、流速仪信号线（白色或黄色）安装到位，并对有防水要求的河底信号线和流速仪信号线进行防水处理。

专用测流软件整合了流量测算、流量校核、资料整编、流量分析等4大部分内容，可以在测流完成后直接通过计算得出流量成果，具有使用方便，安装简单等优点。

5　　应用效果

自2001-06，第一台水文巡测车EXC75-1A型研制成功，到2012-05全电动水文巡测车的问世，技术不断革新，产品升级换代，经过十几年的汛期检验，历代水文巡测车所提供的水文数据和水情信息预报，为夺取抗洪抢险的胜利提供了科学依据，提高了政府应对洪涝灾害突发事件的应急处置能力，避免了人民生命财产安全遭受重大损失，减灾效益数亿元，为维护公共安全、社会和谐提供了有力保障，社会效益尤为显著。

全电动水文巡测车是目前国内最为先进的巡测车，截至2014年，山东省各地市水文局已配备全电动水文巡测车100多台，圆满完成了水文数据采集和测报工作，获得水文测验工作者的一致好评。全电动水文巡测车将逐渐取代老式巡测车，成为山东防汛指挥部门和水文测验部门必不可少的防汛设备。其优越性主要体现在：1）对建立突发性事件引发的水灾害的应急监测机制具有得天独厚的优势，可及时对突发性暴雨洪水事件进行现场跟踪监测、控制和实时信息传输等工作。2）可有效提高水文测验效率和测验工作的现代化水平，机动灵活，测流迅速，数据处理准确快捷。3）一部水文巡测车可以完成多处水文站流量测验和水样采集工作，大大提高了工作效率，节省了测验人员数量。4）变建站监测为借桥监测，改驻站监测为多站巡测，可有效改善基层水文职工工作条件和生活环境，提升水文服务能力，拓展水文服务职能。

全电动水文巡测车具有灵活轻便、需用人员少，机动性好，造价低廉等优点，水文巡测车的推广在目前大力推行水文站队结合时期，特别需要建立一支精兵高效的水文巡测队伍，作为一种有效的水文巡测手段，具有非常重要的意义。充分利用现有道路和桥梁的有利环境，优化水文设施配置，研究集约化的水文测验模式，使部分长期驻守在河边的水文职工由固守变为巡测，根据水文情势，灵活开展水文测验工作，这对加强水文工作，更好地发挥水文的参谋作用，巩固其基础地位，提高水文事业的影响力具有重要意义。

（责任编辑崔春梅）

【中图分类号】P335

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-04-0012-02

收稿日期：2015-01-27

作者简介：窦英伟（1987—），男，助理工程师