周義勇，顧文彪，陳 凌

(中國兵器裝備集團上海電控研究所民品事業(yè)部)

1 引言

高速公路建成后在使用過程中，高速公路路面要經(jīng)常進行維修養(yǎng)護，才能保障高速公路的正常通行。目前國內(nèi)在高速公路上維修保養(yǎng)作業(yè)時，路障的放置和回收都是人工進行放置和回收操作的，這種作業(yè)方式的作業(yè)速度慢、安全系數(shù)低、交通路錐碼放間隔不統(tǒng)一。

基于高速公路路障自動收放控制系統(tǒng)能夠在高速公路維修養(yǎng)護過程中對交通路錐進行自動無人工干預(yù)的放置和回收，可靠性以及安全性高，體現(xiàn)以人為本的交通施工理念，填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白。

2 系統(tǒng)簡介

基于高速公路路障自動收放控制系統(tǒng)以通用二類汽車底盤作為載體，在汽車底盤尾部安裝發(fā)電機作為控制動力源，路障的放置和回收裝置采用同一套設(shè)備以節(jié)省空間，附著于工程車的車身右側(cè)面，既能放置路錐又能回收路錐。路障儲存輸送機構(gòu)安裝焊接在車身底盤，由皮帶機路錐儲存機構(gòu)、縱向輸送存儲機構(gòu)以及光電接近傳感器組成，縱向輸送系統(tǒng)不斷將路障向前輸送，其底部是一個皮帶輸送機，在皮帶機端頭有傳感器進行感應(yīng)，將路障移送到橫向傳輸系統(tǒng);橫向傳輸系統(tǒng)再將路障向車側(cè)面的收放箱機構(gòu)輸送，由收放箱機構(gòu)的自動取錐器將路障取下，放置于路面上;回收作業(yè)時過程相反。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要包括車體底盤、路障儲存輸送機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、橫向撥錐機構(gòu)、路錐收放箱機構(gòu)、導(dǎo)向收放架機構(gòu)、電氣控制柜、發(fā)電機等組件機構(gòu)組成，涉及到7個交流伺服電機，1個變頻交流異步電機，行程開關(guān)以及接近開關(guān)等傳感器20余個。

(1)車體底盤

高速公路路障自動收放控制系統(tǒng)是以路面作業(yè)為主的專用作業(yè)車，汽車底盤的性能決定了系統(tǒng)的基本性能，最大限度地發(fā)揮底盤的能力及底盤能夠滿足專用裝置的要求是底盤選擇的關(guān)鍵。底盤選擇以二類通用貨車底盤為主，系統(tǒng)改裝后不改變原底盤的動力性能。

(2)路障儲存輸送機構(gòu)

路錐儲存輸送機構(gòu)主要負(fù)責(zé)路錐的存儲和縱向輸送，由皮帶機和支架組成。路錐在輸送機構(gòu)皮帶機上以5行4列共20摞的形式擺放存儲，共計路錐數(shù)100個，皮帶機上存儲區(qū)域安裝隔斷條實現(xiàn)路錐的縱向定位，每行加裝2條滑道來減少路錐橫向移動時的摩擦力。

皮帶反面安裝光電接近開關(guān)用于檢測傳送帶的運動位置，傳送帶的隔斷條相應(yīng)位置上裝有金屬塊，當(dāng)金屬塊移到光電接近行程開關(guān)時，由感應(yīng)信號輸出，可控制傳送帶按隔斷條間隔距離移到，確保每次縱向移動在一行路錐行程。

(3)回轉(zhuǎn)機構(gòu)

按照專用作業(yè)車的改裝要求，交通路錐自動收放車在非作業(yè)行車時，所有機構(gòu)必須全部回收到車身底盤上，車輛不超寬，進行收、放錐作業(yè)時，收放箱機構(gòu)要靠動力機構(gòu)放到車輛側(cè)面?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)就是將收放箱放到車輛側(cè)面和收回到車體上的機構(gòu)。

回轉(zhuǎn)機構(gòu)利用絲杠雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)配合行程傳感器，穩(wěn)定可靠的實現(xiàn)收放箱的提升動作，并配合一套利用聯(lián)軸器傳動的回轉(zhuǎn)機構(gòu)能夠完成整個動作。

由于工作過程中，收放箱需要懸掛車體右側(cè)作業(yè)，收放箱整體重量約250 kg，所以整個回收機構(gòu)的懸臂較長，翻轉(zhuǎn)力矩較大，從而可能導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重側(cè)傾，經(jīng)過計算得知整個結(jié)構(gòu)的變形在彈性范圍內(nèi)，不會對整個結(jié)構(gòu)的剛度產(chǎn)生影響。

(4)橫向撥錐機構(gòu)

橫向撥錐機構(gòu)把路錐從傳送帶上一摞路錐傳送到收放箱機構(gòu)，或從收放箱機構(gòu)收回到傳送帶上。路錐的橫向撥錐由兩組撥桿G1、G2聯(lián)合實施，撥桿有三個操作動作:撥桿平移和分別舉起。

放錐作業(yè)時，由左擺桿將輸送機上的路錐按順序橫向撥到收放箱上方，然后左右擺桿組合動作將下一摞路錐推到當(dāng)前工作行的第一摞，處于等待狀態(tài)，依次順序下去。收錐作業(yè)時，動作方向相反，將收放箱收回的路錐按順序依次橫向回?fù)艿狡C上。

(5)路錐收放箱機構(gòu)

收放箱機構(gòu)作為系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計的核心部件，完成路錐的逐個發(fā)放及回收功能，考慮到空間的局限性以及成本的約束性，項目組在收放箱機構(gòu)方案設(shè)計時采用路錐施放和回收一體化設(shè)計，在放錐作業(yè)時，將路錐順次從卡板機構(gòu)傳送帶高度降至地面，并由擺錐機構(gòu)傾倒在地面上;收錐作業(yè)時，將地面上傾倒的路錐挑起，旋轉(zhuǎn)豎直并上升送至卡板機構(gòu)上。收放箱機構(gòu)主要由三部分組成:卡板機構(gòu)、升降機構(gòu)、擺錐機構(gòu)，共同協(xié)作實現(xiàn)功能。

(6)導(dǎo)向收放架機構(gòu)

導(dǎo)向收放架機構(gòu)安置在收放箱機構(gòu)的前端并成同一直線，屬純機械結(jié)構(gòu)。放錐作業(yè)時主要完成將路錐從倒立扶正功能，收錐作業(yè)時主要完成路錐的導(dǎo)向及將路錐推倒功能，以便將路錐準(zhǔn)確進入升降機構(gòu)頭部，可以正常回收左右偏移行駛路線0.5 m的路錐。

(7)電氣控制柜

電氣控制柜是系統(tǒng)的控制核心部件，包括控制集成芯片控制板、交流伺服電機驅(qū)動器、通用變頻器、繼電器、接觸器、空氣開關(guān)以及穩(wěn)壓電源等，通過邏輯控制有序無誤的實現(xiàn)路錐及收放箱收放、升降、回轉(zhuǎn)、皮帶輸送等邏輯控制。

(8)發(fā)電機

發(fā)電機為系統(tǒng)提供動力源。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)采用DSP精確控制技術(shù)、伺服電機控制技術(shù)以及傳感器檢測技術(shù)，主要由硬件控制電路板、交流伺服驅(qū)動器、傳感器以及外圍的攝像頭、監(jiān)控顯示屏等組成。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用自頂向下逐步細化的結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計思想，系統(tǒng)分散控制又互相通訊聯(lián)系，軟件設(shè)計包括對7臺伺服電機與1臺異步電機的時序控制和容錯處理，保證整個系統(tǒng)的邏輯運行以及故障診斷，分為主從控制板軟件設(shè)計，其主、從控制板軟件框圖如圖1和圖2所示。

圖1 主控板軟件程序框圖

圖2 從控板軟件程序框圖

3 結(jié)論語

基于高速公路路障自動收放的控制系統(tǒng)操作簡單、可靠性高，其施放收取和儲存方式都有獨到的技術(shù)特點，能有效降低高速公路上人工擺放路障的危險性，降低了養(yǎng)路工人的勞動量，真正體現(xiàn)以人為本的交通施工理念，達到實際應(yīng)用的要求，能夠應(yīng)用于高速公路的道路維修養(yǎng)護工作。

［1］ 白志強，崔志勇.淺析公路機械化養(yǎng)護［J］.工程機械文摘，2007，(2).

［2］ 朱文天.交通工程新設(shè)備:路錐擺放與回收［J］.交通世界(建養(yǎng).機械)，2011，(10):50-51.