于曉麗，梁柱揚，林小薇

（廣東省電子技術(shù)研究所，廣州 510630）

0 引言

目前，國內(nèi)很多道路、機(jī)場、停車場等場所進(jìn)行道路養(yǎng)護(hù)，交通維護(hù)等需要交通導(dǎo)改作業(yè)時，都是依靠人工擺放交通錐的方式來進(jìn)行區(qū)域標(biāo)識，不少作業(yè)都是不封路的情況下施工，施工作業(yè)開始前，通常是四五個身穿安全服的施工人員，有人拿著反光棒提醒過往車輛，其他人員抱著交通錐邊走邊擺，作業(yè)十分不便。尤其是在車流量大的城市快速路上進(jìn)行交通作業(yè)等，需要沿路擺放大量交通錐時，人工擺放交通錐看似非常簡單，卻存在著危險性大、傷亡事故多、作業(yè)效率低以及交通錐間距不均勻等很多問題。另外，由于擺放及回收均需人工操作，所需面對的隱患成倍增加。

我國現(xiàn)有的交通錐一些自動化的收放系統(tǒng)部分是使用拖掛車設(shè)計[1]或箱式車加托臂實現(xiàn)[2]。上述實現(xiàn)方式對于現(xiàn)場操作人員并不是特別友好，部分設(shè)計仍需人員緊跟車輛，雖能提高擺放效率，但并未完全解決上述安全隱患。因此設(shè)計一種實現(xiàn)方式更加簡單，安裝及使用更加便利的交通錐自動收放系統(tǒng)，使交通錐的布放作業(yè)能夠自動機(jī)械化完成，作業(yè)人員只需在駕駛室和車廂內(nèi)進(jìn)行簡單的操作，無需下車跟隨。該系統(tǒng)不僅可以極大地提高交通錐布放的速度，而且可以很好地保護(hù)道路維護(hù)人員的生命安全，對提高我國高速公路系統(tǒng)維護(hù)與管理水平有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義和良好的社會意義。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由機(jī)架、安裝在機(jī)架上的擺臂組件、姿態(tài)翻轉(zhuǎn)組件以及電控部分組成[3]。如圖1所示。

圖1 交通錐收放系統(tǒng)組成

（1）機(jī)架。機(jī)架乘載了所有部件的安裝以及與工程車輛之間的固定。

（2）擺臂組件。主要由可沿滑道移動的擺臂支架、液壓油缸[7]、擺臂、錐托及傳感器等組成。錐托上位時與車廂底部平齊，便于操縱人員放錐，錐托運動到下位時，可將交通錐橫放于路面上，等待姿態(tài)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的操控。傳感器來檢測有無交通錐放置，告知控制電路是否控制油缸動作擺臂組件可以完成將交通錐拾起和放下的動作。姿態(tài)翻轉(zhuǎn)組件能夠?qū)⒔煌ㄥF翻轉(zhuǎn)90°，由倒翻轉(zhuǎn)為立，反之亦可。

（3）電控部分。該部分包括操作臺、液壓泵站、蓄電池組、及控制器等部分組成。電控部分整體物理框架如圖2所示。

圖2 電路整體框架

（4）姿態(tài)翻轉(zhuǎn)組件[4]。該組件完成交通錐的姿態(tài)調(diào)整，放錐時在其半圓弧作用下使橫躺的錐直立完成放錐，收錐時在其半圓弧的作用下使直立的錐躺倒，變換姿態(tài)后供錐托拾取。

（5）液壓泵站與液壓油缸組成擺臂運動驅(qū)動系統(tǒng)，蓄電池提供能源供給。此外還有車速檢測及報警。利用安裝在車輛底板上的安全輪配合接近傳感器檢測行車速度。

操作臺是設(shè)備的人機(jī)界面，放在作業(yè)人員方便操作的位置，具有工作模式調(diào)節(jié)開關(guān)（鑰匙開關(guān)）、交通錐放置間距設(shè)置開關(guān)、手動操作桿、電池電量顯示、急停關(guān)斷按鈕等。電池及充放電管理模塊、控制核心、油泵及換向閥全部安裝于電控箱內(nèi)，可集中管理，便于維護(hù)。

2 系統(tǒng)工作原理及設(shè)計

本節(jié)將主要圍繞電控部分的系統(tǒng)原理進(jìn)行介紹。

2.1 電源部分

系統(tǒng)采用24 V 210 AH電池組供電，為了使設(shè)備能在緊急情況下制動，并且系統(tǒng)啟動需要有鑰匙授權(quán)，電池組輸出經(jīng)過電源接觸器給控制電路供電，急停按鍵、鑰匙開關(guān)和啟動按鍵串聯(lián)接于電源接觸器控制端。

設(shè)備啟動時，首先轉(zhuǎn)動急停按鈕使其復(fù)位，插入鑰匙打開模式開關(guān)，按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)上電進(jìn)入工作模式。工作工程中如按下急停按鈕，控制系統(tǒng)立即斷電停止工作。工作過程中，可以調(diào)節(jié)模式開關(guān)選擇工作模式，不影響系統(tǒng)供電。

電量顯示器可實時指示電池電量，并顯示系統(tǒng)累計工作時間，工作時間可斷電記憶。同時，具有低電量保護(hù)輸出，電路設(shè)計將低電量保護(hù)輸出與電源接觸器控制線圈串聯(lián)，保護(hù)時可控制電源接觸器斷開，從而系統(tǒng)斷電，可防止電池過放。

2.2 控制部分

控制部分主要包括DC/DC電源轉(zhuǎn)換、微處理器、繼電器開關(guān)、液壓泵站、傳感器、模式調(diào)節(jié)、交通錐間距調(diào)節(jié)、指示燈等組成。

模式調(diào)節(jié)開關(guān)為5擋鑰匙轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)有關(guān)斷位置和4個工作模式擋位，工作模式擋位包括收集、擺放、手動操作模式擋位。手動操作模式時，可通過手動收放開關(guān)來操縱收放臂的動作，應(yīng)用靈活，收放自如。關(guān)斷位置時可拔除鑰匙，使其自身鎖住，可防止未經(jīng)鑰匙授權(quán)的非法操作[5-7]。

間距調(diào)節(jié)通過電位器來實現(xiàn)，用于設(shè)定擺放時相鄰兩個交通錐的間距，設(shè)計預(yù)計5～50 m可連續(xù)調(diào)節(jié)，不同擺放間距要求施工車輛行駛速度不同。

司機(jī)指示燈安裝于施工車輛側(cè)方，用于指示當(dāng)前車速情況，司機(jī)可通過后視鏡觀察，適當(dāng)調(diào)整車速。電路設(shè)計采用雙色紅綠LED來實現(xiàn)，橙色表示車速低于最小車速；綠色表示車速適當(dāng)；紅色表示車速高于最高車速；紅閃表示車速高于最高擺放車速。車身同時安裝作業(yè)警示燈，用于在施工作業(yè)時提醒來往行人和車輛，電路設(shè)計直接選用頻閃報警燈，控制簡單。

錐托傳感器負(fù)責(zé)檢測錐托上是否有存在交通錐，電路設(shè)計選用電容式接近開關(guān)，可直接感應(yīng)交通錐[8-10]。車速傳感器選用電感式傳感器，安裝于測速輪上，施工車輛行進(jìn)時，傳感器輸出脈沖信號，可根據(jù)脈沖信號與行進(jìn)距離的關(guān)系Nm/脈沖和單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)計算出車輛行駛速度。

微處理器負(fù)責(zé)讀取設(shè)備工作模式、間距設(shè)定值、錐托傳感器的狀態(tài)，同時采集車速信息，通過司機(jī)指示燈輸出當(dāng)前車速狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定流程控制繼電器開關(guān)的通斷，從而控制拾取臂的動作，來完成交通錐的收放。收集與擺放交通錐微處理器處理流程如圖3和圖4所示。設(shè)備上電后默認(rèn)錐拖已經(jīng)安裝好，并放置于低位，拾取臂動作過程中無位置反饋，液壓系統(tǒng)具有過壓保護(hù)功能，完全通過液壓系統(tǒng)工作時間來控制起停。

圖3 收集流程

圖4 擺放流程

3 試驗結(jié)果分析

現(xiàn)已完成產(chǎn)品試制，經(jīng)測試機(jī)架、擺臂組件、姿態(tài)翻轉(zhuǎn)組件以及電控部分均能按預(yù)期實現(xiàn)功能。機(jī)架乘載了所有部件的安裝以及與工程車輛之間的固定，使用一臺5 t無尾箱小貨車，機(jī)架能夠順利安裝并固定。擺臂組件可以按預(yù)定設(shè)計完成將交通錐拾起和放下的動作，實現(xiàn)交通錐的擺放及回收功能。姿態(tài)翻轉(zhuǎn)組件能夠?qū)⒔煌ㄥF翻轉(zhuǎn)90°，由倒翻轉(zhuǎn)為立，反之亦可。電控部分能按預(yù)定計劃實現(xiàn)操作、識別、距離判斷、速度判斷等功能。該試研產(chǎn)品基本實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)[11]。

圖5 試研產(chǎn)品實物

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計充分貼合道路工程施工的現(xiàn)場實際情況，設(shè)備設(shè)計也便于安裝在大多數(shù)通用卡車上，操作簡單，工作時僅需一名車載擺放人員和一名司機(jī)，無需掛載拖車，操作相對簡單，使用人員只需經(jīng)過簡單的培訓(xùn)即可上手，在交通施工單位中能較好地得到普及。系統(tǒng)設(shè)計能夠自動或半自動實現(xiàn)交通錐的擺放與回收，且通過人工設(shè)定收放模式，可以實現(xiàn)擺放間距等參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)多種場景的交通錐收放。設(shè)備經(jīng)試驗，實現(xiàn)設(shè)計的初衷，且擺放便利、回收方便。本系統(tǒng)的完成，不僅可以為道路施工人員創(chuàng)造一個安全、高效的工作環(huán)境，同時，還能很大程度上保證交通錐擺放的一致性，提高美觀度。