基于高速公路路障自動收放的控制系統

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，高速公路路面要經常進行維修養護，才能保障高速公路的正常通行。目前國內在高速公路上維修保養作業時，路障的放置和回收都是人工進行放置和回收操作的，這種作業方式的作業速度慢、安全系數低、交通路錐碼放間隔不統一。

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

2 系統簡介

基于高速公路路障自動收放控制系統以通用二類汽車底盤作為載體，在汽車底盤尾部安裝發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備以節省空間，附著于工程車的車身右側面，既能放置路錐又能回收路錐。路障儲存輸送機構安裝焊接在車身底盤，由皮帶機路錐儲存機構、縱向輸送存儲機構以及光電接近傳感器組成，縱向輸送系統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，將路障移送到橫向傳輸系統;橫向傳輸系統再將路障向車側面的收放箱機構輸送，由收放箱機構的自動取錐器將路障取下，放置于路面上;回收作業時過程相反。

2.1 系統結構組成

系統的結構設計中，主要包括車體底盤、路障儲存輸送機構、回轉機構、橫向撥錐機構、路錐收放箱機構、導向收放架機構、電氣控制柜、發電機等組件機構組成，涉及到7個交流伺服電機，1個變頻交流異步電機，行程開關以及接近開關等傳感器20余個。

(1)車體底盤

高速公路路障自動收放控制系統是以路面作業為主的專用作業車，汽車底盤的性能決定了系統的基本性能，最大限度地發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鍵。底盤選擇以二類通用貨車底盤為主，系統改裝后不改變原底盤的動力性能。

(2)路障儲存輸送機構

路錐儲存輸送機構主要負責路錐的存儲和縱向輸送，由皮帶機和支架組成。路錐在輸送機構皮帶機上以5行4列共20摞的形式擺放存儲，共計路錐數100個，皮帶機上存儲區域安裝隔斷條實現路錐的縱向定位，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用于檢測傳送帶的運動位置，傳送帶的隔斷條相應位置上裝有金屬塊，當金屬塊移到光電接近行程開關時，由感應信號輸出，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)回轉機構

按照專用作業車的改裝要求，交通路錐自動收放車在非作業行車時，所有機構必須全部回收到車身底盤上，車輛不超寬，進行收、放錐作業時，收放箱機構要靠動力機構放到車輛側面。回轉機構就是將收放箱放到車輛側面和收回到車體上的機構。

回轉機構利用絲杠雙導軌結構配合行程傳感器，穩定可靠的實現收放箱的提升動作，并配合一套利用聯軸器傳動的回轉機構能夠完成整個動作。

由于工作過程中，收放箱需要懸掛車體右側作業，收放箱整體重量約250 kg，所以整個回收機構的懸臂較長，翻轉力矩較大，從而可能導致整個結構發生嚴重側傾，經過計算得知整個結構的變形在彈性范圍內，不會對整個結構的剛度產生影響。

(4)橫向撥錐機構

橫向撥錐機構把路錐從傳送帶上一摞路錐傳送到收放箱機構，或從收放箱機構收回到傳送帶上。路錐的橫向撥錐由兩組撥桿G1、G2聯合實施，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前工作行的第一摞，處于等待狀態，依次順序下去。收錐作業時，動作方向相反，將收放箱收回的路錐按順序依次橫向回撥到皮帶機上。

(5)路錐收放箱機構

收放箱機構作為系統機構設計的核心部件，完成路錐的逐個發放及回收功能，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方案設計時采用路錐施放和回收一體化設計，在放錐作業時，將路錐順次從卡板機構傳送帶高度降至地面，并由擺錐機構傾倒在地面上;收錐作業時，將地面上傾倒的路錐挑起，旋轉豎直并上升送至卡板機構上。收放箱機構主要由三部分組成:卡板機構、升降機構、擺錐機構，共同協作實現功能。

(6)導向收放架機構

導向收放架機構安置在收放箱機構的前端并成同一直線，屬純機械結構。放錐作業時主要完成將路錐從倒立扶正功能，收錐作業時主要完成路錐的導向及將路錐推倒功能，以便將路錐準確進入升降機構頭部，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、交流伺服電機驅動器、通用變頻器、繼電器、接觸器、空氣開關以及穩壓電源等，通過邏輯控制有序無誤的實現路錐及收放箱收放、升降、回轉、皮帶輸送等邏輯控制。

(8)發電機

發電機為系統提供動力源。

2.2 系統硬件設計

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

2.3 系統軟件設計

系統采用自頂向下逐步細化的結構化軟件設計思想，系統分散控制又互相通訊聯系，軟件設計包括對7臺伺服電機與1臺異步電機的時序控制和容錯處理，保證整個系統的邏輯運行以及故障診斷，分為主從控制板軟件設計，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 結論語

基于高速公路路障自動收放的控制系統操作簡單、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，降低了養路工人的勞動量，真正體現以人為本的交通施工理念，達到實際應用的要求，能夠應用于高速公路的道路維修養護工作。

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

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