基于高速公路路障自动收放的控制系统

周义勇，顾文彪，陈 凌

(中国兵器装备集团上海电控研究所民品事业部)

1 引言

高速公路建成后在使用过程中，高速公路路面要经常进行维修养护，才能保障高速公路的正常通行。目前国内在高速公路上维修保养作业时，路障的放置和回收都是人工进行放置和回收操作的，这种作业方式的作业速度慢、安全系数低、交通路锥码放间隔不统一。

基于高速公路路障自动收放控制系统能够在高速公路维修养护过程中对交通路锥进行自动无人工干预的放置和回收，可靠性以及安全性高，体现以人为本的交通施工理念，填补了国内相关领域的空白。

2 系统简介

基于高速公路路障自动收放控制系统以通用二类汽车底盘作为载体，在汽车底盘尾部安装发电机作为控制动力源，路障的放置和回收装置采用同一套设备以节省空间，附着于工程车的车身右侧面，既能放置路锥又能回收路锥。路障储存输送机构安装焊接在车身底盘，由皮带机路锥储存机构、纵向输送存储机构以及光电接近传感器组成，纵向输送系统不断将路障向前输送，其底部是一个皮带输送机，在皮带机端头有传感器进行感应，将路障移送到横向传输系统;横向传输系统再将路障向车侧面的收放箱机构输送，由收放箱机构的自动取锥器将路障取下，放置于路面上;回收作业时过程相反。

2.1 系统结构组成

系统的结构设计中，主要包括车体底盘、路障储存输送机构、回转机构、横向拨锥机构、路锥收放箱机构、导向收放架机构、电气控制柜、发电机等组件机构组成，涉及到7个交流伺服电机，1个变频交流异步电机，行程开关以及接近开关等传感器20余个。

(1)车体底盘

高速公路路障自动收放控制系统是以路面作业为主的专用作业车，汽车底盘的性能决定了系统的基本性能，最大限度地发挥底盘的能力及底盘能够满足专用装置的要求是底盘选择的关键。底盘选择以二类通用货车底盘为主，系统改装后不改变原底盘的动力性能。

(2)路障储存输送机构

路锥储存输送机构主要负责路锥的存储和纵向输送，由皮带机和支架组成。路锥在输送机构皮带机上以5行4列共20摞的形式摆放存储，共计路锥数100个，皮带机上存储区域安装隔断条实现路锥的纵向定位，每行加装2条滑道来减少路锥横向移动时的摩擦力。

皮带反面安装光电接近开关用于检测传送带的运动位置，传送带的隔断条相应位置上装有金属块，当金属块移到光电接近行程开关时，由感应信号输出，可控制传送带按隔断条间隔距离移到，确保每次纵向移动在一行路锥行程。

(3)回转机构

按照专用作业车的改装要求，交通路锥自动收放车在非作业行车时，所有机构必须全部回收到车身底盘上，车辆不超宽，进行收、放锥作业时，收放箱机构要靠动力机构放到车辆侧面。回转机构就是将收放箱放到车辆侧面和收回到车体上的机构。

回转机构利用丝杠双导轨结构配合行程传感器，稳定可靠的实现收放箱的提升动作，并配合一套利用联轴器传动的回转机构能够完成整个动作。

由于工作过程中，收放箱需要悬挂车体右侧作业，收放箱整体重量约250 kg，所以整个回收机构的悬臂较长，翻转力矩较大，从而可能导致整个结构发生严重侧倾，经过计算得知整个结构的变形在弹性范围内，不会对整个结构的刚度产生影响。

(4)横向拨锥机构

横向拨锥机构把路锥从传送带上一摞路锥传送到收放箱机构，或从收放箱机构收回到传送带上。路锥的横向拨锥由两组拨杆G1、G2联合实施，拨杆有三个操作动作:拨杆平移和分别举起。

放锥作业时，由左摆杆将输送机上的路锥按顺序横向拨到收放箱上方，然后左右摆杆组合动作将下一摞路锥推到当前工作行的第一摞，处于等待状态，依次顺序下去。收锥作业时，动作方向相反，将收放箱收回的路锥按顺序依次横向回拨到皮带机上。

(5)路锥收放箱机构

收放箱机构作为系统机构设计的核心部件，完成路锥的逐个发放及回收功能，考虑到空间的局限性以及成本的约束性，项目组在收放箱机构方案设计时采用路锥施放和回收一体化设计，在放锥作业时，将路锥顺次从卡板机构传送带高度降至地面，并由摆锥机构倾倒在地面上;收锥作业时，将地面上倾倒的路锥挑起，旋转竖直并上升送至卡板机构上。收放箱机构主要由三部分组成:卡板机构、升降机构、摆锥机构，共同协作实现功能。

(6)导向收放架机构

导向收放架机构安置在收放箱机构的前端并成同一直线，属纯机械结构。放锥作业时主要完成将路锥从倒立扶正功能，收锥作业时主要完成路锥的导向及将路锥推倒功能，以便将路锥准确进入升降机构头部，可以正常回收左右偏移行驶路线0.5 m的路锥。

(7)电气控制柜

电气控制柜是系统的控制核心部件，包括控制集成芯片控制板、交流伺服电机驱动器、通用变频器、继电器、接触器、空气开关以及稳压电源等，通过逻辑控制有序无误的实现路锥及收放箱收放、升降、回转、皮带输送等逻辑控制。

(8)发电机

发电机为系统提供动力源。

2.2 系统硬件设计

系统采用DSP精确控制技术、伺服电机控制技术以及传感器检测技术，主要由硬件控制电路板、交流伺服驱动器、传感器以及外围的摄像头、监控显示屏等组成。

2.3 系统软件设计

系统采用自顶向下逐步细化的结构化软件设计思想，系统分散控制又互相通讯联系，软件设计包括对7台伺服电机与1台异步电机的时序控制和容错处理，保证整个系统的逻辑运行以及故障诊断，分为主从控制板软件设计，其主、从控制板软件框图如图1和图2所示。

图1 主控板软件程序框图

图2 从控板软件程序框图

3 结论语

基于高速公路路障自动收放的控制系统操作简单、可靠性高，其施放收取和储存方式都有独到的技术特点，能有效降低高速公路上人工摆放路障的危险性，降低了养路工人的劳动量，真正体现以人为本的交通施工理念，达到实际应用的要求，能够应用于高速公路的道路维修养护工作。

［1］ 白志强，崔志勇.浅析公路机械化养护［J］.工程机械文摘，2007，(2).

［2］ 朱文天.交通工程新设备:路锥摆放与回收［J］.交通世界(建养.机械)，2011，(10):50-51.