于曉麗，梁柱揚(yáng)，林小薇

（廣東省電子技術(shù)研究所，廣州 510630）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)很多道路、機(jī)場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)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(shí)，都是依靠人工擺放交通錐的方式來(lái)進(jìn)行區(qū)域標(biāo)識(shí)，不少作業(yè)都是不封路的情況下施工，施工作業(yè)開(kāi)始前，通常是四五個(gè)身穿安全服的施工人員，有人拿著反光棒提醒過(guò)往車(chē)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(chē)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(shí)，人工擺放交通錐看似非常簡(jiǎn)單，卻存在著危險(xiǎn)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(wèn)題。另外，由于擺放及回收均需人工操作，所需面對(duì)的隱患成倍增加。

我國(guó)現(xiàn)有的交通錐一些自動(dòng)化的收放系統(tǒng)部分是使用拖掛車(chē)設(shè)計(jì)[1]或箱式車(chē)加托臂實(shí)現(xiàn)[2]。上述實(shí)現(xiàn)方式對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作人員并不是特別友好，部分設(shè)計(jì)仍需人員緊跟車(chē)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(jì)一種實(shí)現(xiàn)方式更加簡(jiǎn)單，安裝及使用更加便利的交通錐自動(dòng)收放系統(tǒng)，使交通錐的布放作業(yè)能夠自動(dòng)機(jī)械化完成，作業(yè)人員只需在駕駛室和車(chē)廂內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，無(wú)需下車(chē)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(duì)提高我國(guó)高速公路系統(tǒng)維護(hù)與管理水平有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和良好的社會(huì)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(chē)輛之間的固定。

（2）擺臂組件。主要由可沿滑道移動(dòng)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(shí)與車(chē)廂底部平齊，便于操縱人員放錐，錐托運(yùn)動(dòng)到下位時(shí)，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(lái)檢測(cè)有無(wú)交通錐放置，告知控制電路是否控制油缸動(dòng)作擺臂組件可以完成將交通錐拾起和放下的動(dòng)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(tái)、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(shí)在其半圓弧作用下使橫躺的錐直立完成放錐，收錐時(shí)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(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，蓄電池提供能源供給。此外還有車(chē)速檢測(cè)及報(bào)警。利用安裝在車(chē)輛底板上的安全輪配合接近傳感器檢測(cè)行車(chē)速度。

操作臺(tái)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(kāi)關(guān)（鑰匙開(kāi)關(guān)）、交通錐放置間距設(shè)置開(kāi)關(guān)、手動(dòng)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(jì)

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(dòng)，并且系統(tǒng)啟動(dòng)需要有鑰匙授權(quán)，電池組輸出經(jīng)過(guò)電源接觸器給控制電路供電，急停按鍵、鑰匙開(kāi)關(guān)和啟動(dòng)按鍵串聯(lián)接于電源接觸器控制端。

設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，首先轉(zhuǎn)動(dòng)急停按鈕使其復(fù)位，插入鑰匙打開(kāi)模式開(kāi)關(guān)，按下啟動(dòng)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(guò)程中，可以調(diào)節(jié)模式開(kāi)關(guān)選擇工作模式，不影響系統(tǒng)供電。

電量顯示器可實(shí)時(shí)指示電池電量，并顯示系統(tǒng)累計(jì)工作時(shí)間，工作時(shí)間可斷電記憶。同時(shí)，具有低電量保護(hù)輸出，電路設(shè)計(jì)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(shí)可控制電源接觸器斷開(kāi)，從而系統(tǒng)斷電，可防止電池過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)為5擋鑰匙轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)有關(guān)斷位置和4個(gè)工作模式擋位，工作模式擋位包括收集、擺放、手動(dòng)操作模式擋位。手動(dòng)操作模式時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)收放開(kāi)關(guān)來(lái)操縱收放臂的動(dòng)作，應(yīng)用靈活，收放自如。關(guān)斷位置時(shí)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(guò)電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于設(shè)定擺放時(shí)相鄰兩個(gè)交通錐的間距，設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)5～50 m可連續(xù)調(diào)節(jié)，不同擺放間距要求施工車(chē)輛行駛速度不同。

司機(jī)指示燈安裝于施工車(chē)輛側(cè)方，用于指示當(dāng)前車(chē)速情況，司機(jī)可通過(guò)后視鏡觀察，適當(dāng)調(diào)整車(chē)速。電路設(shè)計(jì)采用雙色紅綠LED來(lái)實(shí)現(xiàn)，橙色表示車(chē)速低于最小車(chē)速；綠色表示車(chē)速適當(dāng)；紅色表示車(chē)速高于最高車(chē)速；紅閃表示車(chē)速高于最高擺放車(chē)速。車(chē)身同時(shí)安裝作業(yè)警示燈，用于在施工作業(yè)時(shí)提醒來(lái)往行人和車(chē)輛，電路設(shè)計(jì)直接選用頻閃報(bào)警燈，控制簡(jiǎn)單。

錐托傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)錐托上是否有存在交通錐，電路設(shè)計(jì)選用電容式接近開(kāi)關(guān)，可直接感應(yīng)交通錐[8-10]。車(chē)速傳感器選用電感式傳感器，安裝于測(cè)速輪上，施工車(chē)輛行進(jìn)時(shí)，傳感器輸出脈沖信號(hào)，可根據(jù)脈沖信號(hào)與行進(jìn)距離的關(guān)系Nm/脈沖和單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出車(chē)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(shí)采集車(chē)速信息，通過(guò)司機(jī)指示燈輸出當(dāng)前車(chē)速狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定流程控制繼電器開(kāi)關(guān)的通斷，從而控制拾取臂的動(dòng)作，來(lái)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(dòng)作過(guò)程中無(wú)位置反饋，液壓系統(tǒng)具有過(guò)壓保護(hù)功能，完全通過(guò)液壓系統(tǒng)工作時(shí)間來(lái)控制起停。

圖3 收集流程

圖4 擺放流程

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

現(xiàn)已完成產(chǎn)品試制，經(jīng)測(cè)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(shí)現(xiàn)功能。機(jī)架乘載了所有部件的安裝以及與工程車(chē)輛之間的固定，使用一臺(tái)5 t無(wú)尾箱小貨車(chē)，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(jì)完成將交通錐拾起和放下的動(dòng)作，實(shí)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(jì)劃實(shí)現(xiàn)操作、識(shí)別、距離判斷、速度判斷等功能。該試研產(chǎn)品基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)[11]。

圖5 試研產(chǎn)品實(shí)物

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分貼合道路工程施工的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)備設(shè)計(jì)也便于安裝在大多數(shù)通用卡車(chē)上，操作簡(jiǎn)單，工作時(shí)僅需一名車(chē)載擺放人員和一名司機(jī)，無(wú)需掛載拖車(chē)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，使用人員只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)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(jì)能夠自動(dòng)或半自動(dòng)實(shí)現(xiàn)交通錐的擺放與回收，且通過(guò)人工設(shè)定收放模式，可以實(shí)現(xiàn)擺放間距等參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)景的交通錐收放。設(shè)備經(jīng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(gè)安全、高效的工作環(huán)境，同時(shí)，還能很大程度上保證交通錐擺放的一致性，提高美觀度。