多功能道路破損修復(fù)助手的設(shè)計(jì)與研究

李冠岐 李國(guó)玲 李洋 馬寧

摘要：根據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來全國(guó)公路總里程不斷增加，隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的投資、重視程度的增加，高速公路的建設(shè)也呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在公路網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模修建的同時(shí)，公路的養(yǎng)護(hù)維修將是一個(gè)不可忽視的市場(chǎng)。因此，開發(fā)一款能將公路修復(fù)機(jī)械對(duì)小坑小洼進(jìn)行填補(bǔ)，最大程度降低成本，減少安全隱患就變得很有必要。在此基礎(chǔ)上我們發(fā)明了這款集輕盈、便捷、省時(shí)省力、節(jié)約成本于一身的多功能道路維修助手。

關(guān)鍵詞：道路修復(fù);坑洼修補(bǔ)

1.研究背景

20世紀(jì)中葉，我國(guó)秉承著“要想富、先修路”這一觀點(diǎn)，使得我國(guó)的公路鋪設(shè)總里程逐漸增加。自1978年，南起高雄，北至基隆的高速公路建成通車以來，我國(guó)步入了高速公路時(shí)代。十年后，滬嘉高速、沈大高速相繼完工，使得我國(guó)的高速公路開始飛速發(fā)展。但是隨著公路的日常使用和年久失修，使得道路出現(xiàn)坑洼、裂縫等問問題也相繼而生。

截止到2020年底，我國(guó)公路總里程已達(dá)519.81萬公里，其中高速公路達(dá)到16余萬公里，居世界首位。但是道路維修和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也在大幅度上升，并隨著道路使用年限的增加，道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也在逐步增長(zhǎng)。修補(bǔ)道路坑洼和裂縫問題，是養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的一大開支，當(dāng)路面有小型的坑洼、裂縫等出現(xiàn)時(shí)，則會(huì)使路面的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，降低道路的試用壽命，更有甚者會(huì)發(fā)生交通事故，影響交通安全，造成人員的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。其原因主要是目前我國(guó)修補(bǔ)小型破損路面的方法還是主要依靠大型機(jī)械進(jìn)行全方位的施工修補(bǔ)，此修補(bǔ)方法雖然能夠解決路面坑洼問題，也能延長(zhǎng)道路的使用壽命，但是使用大型機(jī)械進(jìn)行修補(bǔ)，會(huì)增加經(jīng)濟(jì)的支出且工期較長(zhǎng)，不適用于小規(guī)模的道路修補(bǔ)。使用人工修補(bǔ)，雖也可完成修補(bǔ)，達(dá)到使用要求，但是過于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且在車流量較大時(shí)，無法保證工人安全，存在一定的安全隱患。

2.設(shè)計(jì)與系統(tǒng)介紹

在充分的考慮到設(shè)備的可行性與實(shí)用性之后，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款集路面坑洼破損3D掃描，坑洼切割與打磨，瀝青攪拌與加熱，瀝青鋪設(shè)與壓實(shí)為一體的多功能破損道路修復(fù)助手，我們將瀝青攪拌與加熱，瀝青鋪設(shè)與壓實(shí)機(jī)構(gòu)作為此設(shè)備的主體，控制系統(tǒng)，切割與打磨機(jī)構(gòu)作為輔助機(jī)構(gòu)，安裝在主體上，使之成為集成的一體化道路修復(fù)助手。

根據(jù)實(shí)際的使用要求，以及參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等工具書計(jì)算出多功能破損道路修復(fù)助手的移動(dòng)裝置尺寸，瀝青攪拌加熱機(jī)構(gòu)尺寸，切割與打磨機(jī)構(gòu)尺寸以及瀝青鋪設(shè)與壓實(shí)機(jī)構(gòu)尺寸等一些重要參數(shù)。

多功能道路破損修復(fù)助手，分為硬件機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件控制系統(tǒng)兩部分，我們前期進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)搜集與研究，硬件機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，采用SolidWorks和CAD等軟件進(jìn)行整體的三維和二維建模與強(qiáng)度校核以及選材等。軟件方面我們采用3D掃描技術(shù)通過3D攝像頭，對(duì)路面坑洼進(jìn)行掃描，通過系統(tǒng)計(jì)算得到路面修補(bǔ)方案的最優(yōu)解，以達(dá)到最簡(jiǎn)單的修補(bǔ)方案和最省時(shí)省料的修補(bǔ)結(jié)果。

多功能道路破損修復(fù)助手，在實(shí)際使用過程中，只需1-2人便可完成原先大機(jī)械以及多人工才能完成的工作，不僅縮短了工期，還節(jié)省了人工的使用，最終節(jié)省了經(jīng)濟(jì)的支出，增加國(guó)家財(cái)政收入。因是小型機(jī)械施工，人員參與較少，既能減少對(duì)環(huán)境的污染，也能提高工作人員的安全系數(shù)。

3.效益分析

目前，中國(guó)公路網(wǎng)絡(luò)已基本形成，大規(guī)模建設(shè)后必然帶來繁重的養(yǎng)護(hù)任務(wù)，公路養(yǎng)護(hù)已由傳統(tǒng)的“搶修時(shí)代”過渡到“全面養(yǎng)護(hù)時(shí)代”。2015-2019年，我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)里程及其在公路總里程中占比均逐年增長(zhǎng)。根據(jù)交通運(yùn)輸部數(shù)據(jù)，截至2019年末，我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)里程495.31萬公里，較2018年增長(zhǎng)19.93萬公里，在公路總里程中占比98.8%，接近100%，說明目前我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)覆蓋水平較高。

公路養(yǎng)護(hù)具有長(zhǎng)期性、基礎(chǔ)性地位，是一項(xiàng)值得長(zhǎng)期投資的行業(yè)?，F(xiàn)有的公路和新增公路為公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械行業(yè)發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。要保持公路順暢通行，就必須對(duì)公路進(jìn)行長(zhǎng)期的日常性養(yǎng)護(hù)和周期性維修，特別是我國(guó)瀝青路面建設(shè)大多都采用半剛性路基，其大中修周期一般在五年至十年左右，這樣剛好形成閉式循環(huán)，有利于公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械市場(chǎng)保有量保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械是一種技術(shù)更新快、使用較為頻繁、工況較為惡劣的工程機(jī)械設(shè)備，大部分設(shè)備使用年限在10年左右，基本與公路大中修周期相吻合，即使公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械市場(chǎng)保有量達(dá)到飽和時(shí)，設(shè)備的年更新率也會(huì)相繼跟上，具備可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，受宏觀經(jīng)濟(jì)周期波動(dòng)的影響較小。因此，從總體情況分析，公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械行業(yè)周期性、區(qū)域性和季節(jié)性特征并不明顯。

公路“手術(shù)刀”可以帶來極高的效益，降低施工隊(duì)等維修道路的成本，降低國(guó)家的經(jīng)濟(jì)支出，增加國(guó)家的財(cái)政收入。本產(chǎn)品體積小巧，可降低加工制作和人工操作等成本，且污染較小，能耗較低。因體積小巧，不需太多人工操作等因素，使得其相對(duì)來說修補(bǔ)效率高，且成本低。因其綠色簡(jiǎn)行低能耗使得其也與當(dāng)今社會(huì)的所倡導(dǎo)的綠色發(fā)展相符合，使其更適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)，更能推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

4.結(jié)語

我國(guó)是世界公路大國(guó)，高速公路總里程更是居世界首位，使用一款省時(shí)省力且人工機(jī)械成本較低并有對(duì)環(huán)境的污染較小的公路修復(fù)機(jī)械，與當(dāng)前國(guó)家提倡的綠色施工觀念相同，符合社會(huì)發(fā)展規(guī)律。本項(xiàng)目在市場(chǎng)上存在一定相對(duì)性的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在相應(yīng)的產(chǎn)品內(nèi)具有相對(duì)成熟的產(chǎn)品和銷售體系，本產(chǎn)品屬于新興產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)具有不小的直接壓力。我們爭(zhēng)取政府路政等部門的大力支持。包括給予行業(yè)的指導(dǎo)，協(xié)調(diào)產(chǎn)品科學(xué)快速的發(fā)展、公司發(fā)展方向、環(huán)境建設(shè)等方面的政策及資金支持。另外我們會(huì)加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)測(cè)，密切注視競(jìng)爭(zhēng)格局出現(xiàn)的新變化，根據(jù)新變化及時(shí)調(diào)整現(xiàn)有的經(jīng)營(yíng)策略。完善產(chǎn)品功能及自動(dòng)化功能的整體方案，吸引客戶。根據(jù)實(shí)際情況隨機(jī)應(yīng)變，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，符合政府要求，不斷更新完善我們的產(chǎn)品。

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