液壓式半自動交通錐收放系統的設計

于曉麗，梁柱揚，林小薇

（廣東省電子技術研究所，廣州 510630）

0 引言

目前，國內很多道路、機場、停車場等場所進行道路養護，交通維護等需要交通導改作業時，都是依靠人工擺放交通錐的方式來進行區域標識，不少作業都是不封路的情況下施工，施工作業開始前，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，作業十分不便。尤其是在車流量大的城市快速路上進行交通作業等，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。

我國現有的交通錐一些自動化的收放系統部分是使用拖掛車設計[1]或箱式車加托臂實現[2]。上述實現方式對于現場操作人員并不是特別友好，部分設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。因此設計一種實現方式更加簡單，安裝及使用更加便利的交通錐自動收放系統，使交通錐的布放作業能夠自動機械化完成，作業人員只需在駕駛室和車廂內進行簡單的操作，無需下車跟隨。該系統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道路維護人員的生命安全，對提高我國高速公路系統維護與管理水平有著深遠的現實意義和良好的社會意義。

1 系統組成

系統主要由機架、安裝在機架上的擺臂組件、姿態翻轉組件以及電控部分組成[3]。如圖1所示。

圖1 交通錐收放系統組成

（1）機架。機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，等待姿態翻轉機構的操控。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。姿態翻轉組件能夠將交通錐翻轉90°，由倒翻轉為立，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）姿態翻轉組件[4]。該組件完成交通錐的姿態調整，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，變換姿態后供錐托拾取。

（5）液壓泵站與液壓油缸組成擺臂運動驅動系統，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。

操作臺是設備的人機界面，放在作業人員方便操作的位置，具有工作模式調節開關（鑰匙開關）、交通錐放置間距設置開關、手動操作桿、電池電量顯示、急停關斷按鈕等。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，可集中管理，便于維護。

2 系統工作原理及設計

本節將主要圍繞電控部分的系統原理進行介紹。

2.1 電源部分

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

設備啟動時，首先轉動急停按鈕使其復位，插入鑰匙打開模式開關，按下啟動按鈕，控制系統上電進入工作模式。工作工程中如按下急停按鈕，控制系統立即斷電停止工作。工作過程中，可以調節模式開關選擇工作模式，不影響系統供電。

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

2.2 控制部分

控制部分主要包括DC/DC電源轉換、微處理器、繼電器開關、液壓泵站、傳感器、模式調節、交通錐間距調節、指示燈等組成。

模式調節開關為5擋鑰匙轉換開關，開關有關斷位置和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來操縱收放臂的動作，應用靈活，收放自如。關斷位置時可拔除鑰匙，使其自身鎖住，可防止未經鑰匙授權的非法操作[5-7]。

間距調節通過電位器來實現，用于設定擺放時相鄰兩個交通錐的間距，設計預計5～50 m可連續調節，不同擺放間距要求施工車輛行駛速度不同。

司機指示燈安裝于施工車輛側方，用于指示當前車速情況，司機可通過后視鏡觀察，適當調整車速。電路設計采用雙色紅綠LED來實現，橙色表示車速低于最小車速；綠色表示車速適當；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。車身同時安裝作業警示燈，用于在施工作業時提醒來往行人和車輛，電路設計直接選用頻閃報警燈，控制簡單。

錐托傳感器負責檢測錐托上是否有存在交通錐，電路設計選用電容式接近開關，可直接感應交通錐[8-10]。車速傳感器選用電感式傳感器，安裝于測速輪上，施工車輛行進時，傳感器輸出脈沖信號，可根據脈沖信號與行進距離的關系Nm/脈沖和單位時間內脈沖個數計算出車輛行駛速度。

微處理器負責讀取設備工作模式、間距設定值、錐托傳感器的狀態，同時采集車速信息，通過司機指示燈輸出當前車速狀態，根據設定流程控制繼電器開關的通斷，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。設備上電后默認錐拖已經安裝好，并放置于低位，拾取臂動作過程中無位置反饋，液壓系統具有過壓保護功能，完全通過液壓系統工作時間來控制起停。

圖3 收集流程

圖4 擺放流程

3 試驗結果分析

現已完成產品試制，經測試機架、擺臂組件、姿態翻轉組件以及電控部分均能按預期實現功能。機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，機架能夠順利安裝并固定。擺臂組件可以按預定設計完成將交通錐拾起和放下的動作，實現交通錐的擺放及回收功能。姿態翻轉組件能夠將交通錐翻轉90°，由倒翻轉為立，反之亦可。電控部分能按預定計劃實現操作、識別、距離判斷、速度判斷等功能。該試研產品基本實現了預期目標[11]。

圖5 試研產品實物

4 結束語

本系統的設計充分貼合道路工程施工的現場實際情況，設備設計也便于安裝在大多數通用卡車上，操作簡單，工作時僅需一名車載擺放人員和一名司機，無需掛載拖車，操作相對簡單，使用人員只需經過簡單的培訓即可上手，在交通施工單位中能較好地得到普及。系統設計能夠自動或半自動實現交通錐的擺放與回收，且通過人工設定收放模式，可以實現擺放間距等參數的設置，實現多種場景的交通錐收放。設備經試驗，實現設計的初衷，且擺放便利、回收方便。本系統的完成，不僅可以為道路施工人員創造一個安全、高效的工作環境，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。