路锥自动收放车拨锥机构

摘要 交通路锥自动收放车属于国内首创的道路工程车。重点介绍了一个主要组成部件：用来实现路锥横向传送的拨锥机构。介绍了该机构收、放路锥的过程和每个部件的结构、功能。

关键词： 自动收放 拨锥 摆杆

中图分类号： C35 文献标识码： A

1 引言

目前国内在高速公路上维修保养作业时，交通路锥的放置和回收都是由2到3名施工人员站在道路工程车尾部沿着高速公路特定路线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[1]。

国外已经出现了交通路锥的自动放置和回收装置，根据资料收集，目前有英国、美国、法国、芬兰等国的公司研制开发了交通路锥自动收放系统并投入市场使用[2]。目前国内没有交通路锥自动收放系统相关产品的生产厂家，属于国内空白。

2 交通路锥自动收放车

目前我们开发的SY-100A型交通路锥自动收放车，是在SY-100基础之上的升级。SY-100A型交通路锥自动收放车可以实现左右两侧车道的自动收放路锥，可以有效的解决高速公路维修保养作业时的路锥收放问题，属于国内首创，该产品具有很好的市场前景。

此次设计选用了SolidWorks三维虚拟样机设计软件。Solidworks是一款基于Windows操作系统的三维设计软件，它提供的三种文件类型，零件图、装配体和工程图是相互关联的，便于模型修正。它把2D和3D设计工具结合起来，释放企业人员的创造力，同时提高工作效率，便于工作人员更好更快的完成产品的设计[3]。

根据整个设计要求，结合整个机械设计相关知识及生产实践经验，经过项目组的论证，确定最终的设计方案如下，本设计方案的机械部分总体构成[4]如下：

SY-100A型交通路锥自动收放车主要由8大部件组成。整体结构如图1所示：

1.皮带机 2.回转机构 3.拨锥机构 4.收放箱 5.导向收放架机构 6.电气控制柜 7.发电机 8.行车固定架

图1 交通路锥自动收放车结构图

（1）皮带机：路锥的存储和纵向输送，安装焊接在车身底盘上。

（2）回转机构：在非作业行车时，将收放箱回收到车身底盘，避免车身超宽。

（3）拨锥机构：将一摞路锥从皮带机传送到收放箱，或从收放箱收回到皮带机。

（4）收放箱：路锥放置和回收的控制机构。

（5）导向收放架机构：路锥导向以及路锥扶正、推倒的机械机构。

（6）电气控制柜：系统控制核心部件。

（7）发电机：提供整车的控制动力源。

（8）行车固定架：固定控制柜以及非工作状态下对收放箱的挂钩固定。

3 拨锥机构

拨锥机构作为交通路锥自动收放车的一个重要组成部分，主要用来实现路锥的横向传送，通过拨锥机构，能够将一摞路锥从皮带机传送到收放箱，或从收放箱收回到皮带机。

左侧放锥作业时，由左摆杆将皮带机上的第一摞路锥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，动作顺序相反，将收放箱收回的路锥按顺序依次横向回拨到皮带机上。右侧作业情况与左侧相似。

拨锥机构主要由5个部件组成：底座、摆杆机构、行程开关、丝杠组件和导轨滑块组件，如图2所示：

1.底座 2.摆杆 3.行程开关 4.丝杠组件 5.导轨滑块组件

图2 拨锥机构结构图

每个部件的具体说明如下：

（1）底座

底座用板材和冷轧钢管加工而成，下部与皮带机支架连接，上部承载并固定丝杠和导轨。

（2）摆杆机构

完成路锥横向输送功能的部件就是摆杆，它的尺寸与路锥尺寸相关，考虑到路锥尺寸，本文所设计的摆杆采用对称布置安装形式，使得结构更加紧凑美观。摆杆纵向部分长度为550mm，横向部分长度分别为608mrn和818mm。两摆杆间距为1470mm。当其中一摆杆拨动路锥横向移动时，另一摆杆由电机带动转动旋转至垂直方向，以免移动过程中与路锥发生干涉。

路锥的横向拨锥由左、右摆杆联合实施，摆杆有3个操作动作：摆杆平移和2个摆杆的上、下摆动。整个机构由3个交流伺服电机精确控制，同时利用行程开关实现闭环控制。摆杆机构平移由1个400w的交流伺服电机驱动，通过丝杠组件和导轨滑块组件实现整个机构的平移；2个摆杆的垂直摆动则分别由2个100w的交流伺服电机驱动，电机通过减速器和连轴器带动摆杆上、下摆动，如图3所示。

图3 拨锥机构摆杆示意图

摆杆横向运动时，为避免摆杆纵向部分与路锥干涉，需要摆杆纵向部分绕摆杆横向部分旋转90o，旋转过程中，主要克服由摆杆纵向部分的重力所产生的力矩M，所需扭矩M按公式（1）计算得：

M=m・g・L （1）

式中：

m--摆杆纵向部分质量，为3.8Kg； L--重心到电机轴的距离，为0.283m ；

计算得： M= m・g・L=3.8x9.8x0.283=10.53N・m。

伺服电机采用北京阿沃德自动化设备有限责任公司生产制造的α系列交流伺服电机MOTEC α系列交流伺服电机，以电机最新专用数字处理器DSP为核心，配以高速度数字逻辑芯片、高品质功率模块，具有集成度高、体积小、响应速度快、接线简洁明了、可靠性高等一系列优点，同时该电机具有非常完善的防护功能[5]。

摆动电机选择型号为40C0130功率1OOW的α交流伺服电机，配套使用减速比i=40的减速器。电机可提供转矩M=M额 x i x 95%=0.32 x 40 x 0.95=12.16 N・m满足要求。

（3）行程开关

整个横向输送过程中，要实现每次只拨动一擦路锥，分四次将靠近横拨机构的一排路锥逐次拨送至收放箱的卡板上面，完成逐个发放过程；路锥回收过程中顺序刚好相反。考虑到位置控制的要求，所以利用行程开关进行信号检测，以实现精确定位。整个机构一共需要10个行程开关。2个摆杆每个工作所需的水平位置由6个欧姆龙行程开关来控制，其中，2端的2个是限位开关，以免丝杠滑块与丝杠座发生干涉。2个摆杆的垂直摆动，各有2个限位开关检测摆杆的水平和垂直位置是否到位。

（4） 丝杠组件

滚珠丝杠的工作行程由横向放置路锥的总长度所定。横向摆放4摞路锥，左侧作业时，当螺母运动到最里端时，右摆杆能放下并拨动最里边的一摞路锥，当丝杠螺母运动到最外端时，左摆杆能放下并收回收放箱上的一摞路锥；同理，右侧作业时也要能够实现收放功能，且丝杠的总长度不得超过车宽，即能满足工作要求。

（5）导轨滑块组件

当丝杠回转运动时，螺母带动连接块以及连接块上的摆杆进行直线运动，在这个过程中，连接块、摆杆以及其他相关部件的重量都作用在丝杠上，由于丝杠跨度大、刚度低，因此，在丝杠旁边布置了一根导轨，其作用是在丝杠螺母带动摆杆横向运动时，起支撑和导向作用。导轨的长度跟丝杠的总行程大致相同。

4.结论

SY-100A型交通路锥自动收放车已经经过一段时间的路试试验，可以实现左右2个车道的路锥自动收放功能，拨锥机构经验证也能满足设计要求。下一步要继续提高收放的成功率和可靠性。

参考文献

[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] THOMAS H.WEST；STEVEN A.VELINSKY，BAHRAM RAVANI.Advanced

Highway Maintenance and Construction Technology Applications；TR News.1995（176）

[3]庄文许.中文版Solidworks2009经典学习手册[M].北京希望电子出版.2009：24

[4]「美]伯尔.机械分析与机械设计.汪一麟，等译.北京：机械工业出版社.1988

[5] MOTECα系列交流同步伺服系统使用手册[[J]