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　　城市道路护栏清洗机的研制

　　针对城市道路护栏难以清洗的现状,提出了一种龙门框架分离式护栏清洗机本体结构,作业时清洗机跨立在护栏上,实现对护栏和支墩的全面清洗.根据该清洗原理,建立了栏杆和支墩的清洗模型,并对其清洗过程进行了运动分析,同时对清洗机的机械结构和电器控制进行了阐述.该清洗机具有结构简单,操作方便,自动化程度高等优点.关键词:护栏清洗;龙门框架分离式结构;支墩;控制系统

　　引言

　　我国城市交通发展迅速,公路护栏由于受车辆的尾气、灰尘粘附及其它因素影响,表面出现了不同路中间用的隔离护栏的清洗方式主要有2种:人工清洗和借助汽车所配高压水洗刷清洗.但人工清洗劳动强度大,清洗效率低;且由于清洗工人身处高速行驶的机动车辆中间,极易发生安全事故;周围空气中汽车尾气浓度很高,严重危害清洗工人的健康.车载式高压水洗刷清洗一次性投入过高,一般中小城市难以承受;且由于车辆行驶路线不能保证与道路护栏平行[2],无法清洗护栏处在车行逆向的部分表面;耗水量大,清洗效果不佳,对城市交通也有一定影响.护栏清洗机结合护栏的结构特点而设计,以护栏本身为导轨,结构简单、成本低、无污染,且能够实现对支墩的清洗,与我国高等级公路养护机械节能、高效、低噪声、低污染且自动化程度高的发展相适应,具有显著的社会环境效益和经济效益

　　1机械系统设计针对某市常用护栏的不同结构尺寸,进行了基本数据采集分析,以影响护栏清洗的极限尺寸来建立护栏模,据此分析影响清洗机机械结构设计的基本参数和范围,以满足不同结构尺寸护栏的清洗.具体设计要求:根据道路状况和护栏自身的特点,能够实现即时切入、切出;实现在不停车的情况下对支墩的清洗;洗擦结合,喷头刷洗间歇性供水,减少用量水,同时对部分水进行回收循环利用;自动实现清洗过程,对其前进方向进行微调;工作过程中几乎对道路交通没有影响.

　　1.1护栏栏杆清洗原理如图1所示,清洗作业时,护栏两对侧面滚刷将护栏栏杆夹击"在中间,刷毛相互重叠(2~3cm),使两滚刷形成一个整体,中间不留间隙.两滚刷高速旋转,在护栏表面刮擦,同时,沿护栏竖向表面喷水,从而实现清洗.根据分析和实验可得,当两滚刷转向相反时,可使脏物或脏水沿着箭头方向甩出去,两滚刷的刷毛在重叠处移动方向相同,可加快刷子的转速,滚刷两边各布置一个喷水嘴,这样可将飞溅的水珠带到护栏板面上,节约用水,达到良好的清洗效果.根据采集所得数据,护栏栅格之间的最大距离是170mm,最小距离是120mm,护栏所用钢管直径22mm.为了使滚刷与护栏表面有效发生摩擦,利用相切的原理设计滚刷直径(包括毛长),通过分析验证,滚刷直径为260m时,清洗效果好,不留清洗死角.

　　1.2护栏支墩清洗原理支墩清洗机构是机械系统的核心部件之一,采用锥形洗刷呈V字型悬伸布置,固定于机架两侧面底部,通过洗刷与支墩表面的挤压刮擦实现清洗,由于支墩分布的间断性,运行过程中需要对其进行即时检测,间歇启动电机和供水系统.其设计必须保证强度的可靠性和清洗范围覆盖的全面性.如图2所示,由于锥形洗刷相对于水平方向呈(2535)角度对称布置,故以单侧为例进行说明.锥形洗刷刷毛是由尼龙直丝和波纹丝以梅花状分布,清洗机沿如图1所示方向以速度V前进过程中,尼龙丝受到支墩表面的挤压刮擦发生变形,由于平行于护栏走向的支墩表面与其前行方向一致,能够保证该侧面的彻底清洗.对垂直于行进方向V的侧面,采用极限半径法进行分析.设L为尼龙丝的变形,只要保证P点和O-O线能够得到清洗,则其它位置都能够被清洗.由于毛长沿轴向方向呈锥形分布,故R1LR2,R1,R2分别为最短毛和最长毛前行过程中,尼龙丝以毛孔为圆心,以毛长为半径发生变形,被包络的面积为能够清洗到的范围,CD为刷毛包络的极限位置,则阴影部分为无法清洗的部分,占整个支墩表面积的不到1%,同时由于e>0,刷毛不会与地面发生刮擦,故能够达到清洗效果.

　　1.3机械系统总体结构设计如图3所示,清洗机由机械连接件通过间距调隙部件对称组成,呈龙门框架分离式结构,两部分都具有各自的驱动系统与执行系统.工作时,将A-B两单车快速拼装由主控芯片统一控制,使之跨立于护栏之上,洗刷部件和擦洗部件由洗刷电机通过V带传动在护栏两侧面做盘旋式前进运动,滚刷两边竖向布置喷水嘴,两支墩清洗机构呈V字型布置,水泵间歇向栏杆和支墩表面喷洒雾状水花.主动轮本身带有动力,其上安装调节销,用来在一定范围内控制主动轮的转向,后轮万向,行进时清洗机以护栏底部横为导轨,导向轮能通过自身的弹簧对车身进行一定程度上的微调来控制其行进方向,同时配合程序的PID算法差速控制,使得滚刷始终与护栏紧密接触.正常工作状态下辅助支撑收向两单车背离护栏两侧面,当遇到高大障碍时,通过辅助支撑将两部分分离,同时可