交通锥形标志筒摆放机构的探讨
摘要:本论文通过对我国高速公路日常养护中存在的安全问题的分析,论述了通过实现高速公路日常养护机械化、自动化的方法,来达到提高日常养护效率,解决施工安全的目的,对高速公路交通锥形标志筒的高速摆放机构研究的三种方向进行了探讨。
关键词:交通安全 标志筒 摆放机械
高速公路是社会经济发展的必然产物,高速公路逐步成为城市交通的骨干,高速公路建设未来一段时间内仍是国家公路交通基础设施建设的重点,以江苏省为例,目前已经建成的高速公路总里程达4000公里,密度居全国各省区之首。还有多条高速公路在建或者计划建设,预计到2015年,总里程将达5200公里。
高等级公路必须在高质量的管养下才能持续发挥作用,大部分的高速公路日常管养都必须在不中断交通的条件下进行,但在不中断交通的高速公路上进行管养存在着极大的安全风险。在日常的养护作业中,交通锥形标志筒被广泛的使用,本论文通过对锥形标志筒机械摆放机构的初步探讨,达到解决锥形筒高速摆放的目的,从而提高对施工作业人身安全保障。
1 交通锥形标志筒
交通设施是指为保证道路交通安全、畅通与环境顺适所设置的设
施的总称。交通设施分为交通安全设施、交通管理设施和交通功能设施三类。
在本论文中,对交通锥形标志筒简称为锥形筒。锥形筒在公路施工中被广泛作为交通安全标志使用,起到安全警示、导向、隔离、警止等作用。锥形筒的分类,按选用材质主要分为塑料锥形筒和橡胶锥形筒两类,塑料锥形筒质量轻更便于携带,橡胶锥形筒具有较强弹性,不易损坏。按外形分主要有圆锥形和棱锥形,基座多为正四边型或圆型。按大小分主要按锥筒的高度进行区别,分为高、中、低。
2 研究目的及意义
在高速公路养护施工中,由于高速公路全封闭、车辆行驶高速的特点,即使是临时性的交通锥形标志筒摆放也有着很高的要求,既要保证车辆行驶的安全,也要保证养护施工人员的安全。首先我们看一下近几年高速公路常州段作业安全事故统计表,不难看出,高速公路养护施工风险大,易发生恶性事故(表1)。
以沪宁高速公路为例,设计时速120公里,连接着上海至南京六座经济发达城市,必须全力保畅通,所以在道路养护、清排障和事故处理中,都尽量只对部分车道进行封闭。根据国家相关规范,要求在高速公路施工现场后方设置不少于两公里的交通安全标志,按平均每15米放置一个交通锥形标志筒,需要人工放置不少130个锥形标志筒,按步行
5公里/小时的速度,需要近半小时才能完成锥形标志筒的摆放。人工步行在时速高达120公里的车流中,发生安全事故的风险之大是显而易见的的。
3 锥形筒摆放机构的选择
由于交通锥形标志筒,单只体积小,重量较轻,多作为临时性交通安全标志进行摆放,特别是在日常养护施工或交通事故处理中使用较多,所以多由人工进行摆放。
在对锥形筒的特性进行研究分析后,笔者提出三类锥形筒摆放机构的研究方向。第一类对锥形筒的结构进行改造,提高锥形筒的自身稳定性,让锥形筒主动从不稳定趋于稳定;第二类对摆放机构进行设计,利用机械结构,让锥形筒被动从不稳定趋于稳定,第三类对锥形筒和摆放机构都进行改造,从主被动两个方面同时让锥形筒从不稳定趋于稳定。
3.1 锥形筒摆放机构方案一
方案一对锥形筒的结构进行改造,提高锥形筒的自身稳定性,让锥形筒主动从不稳定趋于稳定。利用“不倒翁”的原理,降低锥形筒的重心,改进锥形筒基座形状,让锥形筒始终能够保持平衡。对于锥形筒的结
构进行改进,有两种方案,方案一是为现有锥形筒的基座增加配重,降低锥形筒重心,该方案简单易行,但锥形筒的重量加大,不便于搬动和运输。方案二是对锥形筒进行重新设计,制造新标准的锥形筒,将锥形筒的基座设计成非平面形,对锥形筒的制造材料进行研究,对锥形筒筒身使用轻质材料,从而将锥形筒的重心设计的更接近基座,让锥形筒能够主动恢复平衡。
3.2 锥形筒摆放机构方案二
方案二对锥形筒和摆放机构都进行改造,从主被动两个方面同时让锥形筒从不稳定趋于稳定。对锥形筒的改造,为锥形筒增加便于摆放机构抓取的结构,提高摆放机构的工作稳定性;同时对摆放机构进行设计,实现在运动中摆放锥形筒。在方案三中也是围绕着让从运动到静止的物体如何保持平衡。
其中对锥形筒的改造有两种方案,方案一是在锥形筒顶部加装铁质圆盘,在摆放臂上加装电磁铁装置,利用电磁铁的工作原理,控制锥形筒的抓起和摆放。方案二是对锥形筒顶部进行封闭处理,在摆放臂上加装真空装置,利用真空负压原理,控制锥形筒的抓起和摆放。
3.3 锥形筒摆放机构的选择方案三
第三类方案对锥形筒摆放机构进行设计,利用机械原理,让锥形筒被动从不稳定趋于稳定。
4 锥形筒摆放机构的探讨
锥形筒与运载锥形筒的车辆一起运动,因此锥形筒具有与车辆运动方向一致的惯性,当锥形筒被推出车箱并与地面接触,受到与运动方向相反的地面摩擦力作用,在摩擦力的作用下,锥形筒的运动状态发生改变,而锥形筒原有的的惯性要让锥形筒保持原有状态,两者相反,所以当锥形筒着地时,锥形筒的状态会发生改变(停稳在原地、摇摆、旋转、翻倒等)。
运动中的物体无法快速稳定停下来,关键是惯性的影响,所以重点就是考虑如何对锥形筒的惯性进行抵消。从抵消惯性的角度出发,让锥形筒在着地前与其运动方向相反的方向形成一个锐角夹角,通过改变锥形筒重心的作用点,利用重力控制锥形筒的摇摆幅度的目的,利用地面摩擦力的作用结合运输锥形筒车辆的速度控制,达到防止锥形型筒平移的目的。
锥形筒需要利用自身的重量,以重心的偏移,实现克服惯性作用,可以在较低的运动速度下实现锥形筒原地停稳的目的,但当运动速度较快时,锥形筒保持原有状态的惯性加大,这样当锥型筒与地面的接触时,克服原有状态的时间也变长,所以锥形筒不可能在较短时间内停止下来,同时由于前面提到的地面不是完全理想状态,导致锥形筒与地面各接触点的摩擦力大小和方向都不同,这样锥形筒就会在地面上发生平移、旋转并且方向不可控。另一方面速度过快时,通过锥形筒倾斜后的重心主动偏移量可能无法满足后锥形筒克服惯性所需要的时间
交通锥形标志筒摆放机构的探讨
