新型高速公路护栏清洗装置设计

1、mii利技论文注耀新型高速公路护栏清洗装置设计本项目获2008年浙江省第五届大学生机械设计竞赛暨第三届全国大学生机械创新设计竞赛选拔赛一等奖。吴文杰，陈赣浙江大学机械与能源工程学院，浙江杭州（310058）摘 要：新型高速公路护栏清洗装置结合护栏的结构特点而设计，以护栏本身为导轨，工作时,清洗装置通过槽轮直接安放在护栏上，由电机驱动，可以在护栏上独立前进。抹布采用插补原理设计，毛刷采用尼龙制造使装置适应公路的波形梁护栏结构标准，在前进的过程中同时实现实现高压水洗，毛刷刷洗和抹布擦洗。关键词：护栏；清洗；装置；导轨中图分类号：TP1. 引言高速公路护栏的主要作用之一是诱导驾驶员视线，防止运行中失

2、控车辆驶出路外 护栏的维护除日常巡回检查有无异常情况外，还应隔2-3个月进行定期检查，检查内容之一是护栏污秽程度1.如果发现护栏出现异常，为了保持护栏良好的诱导视线性能和路容的整洁美观，要对护栏进行定期清洗护栏板的清洗护栏板的清洗，不仅是为了清洁、美观，更重要的是能够延长铡板护栏的使用寿命，降低高速公路养护的整体费用 2。清洗方式通常有人工清洁和机械清洗两种人工清洁的成本低，但需要人员多，且清洁效率低，对交通的干扰大，事故风 险高目前采用较多的是护栏清洗车，利用旋转刷刷洗护栏3。但专业的护栏清洗车成本高 ， 设备复杂，极大的限制了它的使用范围本新型高速公路护栏清洗装置结合护栏的结构特点而设计，

3、以护栏本身为导轨，工作时，清洗装置直接安放在护栏上 ，由电机驱动可以在护栏上自由滑动清洗过程中依靠装置本身的重力所产生的力矩来施加清洗过程中所需要的压力，施均匀，清洗效果好装置具有结构简单，成本低，无污染等优点，与我国高等级公路养护机械节能、高效、底躁声、低污染且自动化 程度高的发展趋势相适应 4，因此，推广使用具有极大的经济和社会效益。2. 清洗装置方案设计2.1总体方案的确定（1） 护栏清洗装置以护栏本身为导轨，通过槽轮直接安放在护栏上，装置具备独立驱动设备，可以自行的在护栏上前进。（2） 适应公路的波形梁护栏结构标准5，如图1所示，工作时同时实现高压水洗，毛刷刷洗和抹布擦洗。抹布采用插补

4、原理设计，能够始终使抹布与栏面保持良好接触，增强清洗效果。（3） 依靠装置本身重力所产生的力矩来施加清洗过程中所需要的压力，施力均匀，清 洗效果好。图1.波形(W)梁横截面示图图2驱动电路原理图2.2结构如图3和图4所示，新型高速公路护栏清洗装置由水箱1、机架13、电机8和22、水泵5、喷嘴18、毛刷12、抹布10、挂轮架23、槽轮2和电路系统等组成。挂轮架 23和 机架13通过螺丝刚性连接，电机22通过减速箱21带动槽轮转动，电机 8通过同步带16带动毛刷12转动，喷水架上17有多个喷嘴18,喷水架17通过乳胶水管与水泵 5出水口相 联接，水泵5的入水口与水箱1相通。作业时，只要将槽轮 2对

5、准高速公路护栏的上缘，开启电机8和22即可以实现护栏的自动清洗。(1) 水箱 水箱1通过简易夹紧设备安装在挂轮架上，其尺寸为300mM ?100mm,在 其上部有进水口，通过软水管与水车相连， 水车向水箱供水。水箱主要起过渡储存水的作用。(2) 机架和挂轮架所有的零件均装配在机架13和挂轮架23上。机架和挂轮架通过螺丝刚性联结，二者联结角度为，当草槽2轮卡住护栏时，机架近似处于铅垂面上。机架沿栏面方向上的中部分别安装前后两个导轮15和4，其中前导轮通过减振 19与机架相联结。正常工作时前后导轮均与栏面接触。(3) 喷水架和喷嘴喷水架17固定在机架13的前端，其长度比栏面略短，其上有一 系列喷嘴

6、18。喷水架通过乳胶管与水泵出水口相联结，当泵工作时，喷嘴能喷射出高压水流，实现对栏面的润湿和第一道清洗。(4) 毛刷由直径为1mm左右的尼龙丝做成尼龙束，并将尼龙束固定在刚片上，钢片再套在毛刷轴11上，分为上下两个毛刷，两毛刷之间安装有一个小同步带轮14,毛刷轴装配在位于机架上下两边缘中部的轴承上。小同步带轮通过同步带16和大同步带轮6相连接，电机带8动大带轮工作时，毛刷能以300r/min的速度旋转对栏面进行刷洗，完成第二道清洗。实践表明，毛刷对护栏板具有最佳作业力矩时，毛刷的回转中心到护栏板表面的垂直距离H大约为毛刷旋转伸开半径的1/31/26，因此，毛刷的直径为取 200mm。(5)

7、抹布 采用插补的原理进行设计。用螺丝将抹布架9固定在机架13上，抹布架朝向护栏的一面安装有一系列小减挣19,在减振的另一端连接有弹性抹布10 (可以拉伸)。减振的长度设计是使其无论在与栏面的何处接触时均处于压缩状态。在擦洗波形(W)栏面时，波峰(栏面的高处)将减振大量压缩，处于而波谷处的减振被少量压缩，使弹性抹布在 栏面上也成波形(W)分布，始终和栏面保持良好的接触，从而增强擦洗的效果，完成第三道清洗。(6) 槽轮 安装在挂轮架23上，使其槽能卡在护栏的上缘上。槽抡通过减速箱21与电机22相连接，电机工作时带动槽轮2沿护栏方向前进。(7) 电路系统由于装置用于野外作业，因此，采用蓄电池7作动力

8、源，不工作时可以进行充电。为了提高清洗护栏的作业功能，柱刷的旋转方向与清洗车的行驶方向应是顺洗-3 -稠技论文在耀（即柱刷旋转的切线方向与车驶方向相同）7，此时，毛刷只要进行单向旋转即可以。因此,电路原理图见图（M1为电机8，M2为水泵5，M3为电机22）。图5为本装置的三维效果图。12 11图4新型高速公路护栏1317兰清洗装置侧视图1水箱2槽轮3乳胶水管4.后导轮5.水泵6.大带轮7蓄电池8电机19.抹布架10.抹布11.毛刷轴12.毛刷13.机架14.小带轮15.前导轮16.冋步带17 .喷水架18.喷嘴19.减振120.减速221. 减速箱22.电机223.挂轮架-# -稠技论文在耀图

9、5高速公路护栏清洗装置三维效果图3. 工作过程如图6所示：（1）把装置提起，使槽轮 2刚好卡在护栏板25上缘，然后按下电路开关，此时槽轮旋转即可以带动整个装置沿护栏方向前进。在前进的过程当中，水泵5工作使喷水架17上的喷嘴18喷射出高压水流，垂直射向栏面，起到湿润栏面作用的同时对栏面进行第一道清洗；毛刷12同时以300r/min的速度旋转对栏面进行刷洗，实现第二道清洗；装置拖着抹布10前进，抹布由于减振19的作用而始终和栏面保持良好接触， 从而对栏面进行第三道清洗 一一 擦洗。高压水洗，毛刷刷洗，抹布擦洗同时实现，大大的增强了清洗效果。（3）水箱1用软管与水车（图中未画出）相连接，开动水车跟随

10、装置前进向装置供水， 以保证装置自身水箱始终有水。（2）装置加挂在护栏上，和护栏形成了一个力的封闭系统，在自身重力的作用下形成了一个方向与栏面方向平行的力矩，依靠这个力矩来施加清洗过程中所需要的压力，它施力均匀，可以改善清洗效果。-7 -mii翘技论文在蜒(4) 清洗完成之后水车停止向装置供水，关闭装置控制开关，然后从栏面上取回装置 即可。4. 主要技术指标毛刷直径：200mm毛刷长度(毛刷轴长)：380mm毛刷转速：300r/mi n清洗速度：8-10km/h5. 结论本装置结构简单，加工方便，成本低，容易维护，操作容易，对水车的要求很低， 只要能运送水就可以。三位一体的清洗方式使清洗效果较

11、好，经济实用，是清洗高速公路护栏的一种比较理想的装置，可以推广使用。笔者制作的新型高速公路护栏清洗装置实物如图7所示。于2008年5月参加浙江省第五届大学生机械设计竞赛暨第三届全国大学生机械创 新设计竞赛选拔赛获省级一等奖。图7高速公路护栏清洗装置实物图图6新型高速公路护栏清洗装置工作效果图19.减振1 10.抹布24.护栏撑杆25.护栏板参考文献1 黎明亮.公路养护工程M.北京:人民交通出版社，2000.2 王福海.多功能护栏清洗车J.工程机械，2006, 35( 6): i009-i009.3 <<高速公路养护管理 >>编委会.高速公路养护管理M.北京:人民交通岀版

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14、de rails for themselves, work, clea ning device placed directly through the slot in the roun d-rails, by motor-drive n, in the guardrail on an independent forward. Wipers by interpolation principle of the design, manu facture nylon brush to use devices to the road divider wave beam structure sta ndards, in the course