CN107633767B - 一种强风自保护型指示牌及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强风自保护型指示牌及其控制方法，该指示牌包括立柱、横杆、指示板、风力或风速传感器、连接机构、柔性解锁机构以及控制系统；该立柱上设有支座，该横杆上设有可旋转地套在该支座上的轴套；该连接机构设置在该立柱与横杆之间，其包括可相互切换的刚性连接状态及柔性连接状态；该柔性解锁机构在所述控制系统的控制下动作，使该连接机构在刚性连接状态与柔性连接状态之间进行切换；该控制系统接收该风力或风速传感器信号并发出指令给所述柔性解锁机构。本发明指示牌可以在刚性连接与柔性连接之间切换，当风速达到阈值时进行柔性解锁，从而达到强风自保护功能。

Description

一种强风自保护型指示牌及其控制方法

技术领域

本发明涉及道路交通安全设施技术领域，更具体地，涉及一种能够具备强风条件下自保护的道路交通指示牌及其控制方法，本发明还可以运用在大幅广告牌、路牌、路标、旅游区指示牌、景区标志牌等。

背景技术

道路交通指示牌在保证城市交通通行无阻、人流车流各行其道方面起着关键性的作用。因此交通标志牌的定期维修体检事关民生利益和出行安全，在一定程度上透视城市文明程度。强风尤其是台风是沿海城市经常面临的自然现象，强风作用下，道路交通指示牌经常变形受损和旋转错位，严重时甚至发生掉落从而阻碍并伤害到行人和车辆。台风过后，道路指示牌变形和错位情况的排查、修复工作也相对低效和繁琐。可见，设计一种可以在强风下自我保护的交通指示牌，降低台风带来的损害，具有重大的现实意义。

强风自保护型道路交通指示牌系统应能够有效判断风力状况（即是否是强风），若感知到强风，则做出自我保护动作，减少强风对指示牌的损害及其对车辆行人等的间接伤害。针对台风的指示牌防护，特别是指示牌立柱，几乎都是前期的加固，若大范围普及则需要耗费巨大的人力和物资，且有些设计复杂程度太高，维护不方便。经检索不难发现，目前虽然关于指示牌的发明有不少获得专利，但尚无强风自保护型道路交通指示牌系统设计，指示牌相关专利也功能单一、安全性不高、可应用性有待提高。

在现有可检索的专利中，防风指示牌的设计大概可分为加固立柱型、通风槽通风型、指示板控制型三种。

加固立柱型主要是使用改进立柱的结构和固定机构的方法。如：申请号为CN201620419959.3、名称为“一种具有缓冲风力功能的交通指示牌”的中国实用新型专利；

通风槽通风型主要是利用通风槽减少指示板与风的接触面积的原理，使指示牌得到一定保护。如：申请号为CN201620187730.1、名称为“通风型交通指示牌”的中国实用新型专利；申请号为CN201620573113.5、名称为“一种防风交通指示牌”的中国实用新型专利；申请号为CN201520230665.1、名称为“一种道路指示牌”的中国实用新型专利；申请号为CN201420774351.3、名称为“防风指示牌”的中国实用新型专利。

指示板控制型也是基于减少正面迎风面积的原理，但其实现方法是根据风力大小对指示板控制，减少迎风面积。其控制方法包括两种，一种是基于各类风力或风速传感器监测风力，当风力达到一定值时再控制指示板旋转，如：申请号为CN201521095225.6、名称为“一种防风交通指示牌”的中国实用新型专利，此方式控制是被动控制，旋转体与旋转轴之前是较为稳定地刚性连接，只有在接收指令之后才进行旋转。还有一种控制方式是基于风力的自动控制，例如：申请号为CN201520679347.3、名称为“一种悬挂式防风道路指示牌”的中国实用新型专利、CN205827813U公开的“一种新型防风路牌”、CN206097748U公开的“防损路牌”、CN205443998U公开的“一种自动调节方向的指路牌”，自动控制方式旋转体与旋转轴之前是不稳定地柔性连接，当风力达到一定值时，可以克服柔性连接的阻力令指示牌旋转。

对比以上三种类型：加固立柱型防护方法简单、可靠，但只是被动的加固立柱，并没有减小指示牌承受的阻力，若大范围普及则需要耗费巨大的人力和材料，成本高；通风槽通风型的交通指示牌在一定程度上减小了迎风面积，从而减小了指示板所承受的阻力，但可用于通风槽面积有限，会令指示牌上的字迹不清，且通风槽易受其他杂物堵塞；指示板控制型中的传感器被动控制方式，可实现根据风力分级控制指示牌杆角度，以调节指示板迎风面积，减小强风风阻，但指示板角度调节前后均为刚性连接，一般较适用性指示板绕横轴调节的情形，如果绕纵轴调节，仍会出现指示板不能适应风向导致的阻力过大而损坏的情形；指示板控制型中的风力自动控制方式，由于旋转部件之间为柔性连接，则会出现由于阵风过大而导致的指示板随意摆动问题，而且此类结构需要复位装置，一般采用重力复位或者弹性件复位，而较大的摆动力或者复位力不但对指示牌本身会造成损坏，对外界树木、房屋、电线等周围环境也会造成破坏。

总之，经检索强风自保护型指示牌这方面的发明很少，且现有发明功能单一、安全性不高、可应用性有待提高。综上所述，指示板控制型强风自保护道路交通指示牌系统是更加可靠、可应用的系统，有很强的发明必要性。

发明内容

针对现有相关研究和发明的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种强风自保护型指示牌及其控制方法，其可以在刚性连接与柔性连接之间切换，当风速达到阈值时进行柔性解锁，从而达到强风自保护功能。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种即使在柔性连接状态也可以保证指示牌不会随意旋转的强风自保护型指示牌及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种强风自保护型指示牌，包括立柱、横杆、指示板、风力或风速传感器、连接机构、柔性解锁机构以及控制系统；该立柱上设有支座，该横杆上设有可旋转地套在该支座上的轴套；该连接机构设置在该立柱与横杆之间，其包括可相互切换的刚性连接状态及柔性连接状态；该柔性解锁机构在所述控制系统的控制下动作，使该连接机构在刚性连接状态与柔性连接状态之间进行切换；该控制系统接收该风力或风速传感器信号并发出指令给所述柔性解锁机构。

优选地，所述的连接机构包括设置在所述立柱上的卡槽以及设置在所述横杆上的卡块，该横杆在旋转时其上卡块与所述立柱上的卡槽配合或者不配合，该卡块后方设有弹簧；所述的柔性解锁机构控制所述的弹簧在常态时的压缩变形量。

优选地，所述的卡块相对卡槽一端至少在旋转方向上为弧形结构，该卡槽为与卡块相配合的弧形结构。

优选地，所述的卡块为钢球，所述的卡槽为半球槽。

优选地，所述的卡槽数量可以多于所述的卡块。

优选地，所述立柱的支座外周设有与支座垂直的平面，所述的卡槽设置在该平面上，并在同一圆周上均布设置多个卡槽；所述横杆的轴套上设有与所述卡槽在同一圆周上的通孔，所述的卡块与弹簧容纳在该通孔内。

优选地，所述的柔性解锁机构包括螺母螺杆机构、可带动螺母或螺杆旋转的电机以及可随螺母移动的压块，该压块与所述的弹簧连接。

优选地，所述的柔性解锁机构包括螺母螺杆机构、可带动螺母或螺杆旋转的电机以及可随螺母移动的压块，该压块与所述的弹簧连接；该螺母螺杆机构的螺杆设置在所述的支座上；该电机固定在一顶板上，该顶板固定在支座顶部；该压块设置在所述的通孔内，其设置在一压盘上，该压盘套在所述的支座上并与所述螺母螺杆机构的螺母固定连接。

优选地，所述的柔性解锁机构进一步在所述螺母螺杆机构与电机之间设置传动机构；该传动机构包括相互啮合的小齿轮及大齿轮，该小齿轮固定在所述电机的主轴上，该大齿轮与所述的螺母螺杆机构的螺母固定连接。

优选地，所述的立柱上设有一到两个挡杆，该挡杆上设有橡胶挡块，且该挡杆一端固定在所述立柱上，另一端延伸至所述横杆所在高度但不与横杆固定连接。

优选地，所述的连接机构包括可使所述的立柱与横杆实现刚性连接状态的刚性连接机构，还包括可使所述的立柱与横杆实现柔性连接状态的柔性连接机构，所述的柔性解锁机构控制该刚性连接机构的连接与否，使所述连接机构在刚性连接状态与柔性连接状态之间进行切换。

优选地，所述的刚性连接机构为分别设置于所述立柱与横杆上的卡块与卡槽；所述的柔性解锁机构为可带动该卡块脱离该卡槽的移动机构。

所述强风自保护型指示牌的控制方法，包括如下步骤：

（1）开始，控制系统部署好后，开始运行，工作处于初始状态，等待来自于风力或风速传感器即风速仪的信号输入；

（2）风力或风速传感器检测风力或者风速大小，当检测到的风力或风速大于阈值时，启动自保护，控制系统的控制模块接收到来自风力或风速传感器的信号后开始执行指令；反之，若风力或风速传感器检测到的风力或风速小于所设定的阈值时，控制系统不工作；

（3）启动自保护，控制模块发出指令后，控制柔性解锁机构动作，使连接机构由刚性连接状态切换至柔性连接状态，从而使指示板可在风力作用下旋转；

（4）强风结束后维护，强风过后旋转所述横杆使其复位。

采用上述方案后，由于本发明将固定指示板的立柱和横杆之间的连接机构，设置为具有刚性连接与柔性连接两种连接状态，并通过柔性解锁机构可以在两种连接状态之间切换，当风力超过一定阈值时可以自动柔性解锁，可实现根据风力分级控制指示牌杆角度，进而柔性调节指示板迎风面积，减小强风风阻，以防止强风破坏交通指示牌。

本发明的柔性连接可以进一步采用弹性卡块与卡槽的配合结构，在没有外力或者外力较小时，也可以暂时定位，可以防止指示牌随意旋转；而且在指示牌受强力旋转过程中，弹性卡块可以随时定位，从而可实现转角大小的控制，即实现了旋转角度的柔性控制。

总之，本发明结构简单，判断准确，响应迅速，安装容易，能够大幅减少由于大风、台风等强风天气情况下道路交通指示牌的损坏，预期效果良好。

此外，本发明的优点还有，整个指示牌转动部分是轴向套在立柱上的，即使指示牌遭破坏也有利于防止其掉落砸到行人或车辆阻碍交通，而且本发明的指示牌的横杆和立柱不像传统的或现有发明的指示牌由螺纹连接焊死，而是可旋转的，强风过后只要轻轻一扭指示牌横杆即可复位到初始状态，这对后续维修人员的维护工作减轻了工作负担。本发明工作原理简单且成熟，结构简单，系统的安装、维护和更换都相对容易。

附图说明

图1是本发明所述指示牌初始状态的结构示意图；

图2是本发明所述指示牌解锁动作的结构示意图；

图3是本发明所述指示牌的外观示意图（防尘罩打开）；

图4是本发明所述指示牌的外形图一；

图5是本发明所述指示牌的外形图二；

图6是本发明所述控制系统框图；

图7是本发明所述控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种强风自保护型指示牌，如图1至图6所示，为本发明所述指示牌的较佳实施例。所述的指示牌包括立柱1、横杆2、指示板3、风力或风速传感器4、连接机构5、柔性解锁机构6以及控制系统7。其中：

所述的立柱1固定在地面上，其上设有支座11。该立柱1还可以进一步设置可将后续连接机构5和柔性解锁机构6罩于其内的防尘罩15，该防尘罩15可以很好的挡住尘土、风雨等从而保护系统寿命。另外，该立柱1上可以设置一到两个挡杆16，该挡杆16上设有橡胶挡块17，且该挡杆16一端固定在所述立柱1上，另一端延伸至所述横杆2所在高度但不与横杆2固定连接，该挡杆16可以限制所述横杆2的旋转角度。

所述的横杆2上设有轴套21可旋转地套在所述立柱1的支座11上，该轴套21与支座11之间可以通过轴承8相互连接。

所述的指示板3固定在所述的横杆2上。

所述的风力或风速传感器4用于检测风力或者风速，并将检测信号传输给所述的控制系统7。该风力或风速传感器4可以为压力传感器，但是压力传感器需要设置在迎风面，因此需要在各个方向上设置多个压力传感器。因此本实施例采用的风力或风速传感器4为风速仪，该风速仪设置在所述立柱1的顶部，其可将检测到的风速转换成电压信号并输出至所述的控制系统7。

所述的连接机构5设置在所述立柱1与横杆2之间，其包括可相互切换的刚性连接状态及柔性连接状态，刚性连接状态为使立柱1与横杆2在任何情况下均不能相互旋转的固定连接状态，柔性连接状态为在有外力作用下立柱1与横杆2可旋转的连接状态。该连接机构5可以设置一个机构，通过所述柔性解锁机构6控制，使连接机构5在刚性连接状态与柔性连接状态进行切换；也可以设置两个机构，即一个刚性连接机构，一个柔性连接机构，前者使所述的立柱1与横杆2实现刚性连接状态，后者使所述的立柱1与横杆2实现柔性连接状态，通过柔性解锁机构6控制刚性连接机构的连接与否，使连接机构5在刚性连接状态与柔性连接状态之间进行切换。

本实施例中，所述的连接机构5包括设置在所述立柱1上的卡槽51以及设置在所述横杆2上的卡块52，该横杆2在旋转时其上卡块52与所述立柱1上的卡槽51配合或者不配合。该卡块52后方设有弹簧53，以便使卡块52与卡槽51之间具有相对稳定的卡合力。为了使卡块52可在外力作用下顺利脱离卡槽51，该卡块52相对卡槽51一端至少在旋转方向上为弧形结构，该卡槽51为与卡块52相配合的弧形结构，本实施例该卡块52为钢球，该卡槽51为半球槽。此外，所述的卡槽51数量可以多于所述的卡块52，以便可以多点定位。本实施例中具体的，所述立柱1的支座11外周设有与支座11垂直的平面13，所述的卡槽51设置在该平面13上，并可在同一圆周上均布设置多个卡槽51（本实施例为8个）；所述横杆2的轴套21上设有与所述卡槽51在同一圆周上的通孔22，所述的卡块52与弹簧53容纳在该通孔22内，本实施例设有4个卡块52及弹簧53，并设有四个所述的通孔22。本实施例所述的连接机构5，当所述的弹簧53压缩变形量较大或者为最大的极限位置时，此时由于弹簧的顶持力较大或者由于卡块52不再具有后退空间，即使有径向外力作用，也无法使卡块52与卡槽51脱离卡固状态，因此为刚性连接状态；而当所述的弹簧53压缩变形量减少时，卡块52具有后退空间，且弹簧的轴向顶持力减小，当有一定大小的径向外力作用时，卡块52脱离卡槽51，使连接部位可以旋转，因此为柔性连接状态。所以，使所述的弹簧53在常态时压缩量的变化，即可实现刚性连接状态与柔性连接状态的切换；此外，通过调节弹簧在两个常态时的压缩量的值，可以达到调节抗风能力的目的。

所述的柔性解锁机构6在所述控制系统7的控制下，可以使所述的连接机构5在刚性连接状态与柔性连接状态之间进行切换。当所述的连接机构5具有刚性连接机构与柔性连接机构两个机构时，所述的柔性解锁机构6为可控制所述刚性连接机构连接与否的机构，该刚性连接机构可以为分别设置于所述立柱1与横杆2上的卡块与卡槽，此时，该柔性解锁机构为可带动该卡块脱离该卡槽的移动机构。

本实施例中，所述的柔性解锁机构6为可控制所述的弹簧53在两种常态压缩变形量之间进行切换的机构。具体而言，其包括螺母螺杆机构61、可带动螺母或螺杆旋转的电机62以及可随螺母移动的压块63，该压块63与所述的弹簧53连接。具体的，所述的螺母螺杆机构61的螺杆可以设置在所述的支座11上；所述的电机62可以为步进电机，其可以固定在一顶板14上，该顶板14固定在所述的支座11顶部。所述的压块63设置在所述的通孔22内，该压块63设置在一压盘64上，该压盘64套在所述的支座11上并与所述螺母螺杆机构61的螺母固定连接。该柔性解锁机构6还可以进一步在所述螺母螺杆机构61与电机62之间设置传动机构。本实施例具体的，该传动机构包括相互啮合的小齿轮65及大齿轮66，该小齿轮65固定在所述电机62的主轴上，该大齿轮66与所述的螺母螺杆机构61的螺母固定连接。

所述的控制系统7包括分别与所述风力或风速传感器4和柔性解锁机构6电连接的控制模块71，该控制模块71接收所述风力或风速传感器4的风力或者风速信号，当超出设定阈值时控制所述的柔性解锁机构6动作，该控制模块71可以为单片机。该控制模块71可以安装在所述的顶板14下方位于防尘罩15之内，也可以安装在位于所述立柱1上的控制箱12之内。所述的控制系统7还可以进一步包括通讯模块72，通过该通讯模块72可以向外界发送预警信息，该通讯模块72可以安装在所述的顶板14下方位于防尘罩15之内，也可以安装在所述的控制箱12之内。该控制系统7还可以进一步包括设置于所述控制箱12内的电池盒73、系统开关74以及阈值调整开关75。

本发明所述指示牌的控制方法如下（配合图7所示）：

（1）开始：

整个指示牌的控制系统都部署好后，控制系统开始运行，工作处于初始状态，等待来自于风力或风速传感器4即风速仪的信号输入。此时，步进电机62和通讯模块72都处于断电不工作状态。

系统部署好后，也可以在台风预警来临时才开启，此时按下系统开关74，系统开始运行。

（2）风力或风速传感器4检测风力或者风速大小：

当风力或风速传感器4检测到的风力或风速转换成电压信号输出大于所设定的电压阈值H时，即台风达到预警状态，启动自保护（即进入下一步骤），控制模块71接收到来自风力或风速传感器4的低电平信号后开始执行指令。

反之，若风力或风速传感器4检测到的风力或风速转换成电压信号输出小于所设定的电压阈值H时，控制系统不工作，以避免造成不必要的维修工作量和资源的浪费。

（3）启动自保护：

控制模块71发出指令后，控制柔性解锁机构6动作，使连接机构5由刚性连接状态切换至柔性连接状态，从而使指示板3可在风力作用下旋转，以减小迎风面积，减小风力对指示牌的影响。

具体工作原理为：接到控制模块71（单片机）的指令后，驱动步进电机62转动预设定的旋转圈数，使固定在步进电机62下面的小齿轮65能够带动大齿轮66旋转，大齿轮66带动所述螺母沿垂直于立柱1横面方向向上移动，此时，压盘64来自螺母的预紧力迅速减小，当弹簧53对压盘64向上的弹力克服螺母对压盘64向下的预紧力或者预紧力及压盘重力之和以后，压盘64向上移动。本发明通过弹簧53和卡块52（钢球）对卡槽51（半球槽）的压力来实现指示牌的定位，而随着压盘64向上移动，弹簧53形变量减小，弹簧弹力减小，弹簧53对钢球的压缩力减小，从而实现柔性解锁。此时，当指示牌所受的风力大于钢球对卡槽51轴向定位的力时，即可使指示板3沿立柱1旋转，使风能转化为指示牌的转动动能，而不再是使指示牌倾倒的能量。

为了防止指示牌横杆2自由摆动及其带来的对树木或者房屋、电线等周围环境的破坏，所述的卡槽51可以设置8个且沿圆周均匀分布的形式，同一时刻与卡块52接触的只有交叉分布的4个，所述横杆2每转动一次四个卡块52转动45度，实现了对转角大小的控制，防止指示板3随意旋转，实现了对旋转角度的柔性控制。此外，立柱两侧所述挡杆16的设计，进一步保证横杆2仅可以在0-180度这一有效且安全的角度范围内转动，此结构，对于安装在道路边缘的立柱更为有效，安装在道路中间的立柱则可以不设置挡杆，从而不限制横杆的旋转范围。所述挡杆16上的橡胶挡块17对横杆2具有缓冲作用，使弹力与部分风力相互抵消，降低风力对指示牌带来的伤害。

在启动自保护的同时，可以使通讯模块72得电启动工作，向维修管理部门发送预警信息，随后再次关闭通讯模块72使其断电停止。

（4）强风结束后维护：

强风过后只要轻轻一扭指示牌横杆2即可复位到如图1的初始状态，而维修人员可以根据通讯模块72发送的预警信息找到需要维护的指示牌，这对后续维修人员的维护工作减轻了工作负担。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (3)

1.一种强风自保护型指示牌，其特征在于：包括立柱（1）、横杆（2）、指示板（3）、风力或风速传感器（4）、连接机构（5）、柔性解锁机构（6）以及控制系统（7）；该立柱（1）上设有支座（11），该横杆（2）上设有可旋转地套在该支座（11）上的轴套（21）；该连接机构（5）设置在该立柱（1）与横杆（2）之间，其包括可相互切换的刚性连接状态及柔性连接状态；该柔性解锁机构（6）在所述控制系统（7）的控制下动作，使该连接机构（5）在刚性连接状态与柔性连接状态之间进行切换；该控制系统（7）接收该风力或风速传感器（4）信号并发出指令给所述柔性解锁机构（6）；

所述的连接机构（5）包括设置在所述立柱（1）上的卡槽（51）以及设置在所述横杆（2）上的卡块（52），该横杆（2）在旋转时其上卡块（52）与所述立柱（1）上的卡槽（51）配合或者不配合，该卡块（52）后方设有弹簧（53）；所述的柔性解锁机构（6）控制所述的弹簧（53）在常态时的压缩变形量；

所述立柱（1）的支座（11）外周设有与支座（11）垂直的平面（13），所述的卡槽（51）设置在该平面上，并在同一圆周上均布设置多个卡槽；所述横杆（2）的轴套（21）上设有与所述卡槽（51）在同一圆周上的通孔（22），所述的卡块（52）与弹簧（53）容纳在该通孔内；该卡槽（51）的数量多于卡块（52）的数量；

所述的柔性解锁机构（6）包括螺母螺杆机构（61）、可带动螺母或螺杆旋转的电机（62）以及可随螺母移动的压块（63），该压块（63）与所述的弹簧（53）连接；该螺母螺杆机构（61）的螺杆设置在所述的支座（11）上；该电机（62）固定在一顶板（14）上，该顶板（14）固定在支座（11）顶部；该压块（63）设置在所述的通孔（22）内，其设置在一压盘（64）上，该压盘（64）套在所述的支座（11）上并与所述螺母螺杆机构（61）的螺母固定连接;

所述的卡块（52）相对卡槽（51）一端至少在旋转方向上为弧形结构，该卡槽（51）为与卡块（52）相配合的弧形结构。

2.根据权利要求1所述的一种强风自保护型指示牌，其特征在于：所述的立柱（1）上设有一到两个挡杆（16），该挡杆（16）上设有橡胶挡块（17），且该挡杆（16）一端固定在所述立柱（1）上，另一端延伸至所述横杆（2）所在高度但不与横杆固定连接。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种强风自保护型指示牌的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）开始，控制系统部署好后，开始运行，工作处于初始状态，等待来自于风力或风速传感器（4）即风速仪的信号输入；

（2）风力或风速传感器检测风力或者风速大小，当检测到的风力或风速大于阈值时，启动自保护，控制系统的控制模块接收到来自风力或风速传感器的信号后开始执行指令；反之，若风力或风速传感器检测到的风力或风速小于所设定的阈值时，控制系统不工作；

（3）启动自保护，控制模块发出指令后，控制柔性解锁机构（6）动作，使连接机构（5）由刚性连接状态切换至柔性连接状态，从而使指示板（3）可在风力作用下旋转；

（4）强风结束后维护，强风过后旋转所述横杆（2）使其复位。