CN108396688A - 一种旋转式防撞桶 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种旋转式防撞桶，属于交通安全设施技术领域，由磁流变缓冲模块、发电模块、蓄电池和LED灯模块四个部分构成一种旋转式、吸能与储能为一体的、能更好的保护构筑物和减少车辆损失的新型防撞桶。该新型新防撞桶为圆柱体，外壳是一层柔性材料，壳的内侧是由圆环形的磁流变吸能器构成的磁流变缓冲模块,安装在磁流缓冲模块内侧的是圆环形的液流发电机,防撞桶的顶部是用柔性材料制成的太阳能板，利用顶部的空间进行太阳能发电,液流发电机、转动发式电机和太阳能板构成发电模块,基柱除空心腔外的部分是实心体，基柱与地面上的基座框架连接，框架上端横杆上装有LED灯，该新型防撞桶对构筑物和车辆有更好的保护作用，比传统的防撞桶效果更明显。

Description

一种旋转式防撞桶
技术领域
本发明涉及一种旋转式防撞桶，属于道路交通安全设施技术领域。
背景技术
目前，全国各地的道路建设的得到了突飞猛进的发展，同时机动车数量也在快速增长，随之而来的的却是交通事故也增多了。特别是在城市道路中，磕磕碰碰的交通事故随处可见，其中不乏公共建筑物遭到车辆撞击而损坏的事故，一旦此类事故发生，不仅公共建筑物遭到严重破坏，车主也将遭受巨大损失。所以，对道路一些重要路段或某些重要设施采取一些防护措施是非常有必要的。现在的许多道路点都设置有防撞桶，但都是都是传统的防撞桶，里面不是填沙就是注水的，还有一部分是实心的铁柱或者是稍厚的铁桶。总的来说，现有的防撞桶都不够坚固，缓冲性能较差，被车辆撞击时无论对防撞桶保护对象还是车辆都起不到理想的保护作用；而且，一些传统的防撞桶由于质量太轻而又没有被固定，在外力作用下很容易移位而对过往行人和车辆造成二次伤害；另外，对于一些填沙或者注水式防撞桶，因其体积和质量都太大，在操作和使用的过程中都要耗费大量的人力物力，使其使用成本大大增加；还有事故发生地周围的车辆和行人不能及时得知情况，仍然保持原有状态，可能遭受不必要的伤害。因此，设计一种具有良好的缓冲能力、操作灵活、使用成本低并且能够最大程度降低损失的新型防撞桶是道路安全领域的一大需求。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是旨在由磁流变缓冲模块、发电模块、蓄电池和LED灯模块四个部分构成一种旋转式、吸能与储能为一体的、能更好的保护构筑物和减少车辆损失的新型防撞桶。该新型新防撞桶为圆柱体，外壳是一层柔性材料，解决缓冲和保护内部结构的问题。外壳的内侧是由圆环形的磁流变吸能器构成的磁流变缓冲模块，解决对车辆撞击能量的吸收问题。安装在磁流缓冲模块内侧的是圆环形的液流发电机；基柱上端为空心腔，用于安装转动发式电机；防撞桶的顶部是用柔性材料制成的太阳能板，利用顶部的空间进行太阳能发电；液流发电机、转动发式电机和太阳能板构成发电模块。基柱除空心腔外的部分是实心体，基柱与地面上的基座框架连接，解决防撞桶的支撑与固定的问题；框架上端横杆上装有LED灯，解决对周围车辆的提醒问题。外壳底部内侧安装一个蓄电池，解决对发电模块的储电问题及对LED灯和磁流变吸能器的供电问题。该新型防撞桶对构筑物和车辆有更好的保护作用，比传统的防撞桶效果更明显。
本发明采用的技术方案是：一种旋转式防撞桶，包括基座框架、基柱、蓄电池、外壳、磁流变吸能器、液流发电机、转动发电机、太阳能板、传动齿轮、单片机、LED灯、LED灯控制器、压力传感器、复位开关；基座框架与基柱连接；液流发电机、转动式发电机和太阳能板与蓄电池连接；蓄电池与磁流变吸能器、单片机和LED灯控制器连接；压力传感器和复位开关与单片机连接；压力传感器和LED灯均与LED灯控制器连接，防撞桶受到车辆撞击时，压力传感器感应到压力后发信号给LED灯控制器，LED灯控制器控制LED灯发光；防撞桶受到车辆撞击时，位于中间层的磁流变吸能器在撞击的同时开始工作，吸收大部分的撞击能，磁流变吸能器工作时所需电能由蓄电池提供；桶体与转动式发电机通过传动齿轮连接并传动，防撞桶受到车辆撞击时，会使位于里层的液流发电机内的液体受压而带动发电机发电；防撞桶受到车辆撞击时，防撞桶会围绕基柱转动，消耗一定的撞击能，安装于桶体上的传动齿轮带动转动式发电机进行发电；位于防撞桶顶部的太阳能板在适当的条件下进行发电。
进一步的，磁流变吸能器由活塞杆、导线、上盖板、波纹管、导向管、活塞、线圈、磁流变液和工作缸组成；线圈环绕在活塞头上，导线和蓄电池连接，为线圈供电；活塞杆与活塞连接，活塞与磁流变液同在工作缸内；导向环套在活塞杆上，用于固定活塞运动的方向。当位于外壳内的压力传感器受压时，压力传感器根据压力的大小给单片机发送相应强度信号，单片机根据信号强度大小给线圈提供活一定的电量，线圈在阻尼通道内产生与防撞桶所受压力相对应强磁场，活塞头发生相对于工作缸的运动时，磁流变液经过阻尼通道流动，产生的阻尼力限制了活塞头相对缸体的运动，同时吸收能量，达到缓冲吸能的效果；磁流变吸能器安装在外壳内侧。
进一步的，基座框架是嵌在地面或路面上的一种带螺纹孔的钢质框架，是固定不动的，基座框架与基柱的连接方式采用螺母连接；LED灯安装在基座框架上端的横杆上；基柱空心腔以下部分均为钢质材料的实心体。
进一步的，外壳的材料为柔性材料，主要为了保护内部的各种机构，压力传感器分布于外壳内部，LED灯控制器安装于其中一个防撞桶外壳底部内侧，一个路段或一个地点的所有LED灯均由一个LED灯控制器控制；LED灯发出的光为红色，当防撞桶被撞击时，同区域的防撞桶同时亮起，其中被撞击点的灯亮度最亮，其余的以撞击点为中心向两边展开的亮度依次降低，复位开关安装于安装LED控制器的那个防撞桶的基柱顶端，撞击事故后亮起的LED灯由复位开关手动关闭。
进一步的，蓄电池安装于外壳底部内侧，用于储存液流发电机、转动式发电机和太阳能板产生的电能及对LED灯和磁流变吸能器的供电。
进一步的，液流发电机安装于磁流变吸能器和基柱之间，用于利用车辆撞击能发电。
进一步的，基柱顶端部分是一个空心腔，用于安装转动式发电机，基柱与整个桶体之间采用轴承连接，使防撞桶可以转动，转动式发电机固定于基柱的空心腔内，桶体与转动式发电机之间采用传动齿轮传动，当防撞桶受到撞击时，车辆巨大动量其中的一部分转化为防撞桶装转动的动能，使防撞桶桶体围绕基柱转动，从而带动转动式发电机发电。
进一步的，该防撞桶的顶部是用柔性材料制成的太阳能板，用于进行太阳能发电。
进一步的，所述的单片机型号：AT89C51。
防撞桶顶部的太阳能板发电方式采用的是“光-电”的直接转换方式，利用光电效应将太阳辐射直接转换为电能，电能转换器件是光电二极管。
转动式发电机固定在基柱上，不随桶体转动，当防撞桶被外力撞击后，桶体会围绕基柱转动，此时安装于桶体顶端的齿轮会带动转动式发电机上的齿轮转动，从而带动发电机进行发电。
磁流变吸能器中的磁流变液采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成。在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象。
液流发电机内部安装有水袋，当水袋受到挤压或者震动时，水袋内的液体因受压而流向储能水袋中，待压力或者震动消失后，储能水袋中的液体又经管道流回原水袋中，发电机通过内部水袋之间产生的循环水流推动叶轮进行发电。
在单个防撞桶的系统电路图中，XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机工作所必须的起震电路。RST相接的是单片机开关，可通过按键控制整个电路的开关。与P0.0相接的是发电机控制器，单片机可通过控制发电机控制器来控制太阳能发电机，液流发电机，转动发电机，蓄电池之间的关系。发电机控制器的两个VCC,GND分别接发电机和蓄电池的正负极，太阳能发电机，液流发电机，转动发电机三个发电机同时发电串联后接入发电机控制器，发电机控制器可向蓄电池供电。与发电机控制器OUT相接的是磁流变缓冲模块，单片机控制发电机控制器向磁流变缓冲模块供电，使磁流变缓冲器变软达到吸能的作用。单片机型号：AT89C51
一种旋转式防撞桶，其控制方法包括如下步骤：
步骤1.在需要设立防撞桶的地面上安装基座，再将整个桶体放置于基座上，基柱与基底再用螺母连接。
步骤2.安装完成后打开防撞桶的总开关，桶顶的太阳能板就自动开始工作。
步骤3.防撞桶受到撞击时，位于外壳内部的压力传感器感受到压力后给LED灯控制器发出信号，控制器控制LED灯发光撞击事故亮起的灯由人工通过复位开关手动关闭。
步骤4.防撞桶受到撞击时，柔性材料制成的外壳首先进行缓冲，磁流变吸能器上的压敏电阻受压后，磁流变吸能器便与蓄电池连通并进行工作，待压力消失后，磁流变吸能器自动停止工作。
步骤5.防撞桶受到撞击时，液流发电机内的水袋受压，压力消失后，发电机内部形成水流进行发电。
步骤6.防撞桶受撞击而转动时，桶体上的齿轮带动空心腔内的转动式发电机进行发电。
步骤7.蓄电池将太阳能电板、液流发电机和转动式发电机产生的电能集中起来，再经整流电路形成稳定电能随时向磁流变吸能器供电。
步骤3、步骤4、步骤5、步骤6是同时进行的。
本发明的工作原理是：由磁流变缓冲模块、发电模块、蓄电池和LED灯模块四个部分构成一种旋转式、吸能与储能为一体的、能更好的保护构筑物和减少车辆破坏损失的新型防撞桶。该新型新防撞桶为圆柱体形状，外壳是一层柔性材料，解决缓冲和保护内部结构的问题。外壳的内侧是磁流变缓冲模块，该模块由圆环形的磁流变吸能器构成，解决对车辆撞击能量的吸收问题。安装在磁流缓冲模块内侧的是圆环形的液流发电机；基柱上端为空心腔，用于安装转动发式电机；防撞桶的顶部是用柔性材料制成的太阳能板，利用顶部的空间进行太阳能发电；液流发电机、转动发式电机和太阳能板构成发电模块。外壳底部内侧安装一个蓄电池，解决对发电模块的储电问题和磁流变吸能器的供电问题。基柱除上端空心腔外的部分是实心体，基柱与地面上的基座连接，解决防撞桶的对支撑与固定的问题。框架上端横杆上装有LED灯，解决对周围车辆及行人的提醒问题。防撞桶没有受到撞击时，整个系统中只有桶顶的太阳能板在工作，蓄电池中只有太阳能板产生的电能流入；当防撞桶受到撞击时，磁流变吸能器、液流发电机、转动式发电机、LED灯和蓄电池同时工作，在产生电能的同时，磁流变吸能器吸收大量的撞击能量，对构筑物和车辆进行充分的保护。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、该防撞桶所有部件是一体化的，且整体重量比传统的轻，便于挪动和安装；2、固定的基座与基柱采用螺母进行连接，防撞桶得到充分固定，避免了防撞桶受撞击后产生移位而发生二次伤害；3、安装与拆卸操作简单，降低了使用成本；4、利用撞击产生的效果进行发电，做到了变废为宝；5、利用撞击时亮起的LED灯对事故发生地周围的车辆及行人进行一定的提醒，从而采取相应的应对措施，能有效避免周围车辆和行人受到不必要的伤害和损失；6、利用磁流变吸能器吸收大量的撞击能，并对撞击进行多层缓冲，不仅更好的保护公共建筑物，还最大程度减少车辆损伤，也保证了乘车人的安全。
附图说明
图1、图2、图3为本发明的局部结构示意图；
图4为本发明的整体结构示意图；
图5为防撞桶个体系统电路图；
图中各标号为1-基座框架；2-基柱；3-蓄电池；4-外壳；5-磁流变吸能器；6-液流发电机；7-转动发电机；8-太阳能板;9-传动齿轮;11-LED灯。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1-4，一种旋转式防撞桶，包括基座框架1、基柱2、蓄电池3、外壳4、磁流变吸能器5、液流发电机6、转动发电机7、太阳能板8、传动齿轮9、单片机10、LED灯11、LED灯控制器12、感应器13；基座框架1与基柱2连接；液流发电机6、转动式发电机7和太阳能板8与蓄电池3连接；蓄电池3与磁流变吸能器5、单片机10和LED灯控制器12连接；压力传感器13和复位开关14与单片机10连接，压力传感器13和LED灯11均与LED灯控制器连接，防撞桶受到车辆撞击时，压力传感器13感应到压力后发信号给LED灯控制器12，LED灯控制器12使LED灯11发光；防撞桶受到车辆撞击时，位于中间层的磁流变吸能器5在撞击的同时开始工作，吸收大部分的撞击能，磁流变吸能器5工作时所需电能由蓄电池3提供；车辆撞击时，会使位于里层的液流发电机6内的液体受压而带动发电机发电；桶体与转动式发电机7通过传动齿轮9连接并传动，防撞桶受到车辆撞击时，防撞桶会围绕基柱转动，消耗一定的撞击能，安装于桶体上的传动齿轮9带动转动式发电机7进行发电；位于防撞桶顶部的太阳能板在适当的条件下进行发电。
所述的磁流变吸能器5由活塞杆、导线、上盖板、波纹管、导向管、活塞、线圈、磁流变液和工作缸组成；线圈环绕在活塞头上，导线和蓄电池3连接，为线圈供电；活塞杆与活塞连接，活塞与磁流变液同在工作缸内；导向环套在活塞杆上，用于固定活塞运动的方向。当位于外壳内的压力传感器13受压时，压力传感器13根据压力的大小给单片机10发送相应强度信号，单片机10根据信号强度大小给线圈提供活一定的电量，线圈在阻尼通道内产生与防撞桶所受压力相对应强磁场，活塞头发生相对于工作缸的运动时，磁流变液经过阻尼通道流动，产生的阻尼力限制了活塞头相对缸体的运动，同时吸收能量，达到缓冲吸能的效果；磁流变吸能器5安装在外壳4内侧。基座框架1是嵌在地面或路面上的一种带螺纹孔的钢质框架，是固定不动的，基座框架1与基柱2的连接方式采用螺母连接；LED灯11安装在基座框架上端的横杆上；基柱空心腔以下部分均为钢质材料的实心体。外壳4的材料为柔性材料，主要为了保护内部的各种机构，压力传感器13分布于外壳内部，LED灯控制器12安装于一个防撞桶外壳底部内侧，一个路段或一个地点的所有LED灯均由一个LED灯控制器12控制；LED灯11发出的光为红色，当防撞桶被撞击时，同区域的防撞桶同时亮起，其中被撞击点的灯亮度最亮，其余的以撞击点为中心向两边展开的亮度依次降低；复位开关14安装于安装LED控制器12的那个防撞桶的基柱顶端，撞击事故后亮起的LED灯11由复位开关14手动关闭。蓄电池3安装于外壳底部内侧，用于储存液流发电机6、转动式发电机7和太阳能板8产生的电能及对LED灯11和磁流变吸能器5的供电。液流发电机6安装于磁流变吸能器5和基柱2之间，用于利用车辆撞击能发电。基柱顶端部分是一个空心腔，用于安装转动式发电机7，基柱2与整个桶体之间采用轴承连接，使该防撞桶可以转动，转动式发电机7固定于基柱2的空心腔内，桶体与转动式发电机7之间采用传动齿轮9传动，当防撞桶受到撞击时，车辆巨大动量其中的一部分转化为防撞桶装转动的动能，使防撞桶桶体围绕基柱转动，从而带动转动式发电机发电。该防撞桶的顶部是用柔性材料制成的太阳能板，用于进行太阳能发电。
请参阅图5，XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机工作所必须的起震电路。RST相接的是单片机开关，可通过按键控制整个电路的开关。与P0.0相接的是发电机控制器，单片机可通过控制发电机控制器来控制太阳能发电机，液流发电机，转动发电机，蓄电池之间的关系。发电机控制器的两个VCC,GND分别接发电机和蓄电池的正负极，太阳能发电机，液流发电机，转动发电机三个发电机同时发电串联后接入发电机控制器，发电机控制器可向蓄电池供电。与发电机控制器OUT相接的是磁流变缓冲模块，单片机控制发电机控制器向磁流变缓冲模块供电，使磁流变缓冲器变软达到吸能的作用。单片机型号：AT89C51
过程描述：当防撞桶被撞击时，磁流变缓冲模块内侧的液压发电机可通过内部的液体受压带动发电机发电，基柱上端的转动发电机利用筒体转动发电和位于顶部的太阳能发电机吸收太阳能发电，三个发电机同时发电，将三个发电机串联后接入发电机控制器，发电机控制器的输出端接蓄电池和磁流变缓冲模块。发电机控制器具有调节功能可保护蓄电池和磁流变缓冲模块，单片机可通过向发电机控制器发出信号来控制蓄电池储电和磁流变缓冲模块的供电问题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种旋转式防撞桶，其特征在于：包括基座框架（1）、基柱（2）、蓄电池（3）、外壳（4）、磁流变吸能器（5）、液流发电机（6）、转动发电机（7）、太阳能板（8）、传动齿轮（9）、单片机（10）、LED灯（11）、LED灯控制器（12）、压力传感器（13）、复位开关（14）；基座框架（1）与基柱（2）连接；液流发电机（6）、转动式发电机（7）和太阳能板（8）与蓄电池（3）连接；蓄电池（3）与磁流变吸能器（5）、单片机（10）和LED灯控制器（12）连接；压力传感器（13）和复位开关（14）与单片机（10）连接；压力传感器（13）和LED灯（11）均与LED灯控制器连接，防撞桶受到车辆撞击时，压力传感器（13）感应到压力后发信号给LED灯控制器（12），LED灯控制器（12）使LED灯（11）发光；防撞桶受到车辆撞击时，位于中间层的磁流变吸能器（5）在撞击的同时开始工作，吸收大部分的撞击能，磁流变吸能器（5）工作时所需电能由蓄电池（3）提供；桶体与转动式发电机（7）通过传动齿轮（9）连接并传动，车辆撞击时，会使位于里层的液流发电机（6）内的液体受压而带动发电机发电；防撞桶受到车辆撞击时，防撞桶会围绕基柱转动，消耗一定的撞击能，安装于桶体上的传动齿轮（9）带动转动式发电机（7）进行发电；位于防撞桶顶部的太阳能板在适当的条件下进行发电。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：磁流变吸能器（5）由活塞杆、导线、上盖板、波纹管、导向管、活塞、线圈、磁流变液和工作缸组成；线圈环绕在活塞头上，导线和蓄电池（3）连接，为线圈供电；活塞杆与活塞连接，活塞与磁流变液同在工作缸内；导向环套在活塞杆上，用于固定活塞运动的方向；当位于外壳内的压力传感器（13）受压时，压力传感器（13）根据压力的大小给单片机（10）发送相应强度的信号，单片机（10）根据信号强度大小给线圈提供活一定的电量，线圈在阻尼通道内产生与防撞桶所受压力相对应强磁场，活塞头发生相对于工作缸的运动时，磁流变液经过阻尼通道流动，产生的阻尼力限制了活塞头相对缸体的运动，同时吸收能量，达到缓冲吸能的效果；磁流变吸能器（5）安装在外壳（4）内侧。
3.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：基座框架（1）是嵌在地面或路面上的一种带螺纹孔的钢质框架，是固定不动的，基座框架（1）与基柱（2）的连接方式采用螺母连接；LED灯（11）安装在基座框架上端的横杆上；基柱空心腔以下部分均为钢质材料的实心体。
4.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：外壳（4）的材料为柔性材料，主要为了保护内部的各种机构，压力传感器（13）分布于外壳内部，LED灯控制器（12）安装于其中一个防撞桶外壳底部内侧，一个路段或一个地点的所有LED灯均由一个LED灯控制器（12）控制；LED灯（11）发出的光为红色，当防撞桶被撞击时，同区域的LED灯同时亮起，其中被撞击点的灯亮度最亮，其余的以撞击点为中心向两边展开的亮度依次降低；复位开关（14）安装于安装LED控制器（12）的那个防撞桶的基柱顶端，撞击事故后亮起的LED灯（11）由复位开关（14）手动关闭。
5.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：蓄电池（3）安装于外壳底部内侧，用于储存液流发电机（6）、转动式发电机（7）和太阳能板（8）产生的电能及对LED灯（11）和磁流变吸能器（5）的供电。
6.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：液流发电机（6）安装于磁流变吸能器（5）和基柱（2）之间，用于利用车辆撞击能发电。
7.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：基柱（2）顶端部分是一个空心腔，用于安装转动式发电机（7），基柱（2）与整个桶体之间采用轴承连接，使该防撞桶可以转动，桶体与转动式发电机（7）之间采用传动齿轮（9）传动，当防撞桶受到撞击时，车辆巨大动量其中的一部分转化为防撞桶装转动的动能，使防撞桶桶体围绕基柱（2）转动，从而带动转动式发电机（7）发电。
8.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：该防撞桶的顶部是用柔性材料制成的太阳能板，用于进行太阳能发电。
9.根据权利要求1所述的一种旋转式防撞桶，其特征在于：所述的单片机型号：AT89C51。
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