CN110258324A - 一种新型桥梁护栏安全防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型桥梁护栏安全防护装置，包括若干组防护结构和控制组件，防护结构并排设在桥梁的两侧；每个防护结构包括第一护栏、底座、升降板、电动液压千斤顶、碰撞传感器，第一护栏位于桥梁的两侧，第一护栏上设有碰撞传感器，底座水平位于第一护栏的外侧，升降板嵌入底座内并于底座铰接，升降板的铰接轴位于底座靠近第一护栏的一边，底座内还设有控制组件和至少一个电动液压千斤顶，液压千斤顶的顶部铰接在升降板远离第一护栏的一边。本装置将汽车的冲击能量迅速转化成汽车的重力势能，快速实现缓冲减速；整个装置通过数学公式的科学计算，可针对不同路面情况设置不同尺寸，适用范围非常广。
Description
技术领域
本发明属于桥梁护栏防撞防护技术领域，特别是一种新型桥梁护栏安全防护装置。
背景技术
汽车在快速行驶时若出现违章驾驶或意外爆胎等事故，造成汽车失控，往往会撞上路边或桥梁边的护栏，轻则汽车受损，重则车毁人亡。近年来，各类汽车撞破桥梁护栏冲出桥梁的事故新闻屡见不鲜，尤其在重庆公交车坠江事故最为典型，后果最为严重，给国家和人民财产造成重大损失，对社会舆论造成极大不良影响。虽然作为汽车驾驶员，需要遵守交通规则，不能违规违章驾驶，但上述一类事故往往事发突然、无法避免。因此，不断改进道路(尤其是高速公路)、桥梁两侧的护栏的结构，提升它们的防撞等级，符合社会和百姓的需求，而防撞等级不高或不达标，恰恰是当前桥梁、路边护栏的短板之一。
现有技术中，例如专利号为201520798914.7的专利“桥梁护栏”，通过在立柱与立柱之间设置有主护栏杆和小护栏杆，并增设支架、连接杆、支撑杆，对立柱与立柱和主护栏杆起支撑作用。又例如专利号为201811557851.0的专利“一种具有多重缓冲结构的桥梁用防撞护栏”，采用外挡板和内挡板，以及内外挡板之间的弹簧、橡胶或废旧轮胎组成，利用这些装置起到缓冲作用。这些护栏结构，都只是在水平方向上，或加固护栏强度，或利用缓冲材料缓冲冲击力。这些都只能对速度相对较慢的汽车起到防护作用，而对于车速较快，冲击力较大的汽车，若一味增加强度，成本费用会严重增加桥梁建设成本，若采用缓冲材料，也会存在缓冲作用无法抵消冲击力的时候，同样存在安全隐患。
发明内容
本发明采用了不同的研究角度，基于能量守恒定律，将汽车的冲击力迅速转化成汽车的重力势能，从而快速实现缓冲减速的目的，最终提供了一种新型桥梁护栏安全防护装置，具体技术方案如下。
一种新型桥梁护栏安全防护装置，包括若干组防护结构，所述防护结构并排设在桥梁的两侧；每个所述防护结构包括第一护栏、底座、升降板、电动液压千斤顶、碰撞传感器、控制组件，所述第一护栏位于桥梁的两侧，所述第一护栏上设有碰撞传感器，所述底座水平位于所述第一护栏的外侧，所述升降板嵌入所述底座内并于所述底座铰接，所述升降板的铰接轴位于所述底座靠近所述第一护栏的一边，所述底座内还设有控制组件和至少一个电动液压千斤顶，所述液压千斤顶的顶部铰接在所述升降板远离所述第一护栏的一边；所述控制组件与所述电动液压千斤顶、碰撞传感器电连接。
上述装置所用的碰撞传感器可直接使用与用于汽车前后两端的碰撞传感器相同的传感器，其功能只要能够接收汽车撞击第一护栏的冲击力并发出电信号即可。所用的控制组件也是市面上非常常见，且技术很成熟的控制芯片或电脑CPU处理器，或是任意一种能够接收碰撞传感器的电信号并对电动液压千斤顶发出相应指令的控制组件。所用的第一护栏可以是常见的不锈钢或水泥等材质，底座可以为常见的混凝土材质并直接与桥梁的主体部分浇筑组成整体，升降板可以是具有一定承载能力的钢板。
上述装置的每个防护结构都属于一个独立的个体，每个防护结构都能够独立发挥各自的防护功能，并统一由控制组件进行控制。上述装置的使用原理为：防护结构属于上述装置的的一个单体，每个防护结构都能够独立发挥各自的防护功能，并统一由控制组件进行控制。当失控汽车撞上其中一个防护结构的第一护栏时，对应的第一护栏上的碰撞传感器监测到碰撞的冲击力，并产生相应的电信号；控制组件接收到这种电信号后迅速发出指令，并控制对应的电动液压千斤顶在非常短的时间里快速升起，升降板随之绕着铰接轴向上转动顶起，形成一定角度的斜坡。这个斜坡能将汽车的动能转化成重力势能，从而使汽车停止行驶，最终停在升降板上。
经过研究计算，升降板长度、千斤顶顶升高度、顶升耗时、顶升角度之间的关系可以通过数学公式计算得出。具体计算方法为：
假设汽车的质量为m1，汽车上人的质量为m2，汽车的初速度为v1，汽车的末速度为v3，汽车撞破第一护栏瞬间的加速度为a1；千斤顶的顶升高度为h，顶升速度为v2，顶升耗时为t；升降板升起的角度为α，升降板长度为L，重力加速度为g。
汽车失控撞破护栏，并行驶到升降板升降板上以后，其加速度a2＝a1-g sinα；
电动液压千斤顶的顶升高度h＝v2t；
假设汽车在升降板上行驶至升降板末端刚好停住，此时v3＝0，根据能量守恒定律，得出：
结合公式得出
公式经过变换得出，
作为其中一种情况，已知重力加速度g为常量，假如g取值为10m/s2，a1＝10m/s2，升降板L＝10m，升降板的顶升角度为30°，则升降板的顶升高度h＝5m，t＝2s，v2＝2.5m/s。
作为其中另一种情况，已知重力加速度g为常量，假如g取值为10m/s2，a1＝10m/s2，升降板L＝10m，升降板的顶升角度为45°，则升降板的顶升高度h≈7m，t≈0.77s，v2≈9m/s。
因此在车辆速度和加速度相同的情况下，车辆的倾斜角度越高，所节约的时间越少，同时要求电动液压千斤顶的顶升速度越高。
优选地，所述升降板远离所述第一护栏的一边设有第二护栏。第二护栏能够起到二次保护的作用，当汽车初始速度过快，行驶至升降板末端时速度仍不为零时，第二护栏能够起到阻挡作用。
更优选地，所述第二护栏靠近所述升降板的一侧设有弹性组件。弹性组件能够起到缓冲作用。一般为弹簧或者弹片。
进一步优选地，所述弹性组件为若干并排水平设置的弹簧。
更优选地，所述第二护栏靠近所述升降板的一侧设有吸能组件。吸能组件可以是类似于汽车安全气囊的结构，也可以是海绵等材料。
进一步优选地，所述吸能组件为安全气囊，所述第二护栏靠近所述升降板的一侧设有速度传感器，所述速度传感器与所述控制组件连接。与汽车上的安全气囊类似地，当速度传感器监测到汽车速度仍然非常大时，控制组件将发出指令启动安全气囊，用来为汽车缓冲做最后的保护。
优选地，所述升降板的上表面设有缓冲带。升降板上的缓冲带，与市面上常见的道路缓冲带类似，通过增加汽车轮胎与升降板之间的阻力，起到一定的降速效果。
本发明提供的一种新型桥梁护栏安全防护装置，其有利之处在于：
1、本专利利用能量守恒的原理设计了一种全新的桥梁护栏安全防护装置，将汽车的冲击力迅速转化成汽车的重力势能，从而快速实现缓冲减速的目的；目前市面上还未发现采用此原理设计的类似装置，非常具有创造性。
2、整个装置通过数学公式的科学计算，可以针对不同的路面行驶情况设置不同的装置尺寸。通过调节升降板长度，选用不同的电动液压千斤顶，适用不同的实际情况，适用范围非常广。
附图说明
图1为实施例1提供的新型桥梁护栏安全防护装置的俯视图；
图2为实施例1提供的新型桥梁护栏安全防护装置在A-A处的剖视图；
图3为实施例1提供的新型桥梁护栏安全防护装置在升降板升起时，A-A处的剖视图；
图4为实施例2提供的新型桥梁护栏安全防护装置的俯视图；
图5为实施例3提供的新型桥梁护栏安全防护装置的俯视图；
图中标号如下：
1、控制组件；2、第一护栏；3、底座；4、升降板；5、电动液压千斤顶；6、碰撞传感器；7、第二护栏；8、弹簧；9、安全气囊；10、速度传感器。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明中各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1～3所示，本实施例提供的一种新型桥梁护栏安全防护装置，包括若干组防护结构和控制组件1，所述防护结构并排设在桥梁的两侧；每个所述防护结构包括第一护栏2、底座3、升降板4、电动液压千斤顶5、碰撞传感器6，所述第一护栏2位于桥梁的两侧，所述第一护栏2上设有碰撞传感器6，所述底座3水平位于所述第一护栏2的外侧，所述升降板4嵌入所述底座3内并于所述底座3铰接，所述升降板4的铰接轴位于所述底座3靠近所述第一护栏2的一边，所述底座3内还设有控制组件1和两个电动液压千斤顶5，所述液压千斤顶5的顶部铰接在所述升降板4远离所述第一护栏2的一边；所述控制组件1与所述电动液压千斤顶5、碰撞传感器6电连接。
上述装置所用的碰撞传感器可直接使用与用于汽车前后两端的碰撞传感器相同的传感器，其功能只要能够接收汽车撞击第一护栏的冲击力并发出电信号即可。所用的控制组件也是市面上非常常见，且技术很成熟的控制芯片或电脑CPU处理器，或是任意一种能够接收碰撞传感器的电信号并对电动液压千斤顶发出相应指令的控制组件。所用的第一护栏可以是常见的不锈钢或水泥等材质，底座可以为常见的混凝土材质并直接与桥梁的主体部分浇筑组成整体，升降板可以是具有一定承载能力的钢板。
上述装置的每个防护结构都属于一个独立的个体，每个防护结构都能够独立发挥各自的防护功能，并统一由控制组件进行控制。上述装置的使用原理为：防护结构属于上述装置的的一个单体，每个防护结构都能够独立发挥各自的防护功能，并统一由控制组件进行控制。当失控汽车撞上其中一个防护结构的第一护栏时，对应的第一护栏上的碰撞传感器监测到碰撞的冲击力，并产生相应的电信号；控制组件接收到这种电信号后迅速发出指令，并控制对应的电动液压千斤顶在非常短的时间里快速升起，升降板随之绕着铰接轴向上转动顶起，形成一定角度的斜坡。这个斜坡能将汽车的动能转化成重力势能，从而使汽车停止行驶，最终停在升降板上。
经过研究计算，升降板长度、千斤顶顶升高度、顶升耗时、顶升角度之间的关系可以通过数学公式计算得出。具体计算方法为：
假设汽车的质量为m1，汽车上人的质量为m2，汽车的初速度为v1，汽车的末速度为v3，汽车撞破第一护栏瞬间的加速度为a1；千斤顶的顶升高度为h，顶升速度为v2，顶升耗时为t；升降板升起的角度为α，升降板长度为L，重力加速度为g。
汽车失控撞破护栏，并行驶到升降板升降板上以后，其加速度a2＝a1-g sinα；
电动液压千斤顶的顶升高度h＝v2t；
假设汽车在升降板上行驶至升降板末端刚好停住，此时v3＝0，根据能量守恒定律，得出：
结合公式得出
公式经过变换得出，
作为其中一种情况，已知重力加速度g为常量，假如g取值为10m/s2，a1＝10m/s2，升降板L＝10m，升降板的顶升角度为30°，则升降板的顶升高度h＝5m，t＝2s，v2＝2.5m/s。
作为其中另一种情况，已知重力加速度g为常量，假如g取值为10m/s2，a1＝10m/s2，升降板L＝10m，升降板的顶升角度为45°，则升降板的顶升高度h≈7m，t≈0.77s，v2≈9m/s。
实施例2
如图4所示，本实施例提供的一种新型桥梁护栏安全防护装置，在实施例1的基础上进行了以下进一步的优化：
1、所述升降板4远离所述第一护栏2的一边设有第二护栏7。第二护栏能够起到二次保护的作用，当汽车初始速度过快，行驶至升降板末端时速度仍不为零时，第二护栏能够起到阻挡作用；
2、所述第二护栏7靠近所述升降板4的一侧设有若干并排水平设置的弹簧8。弹簧能够起到缓冲作用。
实施例3
如图5所示，本实施例提供的一种新型桥梁护栏安全防护装置，在实施例1的基础上进行了以下进一步的优化：
1、所述升降板4远离所述第一护栏2的一边设有第二护栏7。第二护栏能够起到二次保护的作用，当汽车初始速度过快，行驶至升降板末端时速度仍不为零时，第二护栏能够起到阻挡作用；
2、所述第二护栏7靠近所述升降板4的一侧设有安全气囊9和速度传感器10，所述速度传感器10与所述控制组件1连接。与汽车上的安全气囊类似地，当速度传感器监测到汽车速度仍然非常大时，控制组件将发出指令启动安全气囊，用来为汽车缓冲做最后的保护。
以上实施例详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节。在本发明的权利要求书和技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单改型和改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，包括若干组防护结构和控制组件，所述防护结构并排设在桥梁的两侧；每个所述防护结构包括第一护栏、底座、升降板、电动液压千斤顶、碰撞传感器，所述第一护栏位于桥梁的两侧，所述第一护栏上设有碰撞传感器，所述底座水平位于所述第一护栏的外侧，所述升降板嵌入所述底座内并于所述底座铰接，所述升降板的铰接轴位于所述底座靠近所述第一护栏的一边，所述底座内还设有控制组件和至少一个电动液压千斤顶，所述液压千斤顶的顶部铰接在所述升降板远离所述第一护栏的一边；所述控制组件与所述电动液压千斤顶、碰撞传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，所述升降板远离所述第一护栏的一边设有第二护栏。
3.根据权利要求2所述的新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，所述第二护栏靠近所述升降板的一侧设有弹性组件。
4.根据权利要求3所述的新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，所述弹性组件为若干并排水平设置的弹簧。
5.根据权利要求2所述的新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，所述第二护栏靠近所述升降板的一侧设有吸能组件。
6.根据权利要求5所述的新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，所述吸能组件为安全气囊，所述第二护栏靠近所述升降板的一侧设有速度传感器，所述速度传感器与所述控制组件连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的新型桥梁护栏安全防护装置，其特征在于，所述升降板的上表面设有缓冲带。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20190920 Assignee: Shaanxi Ruixing Tufa Construction Engineering Co.,Ltd. Assignor: HUAIYIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980048255 Denomination of invention: A new type of bridge guardrail safety protection device Granted publication date: 20210917 License type: Common License Record date: 20231127 |