CN114941294A - 高速养护施工区域安全防护系统、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速养护施工区域安全防护系统、装置，用于解决现有的防撞装置采用吸能单一的结构，缺乏对撞击车辆进行有效保护的问题。该防护系统是由来车方向为起始并顺序设置的警告区、压力传感警报区、撞击防护区和施工区，所述压力传感警报区内放置橡胶地垫，其中该橡胶地垫内集成有压力传感器和ZIGBEE物联模块，该ZIGBEE物联模块将压力信号传送至控制中心并由控制中心发出指令，触发震动手环进行震动，震动手环配置在施工人员手腕上；撞击防护区，该区域内停放一辆工程车，该工程车尾部安装撞击装置。本发明通过进行视觉提醒(警示路锥)、橡胶地垫、物理防撞三级预防措施，可以有效的防止撞击车辆对施工区域构成威胁。
Description
技术领域
该发明涉及高速公路安全施工技术领域。
背景技术
高速公路维修施工区域的安全是永远的话题。我国每年由于车辆误入施工区域造成人员伤亡的事件时有发生，例如，据报道某高速公路施工段，施工人员在高速公路硬路肩施工时遇到车祸被撞身亡。
为了实现安全施工的目的，现在的各个单位积极开展相关研究。
目前关于施工区域的安全措施，主要分为三类：
第一类，基于无线、5G的智能预警系统。例如，CN105427638A公开了一种面向高速公路施工作业区的人机交互式车速控制预警系统，该系统能自动检测和显示高速公路施工作业区入口处的车辆速度，为驾驶员提供作业区入口位置的车流速度信息，从而提前进行速度控制，能减少高速公路交通事故，提高高速公路作业区行车安全和行车效率。特别适用于高速公路施工作业区为驾驶员提供车速信息。再例如，CN105405309B公开了一种车速控制分级预警系统，分别在距警告区设定距离处、警告区、上游过渡区和缓冲区设置车速采集模块，用于采集当前车辆信息，并将采集速度信息反馈至预警信号输出模块；预警信号输出模块接收车速采集模块发出的车辆速度信息，通过比较，获得最大车辆速度，然后将最大车辆速度与设定的预警度相比较，获得预警等级信息，然后将预警等级信息实时发送至信息发布模块；信息发布模块设置在缓冲区，用于将预警信号输出模块获得的预警等级信息进行实时发布。
再例如，CN111275939B公开了一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统，计算当前施工阶段施工设备监测指标的理论值，并获取施工设备在试验阶段及已完成的相似荷载施工阶段的各监测指标的监测值；确定施工设备当前施工阶段的三级预警值；根据当前施工阶段施工设备监测指标的监测值，判断所述施工设备在当前时刻的施工风险状态。
第二类，声光电指示警报措施。例如，CN111236115A公开了一种道路临时救援分流装置，该道路临时救援分流装置处于收缩状态时，体积小，可收放在救援车的后背箱中，便于携带周转使用，且分流装置展开拼组操作简单，且拼组速度快。这类装置类似于路牌起到指引的作用。
第三类，被动防撞措施，被动防撞措施目前应用的为防撞车。
现有的防撞车缺乏对于误撞车辆的防护，具体来说，现有的防撞装置采用吸能单一的结构，主要针对的是使得车辆快速停下来，缺乏对车辆的保护。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种高速养护施工区域安全防护系统、装置，用于解决现有的防撞装置采用吸能单一的结构，缺乏对撞击车辆进行有效保护的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
高速养护施工区域安全防护系统，该防护系统是由来车方向为起始并顺序设置的警告区、压力传感警报区、撞击防护区和施工区，其特征在于，
该警告区通过设置在车道内的路锥进行引导与警告，引导车辆及时变更车道；
所述压力传感警报区内放置橡胶地垫，其中该橡胶地垫内集成有压力传感器和ZIGBEE物联模块，该ZIGBEE物联模块将压力信号传送至控制中心并由控制中心发出指令，触发震动手环进行震动，震动手环配置在施工人员手腕上；
撞击防护区，该区域内停放一辆工程车，该工程车尾部安装撞击装置，该撞击装置包括横梁、可调滑块、竖板、承载板和吸能包，其中，横梁两端通过弹性吸能结构安装在工程车尾部，横梁为两平行设置的两根，以及在两根横梁上通过可调滑块安装竖板，该竖板下端枢接连接承载板，以及在竖板和承载板之间设置有阻尼元件，该阻尼元件的预紧力使得承载板的远端抵靠在路面上；吸能包固定设置在承载板和竖板之间的空间内。
进一步地，所述弹性吸能结构包括导向柱、套筒组件和压簧，其中，导向柱的端部通过液压悬挂安装在工程车上，套筒组件活动安装在导向柱上，并在套筒组件和导向柱挡肩之间设置压簧，所述套筒组件通过高强度螺栓固定在横梁的端部。
进一步地，所述橡胶地垫是由两层橡胶垫粘接形成的，且宽度方向上覆盖一个行车车道，当误闯车辆两侧车轮都碾压该橡胶地垫时，发出一级警报，当误闯车辆仅有一侧车轮碾压该橡胶地垫时，发出二级警报。
进一步地，将工程车或者承载板与路边的防撞护栏使用钢丝绳连接。
高速养护施工区域安全防护撞击装置，该装置包括横梁、可调滑块、竖板、承载板和吸能包，其中，横梁两端通过弹性吸能结构安装在工程车尾部，横梁为两平行设置的两根，以及在两根横梁上通过可调滑块固定安装竖板，该竖板下端枢接连接承载板，以及在竖板和承载板之间设置有阻尼元件，该阻尼元件的预紧力使得承载板的远端抵靠在路面上；吸能包固定设置在承载板和竖板之间的空间内。
进一步地，所述弹性吸能结构包括导向柱、套筒组件和压簧，其中导向柱的端部通过液压悬挂安装在工程车上，套筒组件活动安装在导向柱上，并在套筒组件和导向柱挡肩之间设置压簧，所述套筒组件通过高强度螺栓固定在横梁的端部。
进一步地，所述阻尼元件为液压推杆。
进一步地，所述承载板下表面设置有锯齿状的或尖状的倒刺或者尖钉。
进一步地，所述吸能包是由第一级吸能包、第二级吸能包和第三季吸能包组成的组合式结构，其中，第一级吸能包内填充泡沫吸能材料和气囊弹簧；第二级吸能包内填充蜂窝铝板；第三级吸能包内填充泡沫金属。
本发明的有益效果是：
本发明通过进行视觉提醒(警示路锥)、橡胶地垫、物理防撞三级预防措施，可以有效的防止撞击车辆对施工区域构成威胁。
本发明中，通过对吸能包的改进，使之具备刚柔相济的效果，对于小型车辆和中大型车辆起到不同的阻拦效果，很好的解决了高速施工区域安全防护问题。
附图说明
图1为本系统的平面设置图。
图2为撞击装置的结构图。
图3为撞击装置的立体图。
图4为俯视图。
图5为侧视图。
图6为吸能包的结构图。
图7为ZigBee技术框图。
图中：
10横梁，
20可调滑块，
30竖板，31阻尼元件，
40承载板，
50吸能包，51第一级吸能包，52第二级吸能包，53第三级吸能包，
60弹性吸能结构，61导向柱，62套筒组件，63压簧，64挡肩。
具体实施方式
系统本发明的主要目标包括以下几点：采用主动安全措施和被动安全措施相结合的方式进行，其中，被动措施为物理性的缓冲措施。主动措施为基于物联网的主动安全手段。
一种最佳的实施例，主动安全技术基于ZigBee技术，通过设置的橡胶地垫，具有监测、预警、警告等程序，对进入预警区域的车辆进行识别、预警、引导和警告。
一种最佳的实施例，使得车辆在合理的距离内停止下来，而非是尽快的停止下来，通过合理的设定溃缩路径的方向使得车辆获得最大的缓冲。
一种最佳的实施例，使得车辆在不同速度撞击该装置时，具有不同的防护层次，例如，针对小型车辆，该装置可以容易被压溃，以获得较大的缓冲。
一种最佳的实施例，在车辆撞击该装置时，具有自动找正的效果，尽量避免车辆甩尾、侧翻等现象，以求得最大的防止次生灾害的发生。
一种最佳的实施例，在车辆撞击该装置时，该具有经济实惠的优势，成本控制在万元以内。
一种最佳的实施例，该装置采用模块化设计，满足各种车辆的使用需要，兼有智能物联网的功能，在撞击吸能的模块内设置有压力传感器，该传感器用于为微处理器计算、评估撞击能量采集信号。
具有机动能力，该装置作为一个模块整体安装在工程车上，需要转场和移动时，可机动。
转场完成后，底部设置有阻尼材料或者尖刺状的抓地结构，提高与路面的贴合度，并增强抗滑移的强度，降低对工程车的冲击力度。
参考图1，高速养护施工区域安全防护系统，该防护系统是由自来车方向为起始并顺序设置的警告区(a)、压力传感警报区(b)、撞击防护区(c)和施工区(d)，其中各个区域之间是通过路锥逐渐过渡和划区的。
该警告区通过设置在车道内的路锥进行引导与警告，引导车辆及时变更车道，进一步地，可以在该区域内设置指引标牌进行指引。
压力传感警报区，该区域内放置橡胶地垫，其中该橡胶地垫内集成有压力传感器和ZIGBEE物联模块，该ZIGBEE物联模块将压力信号传送至控制中心并由控制中心发出指令，控制震动手环进行震动，震动手环配置在施工人员手腕上。上述的橡胶地垫为柔性的、具有薄的厚度，依靠自身的柔性及平整度铺设在地面上，且橡胶地垫自身与沥青路面之间贴合度较高，形成完全的贴合，在风大的情况下也不会发生移位。
撞击防护区，该区域内停放一辆工程车，该公车车尾部安装撞击装置，起到最后一道安全防撞之措施。
参考图2至图7高速养护施工区域安全防护撞击装置，该装置包括横梁10、可调滑块20、竖板30、承载板40和吸能包50，其中，横梁10两端通过弹性吸能结构60安装在工程车尾部。其中弹性吸能结构包括导向柱61、套筒组件62和压簧63，其中导向柱的端部通过液压悬挂安装在工程车上，套筒组件活动安装在导向柱上，并在套筒组件和导向柱挡肩64之间设置压簧63，所述套筒组件通过高强度螺栓固定在横梁的端部。
横梁10为两平行设置的两根，以及在两根横梁上通过可调滑块固定安装竖板30，使得竖板在左右方向上具备调整位置的能力，调整到位后及时使用螺钉进行位置锁定。该竖板下端枢接连接承载板，形成倒置的T字形轮廓，以及在竖板和承载板之间设置有阻尼元件31，该阻尼元件的预紧力使得承载板的远端抵靠在路面上；吸能包固定设置在承载板和竖板之间的空间内。
具体来说，在该承载板40的下表面设置的阻尼材料或者尖刺状的抓地结构，作为一个预防性措施，在撞击发生后，在撞击力的作用下，抓地结构刺入沥青路面表层，具有预防性的防滑功能。该抓地结构为倒刺、尖状钉等锐器。
在弹性吸能结构与工程车之间采用辅助拉杆和液压驱动缸进行安装，即，在静止状态下，使用辅助拉杆和液压驱动缸对该装置与机动车之间进行固定，使得该装置与工程车车成为一体，且具有翻转的功能。
在该承载板上安装有至少一组吸能包50，每一个吸能包作为一个独立的模块进行安装，且采用模块化的组装方式进行，采用蜂窝设计，可灵活组装。其中吸能包通过固定件固定在承载板中，且承载板与竖板之间铰接连接，以及在铰接点附近的三角区域内设置液压推杆，用于辅助的保护两者的夹角。
每一个吸能包50包装成为一个完全封闭的方形的或者矩形的盒子状结构。
上述多个吸能包之间模块化设计，可快速更换设计，主要功能用于吸能装置，该装置采用强度梯度设计结合原理，兼有轻质、机动性强的特点。
上述的吸能包与承载板、竖板之间采用机械锁和钢丝绳结合的方式进行固定，具有刚柔相济的技术优势，例如，钢丝绳可以在吸能包变形后形成一个阻拦网，对撞击车辆进行有效的拦截。一种有效的方式，钢丝绳在吸能包内横向和纵向的穿插设置，提高吸能能力。
具体的说，在吸能包是由铝合金管材作为骨架、内部填充吸能材料的封闭状结构，外部采用不锈钢板包覆，形成一体结构。
上述骨架采用铝合金型材组装，具有轻质和组装快速的特点，并将吸能包自来车方向开始，依次设置三级吸能，分级缓冲。
第一级吸能包51为薄的钢壳内填充的泡沫吸能材料，物体在发生强烈碰撞时会发生塑性变形，主要表现为完全变形、翘曲变形和褶皱变形三种方式，其中褶皱变形是一种理想的吸能方式。吸能盒作为一种金属薄壁构件，在碰撞时容易发生褶皱变形，这正好满足了车辆在低速碰撞时能有效吸收碰撞能量，并尽可能减小撞击力对车身纵梁损害的目的。可以看到吸能盒的设计既提高了汽车的被动安全性，又降低了撞击带来的维修成本。该泡沫吸能盒采用块装设计，用于预防性碰撞，对车速不高且能及时刹车的吸能具有积极意义。一般为发泡料，碰撞后受力变碎，它吸收了冲击能，保护了其它部件。
进一步地，在第一级吸能包内集成有气囊弹簧，增加正面撞击的吸能效果。
第二级吸能包52采用蜂窝铝板进行吸能。最佳的褶皱变形吸能结构，例如铝合金吸能盒，该铝合金吸能盒内部采用异形铝合金折板进行填充，具体结构如下：
采用50(mm)铝蜂窝板，进行用于防护。具体来说，该一级强度变形区域具有一个矩形的填充区，该填充区内填充铝蜂窝板，铝蜂窝板具有如下物理特征：
撞击该蜂窝铝板后，密集排列的蜂窝铝板具有较好的吸能效果。
第三级吸能包53，内填充泡沫金属，例如泡沫铝合金。泡沫铝合金的应力应变响应曲线包括三个阶段：弹性段，屈服段及致密段。但在动态条件下应力应变响应还有着与准静态下不同的特征：动态条件下的屈服应力比静态条件下的要高，并随着应变率的增加，屈服应力的增加有上升的趋势。动态条件下的平台区应变比静态条件下的稍低，平台区长度稍短。泡沫铝合金的压缩应力应变响应曲线上出现较长的塑性变形段，这表明泡沫材料在被压缩过程中能够在保持相对较低的应力下吸收大量的压缩能量，泡沫铝合金是一种以铝合金为金属骨架,包含大量孔洞的低密度、高比表面积多孔泡沫金属材料。它是一种功能和结构一体化的新型材料。缓冲吸能性能好,一定的强度、刚度，轻质，可用作结构材料和缓冲吸能材料。
本发明的一种多级缓冲刹车方法，如下特点：
1)在采用不同抗冲击强度的阶梯式设计，使得撞击车辆在可控的距离内实现滑动、刹车一段距离后的迫停，使得迫停过程可控，这种抗冲击强度阶梯式的变化的设计，有利于针对不同车速、不同自重的误闯车辆进行。
2)避免直接撞击时能量过来对车辆中驾驶人员及乘客造成较大冲击,防止二次伤害。
3)多级缓冲后吸收能量呈线性增长,扩大了吸能范围。
高能量冲击时，首先撞击到泡沫吸能材料，这对轻微的碰撞具有缓冲的作用，具有车辆保护和本设备保护的双重作用。
上述压簧在撞击方向上具有缓冲空间，用于提高缓冲性能。该防护横梁在撞击力度不大的情况下，对内部的吸能包模块具有积极的保护作用。
上述三级吸能包采用可更换结构，具体来说采用可快速更换的结构，根据需要进行模块化的更换。
在上述车体的近端固定安装一根立柱，该立柱上端为矩形套筒，该套筒内滑动安装一水平杆，该水平杆的远端固定安装一根智能警示模块，该模块与立柱之间采用多级弹簧进行辅助的弹性连接，该智能警示模块内具有警报灯等警示性工具，对来往车辆进行警示。
该安全防护系统根据来车方向，顺序为警告区、压力传感警报区、强行防撞区和施工区，其中，在警告区域内通过摆放路锥的方式进行变道提醒，一般预先设置在施工区域的前方1公里处，提醒来往车辆注意。路锥可以采用普通路锥也可以采用智能发光路锥。
压力传感警报器主要设置的为橡胶地垫，该橡胶地垫预先的被铺设在施工车道的前方，一般为施工区域前方至少500米处。该压力传感警报器采用ZigBee智能物联技术，将采集到的有车碾压的信号传递给控制中心，并由控制中心发送给施工方的施工人员佩戴的震动手环。震动手环提醒施工人员注意观察来车方向的路况并做好及时撤离的准备。
强行防撞区位于施工区域的起始一端，用于形成物理性的强行阻断，避免发生重大灾害，防止对施工区的误闯，该防撞区域主要是依靠本实施例中的防撞装置及防撞车来实现的。
该安全防护系统还包括于施工车道来车方向预先放置的压力传感器，该压力传感器预先的被设置在一个柔性的橡胶地垫上，并可以根据施工区域的要求与本工程防撞车进行等间距的设置，例如设置间距调整为前方10米处。本实施例中的橡胶垫不仅仅集成有压力传感器，而且集成有抱轮地网，其中，抱轮地网用于对误闯车辆进行抱轮，防止其继续镶嵌冲击，以避免造成大量的人员伤亡。
在上述的第二级吸能包内充入液体，例如一种无氧锅炉水，并对吸能包进行密封处理，该无氧锅炉水的存在，可以起到一定的缓冲吸能作用，以及在无氧锅炉水释放的过程中也可以消耗部分能量。
实施例二
进一步地实施方案中，将上述的工程车辆或者承载板与路边的防撞护栏使用钢丝绳建立连接，具体来说，使用钢丝绳将承载板与护栏立柱支架进行捆绑或者锁紧，实现辅助的安全措施，可以有效的对工程车辆进行辅助定位和固定。
一种钢丝绳固定方案，该方案中，使用AB两束钢丝绳进行，具体来说，A、B股钢丝绳分别对工程车的左右两侧车身进行固定，并向来车方向倾斜设置，起到很好的预防效果。正常情况下，钢丝绳处于松弛的状态，当撞击发生时，钢丝绳绷紧，起到缓冲吸能之作用。
该方案的实施，使得防撞装置、工程车与护栏立柱之间建立了固定关系，可极大的提高止动效果。
上述主动安全措施与被动安全措施联合实施，提高安全性能水平。
实施例三
本实施例中，橡胶地垫的数量为两个，且两个橡胶地垫之间的间距设置为50米，当撞击车辆先后压到两个地垫时，通过计算两个地垫中压力传感器产生的信号的时间差，可以计算并得出撞击车辆的速度，并结合压力传感器采集到的压力数据，可以预估撞击车辆的大致吨位，并向智能手环发出不同级别的预警信息。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.高速养护施工区域安全防护系统，该防护系统是由来车方向为起始并顺序设置的警告区、压力传感警报区、撞击防护区和施工区组成的，其特征在于，
该警告区通过设置在车道内的路锥或标牌进行引导与警告，引导车辆及时变更车道；
所述压力传感警报区内放置橡胶地垫，其中该橡胶地垫内集成压力传感器和ZIGBEE物联模块，该ZIGBEE物联模块将压力信号传送至控制中心并由控制中心发出指令，触发震动手环进行震动，震动手环配置在施工人员手腕上；
撞击防护区，该区域内停放工程车，该工程车尾部安装撞击装置，该撞击装置包括横梁、可调滑块、竖板、承载板和吸能包，其中，横梁两端通过弹性吸能结构安装在工程车尾部，横梁为平行设置的两根，以及在两根横梁上通过可调滑块安装竖板，该竖板下端枢接连接承载板，以及在竖板和承载板之间设置有阻尼元件，该阻尼元件的预紧力使得承载板的远端抵靠在路面上；吸能包固定设置在承载板和竖板之间的空间内。
2.根据权利要求1所述的高速养护施工区域安全防护系统，其特征在于，所述弹性吸能结构包括导向柱、套筒组件和压簧，其中，导向柱的端部通过液压悬挂安装在工程车上，套筒组件活动安装在导向柱上，并在套筒组件和导向柱挡肩之间设置压簧，所述套筒组件通过高强度螺栓固定在横梁的端部。
3.根据权利要求2所述的高速养护施工区域安全防护系统，其特征在于，所述橡胶地垫是由两层橡胶垫粘接形成的，且宽度方向上覆盖一个行车车道，当误闯车辆两侧车轮都碾压该橡胶地垫时，发出一级警报，当误闯车辆仅有一侧车轮碾压该橡胶地垫时，发出二级警报。
4.根据权利要求3所述的高速养护施工区域安全防护系统，其特征在于，将工程车或者承载板与路边的防撞护栏使用钢丝绳连接。
5.高速养护施工区域安全防护撞击装置，该装置包括横梁、可调滑块、竖板、承载板和吸能包，其中，横梁两端通过弹性吸能结构安装在工程车尾部，横梁为两平行设置的两根，以及在两根横梁上通过可调滑块固定安装竖板，该竖板下端枢接连接承载板，以及在竖板和承载板之间设置有阻尼元件，该阻尼元件的预紧力使得承载板的远端抵靠在路面上；吸能包固定设置在承载板和竖板之间的空间内。
6.根据权利要求5所述的高速养护施工区域安全防护撞击装置，其特征在于，所述弹性吸能结构包括导向柱、套筒组件和压簧，其中导向柱的端部通过液压悬挂安装在工程车上，套筒组件活动安装在导向柱上，并在套筒组件和导向柱挡肩之间设置压簧，所述套筒组件通过高强度螺栓固定在横梁的端部。
7.根据权利要求5所述的高速养护施工区域安全防护撞击装置，其特征在于，所述阻尼元件为液压推杆。
8.根据权利要求5所述的高速养护施工区域安全防护撞击装置，其特征在于，所述承载板下表面设置有锯齿状的或尖状的倒刺或者尖钉。
9.根据权利要求5所述的高速养护施工区域安全防护撞击装置，其特征在于，所述吸能包是由第一级吸能包、第二级吸能包和第三级吸能包组成的组合式结构，其中，第一级吸能包内填充泡沫吸能材料和气囊弹簧；第二级吸能包内填充蜂窝铝板；第三级吸能包内填充泡沫金属。
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