基本信息
- 项目名称：
- 城市道路护栏自动清洗机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目是一种机械本体结构为龙门框架分离式的自动护栏清洗机，作业时清洗机跨立在护栏之上，以护栏本身为导轨，通过刷洗和擦干实现对护栏栏杆和支墩的全方位自动化清洗。模块化的电器控制系统和多种工作模式的程序控制能保证清洗机的平稳可靠运行，且无需人工操作，从而在清洗护栏过程中保证了交通顺畅和作业人员的安全。绿色低碳、节能环保，具有显著的社会环境效益和经济效益。
- 详细介绍：
- 本护栏清洗机结合护栏的结构特点而设计,以护栏本身为导轨，结构简单、成本低、无污染, 且能够实现对支墩的清洗，与我国高等级公路养护机械节能、高效、低噪声、低污染且自动化程度高的发展趋势相适应 ，具有显著的社会环境效益和经济效益。 ⒈ 机械系统设计： ①主要执行部件滚刷由直径1mm左右的尼龙丝固定在紧裹轴上的塑料上，做成滚刷。毛刷轴装配在位于机架上下两根横梁的轴承上，电机带动毛刷上的带轮，从而带动毛刷转动。毛刷的转速可根据需要进行调节。实践表明，刷毛对护栏具有最佳作业力矩时，滚刷的回转中心到护栏表面的垂直距离h大致等于刷毛旋转伸开直径的1/3—1/2.现在设计的滚刷直径为260mm，h的范围为86mm—130mm，依次原理将滚刷回转中心到护栏表面的垂直距离h设定为120mm。 ②擦筒抹布的轴的设计和制作方法以及材质均与毛刷的相同。它是直接用铁丝和螺钉将布条捆绑在轴上，当轴旋转时，布条随轴一起旋转，利用布条与护栏之间的摩擦力来清洗工作。 ③清洗铁墩机构的设计原理与抹布的设计原理相似，制造工艺也相似，再此不再赘述。它安装在机器人的后端，刷轴与铁墩的斜面平行。清洗铁墩时，尼龙丝会随着高速旋转地刷轴飘飞起来并打在铁墩上，依靠这个力所产生的摩擦力来对铁墩进行清洗。 ⒉ 控制系统设计 ①电路系统，采用蓄电池作为动力源，不工作时可以充电。为了提高清洗护栏的作业功能，滚刷的旋转方向与清洗车的行驶方向应是顺洗（即滚刷旋转地切线方向与车的行驶方向相同），因此，毛刷只需单向旋转即可。 ②控制系统包括一些检测装置和控制着装置。控制装置主要采用单片机。检测装置有红外线检测装置等。控制装置主要控制各个组成部分的启动，停车，转速，转向，避障系统等。 ⒊ 软件系统设计：本系统的软件用 C 语言设计而成, 采用模块化编程和结构化编程,即将程序分解成若干个小模块,各个模块保持相对的独立性,只靠少量的出入口参数联系这样使程序的调试、修改、维护都比较方便;各个模块利用严格的转移和调用语句组成一个严密的整体。软件系统主要由主程序、子程序和中断服务程序组成。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的基本思路： 作业时, 清洗机跨立在护栏之上，以护栏本身为导轨，通过刷洗和擦干相结合实现对栏杆和支墩的全方位自动清洗。采用自动控制系统，工作过程无需人工介入。清洗过程间歇性供水，对部分刷洗用水进行部分回收再利用。 创新点： ①根据护栏自身特点，能够实现即时切入切出 ②在不停车的情况下可实现对支墩的清洗，对道路交通没有影响 ③洗擦结合，间歇性供水，同时对部分水进行回收循环利用 技术关键： ⒈两滚刷转向相反, 使脏水沿着滚刷切线方向甩出，保证清洗的效果 ⒉雾状喷水，两滚刷的刷毛在重叠处移动方向相同,可加快刷子的转速 ⒊采用蓄电池供电，主动轮自带动力，工作过程无尾气排放，绿色低碳 ⒋采用双向导轮结构，前进过程中通过导轮控制行进方向，在软件方面通过单片机控制整机的行进方面，通过信息检测模块和信息反馈模块配合导向轮控制清洗机沿护栏行走 ⒌ 根据道路状况和护栏自身的特点，能够实现即时切入切出，自动全方位清洗 技术指标： ⒈动力源 24V铅酸蓄电池蓄电池 ⒉行进速度 0.5m/s ⒊可洗护栏高度：0～1.8m ⒋滚刷直径 可换，≤260mm ⒌用水量 2L/小时 ⒍锥形洗刷水平角 25°＜а＜45° ⒎控制芯片 MC9S12DG128单片机 ⒏水箱容积 1800L ⒐刷筒轴转速 300～650r/min ⒑擦筒轴转速 350～650r/min ⒒墩洗轴转速 350～600r/min ⒓电机输出功率 15kW
科学性、先进性
- 应用方面： ⒈ 即时切入切出，对道路交通没有影响，采用电能作为能量输入，无尾气排放，绿色低碳 ⒉ 洗擦结合，间歇性雾化循环供水，耗水少，环境污染小，能源利用率高 ⒊ 结构简单，加工方便，容易维护，操作方便 技术方面： ⒈ 滚刷转向相反, 可使脏水沿前进方向甩出，两滚刷的刷毛在重叠处移动方向相同,可加快刷子转速,雾状喷水节约用水 ⒉ 锥形洗刷呈V字型悬伸布置于机架底部，间歇启动电机和供水系统，节约能耗 ⒊ 控制系统采用模块化设计，的铅酸蓄电池提供电源，处理器采用MC9S12DG128单片机 ⒋ 电机采用PWM调速，可通过差速调速来控制和协调两个主电动轮在直道、弯道的行驶速度和方向 ⒌ 检测装置有红外线检测、超声波测距等，将检测到的相应数据用LED方式显示，同时提供报警 工艺方面： ⒈ 滚刷分体制造，回转轴为空心结构，外圈为尼龙材料，减轻重量，使运动平稳 ⒉ 洗刷采用pvc海绵，由于质量较轻，高速旋转时的离心力小 ⒊ 滚刷支撑部件分体制造法，便于同心调整
获奖情况及鉴定结果
- 1、2009年，全国大学生创新性试验项目基金支持2万元； 2、2010年，第三届全国节能减排大赛三等奖，中华人民共和国教育部； 3、2011年，首届甘肃省大学生创业策划大赛特等奖，甘肃省教育厅，甘肃省科学技术厅。
作品所处阶段
- 已制造完成项目产品样机，并申报专利，正处于中试阶段。
技术转让方式
- 一次性专利所有权买断或技术入股进行合作
作品可展示的形式
- 图片、图纸、三维模型、视频、项目产品样机实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 我国拥有655个大中型城市，全国各大中小城市，需要清洗的城市护栏更。各市、各区、各县对其需求都很显著，新型护栏清洗设备的技术优势和成本优势的运用都将降低传统的人力清洗过程所造成的人力资本的耗费。本项目可以运用于城市道路护栏，高速公路护栏、公园、社区等护栏的清洗，各省市区市政集团 各市区环卫部门、物业公司、各单位后勤集团、各高速公路养护单位都将可能成为本项目产品的潜在用户。 一般情况，2-3个月护栏就需要一次清洗，如采用人工方式，按300m/人/天，人工费0.1元/m算，若某城市的护栏总长为1000km，则每年除去耗材费用，仅人工投入就需要45万元，我国655个城市的投入就为2.9475亿元，数额巨大，并且容易引发交通事故，造成额外赔偿。如采用车载式清洗方式，买台售价都在15万元以上，按照每个城市采购10两车计算，总的投资成本9.825亿元，并且耗水量大，冬季容易造成路面结冰，引发交通事故。因此本项目具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前，针对城市道路护栏的清洗方式主要有两种：人工清洗和借助汽车所配高压水洗刷清洗。但人工清洗环卫工人的劳动强度大、清洗效率低，一般每人每天只能清洗300米左右的护栏；且环卫工人作业时身处于高速行驶的机动车辆中间，容易发生安全事故，尤其是在交通道路比较狭窄的地段危险系数更高；经常身处汽车噪音大、车量尾气浓度高的工作环境下对工人的身心健康也造成了很大的损害。车载式高压水洗刷清洗一次性投入过高，一般中小城市难以承受；且由于车辆行驶路线不能保证与道路护栏平行，无法清洗护栏处就目前国内的情况来看，绝大部分城市的道路护栏的清洗工作依然靠人来清洗。在车行逆向的部分表面；耗水量大，清洗效果不佳，对城市交通也有一定影响。 从国外情况看，上世纪80年代中期新建公路速度趋于平缓，道路护栏养护工作已经提到十分重要的位置(如美国每年要花费150亿美元维护本国400万km公路网；法国国营及A级道路中国道里程共29700km，用于国道养护的机械、车辆就达6万多台)。为适应养护工作需要，国外工业发达的国家将大量的资本和开发精力开始投向养护机械的研制生产，从而使国外养护机械得到了迅速发展。其产品类型和技术均达到了比较完善的高度。 从国内情况看，随着城市道路里程的不断增加，对护栏养护工作提出了新的、更高的要求，其研制开发工作因而也备受重视，在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,近几年来获得了一定成都的发展。 目前已实现市场销售的护栏清洗机械主要有：北京科力威清洁机械厂生产的永江牌护栏清洗车、山西省交通科学研究院开发研制的HXC—300型高等级公路护栏清洗车，采用液压机构驱动自动调控的立体高速滚刷，可同时刷洗护栏两面，并根据护栏的高矮宽窄，自动进行伸缩调整，最高可对1.6米的护栏进行清洗，但浪费水资源，成本太高，价钱最低也在三十五万元人民币以上。 目前处于研究状态的的有海军工程大学举行第三届全国大学生机械创新大赛上获一等奖的浙江大学的作品新型高速公路护栏清洗装置和华中科技大学的作品护栏清洗机，能过实现自动化清洗，但没有设置避障系统，同时护栏尺寸发生变化时难以适应，并没有在实际生产中得到应用。所以开发一种适合中国国情的低成本、高效率的护栏清洗装置具有一定的现实意义和良好的市场前景。
