高速公路新型多功能智能道路標(biāo)線設(shè)備研究

馬建磊 劉 陽(yáng) 王行行

（中交公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，高速公路交通快速發(fā)展，公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程量巨大，道路施工完成后需要對(duì)已建成的道路進(jìn)行標(biāo)線，道路標(biāo)線可以對(duì)道路上行駛的車輛起到隔離和分流的作用。道路標(biāo)線中的線條、箭頭、文字、路標(biāo)等對(duì)高速公路上的駕駛員起到提醒警示作用的同時(shí)，也可以規(guī)范駕駛員的駕駛行為，使其不影響周圍其他車輛的安全行駛，進(jìn)而可以增強(qiáng)高速公路的通行能力，防止交通堵塞，有效引導(dǎo)交通車輛安全有序地出行。

目前，國(guó)內(nèi)常見的道路標(biāo)線設(shè)備主要有3種：手推簡(jiǎn)易劃線機(jī)、乘架式劃線機(jī)、車載式劃線機(jī)。這3種設(shè)備的標(biāo)線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得還不夠完善，實(shí)際的噴線部位噴線不精準(zhǔn)，噴涂過程需要提前在地面上粘貼膠條線，機(jī)器總體上的智能化水平較低，設(shè)備使用時(shí)對(duì)操作工人的技能依賴性過高，施工效率低。因此，該文針對(duì)目前劃線設(shè)備及其施工過程存在的問題進(jìn)行研究，研發(fā)一種集清掃、劃線、噴涂、加熱為一體的多功能智能移動(dòng)式路面標(biāo)線裝置，該文探討了多功能智能標(biāo)線設(shè)備的構(gòu)成、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景。

1 工程概況

該文以貴陽(yáng)至黃平高速公路項(xiàng)目為例，研究多功能智能移動(dòng)式路面標(biāo)線裝置在道路標(biāo)線施工中的應(yīng)用。高速公路連通貴陽(yáng)至懷化路段，全長(zhǎng)約336km，項(xiàng)目建成后，貴陽(yáng)至懷化的距離比江翁通道縮短了39km，比滬昆通道縮短了60km，即將成為從貴陽(yáng)東出省里程最短、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高的高速公路。該項(xiàng)目為雙向六車道設(shè)計(jì)，路基寬度約34m，設(shè)計(jì)車速100km/h，橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路 I 級(jí)。

項(xiàng)目所在地區(qū)海拔1100m左右，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，同時(shí)具有高原性氣候特點(diǎn)，年均氣溫15.1℃，年極端高溫35.1℃，年極端低溫-7.3℃，年均降水量為1130mm，高速公路路面夏季多雨水，冬季易結(jié)冰。施工人員在下雨或是在冰凍的路面進(jìn)行路面標(biāo)線時(shí)，因視線和路面環(huán)境不好，會(huì)影響道路標(biāo)線的施工進(jìn)度，同時(shí)，在已經(jīng)殘缺破損的道路上對(duì)舊標(biāo)線進(jìn)行重新標(biāo)線時(shí)，周圍會(huì)不斷有車輛高速駛過，存在一定的安全隱患。

目前，如何快速高效地對(duì)道路進(jìn)行標(biāo)線是該項(xiàng)目施工中亟待解決的問題，研發(fā)一種多功能智能路面標(biāo)線裝置，可以滿足道路標(biāo)線時(shí)對(duì)地面清掃、標(biāo)志劃線、標(biāo)志噴涂、涂料加熱等功能的要求，同時(shí)提高道路高標(biāo)線設(shè)備的智能操作水平，提升施工效率，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐價(jià)值，將會(huì)對(duì)路面快速標(biāo)線施工大有裨益。

2 研發(fā)新型多功能智能道路標(biāo)線設(shè)備的必要性

我國(guó)目前主要的劃線方式有熱熔劃線和冷噴劃線2種，熱熔劃線技術(shù)是指將加熱熔化后的油漆通過熱燙技術(shù)直接噴燙到地面上，熱熔技術(shù)操作的工藝流程較為復(fù)雜，對(duì)路面情況要求較高且造價(jià)較高，所繪制的標(biāo)識(shí)經(jīng)久耐用；冷噴劃線技術(shù)在施工時(shí)不需要對(duì)涂料進(jìn)行加熱，可以直接在常溫條件下將涂料稀釋后噴劃到地面上，冷噴技術(shù)操作的工藝流程較為簡(jiǎn)單，對(duì)路面情況要求較低且造價(jià)低，但所繪制的標(biāo)識(shí)使用時(shí)間不長(zhǎng)，需要經(jīng)常再次噴涂更新。

目前，國(guó)內(nèi)外的道路標(biāo)線設(shè)備有以下3種：手推簡(jiǎn)易劃線機(jī)、乘架式劃線機(jī)、車載式劃線機(jī)。

手推簡(jiǎn)易劃線機(jī)體積小、靈活方便、操作簡(jiǎn)單，但是噴涂作業(yè)對(duì)人工的依賴性較高，工人的技術(shù)水平直接決定了劃線的質(zhì)量，人工投入較大且工作速度慢，工作效率較低。隨著公路劃線工程量的不斷增加，采用手推簡(jiǎn)易劃線機(jī)進(jìn)行道路劃線施工已經(jīng)很難滿足當(dāng)前的實(shí)際劃線需求，因此，需要引進(jìn)較為先進(jìn)高效的道路劃線機(jī)進(jìn)行道路劃線。

乘架式劃線機(jī)與手推簡(jiǎn)易劃線相比更智能，但是仍然需要依賴人工進(jìn)行繪制基準(zhǔn)線、自動(dòng)化程度相對(duì)不高，依然無法當(dāng)前滿足道路施工的日益增長(zhǎng)的實(shí)際需求。

車載式劃線機(jī)是目前最先進(jìn)的一種道路劃線設(shè)備，全套的劃線設(shè)備均可以在車輛上進(jìn)行施工操作，該設(shè)備也存在需要依賴人工進(jìn)行繪制基準(zhǔn)線，自動(dòng)化程度相對(duì)不高的問題，因此，研發(fā)一種可以自動(dòng)定位、噴涂的多功能智能標(biāo)線裝置十分迫切。

3 新型多功能智能道路標(biāo)線設(shè)備

3.1 研發(fā)思路

現(xiàn)有的道路標(biāo)線主要還是以人工為主，人工標(biāo)線容易使線條出現(xiàn)歪斜，甚至導(dǎo)致線條的邊緣部位發(fā)虛、不清晰，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨打，標(biāo)線從邊緣部位開始磨損，同時(shí)人為標(biāo)線還存在標(biāo)線效率低的問題。現(xiàn)有技術(shù)中也有一些輔助標(biāo)線設(shè)備，輔助標(biāo)線設(shè)備能夠在一定程度上提高標(biāo)線效率，但是這些設(shè)備上的標(biāo)線筆依舊需要人工去移動(dòng)才能進(jìn)行劃線，同樣存在線條出現(xiàn)歪斜，線條邊緣部位不清晰的問題。

標(biāo)線設(shè)備在標(biāo)線前需要對(duì)標(biāo)線的路面進(jìn)行局部清理，現(xiàn)有的清理過程也主要是以人工為主，人工對(duì)路面進(jìn)行局部清理，其不僅清理效率低，而且對(duì)隱藏在路面砂石縫隙里面的灰塵清理不干凈；現(xiàn)有的路面在進(jìn)行局部清理時(shí)也有一些輔助清理設(shè)備，但是清理設(shè)備和標(biāo)線設(shè)備大都是分開作業(yè)的，需要先使用清理設(shè)備將路面局部清理完成后，再進(jìn)行標(biāo)線作業(yè)，導(dǎo)致施工效率低。

針對(duì)以上問題，該項(xiàng)目研發(fā)了一款新型的集清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式多功能智能路面標(biāo)線裝置，為高速公路快速高效率標(biāo)線提高設(shè)備支持。

3.2 設(shè)備組成

新型智能標(biāo)線設(shè)備需要同時(shí)滿足自動(dòng)清掃、劃線、噴涂、加熱等幾大功能，該項(xiàng)目根據(jù)以上需求進(jìn)行研發(fā)，設(shè)計(jì)了一款集清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式路面標(biāo)線裝置，該新型智能標(biāo)線設(shè)備由固定框架、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、劃線機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)等六大部分組成，裝置組成示意圖見圖1，每個(gè)組成部分的具體結(jié)構(gòu)功能介紹如下。

圖1 清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式路面標(biāo)線裝置

固定框架是整個(gè)標(biāo)線設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)，由方形的4個(gè)鋼架組成，底部設(shè)置移動(dòng)滾輪，可以使整個(gè)裝置在路面上進(jìn)行移動(dòng)，端部帶有傳動(dòng)裝置，可以使縱向機(jī)構(gòu)沿著傳動(dòng)帶沿順著框架的縱向進(jìn)行移動(dòng)，固定框架的四周固定有吸盤，可以使框架和地面通過吸盤連接，4個(gè)角上設(shè)置4個(gè)支撐抓，支撐抓可以在設(shè)備使用時(shí)將框架整體固定在施工位置正上方，固定框架構(gòu)造示意圖見圖2。作為整個(gè)裝置的支撐結(jié)構(gòu)，固定框架的主要作用是支撐上部其他各結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在準(zhǔn)備劃線的區(qū)域固定框架，便于后期清掃、噴涂劃線等工作進(jìn)行。

圖2 固定框架構(gòu)造示意圖

支撐爪包括第一支撐驅(qū)動(dòng)件、鉸接架、支撐桿、第二支撐驅(qū)動(dòng)件、移動(dòng)套筒、拉伸桿、吸盤連桿、吸盤和移動(dòng)滾輪，第一支撐驅(qū)動(dòng)件與固定框架連接，鉸接架與固定框架鉸接，第一支撐驅(qū)動(dòng)件的動(dòng)力輸出端通過鉸接架與支撐桿鉸接，移動(dòng)套筒套設(shè)在支撐桿的外側(cè)并與支撐桿滑動(dòng)連接。第二支撐驅(qū)動(dòng)件與支撐桿固定連接，第二支撐驅(qū)動(dòng)件的動(dòng)力輸出端與移動(dòng)套筒鉸接，移動(dòng)套筒的外側(cè)壁上鉸接有多個(gè)拉伸桿，多個(gè)拉伸桿之間并列設(shè)置，支撐桿的底部鉸接有多個(gè)吸盤連桿，吸盤連桿的數(shù)量與支撐桿的數(shù)量相同，吸盤連桿頂部端面上設(shè)置拉伸桿滑槽，拉伸桿的一端部放在拉伸桿滑槽并與拉伸桿滑槽滑動(dòng)連接，吸盤連桿的底部設(shè)置吸盤且吸盤與吸盤連桿鉸接，移動(dòng)滾輪連接在支撐桿的底部。

縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)是和固定框架直接連接的鋼架結(jié)構(gòu)，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的放置方向與固定框架長(zhǎng)度方向的鋼架垂直，其四端設(shè)置移動(dòng)滑輪，內(nèi)部設(shè)置縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的位置坐標(biāo)沿著固定框架長(zhǎng)度方向的鋼架進(jìn)行移動(dòng)到達(dá)指定位置，同時(shí)，縱向移動(dòng)中間與橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直連接，橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以在縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩根長(zhǎng)度方向的鋼架內(nèi)側(cè)進(jìn)行滑動(dòng)，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造示意圖見圖3。

圖3 縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造示意圖

縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和縱向移動(dòng)架，縱向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括縱向驅(qū)動(dòng)件、縱向傳動(dòng)軸和縱向傳動(dòng)皮帶，縱向驅(qū)動(dòng)件與固定框架固定連接，縱向驅(qū)動(dòng)件通過縱向傳動(dòng)軸與縱向傳動(dòng)皮帶連接，縱向移動(dòng)架上設(shè)置滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)，縱向移動(dòng)架通過滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)與縱向傳動(dòng)皮帶連接，固定框架的內(nèi)側(cè)設(shè)置縱向滾輪滑動(dòng)槽，滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)置于縱向滾輪滑動(dòng)槽內(nèi)并與縱向滾輪滑動(dòng)槽滑動(dòng)連接。

橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)是和縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)直接相連的鋼架結(jié)構(gòu)，位于縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，與縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度方向的鋼架垂直連接，其四端設(shè)置移動(dòng)滑輪，內(nèi)部設(shè)置橫向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的位置坐標(biāo)沿著縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度方向的鋼架進(jìn)行移動(dòng)到達(dá)指定位置，同時(shí)，橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)中部設(shè)置噴涂裝置，可以將噴涂裝置精確定位到系統(tǒng)設(shè)置的坐標(biāo)位置，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的標(biāo)線形狀進(jìn)行自動(dòng)繪制，橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造示意圖見圖4。

圖4 橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造示意圖

橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括橫向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和橫向移動(dòng)架，橫向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括橫向驅(qū)動(dòng)件、橫向傳動(dòng)軸和橫向傳動(dòng)皮帶，橫向驅(qū)動(dòng)件與縱向移動(dòng)架固定連接，橫向驅(qū)動(dòng)件通過橫向傳動(dòng)軸與橫向傳動(dòng)皮帶連接，橫向移動(dòng)架上設(shè)置滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)，橫向移動(dòng)架通過滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)與橫向傳動(dòng)皮帶連接，縱向移動(dòng)架的內(nèi)側(cè)設(shè)置橫向滾輪滑動(dòng)槽，滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)置于橫向滾輪滑動(dòng)槽內(nèi)并與橫向滾輪滑動(dòng)槽滑動(dòng)連接。

滑動(dòng)滾輪機(jī)構(gòu)包括滾輪、滾珠、頂緊件、間距調(diào)節(jié)件和調(diào)節(jié)滑塊，滾輪沿軸向設(shè)置安裝孔，縱向傳動(dòng)軸或橫向傳動(dòng)軸延伸至安裝孔內(nèi)，滾輪通過滾珠與滾輪滑動(dòng)槽的底壁連接且滾珠與滾輪的接觸面積大于滾珠外表面面積的1/2。調(diào)節(jié)滑塊置于安裝孔內(nèi)，縱向傳動(dòng)軸或橫向傳動(dòng)軸通過調(diào)節(jié)滑塊與滾珠連接，滾輪沿徑向設(shè)置間距調(diào)節(jié)孔，間距調(diào)節(jié)孔與安裝孔連通，滾輪上還設(shè)置頂緊件孔，所述頂緊件孔與間距調(diào)節(jié)孔連通。間距調(diào)節(jié)件置于間距調(diào)節(jié)孔內(nèi)且間距調(diào)節(jié)件的一端部延伸至縱向傳動(dòng)軸或橫向傳動(dòng)軸與調(diào)節(jié)滑塊之間，間距調(diào)節(jié)件的另一端部延伸至頂緊件孔上方，調(diào)節(jié)滑塊與間距調(diào)節(jié)件接觸的傾斜面，頂緊件置于頂緊件孔內(nèi)且頂緊件與間距調(diào)節(jié)件接觸。

3.3 應(yīng)用前景

與傳統(tǒng)的劃線設(shè)備相比，新型智能標(biāo)線設(shè)備具有明顯優(yōu)勢(shì)，設(shè)備將清掃與劃線進(jìn)行了一體化設(shè)置，通過同一設(shè)備完成路面清掃和路面標(biāo)線，方便了清掃和標(biāo)線工作，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，通過橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)標(biāo)線位置，不需要人工操作劃線，不會(huì)出現(xiàn)線條歪斜、線條邊緣不清晰的情況，新型智能劃線設(shè)備功能齊全，靈活多變，環(huán)境適用性強(qiáng)，具有很好的工程應(yīng)用前景。

貴陽(yáng)至黃平高速公路項(xiàng)目中廣泛使用了集清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式路面標(biāo)線裝置，路面劃線的速度和質(zhì)量都提高了很多，設(shè)備定位精準(zhǔn)，操作便捷，搬運(yùn)方便，節(jié)約成本，施工效率高，新型多功能智能道路標(biāo)線設(shè)備具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

該文以貴陽(yáng)至黃平高速公路項(xiàng)目為例，與傳統(tǒng)的劃線設(shè)備對(duì)比，對(duì)集清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式新型多功能智能路面標(biāo)線裝置進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得出以下結(jié)論： 1） 集清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式新型多功能智能路面標(biāo)線裝置同步實(shí)現(xiàn)了路面清掃和標(biāo)線工作，縮短了工期，提高了效率，消除了對(duì)人工操作劃線的依賴，繪制的線條平齊、線條邊緣清晰。2） 開發(fā)的移動(dòng)式新型多功能智能路面標(biāo)線裝置由固定框架、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、劃線機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)等構(gòu)造組成，這些構(gòu)造設(shè)計(jì)考慮充分，聯(lián)動(dòng)效果好，保證了清掃、劃線的質(zhì)量。3） 將集清掃、標(biāo)線為一體的移動(dòng)式新型多功能智能路面標(biāo)線裝置應(yīng)用到高速公路的劃線施工中是可行的，達(dá)到了高效、簡(jiǎn)潔、快速施工的目的。