辽宁科技大学
引言:
高速公路护栏的清洗可以有效延长护栏的使用寿命，增强护栏的辨识度，提高行车安全。而现有的护栏清洗方案是通过大型车辆携带水箱和挂载式的清扫机构，设备整体庞大，占用应急车道，还消耗大量的水资源，车辆行进清扫所消耗的汽油也是非常多的，经济成本也十分高。我们基于以上问题和弊端设计出一款新型的小型节能的高速公路护栏清洗设备，减小的设备体积，设备本身能源消耗大大降低，清除护栏的方法也改为通过刷子的高速旋转扫过土壤和泥土，高速气流将其吹走。
一、"挑战杯"全国大学生系列科技学术竞赛设计内容
设计的灵感来源于挂载式的检修设备，利用高速公路护栏的结构，我们将它视为一个导轨，从而设计了一款可以依靠高速公路护栏自动行进清扫的设备，并将其充分小型化。机身整体为了减轻设备的重量，采用了铝型材制作的框架结构，连接部分采用3D打印技术制作而成，电机选型全部为步进电机，可以更加精确的控制设备行进的速度和毛刷转速，风机转速。通过毛刷的高速旋转扫下泥土和污垢，并伴随高速气流将其吹离舍弃了的传统的水清洗并且在一定程度上保证了清洗效果。搭载的太阳能电池板将太阳能转化为电能存储在备用电池中，达到一定量的能源补充。
清洁功能：
1、用刷子辊的高速旋转代替洗涤，用高速气流吹走
2、太阳能发电以补充能源、节能和减排；
结构特征：
1、体积小，驱动能耗小
2、四个轮子支撑着车架，就好像它卡在轨道上一样
3、折叠结构便于运输和安装
4、为了定位设备，我们还增加了用于设备定位的GPS
高速公路护栏的最主要作用就是引导驾驶员的视线，也是为了避免高速运行的车辆发生失控并驶出路面。对于护栏的日常维护除了每天的巡逻检查是否有突发情况之外，还要坚持每相隔两三个月就要进行一次全方位的定期检查，检查的重点就是护栏的整洁程度。为了保持护栏的良好引导驾驶员视线的功能以及路面的整体干净整洁的美观情况，要求对护栏进行定期的常规清洗。不仅是为了高速公路的整洁，而且还是为了延长护栏板的整体使用寿命，从而减少高速公路的养护财政支出。对于护栏的清洗大概是分为人工清洗和机械清洗两个方面。相对来讲，人工清洗的费用支出比较少，但是需要大量的人工共同完成，同时清洗的效果不太理想，而且还对高速公路的交通产生很大的干扰，还伴随着一些事故发生的风险。所以目前来看，在高速公路的护栏清洗一般都会选择护栏清洗车，但是很多专业的护栏清洗车都需要很高的购置和维护成本，而且设备复杂不容易操控。所以就需要轻便、高效、成本低的高速公路护栏的清洗车。
二、高速公路护栏清洗装置的设计方案
（一）总体方案的确定
第一，护栏的清洗装置要安装在洒水车或者清扫车的前面位置，合理运用洒水车或者清扫车的机械动力以及喷水的装置，进行合理适当的改装，结合手动和电动两者优势的操作方法。第二，为了适应高速公路波形护栏的结构标准，保证在工作时能够不影响正常的交通，又可以保证操作者的运行安全。第三，工作时一定要注意规避高速公路比较繁忙和拥堵的地段，减少车辆驾驶员的操作难度系数。第四，洒水车或者清扫车可以实现非常快速的改装。
（二）具体的结构
如图，高速公路的护栏清洗装置主要是由摇臂、洗刷、挡水板、工作架以及液压等部分组成。摇臂可以在安装的架子上进行转动和固定。挡水罩也可以与工作驾两者进行相对的运转，摇臂也可以和工作架两者进行相对的运转。喷水管因为有多个出水的喷口，所以喷水管一定要与洒水车或者清扫车的水管进行连通。液压的系统管线也要与洒水车或者清扫车的管路进行有效的连接，以便于清洗装置的正常安装和拆卸。
结构图展示
（三）功能和特征
本装置设计结构非常简单，建造成本和维护成本都比较低，三位一体的设计导致清洁功能比较强大，利用刷子的高速旋转来代替传统的洗涤方式，用高速的气流将清洗后的脏水进行吹走；利用太阳能的清洁能源进行发电，以便达到节能减排的目的。因为这款产品的体积小所以电能的消耗也非常小。同时也可以进行折叠减少对空间的使用，这样会非常利于安装和运输。还可以利用GPS设备进行定位的探测，并总结出运行的轨迹，方便人工的检查和减少出错率。
三、高速公路护栏清洗装置的意义
因为市面上大部分的清洗高速公路护栏清洗车成本都比较高，而且后续的操作和维护成本也比较多，所以就会对高速公路护栏的日常维护提出更高的要求。有时候不仅会对高速公路的交通产生影响，而且还会对水资源造成一定的浪费，违背了节能环保理念的真谛。所以，研制出一种更加高效和节约能源的新型高速公路护栏清洗装置就尤为重要。高速护栏因为对驾驶员的行车安全起到至关重要的作用，所以不能一味的减少经费支出，导致高速护栏的质量出现很多问题。
四、结束语
随着我国经济的不断发展，国家层面也越来越重视对资源的保护，所以为了落实国家提出的节能环保的理念，就需要不同的领域和行业都要进行改革和创新。我国也在努力进行经济结构的转型，很多落后的产能和设备都在不断的被淘汰，开发新能源和新设备就会有效的减少对能源的消耗，进而起到对环境的保护作用。高速公路护栏清洗的新型小型装置的改进，就是对国家环保理念很好的落实。对高速公路护栏的日常维护，以及减少能源的使用、降低成本方面都发挥了非常重要的作用。在国家节能环保的理念影响下，还会有越来越多的创新理念和设备进行量产，最终走入人们的视野，为国家和社会的发展做出应有的贡献。同样大学生的素质教育也非常重要，可以进行更多的学术竞赛，让学生更深层次的去近距离体验，为将来步入社会积累很好的实践经验，真正的培养出国家需要的人才。
论文作者:孙万豪，王力，姜宇航
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/24
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