一种加强型轻质栏杆及栏杆机的制作方法

1.本发明涉及道闸栏杆结构技术领域，特别涉及一种加强型轻质栏杆及栏杆机。


背景技术：

2.随着社会法发展，车辆保有量的增多，栏杆机使用的领域也越来越多，高速公路收费站etc出入口、停车场出入口也越来越多。etc收费对栏杆机的抬落杆速度要求高，etc自动栏杆机的栏杆必须采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等轻质高强度材料杆。栏杆机在运行时，如果收到抬杆信号，栏杆机实施抬杆动作，栏杆由水平状态转换到竖直状态，车过后，栏杆机收到落杆信号，栏杆由竖直状态转换为水平状态。在长期的运行过程中，虽然栏杆机有防撞功能，也有防砸系统防止栏杆砸到车辆，但是还是会存在因施工不规范、系统误判或其他原因导致栏杆机出现砸车的现象，或者由于栏杆起落速度过快等情况，导致栏杆断裂。
3.栏杆在运动过程中，力学模型属于悬臂梁，悬臂梁的受力特点是，栏杆靠近杆把的位置力最大，而栏杆的末端力最小。为了增加栏杆强度，减少栏杆断裂的风险，一种方案如图1所示采用增加壁厚的方式或者采用如中国专利cn104332120a(公开日期为2015年2月4日)所公开的广告道闸中所采用的型材作为栏杆来实现栏杆整体的强度；但是采用该方案导致制作栏杆材料的浪费以及造成栏杆制作成本的增加，不符合环保高效的理念。另一种方案是如图2所示，采用不同外径的栏杆，进行拼接的方式来节省成本，但是etc栏杆一般采用碳纤维杆，外表面包裹软性材料，最外层再贴上反光膜，软性包裹材料采用管状的发泡材料，现有的生产技术水平，管状发泡材料的尺寸难以控制，每一批生产的产品都存在较大的尺寸偏差。如果采用不同管径碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等轻质高强度材料杆，除了需要解决不同管径之间的连接件外，还需要保证发泡材料的外径在能够接受的范围，导致生产工艺复杂，质量会存在不稳定性。
4.综上，现有技术中的栏杆存在浪费材料，制作工艺复杂成本高的问题以待解决。


技术实现要素：

5.为解决如上所述现有技术中的栏杆存在的浪费材料，制作工艺复杂成本高的问题，本发明提供了一种加强型轻质栏杆，包括栏杆本体，其特征在于：所述栏杆本体为中空管状结构具有内表面，所述栏杆本体的一侧为加强侧，另一侧为轻质侧，所述内表面的加强侧的横截面相对小于所述轻质侧的横截面，即栏杆本体加强侧的壁厚大于轻质侧的壁厚。
6.在上述方案的基础上，进一步地，所述栏杆本体还具有外表面，所述外表面为柱面，所述加强侧到所述轻质侧的所述外表面的横截面相一致。
7.在上述方案的基础上，进一步地，所述栏杆还包括软包材料，所述软包材料为管状结构，所述软包材料的内孔的横截面与所述栏杆本体的所述外表面相匹配，所述软包材料套设于所述栏杆本体上。
8.在上述方案的基础上，进一步地，所述内表面与所述外表面之间的壁厚从所述加
强侧到所述轻质侧逐渐减小；所述加强侧具有受力根部，所述受力根部的满足强度要求的最小壁厚为h，所述受力根部到远离所述加强侧的一端距离为l，距离所述受力根部x1处的壁厚为a1,距离所述受力根部x2处的壁厚为a2，其中x1＞x2，满足h*(l
‑
x1)/l＜a1≤a2≤h。
9.在上述方案的基础上，进一步地，所述内表面为一整段具有斜度的第一锥面。
10.在上述方案的基础上，进一步地，所述内表面为若干段横截面大小不一的第一柱面组成的阶梯孔状面，若干所述第一柱面的横截面从所述加强侧到所述轻质侧逐渐变大。
11.在上述方案的基础上，进一步地，相邻的所述第一柱面过渡连接处设有过渡圆角。
12.在上述方案的基础上，进一步地，所述内表面包括若干段横截面大小不一的第二柱面和若干段第二锥面，所述第二柱面和所述第二锥面间隔设置。
13.在上述方案的基础上，进一步地，所述栏杆本体的材质为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或尼龙纤维中的一种或者多种的复合材料。
14.本发明还提供了一种栏杆机，采用如上任一项所述的加强型轻质栏杆。
15.本发明提供的一种加强型轻质栏杆，通过对栏杆本体管壁内径的改变对栏杆本体的结构进行加强，具体通过将加强侧的内表面的横截面缩小使该侧的管壁变厚，使得栏杆本体在承重受力较大的部位获得较高的强度，不易断裂；通过将轻质侧的内表面的横截面扩大，使该承重受力较小的一侧的管壁较薄，既可以节省制作用料，又减小了加强侧的承载力。同时与现有技术相比，无需对栏杆配套不同规格的软包材料，简化了制作工艺，进一步降低生产成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为现有技术中的等壁厚厚壁型栏杆；
18.图2为现有技术中的组合式不等径式栏杆；
19.图3为本发明实施例一的剖视结构示意图；
20.图4为本发明实施例二的剖视结构示意图；
21.图5为本发明实施例三的剖视结构示意图；
22.图6为本发明实施例四的剖视结构示意图。
23.附图标记：
24.10栏杆本体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11内表面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
111第一锥面
25.112第一柱面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
113过渡圆角
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
114第二柱面
26.115第二锥面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12加强侧
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13轻质侧
27.14外表面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20软包材料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
121受力根部
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.本发明提供了一种加强型轻质栏杆，包括栏杆本体10，栏杆本体10为中空管状结构具有内表面11，栏杆本体10的一侧为加强侧12，另一侧为轻质侧13，内表面的加强侧12的横截面相对小于轻质侧13的横截面，即栏杆本体10的加强侧12的壁厚大于轻质侧13的壁厚。
31.具体实施时，栏杆本体10采用但不限于中空管状结构的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等轻质高强度材料管制成，管状结构为常用结构，保证强度的前提下具有耗材少，重量低，制作工艺简易的特点。同时，本发明提供的栏杆还包括套设在栏杆本体10的外表面14上的软包材料20，用于防止错误砸车或砸人时造成巨大损害，较佳地，软包材料20采用但不限于管状的发泡材料，如此要求软包材料20的内孔横截面与栏杆本体10的外表面相匹配；为了避免栏杆本体10的外径变化造成的软包材料20制作工艺复杂化，本发明对于栏杆本体10的壁厚变化通过改变栏杆本体10的内表面结构来实现，将内表面11的横截面从加强侧12的一端到轻质侧13的一端逐渐变大；而外表面14则采用但不限于通体柱面的结构，即加强侧12到轻质侧13的外表面的横截面相一致。
32.由于栏杆在运动过程中，力学模型属于悬臂梁，悬臂梁的受力特点是，栏杆靠近杆把的位置受力最大，而栏杆的末端即力最小。因此，在保证强度的前提下，为了进一步降低材料浪费，本发明的内表面11与外表面14之间的壁厚从加强侧12到轻质侧13逐渐减小；加强侧12具有受力根部121，其中受力根部121即为栏杆的旋转中心所在位置，受力根部121在栏杆起落时承载该位置之后整体的重量，为受力最大点，因此取受力根部的满足强度要求的最小壁厚为h，受力根部到远离加强侧12的一端距离为l，其中h的取值根据栏杆材料密度、材料强度以及l的值采用本领域工程常用校核方式求得，使得h的取值满足工程安全系数以及疲劳系数等，满足工程常用校核标准，不做赘述；取距离受力根部x1处的壁厚为a1,距离受力根部x2处的壁厚为a2，其中x1＞x2，满足h*(l
‑
x1)/l＜a1≤a2≤h，即栏杆本体上每一点的实际壁厚均可大于满足该点强度的最小理论壁厚，并且每一点的壁厚会小于或者等于更靠近受力根部121的点的壁厚。
33.现有技术中的等壁厚管结构栏杆，同等条件下，为满足受力最大点的强度需求其壁厚应当通体不小于h，本发明与其相比可在不影响使用寿命的情况下节省材料20％
‑
45％，降低了生产成本。此外，由于本发明的栏杆本体10的材料的节省带来的自身重量的减轻，使得其本身满足工程需求的理论壁厚h值进一步降低，意味着同等条件下(h值也相同)本发明相比现有等壁厚管结构的栏杆相比，具有更高的安全系数和使用寿命。换言之，同等安全系数和使用寿命要求下，本发明可进一步节省材料，符合环保高效的理念。
34.具体地，内表面11的结构通过以下实施例进一步说明。
35.实施例一
36.如图3所示，本实施例的内表面11为一整段具有斜度的第一锥面111，其横截面从加强侧12到轻质侧13逐渐变大。内表面11采用第一锥面111的结构，具有良好的承载能力，并且其制作工艺简易，相比通体厚壁管结构，更加节约材料，降低成本。
37.实施例二
38.实施例一所述方案虽然已经节省了材料，但还是存在一定程度的材料浪费。
39.如图4所示，本实施例的内表面11为若干段横截面大小不一的第一柱面112组成的阶梯孔状面的结构，并且从加强侧12到轻质侧13各第一柱面112的横截面逐渐变大。
40.本实施例在遵循从加强侧12到轻质侧13的壁厚逐渐变薄的前提下，内表面11采用阶梯孔状的结构，相较实施例一的第一锥面111进一步节省了材料损耗，降低生产成本。
41.实施例三
42.实施例二中虽然更加节约材料，但是由于阶梯孔结构内表面11存在较多的尺寸突变，容易形成应力集中，强度上存在隐患。
43.如图5所示，在实施例三的基础上，本实施例在每对相邻的第一柱面112的连接处设有过渡圆角113，消除了内表面11尺寸突变带来的强度影响。
44.实施例四
45.如图6所示，本实施例中的内表面11由若干段相间隔设置的横截面大小不一的第二柱面114以及若干第二锥面115连接而成。
46.本实施例结合了实施例一和实施例二的优点，相比实施例一更加节约材料，进一步降低生产成本；相比实施例二则具有更高的强度保证。且本实施例的加工工艺也更为简易。
47.优选地，本实施例中的栏杆本体10为一体成型；较佳地，若场合要求栏杆本体10的长度过长造成制作工艺困难，也可采用但不限于分段组合式栏杆。
48.本发明还提供了一种本发明还提供了一种栏杆机，采用如上任一项所述的加强型轻质栏杆。
49.实际使用时，本发明是在不改变栏杆本体10外径，确保栏杆本体10外表面包裹的软性发泡管直径内外径和现有产品一致的情况下，增加杆把侧栏杆本体10的强度，减少栏杆断裂的可能性，减少远离杆把侧的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等轻质高强度材料管的厚度，来降低栏杆本体10的成本。可以实现加强栏杆强度、不改变现有的生产工艺的同时，降低栏杆的生产成本，也保证栏杆的质量的一致性。
50.本发明提供的一种加强型轻质栏杆，通过对栏杆本体管壁内径的改变对栏杆本体的结构进行加强，具体通过将加强侧的内表面的横截面缩小使该侧的管壁变厚，使得栏杆本体在承重受力较大的部位获得较高的强度，不易断裂；通过将轻质侧的内表面的横截面扩大，使该承重受力较小的一侧的管壁较薄，既可以节省制作用料，又减小了加强侧的承载力。同时与现有技术相比，无需对栏杆配套不同规格的软包材料，简化了制作工艺，进一步降低生产成本。
51.尽管本文中较多的使用了诸如栏杆本体、内表面、第一锥面、第一柱面、过渡圆角、第二柱面、第二锥面、加强侧、轻质侧、外表面和软包材料等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任
何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。