一种基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的制作方法

本发明涉及应用在路面上的振荡减速警示装置，更具体地说是一种基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置。

背景技术：

振荡标线、减速带等是各种道路中的必要的道路交通安全设施。

现有技术中，振荡标线是由标线涂料混合反光玻璃微珠形成在路面上的凸起，起着警示和强制减速的作用。而减速带形状一般为条状或点状，以黄色黑色相间以引起视觉注意，使路面稍微拱起以达到车辆减速目的，一般设置在公路道口、工矿企业、学校、住宅小区入口等需要车辆减速慢行的路段和容易引发交通事故的路段。

振荡标线和减速带的“凸起”造成了汽车能量的损耗，其现场施工过程需要大面积封闭交通和大量人力完成，标线施工环境温度一般要求不低于5℃，施工精度较差和速度较慢，且施工过程伴随高温加热热熔型涂料，有一定的安全隐患；同时，因两种交通安全设施的“凸起”部分极易磨损，振荡标线的微珠也容易磨损滑落。减速带损坏后，一般采用整体全部更换再安装的方式进行维护，而振荡标线损坏后，常采用小型标线铣刨机铣刨后重新施工的方法进行维护，过程复杂，成本高。

技术实现要素：

本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置及其应用，有效利用车辆在经过振荡装置时耗散的能量，提高振荡装置的耐用性，简化振荡装置现场施工过程，使振荡装置易于安装、易于维护。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的结构特点是：设置所述振荡减速警示装置为组装式模块化结构，是在道路表面固定安装基板，振荡模块成行列排布在基板上，相邻行及相邻列的振荡模块之间存在有间隔，各振荡模块通过底座利用基板螺钉独立安装在基板上形成可拆卸式振荡减速警示装置；在所述振荡模块中设置压电发电片构成发电振荡模块，利用所述发电振荡模块受压变形驱动所述压电发电片变形，因此产生电能；在所述振荡减速警示装置的表面设置有反光层。

本发明基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的结构特点也在于：所述发电振荡模块的结构形式是：

将底座设置为具有中部矩形空腔的矩形外框，在底座的中部矩形空腔中固定设置矩形壳体，在所述矩形壳体的顶部具有敞口窗；

设置顶部回弹压板，在所述顶部回弹压板的中部分别形成有上拱顶和下拱顶，顶部回弹压板的两侧有延伸的水平翼板；所述顶部回弹压板放置在矩形壳体中，并由压板弹簧支撑，使所述上拱顶在矩形壳体的敞口窗中凸伸，并高出于矩形壳体的上表面，所述水平翼板限位在矩形壳体的顶板底面，由所述顶部回弹压板和矩形壳体共同形成压电发电片容置腔；

利用弹性不锈钢片按照压电发电片容置腔的形状制成压电片支撑体，在所述压电片支撑体的内表面粘贴压电发电片，所述压电片支撑体连同压电发电片放置在压电发电片容置腔内，顶部回弹压板的下拱顶抵于所述压电支撑体的中部；行驶在发电振荡模块上的车辆使顶部回弹压板中上拱顶连同下拱顶下压，利用下拱顶使压电片支撑体受压变形，且所述压电发电片随之变形，并在车辆离开发电振荡模块之后利用弹性体恢复形变，在所述压电发电片上形成电能输出。

本发明基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的结构特点也在于：所述压电片支撑体是以弧形弹性不锈钢片制成，是由上下对合的上拱和下拱形成椭圆形内腔，在椭圆形内腔的两端固结有高弹橡胶体，在上拱与下拱之间设置用于增强压电片支撑体的回弹力的支撑体弹簧，压电发电片贴合在上拱的底面，将下拱固定焊接在矩形壳体的底板上。

本发明基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的结构特点也在于：在所述顶部回弹压板上，位于水平翼板的顶面设置有阻水橡胶，利用阻水橡胶在水平翼板与矩形壳体的顶板相接触的位置处形成阻水，使所述压电发电片容置腔得到封闭。

本发明基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的结构特点也在于：在所述矩形壳体的一侧设置贯通孔，贯通孔所在位置的矩形壳体的外表面设置有弧形凹槽，与压电发电片通过导线电连接的内部接线柱在所述贯通孔中贯通矩形壳体，并凸出于矩形壳体外表面上的弧形凹槽；在底座的对应位置上呈水平设置外部接线柱，所述外部接线柱是由柱壳、压装在柱壳中的弹簧，以及前端导电珠构成的弹簧碰珠导电结构；所述导电珠在弹簧的抵压下嵌入所述弧形凹槽，并与所述内部接线柱电连接，与所述导电珠电连接的导线在底座中引出。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实现了将震荡减速警示装置与压电发电相结合，有效利用了车辆在经过振荡标线、减速带等安全设施时耗散的能量，将其使用在偏僻的盘山公路上下坡道、大转弯等处，以及用电相对困难的高速公路和国道路段减速警示区，可进行全天候发电和蓄电，可用于偏远地区的紧急用电、道路用电，或是未来电动汽车的充电等；并能通过合理设置震荡减速警示装置的安放位置，提高路面压电发电的经济效益。

2、本发明中压电片支撑体与上部弧形的上拱顶相结合，车辆驶过碾压时，相对于整体上板面向下位移的减速带而言，不会使压电发电单元以及压电片支撑体过渡变形，仅挤压压电片支撑体不锈钢中间部分，缓解支撑体弹簧、压电片支撑体两侧高弹橡胶体的疲劳程度和负载，既能保持高形变压电发电的稳定性，又能提高整体发电振荡标线的使用寿命。

3、本发明中发电振荡模块与底座的电路连接方式，在发电振荡模块和基板中采用接线柱将电能传出，其中底座处采用导电珠，使得发电单体检修和更换时不用拆卸电线和重新焊接，使其检修更加方便快捷，电路连接相对更加稳定。

4、本发明采用组装式模块化结构，震荡减速警示装置能够整体在工厂完成制作和装配，现场安装的施工过程简捷快速，免除了高温铺设的不便。

5、本发明中振荡模块可以单独更换，不仅极大地提高了维护的便捷性，也提高了经济性。

6、本发明在底座与振荡模块，以及基板之间采用螺钉或螺栓进行连接，通过沉头设置避免其不暴露，避免对行驶车辆和路面造成损伤，同时，其连接形式便于拆装，维护成本低。

7、本发明可以将各振荡模块中的压电发电片并联设置，并输出电能；其压电片支撑体内两侧高弹橡胶体的设置可防止导线受到车辆的碾压、拉扯而破坏，也起到了防水防尘的作用。

附图说明

图1为本发明振荡减速警示装置结构示意图；

图2为本发明中底座结构示意图；

图3为本发明中矩形壳体结构示意图；

图4a为本发明中顶部回弹压板上表面结构示意图；

图4b为本发明中顶部回弹压板下表面结构示意图；

图5为本发明中压电发电片装配结构示意图；

图6为本发明中压电发电片与压电片支撑体配合结构示意图；

图7为本发明中矩形壳体与顶部回弹压板配合结构示意图；

图8为本发明中弹簧碰珠导电结构示意图；

图9为本发明中横向路面设施布置结构示意图；

图10为本发明中纵向路面设施布置结构示意图。

图中标号：1矩形壳体，2顶部回弹压板，2A上拱顶，2B下拱顶，2C水平翼板，3压电片支撑体，4压电发电片，5高弹橡胶体，6支撑体弹簧，7压板弹簧，8A壳体通孔，8B底座通孔；9导线，10内部接线柱，11外部接线柱，11A导电珠，11B柱壳，11C弹簧，12固定通孔，13敞口窗，14基板，15底座，16振荡模块，17蓄能装置。

具体实施方式

参见图1，本实施例中基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置的结构形式是：设置振荡减速警示装置为组装式模块化结构，是在道路表面固定安装基板14，振荡模块16成行列排布在基板14上，相邻行及相邻列的振荡模块之间存在有间隔，各振荡模块16通过底座15利用基板螺钉独立安装在基板14上形成可拆卸式振荡减速警示装置；在振荡模块16中设置压电发电片4构成发电振荡模块，利用发电振荡模块受压变形驱动压电发电片4变形，因此产生电能；在振荡减速警示装置的表面均匀涂布反光漆形成反光层，使车辆可以在行驶过程中及时注意到该装置。

本实施例中相应的结构设置也包括：

如图2和图3所示，本实施例中发电振荡模块的结构形式是：将底座15设置为具有中部矩形空腔的矩形外框，在底座15的中部矩形空腔中固定设置矩形壳体1，在矩形壳体1的顶部具有敞口窗13。

如图4a、图4b和图5所示，设置顶部回弹压板2，在顶部回弹压板2的中部分别形成有上拱顶2A和下拱顶2B，顶部回弹压板2的两侧有延伸的水平翼板2C；顶部回弹压板2放置在矩形壳体1中，并由压板弹簧7支撑，使上拱顶2A在矩形壳体1的敞口窗13中凸伸，并高出于矩形壳体1的上表面，水平翼板2C限位在矩形壳体1的顶板底面，使回弹压板2不被弹簧反力弹出，由顶部回弹压板2和矩形壳体1共同形成压电发电片容置腔。

如图5和图6所示，利用弹性不锈钢片按照压电发电片容置腔的形状制成压电片支撑体3，在压电片支撑体3的内表面粘贴压电发电片4，压电片支撑体3连同压电发电片4放置在压电发电片容置腔内，顶部回弹压板2的下拱顶2B抵于压电支撑体3的中部；行驶在发电振荡模块上的车辆使顶部回弹压板2中上拱顶2A连同下拱顶2B下压，利用下拱顶2B使压电片支撑体3受压变形，且压电发电片4随之变形，并在车辆离开发电振荡模块之后利用弹性体恢复形变，在压电发电片4上形成电能输出。

如图5和图6所示，压电片支撑体3是以弧形弹性不锈钢片制成，是由上下对合的上拱和下拱形成椭圆形内腔，在椭圆形内腔的两端固结有高弹橡胶体5，减小压电片支撑体3被长期频繁的下压将两端圆弧碾压变形，在上拱与下拱之间设置用于增强压电片支撑体3的回弹力的支撑体弹簧6，作为辅助回弹方式，提高装置的使用寿命，压电发电片4贴合在上拱的底面，将下拱固定焊接在矩形壳体1的底板上。由弹性不锈钢片制成的压电片支撑体3既能向压电发电片4传递压力，避免压电发电片4在回弹时过度倾斜，提高压电发电片的形变效益，也能有效保护压电发电片4不受损，增加压电发电片的回弹稳定性，减少磨损，且高弹橡胶体具有防水和防尘的作用。

如图4a和图7所示，在顶部回弹压板2上，位于水平翼板2C的顶面设置有阻水橡胶，利用阻水橡胶在水平翼板2C与矩形壳体1的顶板相接触的位置处形成阻水，使压电发电片容置腔得到封闭。

如图2、图7和图8所示，为了实现电连接，在矩形壳体1的一侧设置贯通孔，贯通孔所在位置的矩形壳体1的外表面设置有弧形凹槽，与压电发电片4通过导线电连接的内部接线柱10在贯通孔中贯通矩形壳体1，并凸出于矩形壳体1外表面上的弧形凹槽；在底座15的对应位置上呈水平设置外部接线柱11，外部接线柱11是由柱壳11B、压装在柱壳11B中的弹簧11C，以及前端导电珠11A构成的弹簧碰珠导电结构；导电珠11A在弹簧11C的抵压下嵌入弧形凹槽，并与内部接线柱10电连接，与导电珠11A电连接的导线9在底座15中引出。具体实施中，针对压电发电片4的两个输出端，在矩形壳体1的两侧分别设置导线引出结构，利用导电珠进行电连接，易于构件的更换和维修。

本实施例中振荡减速警示装置完成安装后的结构参数为：矩形壳体1的顶板表面高出道路表面14-17mm；顶部回弹压板2中上拱顶2A的最高位置高出道路表面18-23mm；底座15高出道路表面7-10mm；振荡模块16的宽度为50-60mm，长度为80-90mm，相邻行以及相邻列的振荡模块16之间矩形壳体1的间距为70-80mm；设置底座15的矩形外框在各侧边为能够形成缓冲的斜坡面，减小车辆碾压装置时产生的振动。

设置基板14为可卷弯成筒的薄钢板，使得该路面设施可以紧贴路拱安置于路面，在工厂完成各振荡模块16以及底座15在基板14上的安装，利用相邻行及相邻列的振荡模块16之间存在的间隔，将基板14连同振荡模块16和底座15卷弯成筒进行运输，在现场施工时可直接进行铺放与固定；为了实施装配和安装，如图3所示，在矩形壳体1在两侧分别设置有贯穿的壳体通孔8A，如图2所示，在底座15的对应位置上设置有底座通孔8B，利用螺栓在壳体通孔8A与底座通孔8B之间实施底座15与矩形壳体1的固定连接；如图2所示，在底座15的两端分别设置有竖向贯通的固定通孔12，利用栓柱通过固定通孔12将底座15固定连接在基板14上。

本实施例中基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置作为路面实施可以有不同形式的应用：

应用形式一：

如图9所示，将本实施例中基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置在路面上垂直于车辆行驶方向进行铺设，每道路面设施在沿车辆行驶方向上至少有两行振荡模块16，形成横向路面设施。

应用形式二：

如图10所示，将权利要求1的基于压电发电的可拆卸式振荡减速警示装置在路面上平行于车辆行驶方向铺设在道路两侧，单侧路面设施在垂直于车辆行驶方向上至少有两列振荡模块16，形成纵向路面设施。

具体实施中，可以将振荡模块16设置为两种不同的形式：一种是本实施例中发电振荡模块；另一种是仿形振荡模块；仿形振荡模块是在底座15中设置不变形的仿形构件，仿形振荡模块的外轮廓形状与发电振荡模块在非变形状态下的外轮廓形状相同。

针对两种不同形式的振荡模块16，为提高该路面设施的电能转换效率，在横向路面设施中，对于每行振荡模块16，处在车辆轮迹带的位置布置为发电振荡模块，处在车辆轮迹带以外的位置布置为仿形振荡模块；在纵向路面装置中，对于单侧路面装置中的两列振荡模块16，处在内侧的一列振荡模块16设置为发电振荡模块，外在外侧的一列振荡模块16设置为仿形振荡模块，内侧是指靠近道路中心的一侧。

设置单条车辆轮迹带的宽度为600-900mm，两条车辆轮迹带之间的间距为1000-1500mm，两条车辆轮迹带的中心线与所在车道的中心线重合，在道路的转弯处，根据转弯半径的大小在车辆轮迹带的内侧加宽100-150mm，车辆轮迹带的内侧是指朝向弯道中心的一侧。由于在车辆轮迹带所在位置铺设的发电振荡模块具有顶部回弹压板2，车轮碾压顶部回弹压板2所带来的振动小于碾压仿形振荡模块的振动，因此在司机驾车偏离车辆轮迹带时，车内感受到的振动和噪音不一样，以此提醒司机尽量保持行驶在轮迹带上，即在车道中间行驶，提高行驶安全性。

当车辆在发电振荡模块上驶过，利用顶部回弹压板2的下压使压电片支撑体3下陷形变，并在压电发电片4中产生电能；当汽车驶出时，顶部回弹压板2回弹，压电发电片4回复初始状态，同时再一次的形变同样产生电能，利用蓄能装置17实现储能，布置在路面上的各发电振荡模块并联连接至蓄能装置17。蓄能装置17可以有多种应用，比如：在偏僻山区危险路段，提供照明供电；为临时交通设施提供临时供电；为电动汽车提供临时电能补充等。