一種車輛阻停裝置設(shè)計(jì)

楊云雪，徐慧瑩，鄒 輝，胡天釗，楊 雷，張健偉

（北華大學(xué)，吉林 吉林132013）

目前，車輛阻停裝備所采用技術(shù)多為設(shè)置路障和布置阻車釘扎胎放氣2種方式[1]。剛性路障主要通過提前施工安裝水泥墩、液壓阻車升降樁等，急停效果好、攔車時(shí)間短[2]；缺點(diǎn)是需要提前設(shè)置，施工復(fù)雜，且對(duì)于攔截車輛和車內(nèi)乘員造成的傷害巨大[3]。傳統(tǒng)阻車釘只能對(duì)普通輪胎進(jìn)行扎胎放氣，不能短距離內(nèi)有效攔截車輛，且對(duì)于裝備了安全輪胎的車輛無法有效攔截，這類車輛在輪胎被刺針穿破放氣的情況下仍然可以行使數(shù)百千米。除此之外，傳統(tǒng)的阻車裝備大多數(shù)采用剛性攔截和輪胎泄氣方式[4]，這也使得車輛被攔截后仍然可以遠(yuǎn)距離行駛。攔截車輛速度過快容易造成車毀人亡，無法保證攔截的有效性和時(shí)效性，而且由于裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜也造成安裝上的困難，尤其是對(duì)極端車輛沖撞和劫持人質(zhì)車輛的處置更是無法實(shí)現(xiàn)快速布防、安全智能的阻截，并且對(duì)車輛的破壞性極強(qiáng)。除此之外還有化學(xué)試劑制動(dòng)、電子失能制動(dòng)、干擾視線阻停車輛等方法[1]，但這些方法和技術(shù)都并不成熟，也存在著技術(shù)要求高和造價(jià)高的問題，因此這些方法并不常使用。

發(fā)達(dá)國(guó)家按照不同阻停技術(shù)原理發(fā)展了多種阻車器材，而國(guó)內(nèi)的阻車手段多以布置阻車釘及設(shè)置路障為主，研發(fā)的阻車器材存在機(jī)動(dòng)性差、布置困難、無法有效阻停、車輛失控、容易造成傷亡等缺陷，需要進(jìn)一步從車輛實(shí)際行駛過程中的各個(gè)因素來探究車輛阻停技術(shù)，在有效阻?？梢绍囕v的同時(shí)，又能降低乘員傷亡風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種新型車輛阻停裝置。針對(duì)上述阻停裝置的使用缺陷，將阻車網(wǎng)和阻車釘結(jié)合在一起，使裝配方式更加可靠合理，阻車網(wǎng)采用特殊材料編織而成，阻車釘經(jīng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度優(yōu)化，可有效破入常見的各類輪胎。阻停裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、布置簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活且廣泛，可有效克服目前常用阻車器材普遍存在的無法有效阻停、容易造成車輛失控的問題。

1 車輛阻停裝置的設(shè)計(jì)方案及工作原理

1.1 設(shè)計(jì)方案

該車輛阻停裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該裝置主要由阻車釘、伸縮架（基座）、纏軸阻車網(wǎng)[3]、微型GPS定位器和蜂鳴器共4部分組成。

圖1 車輛阻停裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖

阻停裝置是通過扎破輪胎放氣及纏繞輪軸來迫使車輛停止運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，能快速扎破大多數(shù)橡膠輪胎且放氣迅速。美中不足的是阻停裝置對(duì)于中型貨車及以上重型貨車則有所不足，無法使其停下。加裝微型GPS定位器和蜂鳴器則可在阻停無效后仍能繼續(xù)追蹤逃逸車輛，對(duì)于日常追捕、安全迫停效果較好。車輛阻停裝置優(yōu)化后，大大降低了該裝置布置場(chǎng)所的局限性。裝置使用時(shí)，需提前組裝所有局部裝置，在攔截車輛經(jīng)過路段布置完成。

1.2 工作原理

阻車釘、伸縮架（基座）部分：車輛經(jīng)過時(shí)，阻車釘插入輪胎中并脫離伸縮架使輪胎胎壓快速降低，導(dǎo)致汽車前進(jìn)困難。阻車釘采用空心結(jié)構(gòu)來達(dá)成快速放氣的目的，伸縮架用來布置和收取裝置，起到便于攜帶和布置裝置的作用，同時(shí)起到放置支撐阻車釘和連接阻車網(wǎng)的作用。

阻車網(wǎng)部分：阻車網(wǎng)和釘子相連接并利用車輪的前進(jìn)纏繞在輪轂甚至輪軸上，使汽車的車速再一次下降，如果該車輛為手動(dòng)擋則會(huì)導(dǎo)致脫檔使汽車停止，若為自動(dòng)擋則導(dǎo)致汽車前進(jìn)阻力增加，難以繼續(xù)行駛。阻車網(wǎng)采用特殊材料編織而成，具有良好的纏繞性、穩(wěn)定性和耐磨性，使阻車網(wǎng)在纏繞上汽車輪轂及輪軸時(shí)盡量不會(huì)扯斷，同時(shí)還能避免汽車發(fā)生側(cè)滑。

微型GPS定位器和蜂鳴器部分：若攔截失效，附著在阻車網(wǎng)上的GPS開始發(fā)出蜂鳴聲來進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)在相應(yīng)定位軟件上提供GPS所在方位[5]，以便進(jìn)行追蹤來進(jìn)行第二次攔截。其表現(xiàn)為在阻車釘失效、阻車網(wǎng)纏繞效果不理想、地面附著力小導(dǎo)致阻車網(wǎng)與地面摩擦難以降速等其他意外情況導(dǎo)致阻停失敗時(shí)，蜂鳴器向周圍人群報(bào)警的同時(shí)GPS裝置報(bào)告目標(biāo)實(shí)時(shí)位置輔助追蹤。

2 車輛阻停裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料

2.1 伸縮式阻車釘與基座設(shè)計(jì)及材料

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

阻車釘采用空心結(jié)構(gòu)來達(dá)成迅速放氣的目的，如圖2所示。伸縮架可展開布網(wǎng)和收起網(wǎng)釘，便于攜帶和布置阻停裝置，同時(shí)起到放置支撐阻車釘和連接阻車網(wǎng)的作用。

總而言之，現(xiàn)代信息化為體育教學(xué)提供了有利平臺(tái)，促進(jìn)了教育的個(gè)性化發(fā)展。高校體育作為國(guó)家體育各項(xiàng)工作展開與實(shí)施的改革前沿陣地，有著舉足輕重的地位。在發(fā)展體育建設(shè)的道路中，肯定會(huì)出現(xiàn)一些問題，所以在現(xiàn)代教學(xué)信息化的背景下，學(xué)校應(yīng)提高對(duì)體育教學(xué)多方面的認(rèn)識(shí)，建立健全的信息化資源設(shè)施，合理創(chuàng)新信息化體育課堂，重視師生信息化能力培養(yǎng)，從整體上促進(jìn)高校體育的全面發(fā)展。

圖2 阻車釘設(shè)計(jì)及布置示意圖

伸縮架為平行四邊形可伸縮式結(jié)構(gòu)，采用厚5 mm的高強(qiáng)度材料，能在保證置地平穩(wěn)性的同時(shí)避免汽車從上方經(jīng)過產(chǎn)生裂口，可以多次重復(fù)使用。為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用螺絲將基座與伸縮架固定，如圖3所示。

圖3 基座與伸縮架結(jié)合示意圖

2.1.2 基座與阻車釘材料

基座和阻車釘采用合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA，可進(jìn)行低溫退火，使抗剪強(qiáng)度達(dá)到440～6 000 MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到550～750 MPa，伸長(zhǎng)率16%，屈服點(diǎn)1 450 MPa。

30CrMnSiA具有高強(qiáng)度與良好塑性，即具有良好的綜合力學(xué)性能。30CrMnSiA調(diào)質(zhì)后有很高的強(qiáng)度和足夠的韌性，淬透性也好，并且具有良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能優(yōu)秀。其化學(xué)元素成分含量如表1所示。

表1 30CrMnSiA材料成分

2.2 阻車網(wǎng)設(shè)計(jì)及材料

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

菱形網(wǎng)目的網(wǎng)沿著受力方向的延伸變形能力較方形網(wǎng)目的要好[6]，阻車網(wǎng)可以吸收較大的動(dòng)能，使車輛安全快速停止運(yùn)動(dòng)，所以選用菱形網(wǎng)目作為阻車網(wǎng)的網(wǎng)目形狀，如圖4所示。網(wǎng)目長(zhǎng)軸方向與汽車行駛方向平行，這種布置形式有利于網(wǎng)對(duì)車輪和車軸的纏繞。

圖4 阻車網(wǎng)網(wǎng)目

網(wǎng)目尺寸過大會(huì)使網(wǎng)釘之間的距離過大，輪胎可能從網(wǎng)釘之間的縫隙中穿過，使破胎效果不理想。若網(wǎng)目尺寸過小，會(huì)使阻車網(wǎng)的質(zhì)量增大，從而不利于纏網(wǎng)[6]。因此網(wǎng)目的尺寸應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，即網(wǎng)目尺寸及相鄰2個(gè)網(wǎng)結(jié)的距離不可大于承重車輪和轎車車輪最小胎面寬度。因承重輪胎面寬度為145～457 mm，轎車輪胎為133～331 mm，所以選用的目腳為60 mm（目腳長(zhǎng)度是度量網(wǎng)目尺寸的指標(biāo)）。

有結(jié)網(wǎng)相較于無結(jié)網(wǎng)強(qiáng)度高、受力延遲低，所以選擇了有結(jié)網(wǎng)。雖然有結(jié)網(wǎng)中死結(jié)耗線率較高，在同等規(guī)格下較其他打結(jié)方式較重，但網(wǎng)結(jié)牢固、不易松脫。另外，為了進(jìn)一步提高牢固度又不至增加網(wǎng)體質(zhì)量，采用在原有死結(jié)上多繞一圈來構(gòu)成雙死結(jié)。

微型GPS定位器和蜂鳴器布置示意圖如圖5所示。在阻車網(wǎng)一水平線結(jié)點(diǎn)均勻裝置3個(gè)微型GPS定位器和蜂鳴器（將微型GPS裝置在微型蜂鳴器內(nèi)），兩兩GPS定位器之間距離大于等于市場(chǎng)汽車一般輪距（一般轎車輪距為1 400～1 800 mm，即2個(gè)GPS定位器之間距離可設(shè)置為800～1 000 mm），大大提高了報(bào)警器使用效果，防止車胎破壞報(bào)警裝置而導(dǎo)致報(bào)警裝置無效，以警示周圍車輛避讓，減少對(duì)周邊車輛和行人的傷害，而且使沖卡車輛目標(biāo)明顯，在阻停無效后仍能繼續(xù)追蹤逃逸車輛。

圖5 微型GPS定位器和蜂鳴器布置示意圖

2.2.2 阻車網(wǎng)材料

網(wǎng)繩纖維采用PE或芳綸高性能纖維制成的繩索，質(zhì)量輕、直徑小、柔性好、強(qiáng)度高不易盤結(jié)[7]。

高性能有機(jī)纖維UHMWPE因強(qiáng)度極高、密度小、耐水性好，在深水釣魚用的釣魚絲、拖繩、拖船等方面有廣泛的應(yīng)用，也滿足了本文所設(shè)計(jì)裝置對(duì)于阻車網(wǎng)強(qiáng)度大、質(zhì)量輕、柔挺性好的要求。另外，為了便于編織網(wǎng)繩與進(jìn)一步提升纖維強(qiáng)度，會(huì)對(duì)纖維進(jìn)行浸膠處理[6]。

3 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的阻停裝置將阻車釘、阻車網(wǎng)、微型警報(bào)器和定位裝置阻停效果集中于一體，對(duì)阻車釘、阻車網(wǎng)結(jié)構(gòu)及材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可疑車輛通過時(shí)，阻車釘破入輪胎和阻車網(wǎng)纏繞輪轂迫使車輛制動(dòng)，裝置在阻車網(wǎng)上的警報(bào)器工作，警示周圍人群及時(shí)躲避可疑車輛，以免造成人員傷亡。若攔截失效，可根據(jù)裝置于警報(bào)器內(nèi)部的定位裝置追蹤，在可疑車輛途徑路段進(jìn)行二次攔截。在阻車網(wǎng)上合理布置警報(bào)器與定位裝置這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不僅大大降低環(huán)境破壞、財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡等惡性事件的發(fā)生，而且彌補(bǔ)了可疑車輛阻停無效后無法精準(zhǔn)追蹤的不足。值得一提的是，本文阻停裝置的高效率、低成本優(yōu)勢(shì)更會(huì)讓它具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，甚至可以作為一種常見的保障設(shè)施之一。