公路智能限高器设计本科毕业设计(编辑修改稿)

公路智能限高器设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

.... 35 附录 A：外文翻译 ...................................................................... 错误 !未定义书签。 附录 B：外文原文 ...................................................................................................... 41 致谢 ............................................................................................................................. 48 公路智能限高器设计 1 1. 绪论 公路智能限高器在国内外的发展现状 限高器在国外的发展状况 限高器的研究中，机械机构由于其易于实现，国内外相关研究较多。 目前国内外的机械机构生产厂家 和研究机构的研究主要集中在升降机构的结构设计及相关参数优化设计、升降机构的可靠性、升降控制和升降机构的节能环保等方面。 如吉林大学刘建领设计的移动式救援升降梯， Singh S和 Kumars运用 Taguchits正交阵列方法对一种液压升降机构的参数进行了设计，使升降机构的性能得到了提高；如李光升进行的施工升降机安全评价模糊专家系统研究，获得了施工升降机安全评价项目权重系数的评定方法；如武汉理工大学吴松的升降式地铁雨棚的设计及安全性研究；如 Minav Tatiana A等人提出了一种电液升降装置的控制方法，提高了升降系统的性能 限高器的在国内发展状况 国内目前对限高器的主要研究中 ,属龙门架的研究较多，如江苏省交通规划设计院有限公司的张进、张又白等设计了一种限高龙门架，其方法是在横梁下端 15～ 20mm的下方间隔设置了一些防撞的短梁，并在横梁下端 30～ 40mm的下方设置了挂物，当超高车辆通过时，悬挂物可以发出响声以提醒超高车辆驶离该路段。 但对限高器的自动升降的研究目前还较少，仅有苏州一家，为卷闸门厂家，目前尚无相关设计资料公开，但从用户的反馈情况来看，其产品存在可靠性差、安全性能较低等缺点。 目前升降式机构在生产生活中十分常见，如起重机、电梯、卷闸门、窗帘等设施和设备。 升降机构可实现的方法很多，按照驱动装置的种类可分为电力驱动、内燃机驱动和人力驱动。 按照升降的原理可分为直接驱动式和间接驱动式。 直接驱动的 方法有很多，可采用液压机构推动液压缸直接驱动机构升降；也可采用丝杆螺母组合的方式来进行升降；也可通过步进电机来实现升降。 间接式升降不通过原动机通过中间机构来实现升降，如通过滑轮组机构、连杆机构和齿轮齿条等来实现设备的升降。 国内限高器大多采用龙门架式，但龙门架都是固定式的，费用高、灵活性差，而且不具备在特殊情况下特殊管理的性能，一旦安装限高龙门架，只能通过在高度范围之内的车辆，但是这在一定程度中严重影响了用于安全应急特种车辆的通行和应急反应效率，例如：消防车、救护车、救援车辆、公交车辆等 ,特种车辆在执行任务 时不得不绕开限高架，绕行抵达现场，严重影响了应急反映能力，造成了严重的经济损失和人员伤亡，如图所示，消防车被限高器拦截。 同时公共交通车辆也会受到影响，如图所示，这些事情在采用以龙门架为主的限高器城市内，屡屡发生、层出不穷，严重影响了城市居民日常出行生活和公共安全应急管理部门的运行。 公路智能限高器设计 2 图 消防车被限高架拦住 图 车辆与限高架碰撞 研究的目的、内容及意义 我国目前生产限高器的厂家很多，但几乎所有的设备都不具有升降控制功能，基本上都是按一定高度进行设计生产的。 公路智能限高器的智能升 降系统成为了提供城市道路日常管理水平的重要工具，同时也提升了城市道路的整体交通环境和美观舒服度。 因此如何设计一款应用于中国大多城市的公路限高器，并实现智能化的升降控制，成为重要的研究课题。 而目前国内的智能化升降控制不免都要涉及到由可编程控制器（ PLC）或微型计算机组成的智能升降控制系统，微型计算机控制正以很快的速度发展着。 可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适 应很多工业控制现场的恶劣环境，所以现在的控制系统主要还是由可编程控制器控制。 公路智能限高器设计 3 但是由于 PLC的针对性较强，每一台 PLC都是根据一个设备而设计的，所以价格较昂贵。 然而单片机却便宜许多 ,随着电子信息与通信技术的发展，单片机控制技术也在不段更新。 如各种测控系统、过程控制、机电一体化。 在机械、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。 而机械控制结构则是属于机械类中不可替代的一个重要的系统结构，它也必须依靠单片机这种高科技产品的辅助，提高其功能。 预计未来单片机的使用将越来越普及。 本文设计了一种在现有公路道路基本条 件的基础上，易于安装、可靠性好的智能限高器，并设计了相应的智能升降控制系统。 本文的主要研究内容为： 阐述论文的研究背景和意义，并分析限高器和智能升降控制系统的国内外研究现状，确定论文的研究发展路线； 根据国内现有的道路条件和基础设施，分析智能限高器的工作过程和功能要求，确定限高器机械机构结构要求和研究方法。 在功能分析的基础上设计一款公路智能限高器的结构方案，使其满足功能要求和美观要求 . 在制定最佳结构方案后，对公路限高器的机械结构进行了详细的设计，包括主动机构、滑轮组机构、执行机构、装配模型等 等； 根据相关简化标准，建立了限高器机械机构的三维模型； 进行智能升降控制系统的设计，包括两个主要部分：车辆检测传感器和控制总成。 明确了车辆检测传感器的性能要求和型号，并对控制总成的硬件设计和软件设计进行了详细的描述。 总结和思考，给出了后续研究的相关方向和方法。 通过本课题的研究，可以解决国内公路限高器目前存在的一些问题，掌握公路限高器机械机构的设计方法，也可以了解限高器的控制方法和控制规律，从而达到人性化的目的，为国内公路限高器的设计和生产提供一定的基础，同时也可以为其他智能控制升降系统的开 发研究积累一定的经验，具有一定的参考意义。 公路智能限高器设计 4 2. 智能限高器结构总体方案的设计 车辆通过性对限高系统的要求 在城市一般道路与一般交通的条件下，并在不受平面交叉口影响时，一条机动车车道的可能通行能力按下式计算： ip tN /3600 (21) 式中： Np ： 一条机动车车道的路段的可能通行能力； Ti ： 连续车流 平均车头间隔时间。 从式 21中可以看出，道路的可能通行能力与连续车流平均车头时间 ti成反比，而ti随着车辆通过该路段的平均速度增大而减小，因此道路的可能通行能力随着车辆通过该路段的平均速度增大而提高。 为了保障高架桥入口的可能通行能力，在设计新的限高系统时，不应使车辆通过该路段的平均速度降低，否则将会影响道路的可能通行能力，严重时可能会造成交通拥堵。 车辆对限高器机械结构的参数要求 按照规定，高度 (含载物 )2m以下的小型车辆，可通过限高架驶入有限高要求的道路。 白天时车流量较大时，平均车速的降低将 会使该路段成为瓶颈，造成车辆的拥堵，特别是上下班高峰期如造成车辆通过速度的降低将会导致大面积拥堵或交通事故的发生。 当限高架过低时，会对驾驶员的视野造成一定的影响，同时会给驾驶人员带来一定的心理负担。 当驾驶人员对限高架高度与车辆高度进行判断时，会造成车辆通过该路段时平均速度降低，使道路通行能力变差。 由于白天车流量较大且交警执法力度大，大货车、渣土车等大中型车辆无法进入高架桥，所以在白天时应将限高架的高度应不能对驾驶员的视野造成影响。 基于此目的出发，将限高架的高度与目前道路常用的龙门架式限高器高度相同，约为 ，因此白天将限高器限高高度设置为 ，该高度不会给小型车辆驾驶人员带来心理负担，不会降低车辆通过该路段的通行能力。 在夜间时，由于车流量较小，车辆通过该路段的平均速度的稍微降低将不会影响夜间的交通状况，不会造成拥堵的发生，为了保证小型车辆的顺利通过，在进行设计时保证一定设计余量，将夜间限高架限高高度设置为。 设计方案的基本准备 系统组成及功能 本文设计公路智能限高器主要由智能控制系统和机械结构系统组成，机械结构系统主要由机械传动系统、视频监控系统、诱导发布系统 等组成。 智能控制系统主要对道路限高器进行智能升降控制，实现视频监控、车辆检测、智能限高等多项功能，便于交通公路智能限高器设计 5 车辆通行，对车流量进行管控。 机械结构系统主要是由机械结构和警示灯、传感器、检测器等外围设备构成，具有良好的可靠性。 结构功能 根据上述论述，智能限高器机械结构应具备以下功能： (1)按照控制需求，机械结构应能根据输入后端信号、遥控信号或手摇进行自由升降，并能在三种控制中相互变换； (2)为了实现可变限高控制，升降杆应能根据信号在 ～ 5m之间任何高度停止并保持； (3)在停电时，机械结构 应具有手摇装置，以满足现场限高高度变化的要求； (4)为满足使用性要求，手摇柄高度位置距离地面合适，不应过高或过低，同时手摇柄所需力矩应较小，所需操纵力应小于 3kg； (5)机械机构安装限位装置，防止出现意外导致升降杆过高或过低，影响道路通过性； 具体安装位置 根据现有的公路龙门架为设计基础，以及智能限高器的功能要求，设计公路智能限高器的具体安装位置如下图所示。 限高杆放置在龙门架的之间，便于实施限高功能；视频监控设备 (即高清相机 )安装在龙门架的上方，使拍摄的死区最小； LED显示屏和组合禁令标牌安 装在龙门架正面；相关辅助标志及警示灯具安装在龙门架的右侧立柱上：控制箱 (遥控、手控接口 )安装在龙门架的左侧立柱上；其他传动机构安装在龙门架的背面(如滑轮机构或其他机构等传动机构 ) 图 智能限高器安装示意图 公路智能限高器设计 6 结构设计初步方案 方案一 一 “卷闸门式”限高机构 下图所示为“卷闸门式”升降限高机构的工作原理，其结构原理类似与卷闸门，主要由电动机、中心轴、多关节活动的门片 (或钢丝绳 )、离合器、手摇器等设备组成。 “卷闸门式”升降式限高机构的工作过程为：当有电时，电动机通过链轮驱动中心轴 转动，完成卷帘帘片 (或钢丝绳 )的升降，上升时卷帘帘片 (或钢丝绳 )绕在中心轴上，降落时卷帘帘片 (或钢丝绳 )顺着导轨内侧滑下，经过控制设备来完成其上升、下降、停止等动作。 当停电时，当停电时或电动机无法正常工作时，通过手摇柄控制限高杆的升降。 为了满足限高杆在任意位置停止的功能要求，因此电动机带有自动刹车装置。 在手摇控制时，首先应采用离合器将电动机与卷筒脱开，然后才能通过转动手摇柄控制限高杆的升降。 图 ”卷闸门 ”式限高结构原理图 “卷闸门式”升降式限高机构的优点 从运动协调性、平稳性考虑， “卷闸门式”升降式限高机构具有以下优点 (1)由于其采用中，卷轴和卷帘帘片的形式，其钢制限高的左右两边运动协调性良好。 公路智能限高器设计 7 (2)由于“卷闸门式”升降式限高机构采用链传动或带传动的形式，其传动比不变， 因此其平稳性较好。 “卷闸门式”升降式限高机构的缺点 从可重量成本、实现性、维修性方面考虑，“卷闸门式”升降式限高机构具有以下缺点： (1)由于卷轴和电动机之间的距离较远，在使用链传动或带传动时需安装导向轮 ,而由于龙门架本身空间有限，在安装过多设备时会相当困难； (2)由于“卷闸门式”升降式限高机构 的自身结构，卷轴易损坏，其损坏后维修及 不方便。 方案二一滑轮组限高机构 结构类似于电动升降晾衣架，滑轮组限高机构主要由电动机、卷筒、滑轮组、离合器、手摇器、钢丝绳等设备组成，下图所示为滑轮组限高机构原理图。 滑轮组限高机构工作过程为：当有电时，电动机拖动卷筒转动通过滑轮组控制限高杆的上下运动，杆件的上升运动由电动机逆时针转动 (沿电动机输出轴端看 )执行，杆件的下降运动由电动机的顺时针运动执行；当停电时或电动机无法正常工作时，通过手摇柄控制限高杆的升降。 为了满足限高杆在任意位置停止的功能要求，因此 电动机带有自动刹车装置。 在手摇控制时，首先应采用离合器将电动机与卷筒脱开，然后才能通过转动手摇柄控制限高杆的升降。 手摇柄顺时针 (沿手摇柄输出轴端看 )转动时，限高杆上升，相反则下降。 公路智能限高器设计 8 图 滑轮组限高结构原理图 滑轮组式限高机构的优点从结构形式、可实现性、安装维修、成本的角度考虑，具有以下优点 (1)滑轮组限高机构利用电动升降晾衣架的结构原理实现升降机构的功能，其结构简单，实现方便，且该形式的升降机构安装方便，便于维修和维护： (2)滑轮组升降限高机构 能将滑轮组、钢丝绳等设各隐藏在龙门架的背后或上方 ,其不影响龙门架的美观性，而且具有结构紧凑、节省空间的优点； (3)其成本较低，除部分设备外，其余产品都能使用成品件，。