【正文】 ............... 41 致謝 ............................................................................................................................. 48 公路智能限高器設(shè)計(jì) 1 1. 緒論 公路智能限高器在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 限高器在國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r 限高器的研究中，機(jī)械機(jī)構(gòu)由于其易于實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較多。間接式升降不通過(guò)原動(dòng)機(jī)通過(guò)中間機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降，如通過(guò)滑輪組機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條等來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升降。 公路智能限高器設(shè)計(jì) 3 但是由于 PLC的針對(duì)性較強(qiáng)，每一臺(tái) PLC都是根據(jù)一個(gè)設(shè)備而設(shè)計(jì)的，所以?xún)r(jià)格較昂貴。在功能分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款公路智能限高器的結(jié)構(gòu)方案，使其滿足功能要求和美觀要求 . 在制定最佳結(jié)構(gòu)方案后，對(duì)公路限高器的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，包括主動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑輪組機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、裝配模型等 等； 根據(jù)相關(guān)簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，建立了限高器機(jī)械機(jī)構(gòu)的三維模型； 進(jìn)行智能升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括兩個(gè)主要部分：車(chē)輛檢測(cè)傳感器和控制總成。白天時(shí)車(chē)流量較大時(shí)，平均車(chē)速的降低將 會(huì)使該路段成為瓶頸，造成車(chē)輛的擁堵，特別是上下班高峰期如造成車(chē)輛通過(guò)速度的降低將會(huì)導(dǎo)致大面積擁堵或交通事故的發(fā)生。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要是由機(jī)械結(jié)構(gòu)和警示燈、傳感器、檢測(cè)器等外圍設(shè)備構(gòu)成，具有良好的可靠性。 公路智能限高器設(shè)計(jì) 7 (2)由于“卷閘門(mén)式”升降式限高機(jī)構(gòu)采用鏈傳動(dòng)或帶傳動(dòng)的形式，其傳動(dòng)比不變， 因此其平穩(wěn)性較好。 從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性、機(jī)構(gòu)的可靠性方面、平穩(wěn)性方面考慮，滑輪組升降限高機(jī)構(gòu)具 有以下缺點(diǎn)： (1)由于滑輪組升降機(jī)構(gòu)的自身結(jié)構(gòu)原因，其左右升降雖然采用同一電機(jī)，但兩邊鋼絲繩可能由于松緊情況會(huì)造成兩邊的高度和速度的不協(xié)調(diào)。根據(jù)中國(guó)公路道路寬度 3米，設(shè)計(jì)兩立柱之間的距離為 7m，因此鋼制限高桿的尺寸應(yīng)滿足該要求。 查《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)手冊(cè) (第二版 )》， S? 取 1， Z? 取 ， h? 取 由式 3—3和式 34算得： 2/ mkNWK ? (35) 根據(jù)升降機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，升降機(jī)構(gòu)受力最大的情況為風(fēng)正面吹向升降機(jī)構(gòu)時(shí)。 電動(dòng)機(jī)安裝在龍門(mén)架立柱上，其離地面高度為 滑輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說(shuō)明 滑輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要從改變運(yùn)動(dòng)方向和支撐兩個(gè)方面來(lái)考慮的。其中，一部分滑輪需要起到轉(zhuǎn)向的作用，另一部分滑輪需要起到支撐的作用。 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了公路智能限高器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于其上升和 下降時(shí)使用的原動(dòng)力不同，因此分別對(duì)限高桿重量和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了選型；隨后進(jìn)行了滑輪組的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了鋼絲繩、卷筒和滑輪的直徑，并對(duì)滑輪的位置進(jìn)行了布置；最后進(jìn)行了鋼制限高桿的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了其具體尺寸 ,并對(duì)材料進(jìn)行選擇。 智能 升降系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 基于公路智能限高器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定控制系統(tǒng)主要是由兩大部分構(gòu)成，車(chē)輛實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器和控制總成。 地磁檢測(cè)傳感器 地磁 檢測(cè)傳感器是一個(gè)基于磁力感應(yīng)的低功耗無(wú)線電通訊裝置，安裝于車(chē)道中間。 此外，地磁檢測(cè)傳感器獲得解析數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)的要求，解析后的數(shù)據(jù)一般包含 的信息有：車(chē)輛個(gè)數(shù)，車(chē)輛速度，車(chē)輛長(zhǎng)度，車(chē)輛間距等，這些數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)自的數(shù)據(jù)要求。其中，限高控制模組是控制總成核心組成部分，與不同外設(shè)進(jìn)行信息交互、指令接收發(fā)送的任務(wù)主要是由限高控制模組實(shí)現(xiàn)的；路由主要是配置 TCP／ IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)施的無(wú)線通信：電源系統(tǒng)是保證控制總成正常運(yùn)作的電力支持。調(diào)度控制軟件采用 c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)， ARMGCC進(jìn)行交叉編譯，執(zhí)行效率高，可移植性好。 公路智能限高器設(shè)計(jì) 35 參考文獻(xiàn) [1] 陳玉森 , 漢克 . 馮再仁等．用智能運(yùn)輸系統(tǒng)解 決交通問(wèn)題：運(yùn)用動(dòng)態(tài)模擬對(duì)上海高架橋和北京二環(huán)路的研究實(shí)例 [J]．第二屆北京國(guó)際智能交通系統(tǒng) (ITS)技術(shù)研討?hù)呒夹g(shù)與產(chǎn)品展覽會(huì)， 20xx， 9． [2] 黃從?。戏适虚L(zhǎng)江西路高架快速路的方案研究 [J]．城市道橋與防洪， 20xx， 1： 1_4， 11． [3] 申國(guó)朝，崔亞新等．鄭州市三環(huán)快速化工程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化研究 [J]．城市道橋與防洪， 20xx： 39． [4] 黃叢啟．合肥高架橋安裝限高架夜晚限高 2． 5 米確保高架橋安全 [R]．新安晚報(bào)， ． [5] 陳奉民，林永勝等．深圳港西部港區(qū)特大型高架橋梁 設(shè)計(jì) [J]．橋梁建設(shè)， 20xx， 1： ． [6] 趙雅靜．文化路立交橋一南北高架橋橋面改造工程 [J]．北方交通， 20xx(02)： 81． 85． [7] 胡竟強(qiáng)．公路橋梁支座更換施工技術(shù) [J]．公路與汽運(yùn)， 20xx(04)： 202． 203． [8] 林健安．超重車(chē)輛過(guò)圍墩高架橋的即時(shí)監(jiān)控與分析 [J]．交通技術(shù)， 20xx， 6(03)：“ 7 一 119． [9] 王榮輝，池春等．廣州市高架橋疲勞載荷車(chē)輛模型研究。 公路智能限高器設(shè)計(jì) 33 圖 智能升降系統(tǒng)軟件的控制流程圖 公路智能限高器設(shè)計(jì) 34 7. 結(jié)論 目前國(guó)內(nèi)常用的公路限高器設(shè)備分為固定高度限高和可變高度限高兩種。限高控制模組是有一系列的電路板構(gòu)成，具有接收傳感器信號(hào)、發(fā)送、發(fā)送信號(hào)控制指令和誘導(dǎo)信息指令，兼?zhèn)渫ㄓ嵞K、防雷模塊、漏電保護(hù)模塊、故障檢測(cè)模公路智能限高器設(shè)計(jì) 31 塊、 GPS模塊，詳細(xì)如圖所示： 圖 控制總成硬件 結(jié)構(gòu)圖 控制中心指令通過(guò)路由的 TCP 協(xié)議傳到限高控制模塊 ,限高控制模塊接收傳感器信號(hào) ,經(jīng)由限高模塊進(jìn)行信號(hào)處理將信號(hào)通過(guò) 485命令到驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)電機(jī) ,從而控制升降桿的升降指令作用 . 車(chē)輛通過(guò)地磁檢測(cè)傳感器 ,引起地磁的變化 ,經(jīng)由車(chē)輛檢測(cè)板和 485總線傳到限高控制模塊 ,限高控制模塊接收傳感器信號(hào) ,進(jìn)行信號(hào)處理 ,發(fā)送信號(hào)控制指令將輸出信號(hào)傳到下一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī) ,也達(dá)到控制升降桿的升降指令作用 . 限高控制模塊還可接受遙控器 ,按鍵數(shù)碼管等相關(guān)信號(hào) ,進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的處理 ,都能達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī) ,控制升降的作用 . 同時(shí) ,限高控 制模塊和控制中心指令是雙向連接 ,因而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信息經(jīng)由限高模塊的加工會(huì)返回到控制中心指令 ,從而發(fā)布誘導(dǎo)信息指令到外部的誘導(dǎo)屏 ,匝道信號(hào)控制等外部件 ,形成整個(gè)控制總成的功能實(shí)現(xiàn) , 公路智能限高器設(shè)計(jì) 32 軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)控制總成結(jié)構(gòu)圖分析 ,大部分零部件都可通過(guò)采購(gòu)而成 ,但在軟件設(shè)計(jì)方面，需要采用全新架構(gòu)的嵌入式 ARM～ Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)高效、可靠的嵌入式升降控制系統(tǒng)軟件。目前國(guó)內(nèi)使用的地磁檢測(cè)傳感器主要是無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)研究所研發(fā)的，此外還有一款地磁檢測(cè)傳感器是美國(guó) SENSYS公司研發(fā)的 sensor傳感器。每個(gè)傳感器內(nèi)嵌入了先進(jìn)的磁電阻感應(yīng)裝置，以 128赫茲的采樣率測(cè)量地球磁場(chǎng)的 X、 Y和 Z軸向量，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入范圍時(shí)，所測(cè)量磁場(chǎng)中的 X、 Y或 Z軸將發(fā)生明顯變化。控制總成模塊是由一系列的具有串口通信的電路板、路由器、電源等電子元件構(gòu)成。 公路智能限高器設(shè)計(jì) 24 從上述的情況分析結(jié)果可知，在受到外部壓力時(shí)，桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變都較小，基本不影響其安全性，因此桁架結(jié)構(gòu)的公路智能限高器系統(tǒng)整體上是安全可行的。轉(zhuǎn)向滑輪安裝在限高 器立柱上，支撐滑輪安裝在限高器橫梁上 .具體布置如圖所示： 圖 滑輪布置圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說(shuō)明 鋼制限高桿設(shè)計(jì) 鋼制主控桿通過(guò)鋼絲繩連接在其兩端，并在其軸端設(shè)置有導(dǎo)向輪以減少其與滑槽的摩擦。公式如下： mmsCd 9 9 0 0*0 7 in ??? (311) 其中，當(dāng)安全系數(shù) =， C=； S為載荷大小。根據(jù)初步尺寸進(jìn)行計(jì)算，鋼制限高桿的重量大于 40kg，滿足下降時(shí)的使用要求。 主動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 限高桿重量的確定 按上所述，鋼制限高桿的重量不應(yīng)過(guò)大或過(guò)小，重量過(guò)大將會(huì)需要較大功率和扭矩的電動(dòng)機(jī)，重量過(guò)小將無(wú)法克服滑輪組的摩擦力而下降，因此有必要確定限高桿的最小重量。 結(jié)構(gòu)方案選型 由于限高器的使用率非常高且數(shù)量較多，因此對(duì)限高器的安全性及成本控制的要求較高。 方案二一滑輪組限高機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)類(lèi)似于電動(dòng)升降晾衣架，滑輪組限高機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、卷筒、滑輪組、離合器、手搖器、鋼絲繩等設(shè)備組成，下圖所示為滑輪組限高機(jī)構(gòu)原理圖。限高桿放置在龍門(mén)架的之間，便于實(shí)施限高功能；視頻監(jiān)控設(shè)備 (即高清相機(jī) )安裝在龍門(mén)架的上方，使拍攝的死區(qū)最小； LED顯示屏和組合禁令標(biāo)牌安 裝在龍門(mén)架正面；相關(guān)輔助標(biāo)志及警示燈具安裝在龍門(mén)架的右側(cè)立柱上：控制箱 (遙控、手控接口 )安裝在龍門(mén)架的左側(cè)立柱上；其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在龍門(mén)架的背面(如滑輪機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ) 圖 智能限高器安裝示意圖 公路智能限高器設(shè)計(jì) 6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步方案 方案一 一 “卷閘門(mén)式”限高機(jī)構(gòu) 下圖所示為“卷閘門(mén)式”升降限高機(jī)構(gòu)的工作原理，其結(jié)構(gòu)原理類(lèi)似與卷閘門(mén)，主要由電動(dòng)機(jī)、中心軸、多關(guān)節(jié)活動(dòng)的門(mén)片 (或鋼絲繩 )、離合器、手搖器等設(shè)備組成。當(dāng)駕駛?cè)藛T對(duì)限高架高度與車(chē)輛高度進(jìn)行判斷時(shí)，會(huì)造成車(chē)輛通過(guò)該路段時(shí)平均速度降低，使道路通行能力變差。 總結(jié)和思考，給出了后續(xù)研究的相關(guān)方向和方法。如各種測(cè)控系統(tǒng)、過(guò)程控制、機(jī)電一體化。同時(shí)公共交通車(chē)輛也會(huì)受到影響，如圖所示，這些事情在采用以龍門(mén)架為主的限高器城市內(nèi)，屢屢發(fā)生、層出不窮，嚴(yán)重影響了城市居民日常出行生活和公共安全應(yīng)急管理部門(mén)的運(yùn)行。如吉林大學(xué)劉建領(lǐng)設(shè)計(jì)的移動(dòng)式救援升降梯， Singh S和 Kumars運(yùn)用 Taguchits正交陣列方法對(duì)一種液壓升降機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使升降機(jī)構(gòu)的性能得到了提高；如李光升進(jìn)行的施工升降機(jī)安全評(píng)價(jià)模糊專(zhuān)家系統(tǒng)研究，獲得了施工升降機(jī)安全評(píng)價(jià)項(xiàng)目權(quán)重系數(shù)的評(píng)定方法；如武漢理工大學(xué)吳松的升降式地鐵雨棚的設(shè)計(jì)及安全性研究；如 Minav Tatiana A等人提出了一種電液升降裝置的控制方法，提高了升降系統(tǒng)的性能 限高器的在國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)內(nèi)目前對(duì)限高器的主要研究中 ,屬龍門(mén)架的研究較多，如江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司的張進(jìn)、張又白等設(shè)計(jì)了一種限高龍門(mén)架，其方法是在橫梁下端 15～ 20mm的下方間隔設(shè)置了一些防撞的短梁，并在橫梁下端 30～ 40mm的下方設(shè)置了掛物，當(dāng)超高車(chē)輛通過(guò)時(shí)，懸掛物可以發(fā)出響聲以提醒超高車(chē)輛駛離該路段。s intelligent limit high road. The structure of the program and then carried out a detailed design of intelligent mechanical structure height limit. At the same time control system design, it consists of two main parts: the vehicle detection sensors and control assembly. Clear the vehicle detection sensor performance requirements and models, and control assembly hardware design and software design are described in detail. This paper presents a height limit on the basis of the existing road, easy installation, high reliability, good limiter mechanism, and the design of the corresponding intelligent control system. Key Words： Height limit, a structural design, intelligent control systems Ⅰ 目錄 1. 緒論 .......................................................................................................................... 1 限高器在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 現(xiàn)狀 ......................................................................... 1 研究的目的、內(nèi)容及意義 ............................................................................. 2 2. 智能限高器總體設(shè)計(jì)方案的選擇 ................................................