【文章內(nèi)容簡介】 0mm、壁厚為5mm的圓鋼。按照設計，鋼制主控桿受力與簡支梁相同，主要受鋼絲繩的拉力作用和其本身的重力作用，鋼絲繩距龍門架距離較近，其距離可忽略不計，因此兩鋼絲繩之間的距離為8m。 根據(jù)受力分析(如上圖所示)，鋼制限高桿變形最大處位于其中間位置，假設鋼絲繩在受力情況下不產(chǎn)生變形，則限高桿的最大彎矩及最大變形量分別為： (3—14) (3—15)均布力q大小為其密度p及其厚度大小有關；其大小為： (3—16)將上式帶入到其中，可以得到其最大變形為： (3—17) 根據(jù)計算，其變形量較小，滿足使用要求，故選擇鋼制主控桿的材料為直徑為100mm，厚度為5mm的無縫鋼管。若將鋼管換成桁架結構顯然也符合力學性能。 材料選擇龍門架鋼結構采用Q235結構鋼，屈服強度為235MPa；限高桿桿采用3A21一0鋁合金型材，抗拉強度130MPa，屈服強度95MPa；鋼絲繩采用經(jīng)驗公式進行了選擇其直徑，有較大的安全余量；因此在進行有限元模型分析時，將鋼絲繩彈簧單元，只受鋼絲繩方向的拉力，對長桿進行約束。 本章小結本章主要進行了公路智能限高器的機械結構設計，由于其上升和下降時使用的原動力不同，因此分別對限高桿重量和電動機進行了選型；隨后進行了滑輪組的設計計算，確定了鋼絲繩、卷筒和滑輪的直徑，并對滑輪的位置進行了布置；最后進行了鋼制限高桿的設計計算，確定了其具體尺寸,并對材料進行選擇。4. 智能限高架的各零部件的三維建模智能限高器的結構主要有限高龍門架，電機，滑輪，卷筒，升降桿，墊圈，軸承等 限高龍門架 龍門架鋼結構采用Q235結構鋼，屈服強度為235MPa， 限高龍門架 限高龍門架零件圖 滑輪采購銅制結構滑輪，其三維建模如圖所示 滑輪結構 滑輪零件圖 卷筒 卷筒卷鋼絲繩子，其三維建模如圖 電機電機采用Festo EMMSST57SSBG2步進電機，其三維建模如圖所示 升降桿升降桿結構采用合金鋼結構，其三維建模如圖 圖 限高桿 滑槽鋁合金型材焊接，槽深50，寬度60 限高架結構裝配圖限高龍門架鋼結構采用Q235結構鋼，屈服強度為235MPa；升降桿采用3A21一0鋁合金型材，抗拉強度130MPa，屈服強度95MPa；鋼絲繩采用經(jīng)驗公式進行了選擇其直徑，有較大的安全余量5. 桁架的強度與剛度的計算與校核：如圖51，選材質為合金鋼，由圖中可知材料的屈服強度為：620MPa 定義材質：如圖，對桁架兩端與限高器連接部分進行約束 定義夾具 確定外部載荷，升降桿主要受自身重力的載荷，并且作用在限高器橫梁上40kg的重量，因此定義外部載荷F= 40*10=400N的壓力 定義外部載荷 應力、應變的分析結果 桁架受載局部圖計算結果顯示：； ：，發(fā)生在桁架的兩端；負向最大位移為：，發(fā)生在桁架的正中間；。從上述的情況分析結果可知，在受到外部壓力時，桁架結構的應力應變都較小，基本不影響其安全性，因此桁架結構的公路智能限高器系統(tǒng)整體上是安全可行的。6. 智能升降系統(tǒng)的設計 智能升降系統(tǒng)的基本功能智能限高器的控制模式以實時自動控制為主，人工控制為輔，其中人工控制包括：遙控控制、電動按鈕控制和手搖機械控制。(1)自動控制模式：即到達系統(tǒng)預設升降時間，直接接收后臺下達的升降指令并執(zhí)行，包括升降時間、升降速度等，當?shù)诌_至桿件限制高度時，自動停止，無需人工干涉。(2)遙控控制模式：即現(xiàn)場執(zhí)勤人員，可根據(jù)實際交通需要或者特殊情況時，采用遙控器，發(fā)送指令給控制總成，控制桿件升降。(3)開關電動控制模式：即在網(wǎng)絡中斷或者其他特殊情況下，啟用控制盒中的電動控制按鈕對桿件實行升降操作。(4)手搖機械控制模式：即采用傳統(tǒng)的手搖式對限高桿件進行升降控制，在維修或者供電中斷(無法啟動備用電源)。 智能升降系統(tǒng)的總體設計基于公路智能限高器智能控制系統(tǒng)的設計要求，確定控制系統(tǒng)主要是由兩大部分構成，車輛實時檢測傳感器和控制總成。其中，車輛檢測傳感器主要是用于檢測前方是否有車輛駛入匝道和駛入的運動狀態(tài)基本信息，如速度、車型，便于控制總成及時調整相應的控制策略。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、電源等電子元件構成?？刂葡到y(tǒng)總體控制邏輯如圖所示： 智能升降控制系統(tǒng)總體控制邏輯圖 車輛檢測傳感器的選配 傳統(tǒng)車輛檢測傳感器優(yōu)缺分析 車輛檢測技術在國內(nèi)已經(jīng)是一成熟的技術，但是傳統(tǒng)用于路面的車輛檢測器在不同程度上存在著缺陷，或多或少都影響檢測的效果和精度。目前，在國內(nèi)使用較為普遍的有微波檢測傳感器、視頻檢測傳感器、紅外檢測傳感器、線圈檢測傳感器。下表是四類常用檢測傳感器優(yōu)缺對比分析。表61常用檢測傳感器優(yōu)缺對比分析表技術優(yōu)點缺點微波檢測傳感器1. 全天候工作2. 可檢測靜態(tài)車輛3. 準確率高，分布不均的路段，精度不高視頻檢測傳感器1. 大型車輛阻擋小型車輛2. 陰影，積水反射3. 價格昂貴紅外線檢測傳感器，云霧，雨雪的能力很弱，無法進入檢測線圈檢測傳感器1. 線圈電子放大器已標準化2. 技術成熟，易于掌握3. 計數(shù)非常準確1. 安裝過程對使用壽命影響大2. 修理或者安裝中需要中斷交通3. 易受車輛損壞從上表中，可清晰的得之目前市場上常用的傳感器普遍存在不同缺點，或是檢測精度低、亦或是實施難度大，較難應用到本系統(tǒng)中。在此選擇一種新型的適用于路面車輛檢測的傳感器一地磁檢測傳感器。 地磁檢測傳感器地磁檢測傳感器是一個基于磁力感應的低功耗無線電通訊裝置，安裝于車道中間。在典型的交通管理應用中，傳感器被放置在車道中間，檢測車輛的存在和通過。每個傳感器內(nèi)嵌入了先進的磁電阻感應裝置，以128赫茲的采樣率測量地球磁場的X、Y和Z軸向量，當車輛進入范圍時，所測量磁場中的X、Y或Z軸將發(fā)生明顯變化。當沒有車輛時，傳感器不斷測量背景磁場作為參考標準。每個傳感器自動根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境自我校準，對于地球磁場的長期變化而言，可使這個參考值隨時間而改變。圖62地磁檢測傳感器原理圖地磁檢測傳感器的特點：(1)3軸磁強計車輛檢測：128 Hz采樣率、計數(shù)和存在檢測模式、自行車和摩托車檢測模式；(2)精度高；(3)可靠性高；(4)嵌入式路面安裝，無需電線或引入布線；(5)安裝快捷方便：用空心鉆，只需不到10分鐘的時問即可安裝在小孔內(nèi) (10cm)直徑。()深，覆蓋快干環(huán)氧樹脂，車道封閉時間短，無需鋸槽切割(6)超長電池壽命平均10年；(7)堅固的機械設計；(8)自動校準；(9)與主機通過可靠的雙向無線電通信，可尋址、可配置，固件可無線升級；(10)可隨時部署在其它系統(tǒng)無法使用的場所，如高低車道差、高地下水位、損壞的路面。 車輛檢測傳感器的選擇地磁檢測傳感器相比較傳統(tǒng)的車輛檢測傳感器具有以下特點：(1)安裝簡單方便：無線傳輸，無電源線，無數(shù)據(jù)線，用水鉆(通用工具)在路面上鉆一圓洞埋入即可；(2)產(chǎn)品小巧，對路面破壞力小；(3)自適應：自適應地球環(huán)境磁場；(4)檢測精度高：大于等于95％：(5)環(huán)境適應性強：能夠全天候(風、雨、雪、霧)、全天時(晝夜)正常持續(xù)工作。此外，地磁檢測傳感器獲得解析數(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：車輛個數(shù)，車輛速度，車輛長度，車輛間距等，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。因此，公路智能限高器的升降控制系統(tǒng)選擇地磁檢測傳感器，用于車輛實時檢測。目前國內(nèi)使用的地磁檢測傳感器主要是無錫物聯(lián)網(wǎng)研究所研發(fā)的，此外還有一款地磁檢測傳感器是美國SENSYS公司研發(fā)的sensor傳感器。兩種地磁檢測傳感器產(chǎn)品對比見下在實際應用中，可根據(jù)實際經(jīng)費來進行選擇。表62兩種地磁檢測傳感器產(chǎn)品對比表參數(shù)SENSYS無錫工作溫度尺寸較小較大抗