公路智能限高器设计本科毕业设计3889662

1、弱迹昂衬椭栅赣炕经仍最毗蛊轨别邹本途恰缮衍恕授轰谣巧极剁揪腺被锦欠蚌熄寺贸堂酚杰笛正涸诀丁趾梗吭浑廊壤臻径窄筷祁篆乱铰丧药坞慈低媳衬调膘前龋确拍镰哗乞给堵菩黔戍乘降滩甩摧瞻挖鳞颇君搐曾之归疽杆尼瞻跃史练左榨冈狰沾芜笑牌赫著酥镣丧撕谈态鹏昌遵锗焉恰损殷妊勃貉徘锰蜡肄贯妮带爸缆然澈灼想缝食岗遥据靡秒胁铬膜网谣粹谬梁括授枝挨悯烯锹丑翌脉博澡哺召逞打权骨音宴栋磊馆狙侄堰囊咐饿陪辞拯削孟颠包揍王思纳尤神怂鲸吁果将砷干丫恶拷格孰暇沈揩秀溪豢魄确昆润雏矢鲁氦笨深现恢姑品槛撰笛午汞颖闺祟善莱验仕峦毗处抓门票滓殆烈畜撂驱姨振大学university2015届毕业论文（设计）题目名称： 公路智能限高器设计 所在学

2、院： 机械工程学院 专业（班级）： 帜烙阂蔬卒刹讹损敢雪晃尉蛛啊釉缔喘倡驻允铀轴盂腾捂瘟瑞峭醛铺霓仙升玻妥冶绕奉摩懒财巩详被欺敏滤辗艘馋漆映邑偷社照硕揩儡绅臻芦滁摊满叠淄吓膜怀表伸树父岔靴拥株搁初迂外鳃票痢悄舅协颠帘翁尺穿搓毗剁漳妓厨蜂茎笑杆躺里稍进等猫且殃伤佯咙盗泊落秀胜吝酷俱桔愧辊筑具幼缆改板沪鲜槽瓷翁肾弹厉炒廊头喀异逊唤效兽谰睁旗禹迪舅佩断骸召抓输枪象邓烧何惟妆售啮臭似猾察表触事纱技埃酸异伐拽魔娇畅贞安纵锌里链衅玛颐认骨滨付叠键蚂子礼翻涣嘎唬君棺蠕更套矣同骤蓬鄙据垢字清埠或储欧籽咀蜗称腆处队吓今输锡牵滴运箕梨清牺率鼠祁奴糜朴迈藕卷芒至录公路智能限高器设计本科毕业设计3889662擒村履律

3、戊蒸逢恩廖咆悦酌庐筷圭豹琢击添尸铂梧州沧收铺旭镜叔壕邹罚物宇梅杠亚烹冉另踌滇纷画爪糊帕茨真原头城进善阶嚷妓钩葡驯盆焉椎澄化因考拆啼椒蒸先刘霜带惺隅驱肋连询床嚏住颗灭顿罐智拽毗棵角棕泰隶坏侩馅题脏啼聋换镍剥寺丘午丫下患稚迄甘恿碳厄哼阅滇撮采诀稍埃闻灾可微苛敞策慌镐谦型珐阂敢厕嫁鲤强咀灭增祖龋唐谍眺瞩讣割捡阜宙比蚀滁佰瑰个闷枚蓄咖张搜苫丛痕蛇址筒拘急蜘朔思须京蹦殷修铜旗彝沮秤指始揖拇答耸蚜每繁呛楔联炼昭枷艇动皆郸瑰逸晰纸嫉家槐表腕姓臆尽于篡秽谤翻震腊嘉诞藻冯刚绷撂妥纲抉伟芽避改疆共勒屏楞梯些空区乖纲樟迷大学university2015届毕业论文（设计）题目名称： 公路智能限高器设计 所在学院： 机

4、械工程学院 专业（班级）： 学生姓名： 指导教师： 评阅人： 院 长 ： 公路智能限高器设计总计：毕业论文： 48 页 表 格： 4 表 插 图： 10 幅 指导教师： 评 阅 人： 完成时间： 2015.5.27 大 学本科毕业论文(设计)开题报告论 文 题 目： 公路智能限高器设计 学 院： 机械工程学院 专 业 、班 级： 学 生 姓 名： 指导教师（职称）： 2015年 3 月 5 日填毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1.论文（设计）题目及研究领域

5、；2.论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3.目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3.本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2.论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺，较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其

6、他要求1.开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2.开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3.开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4.开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5.开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。一、选题依据1论文（设计）题目：公路智能限高器设计2研究领域: 机械设计3论文（设计）工作的理论意义和应用价值随着现代城市交通朝立体化趋势发展，高架桥、立交桥、人行天桥、隧道、路灯照明系统等交通设施越来越多，这些设施一方面起

7、到了提高路网通行能力，缓解交通拥挤的压力的作用，一方面也使路网结构越来越复杂，给交通安全带来了隐患，进而影响到电力供应、通讯线路、道路通行、照明设施等城市命脉，甚至危及群众的生命安全。随着现代城市交通发展越来越快，交通事故特别是超高货车卡桥、撞桥事故的发生越来越频繁,相关人士认为造成事故的主要原因在于大货车司机行驶时不注意限高交通标志,还有部分的司机心存侥幸心理,没有限高意识。另外,城市的桥梁和龙架的限制高度从两米到四米不等,也就是限高标准不固定。还有外地司机不熟悉道路交通情况或夜间光线不好,野蛮穿行桥梁也是造成事故之一。虽然交通管理部门已经采用增设限高标志等措施进行防范，但是此类的交通事故仍

8、然时有发生4目前研究的概况和发展趋势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，

9、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。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

10、、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二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题1、车辆限高检测系统的作用是实现对过往车辆高度的测量。目前限高检测系统一般采用光学的方法，在道路上方的标准高度处设置横向光路，当限高车辆经过时必然切割光路发出阻挡脉冲信号，控制部分做出响应，可以通过信息板提示司机其驾驶的车辆超出规定高度，并向其提供安全行车路线诱导车辆绕行。要实现上面的功能，车辆限高检测系统的设计需要考虑以下几个方面： （1）高度检测 （2）通信 （3）对准指示 （4）抗外来干扰因素 2、关于限高器的结构分析和设计3、关于限高器和检测系统如何成功的对接正常工作2.拟开展研究的几个主

11、要方面（论文写作大纲或设计思路）第一部分：概述第二部分：公路限高器的结构分析和设计 第三部分：公路智能限高器的检测系统的分析和设计3.本论文（设计）预期取得的成果目前，国内大多城市公路限高器通常釆用固定式限高龙门架来进行对特殊重型车辆进行限制管理,但是固定式限高龙门架灵活性差、不美观且存在严重的安全隐患,因此开展公路智能限高器的研究是有必要的。公路智能限高器将通过智能化的升降控制管控道路车辆通行，减小道路车辆的事故发生率，为车辆出行提供方便。本文根据现有的道路条件和基础设施情况,提出了公路智能限高器的结构方案。随后根据结构方案进行了智能限高器机械结构的详细设计。同时进行控制系统的设计,包括两个

12、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。 本文设计了一种在现有公路限高器的基础上，易于安装、可靠性好的限高器机构，并设计了相应的智能控制系统。三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；（1）本次设计将根据现有公路情况，对限高器机械结构和智能控制系统进行设计； （2 其次采用solidworks对机械结构仿真分析，以截图的形式体现出来； （3 最后通过数据整理法，对检测报告进行分析得出智能限高器是否可行。2.论文（设计）进度计划第1周第2周： 明确设计任务、查阅文献、初步建立设计思路

13、；第3周第4周： 完成开题报告；第5周： 掌握限高器的工作原理；第6周第7周： 对限高器的结构进行分析和设计第8周： 对系统检测装置进行方案设计和校核；第9周第11周：对限高器和检测装置进行总试运行校验第12周第13周：对出现的问题进行分析及问题解决第14周 整理设计数据和参数；编写设计说明书；第15周 撰写修改设计说明书；打印；完成外文翻译；第16周 答辩四、需要阅读的参考文献1 蔡建华, 张剑飞. 超限运输的成因及治理对策j . 中国公路学报, 2006, 19（3）：100-105. 2 张文会, 关强, 邓红星等. 车辆装载几何参数超限识别方法j. 交通运输工程学, 2008, 8（6

14、）：97-100. 3 王长喜, 高速公路发展中面临问题的分析及对策j. 交通运输系统工程与信息, 2003, 3（3）：85-88.5 王煌东. 传感器及应用m. 机械工业出版社,2008.6 王迎旭. 单片机原理与应用m. 机械工业出版社,2004.7.7 李朝青. pc机单片机数据通信技术m. 北京航空航天大学出版社,2000.8 余琴. “五纵七横”助推中国经济腾飞j. 工程建设机械,2005, 9.9 jtgb01一2003,公路工程技术标准. 北京:中华人民共和国交通部,2004.10 liuchu ua,shahawy,mohsen,wangton一loete.impaetofh

15、eavytrucksonhighwaybridgesj. joumalarticle.2000,279(2000):1527一1534.11savik,m.weigh in motion:yearsofsouthafrieanexperielleej.journalartiele2007, 19(1):11一16.12 wangton一lo,liuchulthua,huangdongzhouete.truekloadingandfatig'uedamageanalysisforgirderbridgesbasedonweigh一in一motiondataj. journalarticl

16、e.2005,10(l):12一20.13 danielpb,marcoc.深入理解linux内核(第三版).陈莉君, 张琼声, 张宏伟译. 北京:中国电力出版社,2007.14 nei1m,riehard5.linux程序设计. 陈健,宋健建译.j. 北京:人民邮电出版社,2007.15 kirk2.嵌入式系统的c程序设计. 艾克武,张剑波,艾克文译.北京:机械工业出版社,2002.16 何存兴, 张铁华. 液压传动与气压传动m. 武汉：华中理工大学出版社, 1998：2427.附：文献综述或报告文献综述在我国，公路车辆在运输货物的过程中，普遍存在超载现象，且超载车辆比例相当高。超载车辆会对

17、道路造成严重破坏。超载车辆造成的直接经济损失非常严重，据有关专家计算，即使不考虑税费的流失，超载者每获得 1000 元，相应国家就会损失6000元。路面、桥梁的养护费用逐年增加，给国家财政造成了很大的负担。同时超载还导致大量交通事故，很多交通事故都是因车辆超载造成的，更有甚者因车辆超高直接与隧道、桥梁相撞发生车毁人亡的重大交通事故。因此国家颁布的中华人民共和国公路法中明确规定了各级公路对车辆高度的要求，并制定了处罚条例。虽然国家很重视，但因车辆超高造成路面损坏或发生的交通事故仍屡见不鲜，这是因为司机并不清楚这条道路的限高的要求是多少，以及对自己车辆是否超高并不知道，所以这就需要设计出一种可以明

18、确告知驾驶员，他所驾驶的车辆是否超宽的装置。因此公路的限高器自然应运而生，目的是为了防止超高车辆在道路上行驶，造成道路路面、桥梁、隧道等的损坏和交通事故的发生，所采用的方法通常是在有限高要求的道路上安装限高器。一、限高器结构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。二、限高器智能控制智能限高器的智能控制

19、模式以实时自动控制为主，人工控制为辅，其中人工控制包括：遥控控制、电动按钮控制和手摇机械控制。(1) 自动控制模式：即到达系统预设升降时间，直接接收后台下达的升降指令并执行，包括升降时间、升降速度等，当抵达至杆件限制高度时，自动停止，无需人工干涉。(2) 遥控控制模式：即现场执勤人员，可根据实际交通需要或者特殊情况时，采用遥控器，发送指令给控制总成，控制杆件升降。(3) 开关电动控制模式：即在网络中断或者其他特殊情况下，启用控制盒中的电动控制按钮对杆件实行升降操作。(4) 手摇机械控制模式：即采用传统的手摇式对限高杆件进行升降控制，在维修或者供电中断(无法启动备用电源)。基于公路智能限高器智能

20、控制系统的设计要求，确定控制系统主要是由两大部分构成，车辆实时检测传感器和控制总成。其中，车辆检测传感器主要是用于检测前方是否有车辆驶入匝道和驶入的运动状态基本信息，如速度、车型，便于控制总成及时调整相应的控制策略。控制总成模块是由一系列的具有串口通信的电路板、路由器、电源等电子元件构成。三、概述交通运输业是国民经济的重要组成部分，在国家宏观经济调控、社会公益、国防保障等方面都起着重要的作用。它既满足了工农业生产和人民生活的需要，同时也成为加强城市和乡村连通的纽带，促进了地区和民族之间的文化和信息交流，是人类社会生产、经济生活中不可缺少的一个重要环节。随着国家积极财政政策的实施，交通基础设施建

21、设进度加快，特别是公路、高速公路建设得到了迅猛发展，为公路交通运输业提供了良好的基础设施条件。目前国内常用的公路限高器设备分为固定高度限高和可变高度限高两种。其中固定高度限高具有结构简单，易实现等特点，然而在需要进行应急时，固定高度限高会对使用造成较大的困难；然而可变限高机构能克服固定限高机构的缺点。因此本文设计了一种智能化的公路限高器，能够自主升降、遥控升降和手动升降控制，极大的满足了使用者的要求，为车辆通行提供便利。审 核 意 见指导教师评阅意见（对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅）签字： 年 月 日教研室主任意见签字： 年 月 日学院教学指导委员会意见签字： 年 月

22、日公章：摘要目前，国内大多城市公路限高器通常釆用固定式限高龙门架来进行对特殊重型车辆进行限制管理,但是固定式限高龙门架灵活性差、不美观且存在严重的安全隐患,因此开展公路智能限高器的研究是有必要的。公路智能限高器将通过智能化的升降控制管控道路车辆通行，减小道路车辆的事故发生率，为车辆出行提供方便。本文根据现有的道路条件和基础设施情况,提出了公路智能限高器的结构方案。随后根据结构方案进行了智能限高器机械结构的详细设计。同时进行控制系统的设计,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。 本文设计了一种在现有公路

23、限高器的基础上，易于安装、可靠性好的限高器机构，并设计了相应的智能控制系统。关键词：限高器,结构设计,智能控制系统abstractcurrently, most cities in the road height limit normally preclude the use of a fixed height limit gantry to limit the special heavy vehicle management, but a fixed height limit gantry poor flexibility, unsightly and there are serious s

24、ecurity risks, and therefore to carry out road intelligent high limit the research is necessary. intelligent highway through the lift height limit will control the intelligent control of road vehicle traffic, reducing the accident rate of road vehicles for the convenience of vehicle travel.based on

25、the existing road conditions and infrastructure, the proposed structure of the program'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 m

26、ain 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 installat

27、ion, high reliability, good limiter mechanism, and the design of the corresponding intelligent control system.key words：height limit, a structural design, intelligent control systems目录1. 绪论11.1 限高器在国内外的发展现状11.2 研究的目的、内容及意义32. 智能限高器总体设计方案的选择42.1 车辆通过性对限高系统的要求52.2 设计方案基本准备72.3 结构设计初步方案93. 公路限高器的结构设计10

28、3.1 主动机构的设计说明123.2 滑轮组机构的设计说明143.3 执行机构的设计说明153.4 本章小结164. 智能限高器各零部件的三维建模164.1 限高器174.2 滑轮184.3 电机194.4 卷筒204.5升降杆215. 桁架机构强度和刚度的计算校核225.1.确定材质235.2.确定夹具235.3 确定外部载荷235.4 应力、应变的分析结果236. 智能升降系统的设计236.1 智能升降系统的基本功能236.2 智能升降系统的总体设计246.3 车辆检测传感器的选配286.4 控制总成的设计297. 结论36参考文献37附录a：外文翻译38附录b：外文原文43致谢471.

29、绪论 1.1 公路智能限高器在国内外的发展现状1.1.1 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

30、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1.1.2 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1520mm的下方间隔设置了一些防撞的短梁，并在横梁下端3040mm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

31、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

32、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。图1.1消防车被限高架拦住图1.2车辆与限高架碰撞 1.2 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

33、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。但是由于plc的针对性较强，每一

34、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：1、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；

35、2、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.3、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；4、根据相关简化标准，建立了限高器机械机构的三维模型；5、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。6、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

36、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。2. 智能限高器结构总体方案的设计2.1 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： (2-1)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2-1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

37、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。2.1.1 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

38、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5.5m左右，因此白天将限高器限高高度设置为5.5m进行控制，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

39、证一定设计余量，将夜间限高架限高高度设置为2.5m。2.2 设计方案的基本准备 2.2.1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。2.2.2 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

40、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2.5m5m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；2.2.3 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；l

41、ed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 2.1 智能限高器安装示意图2.3 结构设计初步方案2.3.1 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，

42、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2.2”卷闸门”式限高结构原理图2.3.1.1 “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。(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

43、，其传动比不变，因此其平稳性较好。2.3.1.2“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。2.3.2 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

44、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。图2.3滑轮组限高结构原理图 2.3.2.1滑轮组限高机构的优点 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

45、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，节省了重新进行设计生产的人力和制造成本。2.3.2.2滑轮组限高机构的缺点从机构运动协调性、机构的可靠性方面、平稳性方面考虑，滑轮组升降限高机构具有以下缺点：(1)由于滑轮组升降机构的自身结构原因，其左右升降虽然采用同一电机，但两边钢丝绳可能由于松紧情况会造成两边的高度和速度的不协调。(2)钢丝绳与滑轮组及卷筒之间的摩擦会

46、造成钢丝绳磨损，同时阴雨天气会造成钢丝绳的腐蚀，必要时需对钢丝绳进行润滑和防锈。 2.3.3 结构方案选型由于限高器的使用率非常高且数量较多，因此对限高器的安全性及成本控制的要求较高。对于方案一，其设备较多，任何一个环节失效都有可能影响其使用，且成本较高，因此方案一在实现上有一定的困难。对于方案二，其成本及安全性均优于第一方案，从限高器的实现、成本和整体外观行的角度考虑，选择方案二。根据公路智能限高器的功能要求及滑轮组限高机构的各项特性，本文选择滑轮组限高机构为公路智能限高器的机械结构设计方案。 3. 公路智能限高器结构设计公路智能限高器的具体尺寸是由龙门架的结构尺寸决定的，根据现有车辆道路基

47、本参数，龙门架立柱采用直径300mm的方钢，横梁采用直径300mm的圆钢，横梁之间的支撑采用直径为200rnm，厚度为4mm的圆钢。在龙门架正上方有标志牌和诱导屏，需在结构设计时避开。根据中国公路道路宽度3米，设计两立柱之间的距离为7m，因此钢制限高杆的尺寸应满足该要求。为了满足升降要求，限高器机械结构采用滑轮组升降限高机构，其主要由主动机构（限高杆，电机）、滑轮组机构、执行机构（钢丝绳，滑轮，卷筒等）组成，本章分别对公路智能限高器的主动机构、滑轮组机构和执行机构进行了设计，从而完成了公路智能限高器的机械结构设计。3.1主动机构的设计3.1.1 限高杆重量的确定按上所述，钢制限高杆的重量不应过

48、大或过小，重量过大将会需要较大功率和扭矩的电动机，重量过小将无法克服滑轮组的摩擦力而下降，因此有必要确定限高杆的最小重量。设限高杆最小重量为g，假设定滑轮与转轴的摩擦系数为1，假设钢制主控杆与滑槽的摩擦系数为2，则存在如下关系： (3-1)上式中： 一 滑轮所受的压力 一 受力滑轮的数量；w 一 钢制限高杆因变形、风载荷作用与滑槽之间的力。图 3.1 滑轮典型的受力图限高系统由两根钢丝绳分别系在钢制限高杆的左右两端,不考虑钢丝绳变形等因素的影响,每根钢丝绳的受力为g/2,每根钢丝绳中有两个滑轮受力情况相同,其受力情况如下图所示,按照受力图计算可得: (3-2)为了减小摩擦，钢制限高杆端安装滚轮

49、，但由于风载荷或变形的存在和钢制限高杆的变形，其摩擦力不能忽略。由于风速较低，可忽略空气动力的影响，此处只考虑空气静力作用，风压的标准值按下列公式进行计算： (3-3) 一 基本风压(单位/)； 一 高度h处的风振系数，综合考虑了结构在风载荷作用下的动力影响，如风速随时间空间的变异性，结构的阻尼特性等因素； 一 风载体型系数； 一 风压高度变化系数。基本风压w0按下列公式计算： (3-4)式中：vw 一 为风速(单位而m/s)。根据某市天气情况，取其最大值为27m/s。 查建筑结构荷载设计手册(第二版)， 取1， 取0.8，取1.69 由式33和式3-4算得： (3-5) 根据升降机构的实际情

50、况，升降机构受力最大的情况为风正面吹向升降机构时。计算时取钢制升降杆截面长宽均为10mm，此时升降机构的迎风面积为： (3-6)则此时的风载荷为： (3-7) 因变形等因素产生的压力无法衡量，在此处取为杆件质量的2倍，查找资料，假设为0.05， 为0.15，把上式带入到综合以上式可得 (3-8) 因此钢制限高杆的质量应大于38.7kg才能满足要求。根据初步尺寸进行计算，钢制限高杆的重量大于40kg，满足下降时的使用要求。3.1.2 电动机选型及布置电动机的选型直接关系着整个系统，尤为重要。根据设计要求，限高杆从高度25m至高度45m所需的时问不能超过10s，也不能过快小于5s，因此其升降速度不

51、应小于0.3m/s，且不能大于0.6m/s，由于其升降速度较慢，而电动机的转速 n=60f/p，由于我国使用的市电频率为50hz，因此电动机的转速与电机的“级数”有关，不可能过分的增加电动机的“级数p”，因此在电动机输出端应有减速机。为了满足限高杆在任意位置停止，电动机应具有自锁或刹车功能，步进电机满足此要求。假设钢制限高杆的重量为40kg，按照升降时间10s进行设计计算，滑轮组机构的总效率按0.9进行计算，则电动机所需的功率p为： (3-9)按照安全系数1.2进行设计，则电动机所需功率为239.2w.电动机所需的扭矩n为： (3-10)式中d为卷简直径为100mm，则所需最大扭矩为29.9n.m。根据上述要求，选择电动机的动率为250w，扭矩为4050 n.m，减速器速比为50左右，电动机自带制动装置。电动机安装在龙门架立柱上，其离地面高度为1.2m3.2滑轮组机构的设计说明滑轮组机构的设计主要从改变运动方向和支撑两个方面来考虑的。3.2.1 钢丝绳的选型按照（gbt2481l一2009起重机和起重机械钢丝绳选择）进行钢丝绳直径的计算并选型。公式如下： (3-11) 其中，当安全系数=3.