机械类防恐电子挡车器设计—挡车器总体及机械系统设计带CAD图
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机械类防恐电子挡车器设计—挡车器总体及机械系统设计带CAD图,机械类,电子,挡车,设计,总体,整体,机械,系统,cad
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防恐电子挡车设计挡车器总体及机械系统设计机械工程及自动化专业 曹啸指 导 老 师 张少文摘要 在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器。本课题主要设计了一种刚性挡车器，采用单片机作为控制核心，以液压驱动四杆机构的方式进行工作，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。关键词 挡车器 防恐 机械 单片机1 绪论汽车挡车控制系统的研制智能交通系统的思想在60年代就被提出来了，并提出了一些探索性项目。从80年代开始智能交通系统受到广泛的重视。欧洲、日本、美以及澳大利亚等相继启动了以智能交通系统为目标的研究的开发项目。目前，一些相对成熟的智能交通系统项在得到推广应用，发展很快。发达国家正在完善各种已建立的局部智能交通系统，并连入国家整体网络，大力发展智能交通系统基础建设。近两年的应用热点和发展趋势为信息技术； GPS应用技术；电子收费系统；高速公路商业化。我国对智能交通系统的研究，开发处于起步阶段，应用项目很少，但己经认识到发展智能交通系统的意义，相关部门开展了一系列的工作。但我国智能交通技术的研究开发和应用的实质性工作仍然比较薄弱，在先进车辆控制技术方面，国内汽车企业目前无力关注并给予研究开发资助，在国家极少的科研资助下开展了一些理论性的或仿真性的研究工作。随着社会生产力的发展，科学技术的不断进步，我国的交通运输业也发生了日新月异的变化，各大高速公路如雨后春笋般地兴建，因此给电子挡车器的要求也越来越高。如今在公路、桥梁、隧道、停车场收费站甚至在高级住宅小区、机场、体育场和集会场都安装了栏杆机。图1 住宅区栏杆式自动挡车器目前市场上流行的挡杆类挡车器注重状态切换的快速性但忽视系统抗冲撞能力，只能作为一种意念上的关卡。在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器。本课题拟设定一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。其设计成果可望形成一种有实用价值的现代化防恐设备1。2 挡车器机械部分的设计2.1 机械部分的基本要求机械部分是直接阻挡车冲击的部分，因此，必须具有以下基本要求：（1）空间上足够的大。挡车板在路的横向和高度方向能够阻挡住车。（2）强度足够。当车以高速冲撞挡车板时，产生巨大的冲击力，整个系统必须具有足够的强度来承受巨大的剪切应力，挤压应力以及弯曲应力。（3）运动过程中不能干涉。为了便于整个系统的装拆，我们尽量的要减小坑的体积，尤其是坑的深度，但是不能导致系统在工作中出现干涉，如杆碰到坑的壁面，液压缸和杆相互阻挡等导致系统强烈震动甚至不能运动。（4）结构尽量简单。此系统主要是满足刚度要求，对灵敏性要求和精密性要求不高。减小结构的复杂性，可以提高系统的刚性，降低成本。（5）重量尽量小。尽量的减小系统的重量，可以减小启动液压系统的负荷，减小成本，便于装拆2。2.2 拟定方案根据机械部分的基本要求，拟定如下图2所示。此方案结构紧凑，满足空间要求。液压缸不直接承受负载，负载阻力小。各杆位置得当，满足刚度要求。机构传动角为450，利于机构运动。故采用此方案。图2 挡车器原理图2.3 钢板的强度校核2.3.1 板的受力分析如图3所示.图3 机构受力分析由静力平衡方程代入数据得解得 N以板的左端为坐标原点，选取坐标系如图4所示图4 机构弯矩图2.3.2 板的厚度校核由图3.6解得最大弯矩Nm抗弯截面系数式中b为截面宽度，h为截面高度（即本设计中板的厚度，初取为0.2m）代入数据解得根据弯矩强度条件故所取板的厚度0.2m满足强度要求34。2.3.3 板的剪切强度校核根据剪切强度条件式中为截面上的内力（即剪力），。A为截面面积。代入数据解得MPa故板满足剪切强度要求4。2.3.4 板的拉伸强度校核根据拉伸强度条件式中为拉伸力，。A为截面面积，代入数据解得MPa故板满足拉伸强度要求4。3 液压缸的设计3.1 负载分析由图5解得N因为本系统采用3个液压缸，故单个液压缸承受的负载为N图5 机构受力分析3.2 计算液压缸的主要尺寸正向行程（无杆腔进油）时其中为有杆腔压力，此处取0，为机械效率（=0.880.95），通常取=0.95。所以 即 其中D为液压缸内径mm根据表23.1-9，D取标准值125mm故活塞杆直径d可由求得其中为速度比，推荐值为1.332，查表4.8-1取1.33mm 根据表23.1-10，d取标准值63mm液压缸具体如图6图6 液压缸零件图m则液压缸的有效面积m83.3 液压缸其他尺寸的确定活塞的宽度B按缸的工作压力和活塞的密封方式确定，一般为（0.61）D故取mm导向套滑动面的长度，当D80mm时，取（0.61）d故取mm,圆整为B=38mm液压缸的长度S按其最大行程确定，一般不大于（2030）DL:液压缸行程，本设计取760mmH:最小导向长度，它的大小影响到液压缸的稳定性和初始扰度。要求 mmC:其他长度，比如密封件长度故取mm液压缸缸体的壁厚缸体厚度的取值由强度条件决定，取=24mm84 挡车器控制部分的设计4.1 硬件系统的设计电气与单片机控制系统电气与单片机控制系统的总体框架如图7所示。主要包括89C51单片机主控制系统，输入部分包括：抬板、落板与停板按键开关，红灯、绿灯与雾灯按键开关，前后地感应按键开关，上、下限位开关，前后地感应模块控制拔码开关，抬板、落板最大时限设置拔码开关，定时自动落板设置拔码开关；输出部分包括：电机的开停，抬板、落板及停板，红灯、绿灯及雾灯，脉冲记数器。图7 基本设计图此电气与单片机系统的主要特点：（a）采用单片机控制，简化了电路，提高了可靠性。（b）内含线圈检测器，仅需在车道上布埋线圈，即可实现车辆的自动检测与挡板的自动控制。（c）无触点光电开关，可靠耐用。（d）可外加车辆计数器。（e）防控装置，保护车辆与挡板47。4.2 软件系统的设计 数据处理程序此程序是整个软件系统主要的构成部分。如果进入了数据处理程序，首先需判断是哪个键被按下了。如果是红灯开关、绿灯开关或雾灯开关中之一闭合了，就会转移到相应的处理子程序当中去，处理完后又回到输入数据扫描程序当中来。每按一次各灯开关，相应灯的状态是由亮变熄或由熄变亮这样交替亮熄。设定这样的控制各灯的开关键是用来检测各灯是否正常的。如果有前地感应或后地感应信号时，说明有车就在检测区内，为了保证车辆及挡车器的安全，会执行落板的动作，执行完落板后又会回到数据扫描程序当中来，如果停用前或后地感应模块时，程序会跳到下一个处理程序去，并且只要有前或后地感应输入时且这种模块有效程序就不会执行抬板和停板的，这样就保证了整个控制过程的安全。设定这种模块是给挡车器增添了智能化，这种模块用户也可能过相应的拔码开关来选择开启或关闭的。板在抬起或落下的过程中会一直亮红灯的，只有当挡板下落到地面时才会亮绿灯，以显示安全通过。程序中设置了最高标志和最低标志两个标志位。在抬板开始执行时会设置一个抬板计数值，并清除落板计数值、等待抬板计数值有最低标志；左落板开始时会设置落板计数值及等待抬板计数值，并清除抬板计数值和最高标志位；在执行停板时会清除这三个计数值。 软件设计对于以单片机为微控核心的智能控制系统具有十分重要的作用，本设计通过模块化、结构化设计，结合被测信号的特点，通过软件计时，合理安排各个模块程序，使其分模块合理、及时、准确监测、保护、显示和通讯等，利用软件的快速处理能力实现对干扰信号的滤波，节约了硬件开销，降低了控制系统的成本，达到了既定的功能要求47。图8 流程图5 结束语经过比较分析，本文采用四杆机构作为传动装置，结构简单紧凑，具有很好的可靠性；以液压系统作为驱动装置，具有较大的输出功率；最后以单片机作为控制核心，能实现手动和自动控制，具有较强的智能化和人性化。本文设计一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。其设计成果可望形成一种有实用价值的现代化防恐设备。参 考 文 献1 徐正和,蒋毓成.城市轨道交通线路终端防护设备DDCQ2型滑移式缓冲挡车器J.城市轨道交通研究,2000.2 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理 M. 第七版,北京高等教育出版社，2006. 3 濮良贵，纪名刚.机械设计M. 第八版,北京高等教育出版社，200
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