JX04-257@防恐电子挡车器设计—挡车器总体及机械系统设计
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机械毕业设计全套
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JX04-257@防恐电子挡车器设计—挡车器总体及机械系统设计,机械毕业设计全套
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南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 曹啸 学 号： 0501510114 专 业 ： 机械工程及 自动化 设计 (论文 )题目 ： 防恐电子挡车器设计 挡 车 器 总 体 及 机 械 系 统 设 计 指 导 教 师 : 路建萍 张少文 2009 年 3 月 22 日 nts 2 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指 导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇 科技论文的信息量，一般一本 参考书最多 相当于三篇科技论文的信息量 （不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间 表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009-03-15”。 nts 3 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 本文归纳了智能交通系统 (ITs)中最基本、也是最重要的防恐电子挡车器部分的研究技术。 介绍了设计课题研究的意义；阐述了目前挡车器机械系统的几种设计技术 ，其中包括四杆机构的原理及应用，伺服驱动系统以及液压驱动 ， 最后 总结了应用 在高档住宅内的 挡车器的控 制系统的 硬件及软件设计 。 关键词 挡车器 防恐 智能 机械 1 设计课题研究的意义 近年来，交通运输事业发展迅速，将电子信息技术引入，便产生了智能交通系统 (ITS一 InielligentTransportationSystem)。 ITS是将先进的信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效综合运用于整个运输管理体系，从而建立起大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高速的运输综合管理系统。 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 轨道交通列车的质量大、惯性大 ,而轮轨间摩擦力较小 ,故在线路末端设置挡车器等防设备是一项十分必要的被动性安全措施 1。 2 挡车器机械系统的设计技术 2.1 四杆机构 （ 1）曲柄摇杆机构 铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则称其为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，若以曲柄为原动件时 ，可将曲柄的连续运动 转变为摇杆的往复摆动；若以摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周运动。 如图 1所示的雷nts 4 达天线俯仰搜索机构。 图 1 雷达天线俯仰搜索机构 （ 2）曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是由四杆机构的基本形式演化而来的。机构的演化，不仅是为了满足运 动方面的要求，还往往是为了改善受力状况以及满足结构上的需要。如 图 2所示的自卸卡车车厢的举升机构 ABC为例，其中摇杆 3为油缸，用压力油推动活塞使车厢翻转。 图 2 自卸卡车车厢的举升机构 （ 3）死点 当连杆与 从动曲柄共线时，机 构的传动角为零，这时主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，因此出现了不能使构件转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点。为了使机构能够顺利地通过死点而正常运转，必须采取适当的措施，如可采用将两组以上的相同机构组合使用，而使各组机构的死点相互错开排列的方法，也可采用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用闯过死点，等等。 nts 5 （ 4）平面四杆机构的设计方法 （ a） 作图法：对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对运动的关系 ，通过作图确定各铰链的位置 ，从而定出各杆的长度。 （ b） 解析法：首先建立包含机构各尺度参数和运动变量在内的解析式，然后根据已知的运动变量求机构的尺度参数 2， 3。 2.2 伺服驱动系统 2.2.1 步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号 ,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角” ）， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以 作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点广泛应用于各种开环控制现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（ VR）、永磁式步进电机（ PM）、混合式步进电机（ HB）和单相式步进电机等。 步进电机的 特点 如下： （ 1） 一般步进电机的精度为步进角的 30%-80%，且不累积。 （ 2） 步进电机外表温度在 80 -90 完全正常。 （ 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 （ 4）当步进电机转动时 ,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频越高 ,反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率 或速度的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （ 5）步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声4， 5。 2.2.2 直流伺服电机 （ 1）工作原理 ： 通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体边流过的电流方向不变，导体 受力方向不变，进而产生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。 nts 6 （ 2） 直流伺服电机的特点 如下： （ a） 稳定性好。直流伺服电机具有下垂的机械性，能在较宽的调速范围内稳定运行。 （ b） 可控性好。直流伺服电机具有线性的调节特性，能使转速正比于控制电压的大小；转 向取决于控制电压的极性；控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止。 （ c） 响应迅速。直流伺服电机具有较大的起动转矩和较小的转动惯量，在控制信号增加、减小或消失的瞬间，直流伺服电机能快速起动、快速增速、快速减速和快速停止。 （ d） 控制功率低，损耗小。 （ e） 转矩大。直流伺服电机广泛应用在宽调速系统和精确位置控制系统中，其输出功率一般为 1 600W，也有达数千瓦。电压有 6V、 9V、 12V、 24V、 27V、 48V、 110V、 220V等。转速可达 1500 1600r/min6 8。 2.2.3 交流伺服电机 (1) 工作原理： 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的 U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 （ 2）交流伺服电机的特点 （ a） 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 （ b） 定子绕组散热比较方便。 （ c） 惯量小，易于提高系统的快速性。 （ d） 适应于高速大力矩工作状态。 （ e） 同功率下有较小的体积和重量 9， 10。 2.3 液压驱动 （ 1）工作原理 液压缓冲器由一个能储存大容量液压油的缸体 ,一个具有气室和油室的主活塞和缸头组成。主活塞的气室和油室之间有一个隔离活塞 ,分隔氮气和液压油 ,当缸头受到撞击以后 ,主活塞被撞入缸筒体 ,将缸筒内的液压油通过阻尼孔压入主活塞的油室内 ,并隔离推动游动活塞向油缸头方向运动 ,使得气室内的氮气受压缩呈高压气体。主活塞的复位是靠高压氮气的压力推动隔离活塞将油室内的液压油推回缸体内。此外 ,该液压缓冲器可根据要求的吸收能量的不同 ,有多种规格可以选用。 nts 7 （ 2）液压驱动的优点 液压缓冲挡车器不仅可有很高的制动力 ,而且对车 辆的损害降至最低 ,由于制动力均匀 ,故能对车辆起到一定的保护作用 11， 12 。 3 挡车器控制系统的设计 技术 3.1 硬件系统的设计 技术 以 AB公司 Micrologix1000用 PLC所设计的自动挡车器 为例： (l)高速公路通行自动收费系统的硬件由入 /出口车道设备组成。沁出口车道由自动挡车器，感应线圈检测器，显示器，交通灯，终端设备等组成。 (2)挡车器与门卫计算机间的接口电路包括检测电路、监测电路、控制电路、保护电路和外围接口电路 ，挡车器的硬件控制系统如图 3所示 13。 图 3 挡车器的硬件控制系统 3.2 软件系统的设计 AB公司 Micrologix1000用 PLC所设计的自动挡车器 根据 其 功能画出其系统流程图如图 4所示。在升杆和落杆的过程中 ,若出现故障则进行故障报警输出 ,报警指示灯亮。在进行软件编程之前 ,应该进行 I/O变量的分配 14。 nts 8 图 4 挡车器的系统流程图 4 结语 本文所研制的是一个既具有经济性又有可靠性的汽车挡车装置，系统功能全 ， 操作简便 ， 运行稳定、可靠 ， 进行了稳定可靠的硬件设计同时也进行了软件的设计。 在当今不断发生暴力恐怖等恶劣的条件环境下，进一步研究处理好挡车器 , 研 究开发出新型的防恐电子挡车器已是燃眉之急。鉴与在目前常见的挡车器的结构与特点上，造出新的挡车器，在功能上更强大，在结构外观上更加突出。为建立更和谐的社会献出一份力量 15。 nts 9 参 考 文 献 1 何立民 .单片机应用系统设计 M.北京 : 北京航空航天大学出版社 ,1992. 2 尹志强 .机电一体化系统设计课程设计指导书 M.北京 :机械工业出版社 ,2007. 3 任静 .关于地铁轨道设计中涉及多专业问题的思考 J.都市快轨交通 , 2005. 4 丁伟雄 ,杨定安 ,宋晓 光 .步进电机的控制原理及其单片机控制实现 J.煤矿机械 ,2005. 5 苏平 .单片机原理与接口技术 M.北京 :电子工业出版社 ,2003. 6 李伯成 .微型计算机嵌入式系统设计 M.西安 :西安电子科技大学出版社 ,2004. 7 胡汉才单片机原理及其接口技术 M.北京 :清华大学出版社 ,1996. 8 庞青山 .论大学学科组织及其特色 J.高等理科教育 ,2005. 9 谭建成 .电机控制专用集成电路 M.北京 :机械工业出版社 ,1997. 10 张琛 .直流无刷电动机原理及应用 M.北京 :机械工业出版社 ,1996. 11 陈隆昌 .控制电机 M.西安 :西安电子科技大学出版社 ,2005,58-62. 12 何希才 .电动机控制电路应用实例 M.北京 :中国电力出版社 ,2005. 13 黄继昌 .电子元器应用手册 M.北京 :人民邮电出版社 ,2004. 14 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. 15 上海地铁建设公司 ,上海铁路站场调速中心 ,上海铁路城市轨道交通设计研究院 .地下铁道液压缓冲挡车器研 制报告 R,2003. nts 10 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题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。在对刚性挡车器的工作条件和功能需求作出认真分析的基础上，做好挡车器总体方案设计及机械系统的详细设计。 相关设计技术条件及要求如下： （ 1）路幅宽 ： 5 米 ； （ 2）极限冲击力： 1000KN； （ 3） 动作时间： 10s； （ 4） 控制核心：单片机； （ 5） 控制方式：现场按钮控制、中央计 算机集中控制、地感应智能控制 。 在做挡车器机械系统的设计时，现初步选用四杆机构，并采用做图法来设计此四杆机构，因为它能使其直观，简单，快捷。在做驱动系统的设计时，现初步选用步进电机和斜坡减速器， 因为步进电机 具有自锁功能，这对挡车器来说是很重要的，此外，步进电机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会累计 ，它在市场上的价格也比较便宜。在挡车器的控制系统设计方面则采用 单片机技术 ，因为它使用寿命长，性能稳定可靠，抗干扰性好，可扩展性好。它还具有强大的功能，性价比也很好。 上述就是我在设计防恐电子挡车器所采 用的初步研究手段。 nts 11 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 该生通过阅读与本课题相关的参考文献，进行了一定的 总结，撰写的本文献
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