公路智能限高器设计本科毕业设计.docx

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公路智能限高器设计本科毕业设计

大学

UNIVERSITY

2015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；

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，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、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；

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）：

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]LiuChuua,Shahawy,Mohsen,WangTon一Loete.ImPaetofheavytrucksonhighway

bridges[J].Joumalarticle.2000,279（2000）:

1527一1534.

[11]S]avik,M.Weighinmotion:

YearsofSouthAfrieanexPeriellee[J].Journalartiele

2007,19

（1）:

11一16.

[12]WangTon一Lo,LiuChulthua,HuangDongzhouete.Truekloadingandfatig'Uedamage

analysiSforgirderbridgesbasedonweigh一in一motiondata[J].Journalarticle.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：

24～27.

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

ABSTRACT

Currently,mostcitiesintheroadheightlimitnormallyprecludetheuseofafixedheightlimitgantrytolimitthespecialheavyvehiclemanagement,butafixedheightlimitgantrypoorflexibility,unsightlyandthereareserioussecurityrisks,andthereforetocarryoutroadintelligenthighlimittheresearchisnecessary.Intelligenthighwaythroughtheliftheightlimitwillcontroltheintelligentcontrolofroadvehicletraffic,reducingtheaccidentrateofroadvehiclesfortheconvenienceofvehicletravel.

Basedontheexistingroadconditionsandinfrastructure,theproposedstructureoftheprogram'sintelligentlimithighroad.Thestructureoftheprogramandthencarriedoutadetaileddesignofintelligentmechanicalstructureheightlimit.Atthesametimecontrolsystemdesign,itconsistsoftwomainparts:

thevehicledetectionsensorsandcontrolassembly.Clearthevehicledetectionsensorperformancerequirementsandmodels,andcontrolassemblyhardwaredesignandsoftwaredesignaredescribedindetail.

Thispaperpresentsaheightlimitonthebasisoftheexistingroad,easyinstallation,highreliability,goodlimitermechanism,andthedesignofthecorrespondingintelligentcontrolsystem.

KeyWords：

Heightlimit,astructuraldesign,intelligentcontrolsystems

1.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，SinghS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究；如MinavTatianaA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15～20mm的下方间隔设置了一些防撞的短梁，并在横梁下端30～40mm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；

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