2650 防恐电子挡车器设计—挡车器总体及机械系统设计
2650 防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计,电子,挡车,设计,总体,整体,机械,系统
南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学 生 姓 名 : 曹啸 学 号: 0501510114系 部 : 机械工程系专 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 工程师 助教材 料 目 录序号 名 称 数量 备 注1 毕业设计(论文)选题、审题表 12 毕业设计(论文)任务书 13 毕业设计(论文)开题报告含文献综述 14 毕业设计(论文)外文资料翻译含原文 15 毕业设计(论文)中期检查表 12009 年 5 月 南京理工大学泰州科技学院毕业设计说明书(论文)作 者 : 曹啸学 号:0501510114系 部 : 机械工程系专 业 : 机械工程及自动化题 目 : 防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计指导者: 评阅者: 2009 年 6 月路建萍 工程师 张少文 助教毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 中 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。本课题将对汽车挡车器的机械部分、控制部分及液压系统进行研究。而我的主要任务是机械方面的设计。在此设计中,选用四杆机构作为挡车器的执行机构,选用液压缸作为驱动机构,采用单片机进行控制,分为手动跟自动控制。通过对汽车挡车器的研究,发现挡车器设计中存在的不足,进而改进挡车器的设计,以便使挡车器更好地在智能化交通系统中发挥作用。关键词 挡车器 防恐 机械 单片机毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 外 文 摘 要Title Design of Anti-terror Electronical Board BarrierSystem Design of the overran Parts and Contral System AbstractInternational terrorism in a car bomb and other suicide attacks have become increasingly rampant in the international environment, in order to strengthen customs, airports, important government agencies for effective protection, the urgent need for both developed a rapid and certain anti-collision block of e-terrorism Car. This issue will block vehicle cars mechanical parts, control parts and the hydraulic system for research. And my main task is to design machinery. In this design, four institutions selected as the blocks implementation of vehicle bodies, selected as a hydraulic cylinder drive mechanism, the use of single-chip control. Automotive vehicles on the blocks study found that cars block design deficiencies, thereby improving vehicle design block in order to block cars in the intelligent device to better play its role in the transport system.Key words Car block Terrorism Machinery Single-chip 南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)任务书系 部 : 机械工程系专 业 : 机械工程及自动化学 生 姓 名: 曹啸学 号:0501510114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起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 09 日6 月 14 日设计 (论文 )地点 : 南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师 : 路建萍 张少文专 业 负 责 人 : 龚光容发任务书日期: 2009 年 2 月 26 日任务书填写要求1毕业设计(论文)任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写,经学生所在专业的负责人审查、学院(系)领导签字后生效。此任务书应在毕业设计(论文)开始前一周内填好并发给学生;2任务书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,不得随便涂改或潦草书写,禁止打印在其它纸上后剪贴;3任务书内填写的内容,必须和学生毕业设计(论文)完成的情况相一致,若有变更,应当经过所在专业及学院(系)主管领导审批后方可重新填写;4任务书内有关“学院(系) ”、 “专业”等名称的填写,应写中文全称,不能写数字代码。学生的“学号”要写全号(2000 级为 10位数) ,不能只写最后 2 位或 1 位数字;5任务书内“主要参考文献”的填写,应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写,不能有随意性;6有关年月日等日期的填写,应当按照国标 GB/T 740894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“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15” 。毕 业 设 计(论 文)任 务 书1本毕业设计(论文)课题应达到的目的:本课题拟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。要求学生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。通过这一典型机电一体化产品的开发设计,培养学生综合运用所学专业知识设计开发新产品及解决工程实际问题的能力。2本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等):本课题要求学生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。具体内容及要求如下:(1)调查研究、查阅及翻译文献资料,撰写开题报告;(2)挡车器工作条件及功能需求分析;(3)总体方案设计与计算;(4)机械系统的详细设计;(5)文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。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。毕 业 设 计(论 文)任 务 书3对本毕业设计(论文)课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等:(1)资料翻译译文及开题报告;(2)总体方案设计与计算;(3)机械系统总装配图、关键零部件的详细设计图;(4)毕业设计说明书及使用说明书。4主要参考文献:1 张俊谟.单片机中级教程原理与应用M.第二版,北京:北京航空航天大学出版社,2006.2 孙桓,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,2006.4 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,2007.5 左建民.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2007.6 梁景凯,盖玉先.机电一体化技术与系统M.北京:机械工业出版社,2007.7 张立勋,黄筱调,王亮.机电一体化系统设计M.北京:机械工业出版社,2006.8 江思敏,姚鹏翼,胡荣,等.Protel 电路设计教程M.北京:清华大学出版社,2002.9 刘朝儒,吴志军,高政一,等.机械制图M.第五版,北京:高等教育出版社,2006.10 成大先.机械设计手册(第 5 卷)M. 第三版.北京:化学工业出版社,2000. 毕 业 设 计(论 文)任 务 书5本毕业设计(论文)课题工作进度计划:起 迄 日 期 工 作 内 容2009 年3 月 9 日 3 月 15 日3 月 16 日 3 月 22 日3 月 23 日 4 月 12 日4 月 13 日 5 月 10 日5 月 11 日 5 月 31 日6 月 1 日 6 月 7 日6 月 8 日 6 月 14 日接受毕业设计任务,熟悉毕业设计要求;查阅资料,完成外文资料翻译工作。撰写开题报告及文献综述。功能需求分析,总体方案设计与计算。机械系统设计。关键零部件详细设计。文档整理、撰写毕业设计说明书。准备论文答辩。所在专业审查意见:负责人: 年 月 日学院(系)意见:院(系)领导: 年 月 日南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计(论文)选题、审题表姓 名 路建萍 张少文系部 机械工程系指导教师专业技术职 务 工程师 助教课题名称 防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计适用专业 机械工程及自动化A B C D E A B C D课题性质 课题来源 大 适中 小 难 适中 易课题预计工作量大小 课题预计难易程度 课题简介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。课题应完成的任务和对学生的要求设汁任务:1总体方案设计与计算;2机械系统设计的装配图;3关键零件设计,并编写出相应零件的加工程序。知识要求:具备机械原理与机械零件设计、机电一体化、数控技术等专业知识,掌握 AutoCAD、Pro/E 等机械设计软件 ,有较好的结构设计的能力。所在专业审定意见:专业负责人(签名): 年 月 日本课题由 曹 啸 同学选定,学号: 0501510114 注:1该表由指导教师填写,经所在专业负责人签名后生效,作为该专业学生毕业设计(论文)选题使用;2有关内容的填写见背面的填表说明,并在表中相应栏内打“” ;3课题一旦被学生选定,此表须放在学生“毕业设计(论文)资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对 1 名学生做毕业设计(论文)时选择使用,如同一课题由2 名及 2 名以上同学选择,应在申报课题的名称上加以区别(加副标题) ,并且在“设计(论文)要求”一栏中说明。2 “课题性质”一栏:A产品设计;B工程技术研究;C软件开发;D研究论文或调研报告;E其它。3 “课题来源”一栏:A自然(社会)科学基金与省(部) 、市级以上科研课题;B企、事业单位委托课题;C校、院(系)级基金课题;D自拟课题。4 “课题简介”一栏:主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。南京理工大学泰州科技学院毕 业 设 计 ( 论 文 ) 评 语学生姓名: 曹啸 班级、学号: 0501510114 题 目: 防恐电子挡车器设计 挡车器总体及机械系统设计 综合成绩: 指导者评语:该生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,确定了挡车器的总体方案,并对机械系统的传动装置和驱动装置进行了详细设计,达到了“ 毕业设计(论文)任 务书” 的要求,具有一定的实用价值和创新性。该论文内容完整,论述详尽,计算正确,全文打印格式规范, 图表符合要求,但尚存在对科研资料查阅较少,对国内外现状了解欠深入等问题。该生具备较强的独立工作能力,工作态度认真,作风严谨 。建 议成 绩评定为优秀,同意 该 生提交答辩。指导者(签字) : 2009 年 5 月 10 日毕 业 设 计 ( 论 文 ) 评 语评阅者评语:评阅者( 签字): 年 月 日答辩委员会(小组)评语:答辩委员会(小组)负责人( 签字): 年 月 日南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计(论文)中期检查表学生姓名 曹啸 学 号 0501510114 指导教师 路建萍 张少文课题名称 防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计难易程度 偏难 适中 偏易选题情况工作量 较大 合理 较小任务书 有 无开题报告 有 无符合规范化 的要求外文翻译质量 优 良 中 差学习态度、出勤情况 好 一般 差工作进度 快 按计划进行 慢中期工作汇报及解答问题情况优 良 中 差中期成绩评定:良所在专业意见:学习态度主动认真,积极参加集中指导和问题讨论,能按进度要求完成设计任务。负责人: 2009 年 4 月 1 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部: 机械工程系 专 业: 机械工程及自动化 姓 名: 曹啸 学 号: 0501510114 外文出处:49CFR Ch.V , Federal Motor Vehicle Safety StandardsS. DOT , 1968. 附 件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。 指导教师评语:该译文大体正确地表达了原文意思,叙述条理清楚,语句通顺,翻译质量达到规定的要求,个别专业术语译文不够准确。(用外文写)2签名: 2009 年 3 月 18 日注:请将该封面与附件装订成册。附件 1:外文资料翻译译文美国交通部国家公路交通安全管理标准S4.2 挡风玻璃清洗系统.S4.2.1 每辆乘用车挡风玻璃的清洗系统应符合汽车工程师协会推荐实践的J942 客运汽车挡风玻璃的清洗系统。1965 年 11 月,但参考以有效消灭模式界定在 SAE 的 J903 ,应删去第 3.1.2 段中 3.1 汽车工程师协会推荐的实践的 J942,并在地区设立按照 S4.1.2.1 项汽车安全标准 104 号应插入取而代之。S4.2.2 每辆多用途客运、汽车、卡车和巴士必须有一个挡风玻璃的清洗系统,以满足汽车要求工程师协会推荐实践的 J942。1965 年 11 月,提到的有效地消灭模式界定汽车工程学会 J903 ,第 3.1.2 在第 3.1 段汽车工程师协会推荐的做法J942 应予以删除,由制造商为挡风玻璃的模式设计外部擦拭系统,表面的挡风玻璃玻璃应列入代替。 36,法国 22902 ,12 月 2 日,1971 年,修订 58 法国 13023 ,1993 年 3 月 9 日,60,法国 13643,3 月 14 日,1995 年 63,法国 5.1 万,1998 年 9月 24 日液压和电动刹车系统.一.范围.本标准规定,要求液压和电服务刹车系统以及相关的停车制动系统。二.目的.这样做的目的是在正常和紧急的情况条件下保证安全的制动性能。3三.应用程序.本标准适用于水力,车辆刹车以及 GVWR 大于 3500 公斤( 7716磅)。本标准适用于水力,乘客汽车刹车的制造。2000 年 9 月 1 日前,适用于水力,多用途客运车辆刹车,卡车和公共汽车与 GVWR 的 3500 公斤或更低的制造。2002 年 9 月 1 日前,在选择制造商的客车制造时,多用途客车刹车汽车,卡车和公共汽车的 GVWR 或少于 3500 公斤( 7716 英镑),2002 年 9 月 1 号之前的制造可满足美国联邦机动车第 135 号轻型车辆制动系统安全标准。防抱死制动系统或澳大利亚统计局指定的部分服务刹车系统自动控制程度转轮的制动滑移方式:(1)遥感的速度等于车轮的自转角速度。(2)信号传输方面率的车轮角轮换一个或多个控制装置解读这些信号并产生控制输出信号的反应。(3)这些传输控制信号由一个或一个以上的调制器组成,其中调整制动驱动是针对这些信号的。备份系统是指部分服务制动系统,如泵能够自动供应能源,如果一个主要动力制动来源失败,那么备份也会失败。制动功率协助单位是指装置安装在液压制动系统,降低了运营商需要努力到开动的系统,如果不能实行,它也并不妨碍运营商从车辆制动取得一个继续适用于机动力制动控制服务。制动装置是指设备安装在刹车系统,提供所需的能源开动了刹车,直接或间接的通过一个辅助装置,以运营商行动的组成调节能源的应用水平,直接控制轮指车轮而转动程度车轮滑移是等感觉到的,无论在车轮或半轴车轮传送一个或多个相应的调制器信号调整该轮的制动驱动力量。每一个调制器还可以调整制动驱动力量与其他车轮在同一轴或在同一车轴设置相同的响应信号。电动汽车是指发动机车辆采用了电马达利用电流充电蓄电池,燃料电池,或其它便携式电器的来源。目前,其中包括动力源设计,充电电池和部件。电驱动服务刹车服务手段,利用刹车电机能源开动的基础刹车。液压制动系统是指系统采用液压油作为一种媒介传递力量服务制动控制服务制动器,并有可能纳入制动功率协助单位,或刹车动力装置。间接控制是指轮车轮上不能感觉到一定程度的轮换车轮滑移,但这种调制器的防抱死制动系统能够调整其制动驱动部队响应信号从一个或更多的感觉到车轮。初始制动温度是指最热的车轴车辆的平均气温,服务刹车 0.2 英里内的任何刹车。轻载车重量是指: (1)车辆与 GVWR 的一万磅或更少,卸下车辆重量再加 400 磅。(包括司机和仪器仪表)4(2)对于车辆与 GVWR 更大超过 10,000 磅。卸下车辆重量再加 500 磅。(包括司机和仪器仪表)(3)家庭汽车是指机动车辆与动力,目的是提供临时住房,存在至少下列四个设施:做饭,冷藏或冰包装盒,厕所,加热和或空气调节一个饮用水供水系统包括一个水龙头和一个和一个单独的 110 至 125 伏电力电源供应器或液化天然气的供应。(4)停车机制手段的一个由部分或子系统的驱动列车该锁的驱动器组成的。火车传输控制是放置在一个停车或其他渔具的立场和点火,关键是删除。山顶或摩擦系数的 PFC 手段的比率最高值制动测试车轮纵向力,同时,以垂直力发生前四轮锁死,如制动力矩是在逐步增加的。压力部分是指制动系统的组成部分,包含制动系统和控制流体和感官的流体压力。再生制动系统或苏格兰皇家银行是指电力系统是安装在一个回收电动车内,或动能消退,并使用电动机推进作为缓凝剂部分制动的电动车返回到电能推进电池或消耗电能。防滑一些手段摩擦阻力一个按照美国社会测试和材料(美国 ASTM)测量路面方法。(5)仰止制动减速是指一辆汽车从一个更高的参考速度或较低的大于零的参考速度。停止手段制止产生从应用二百磅武力在服务上制动控制在 0.08 秒。斯普利特服务制动系统是指制动系统组成的两个或两个以上的驱动子系统由一个单一的控制设计所控制,使一个单一的失败任何子系统(如渗漏型没有压力的组成部分水工结构子系统除外失败的住房是共同的两个或两个以上的子系统,电失败的一个电动子系统)不损害任何行动的其他子系统。(6)刹车距离是指搭乘一辆车的制动控制该点的车辆达到的一个距离。(7)串联轴是指一组两个或车轴放在更加密切的安排一个在后面的其他与中心相邻线车轴不超过 72 英寸远。(8)变配料制动系统是指一个系统在车轴自动调整制动力量,以补偿静态车辆轮轴装货或动态车辆轮轴装货的重量转移在车轴之间的减速。车轮锁死意味着百分之百的车轮滑。五 要求.S5.1 服务刹车系统.每辆车应配备一个服务制动系统,对所有车轮都采取行动。磨损的制动的服务,应当为制度自动调整的手段给予赔偿。每辆客车和每一辆多用途客运汽车、卡车、公共汽车的 GVWR 的一万英镑或更少,须能会议要求5S5.1.1 ,S5.1.6 通过的条件下,根据测试的程序和序列规定七。每一辆校车与 GVWR 大于 100 万英镑应能够满足要求 S5.1.1 通过 S5.1.5 的条件下。明六时,根据测试的程序和序列规定七。每辆多用途客车,卡车,公共汽车和(除一辆校车)以 GVWR 大于一万英镑须能会议要求 S5.1.1 , S5.1.2 ,并在 S5.1.3 的条件下 。当测试按照程序,并在序中规定。如果车辆是无法实现的速度 指明 S5.1.1, S5.1.2,S5.1.3,或 S5.1.6,其服务刹车系统须能制止车辆从多重的五英里每小时的4 至八英里每小时不到的速度达到 2 英里的距离内不超过相应的距离。如果车辆无法实现速度指明 S5.1.4 在规定的时间或距离间隔规定,应在测试的最高速度达到在规定的时间或距离指定的时间间隔内。S5.1.1 刹车距离.(一)刹车系统须能阻止每辆有 GVWR 不到八千磅,每一辆校车与 1 GVWR 之间进行 8000 英镑和 1 万英镑的四个效力试验。(二)服务刹车系统须能停止每辆有 1GVWR 之间 8000 磅和 1 万英镑以外的校车在三个效益的试验距离和速度指定在 S5.1.1.1 ,S5.1.1.2 ,并 S5.1.1.4 。(三)服务制动器须能停止每辆有 GVWR 更大的超过 10,000 磅两名效力试验的距离内指明 S5.1.1.2 和 S5.1.1.3 的速度 。每一辆校车与 GVWR 应大于 10000 英镑,1996 年 1 月 12 日之前生产,一九九九年三月一日,并且配备了防抱死制动系统,而不是第一个有效性检验的规定。每一辆校车与 GVWR 大于 1 万磅的制造 ,99年 3 月 1 日应能够满足要求,在通过 S5.1.1S5.1.5 条件下,根据测试的程序和序列规定七。S5.1.1.1.在第一个效力试验中,车辆须能阻止 30 英里每小时到 60 英里范围内相应的距离。S5.1.1.2.在第二成效测试中,每辆有 GVWR 或 1 万英镑以下,每所学校巴士与 GVWR 大于 10000 英镑须能阻止从 30 英里每小时到 60 英里每小时的每一辆车。如果可达到的速度在 2 英里而且不超过 84 英里,客运车或其他车辆与 GVWR 10,000 英镑或更少也应能停止从 80 英里每小时相应的范围内距离,在第三个有效性检验车辆须能阻止轻载车辆的重量从 60 英里范围内相应的距离。 在第四成效测试中,车辆重 GVWR 10,000 英镑或更少,须能阻止来自 30 到 60 英里每小时相应的范围内的距离,如果速度达到 2 英里且不超过 84 英里,轿车或其他车辆的 GVWR 少于 10,000 磅或更少,也应能阻止从 80 英里每小时内指定的相的距离。如6果速度达到 2 英里而且不低于 99 英里。对于一个电动车,速度达到 2 英里决定与电池的充电状态不少于百分之九十五。S5.1.2 部分失效.S5.1.2.1 车辆制造一个刹车服务系统,一旦发生破裂或泄漏,系统将失效。这是常见的两个或两个以上的子系统,余下的部分的服务制动系统应继续操作。S5.1.2.2 在车辆无法制造分离与制动系统服务时,在任何一个泄漏故障类型的组成部分中,车辆的服务制动系统应为经营服务制动控制,能阻止连续 10 次从60 英里范围内相应的距离。附件 2:外文原文(复印件)1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2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(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4如图3所示.图3 机构受力分析由静力平衡方程 06sin45sin0DCFGMBD代入数据得 023.2106BC解得 N617.F以板的左端为坐标原点,选取坐标系如图 4 所示5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 N mmaxM461023.107.CGBLF抗弯截面系数 62bhW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 2350.m6根据弯矩强度条件 4maxax62107120MPa.3MPaW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 AFs6式中 为截面上的内力(即剪力) , 。A 为截面面积。sF0sin45sF代入数据解得MPa4071.40.51266 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 AFN式中 为拉伸力, 。A 为截面面积,N 003sin45sinBCNFF Abh代入数据解得MPa1006.12.057166 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 N660 10.2317.6sinBCLF因为本系统采用 3 个液压缸,故单个液压缸承受的负载为N61102.L7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121)FAPm其中 为有杆腔压力,此处取 0, 为机械效率( =0.880.95) ,2Pmm通常取 =0.95。m所以 即 1!1FAP124FDm其中 D 为液压缸内径mm295.018.3.461 m根据表 23.1-9 ,D 取标准值 125mm28故活塞杆直径 d 可由 求得1D其中 为速度比, , 推荐值为 1.332,查表)(2212d4.8-1 取 1.33mm 623.125d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m32321 10)105(4DA2则液压缸的有效面积m 832221 )(d23.3 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9mm75126.0.DB导向套滑动面的长度 ,当 D80mm 时,取(0.61)dl故取 mm,圆整为 B=38mm.83.dl液压缸的长度 S 按其最大行程确定,一般不大于(2030)DCHBLL: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mm10)2(C:其他长度,比如密封件长度故取 mm95S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。108 9 C 5 1单片机系统抬板 , 落板 ,停板开关红灯 , 绿灯 ,雾灯开关前 , 后地感应开关上 , 下限位开关抬板 , 落板 , 停板红灯 , 绿灯 , 雾灯电机开停控制脉冲计数器抬板 , 落板最大限时设置定时自动抬板设置前 , 后地感应模块抬落设置反向功率放大报警器图 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11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 。12开始初始化有键按下吗?是落 板键吗 ?是抬板键吗?是 后地感 应信号吗?是 前 地感 应信 号 吗?是停板键吗?是 红灯开关吗?是 绿灯开 关吗?是 雾灯开 关吗?板 位最高 处吗?清最 低点标 志抬 板亮红灯设抬板计 数清落板计 数板 位最低 处吗?清最 高点标 志落 板设落板计 数清抬板计 数停 板清抬板计 数清落板计 数交替亮熄绿灯交替亮熄红灯交替亮熄雾灯清 等 待抬板计数置 等 待抬板计数清 等 待抬板计数清 等 待抬板计数开 此功能吗 ?开 此功能吗 ?清 等 待抬板计数YYNYNYNYNYYNNNNYYYNNY亮红灯YNN图 8 流程图135 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,2006.4 刘鸿文.材料力学M. 第四版,北京高等教育出版社,2004.5 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M. 第六版,北京高等教育出版社,2002.6 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2006.7 陈乐天.机械设计手册(液压传动与控制)M.北京:机械工业出版社,2007.8 贤良,王传礼.液压传动M.北京:国防工业出版社,2006. 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 I 页 共 II 页目 录1 绪论 .11.1 电子挡车器的现状 .11.2 本课题研究的意义 .21.3 本课题的主要任务 .31.3.1 设计条件及要求 .31.3.2 知识要求 .41.3.3 设汁任务 .42 防恐电子挡车器总体的设计 .52.1 机械部分 .52.1.1 机械部分的基本要求 .52.1.2 四杆机构的选用 .52.1.3 平面四杆机构的确定方法 作图法 .62.1.4 液压传动的优缺点 .62.2 控制部分 .82.2.1 硬件系统的设计 .82.2.2 软件系统的设计 .113 机械部分的详细设计 .153.1 拟定机构方案 .153.2 钢板的强度校核 .173.2.1 板的受力分析 .173.2.2 板的厚度校核 .183.2.3 板的剪切强度校核 .183.2.4 板的拉伸强度校核 .193.3 杆的强度校核 .193.4 销的强度校核 .204 液压缸的设计 .234.1 确定液压系统方案 .234.2 负载分析 .234.3 初选工作压力 .244.4 计算液压缸的主要尺寸 .244.5 液压缸其他尺寸的确定 .264.6 液压缸参数的校核 .26 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 II 页 共 II页4.6.1 活塞杆直径强度校验 .264.6.2 缸体壁厚 强度校核 .27结束语 .28致谢 .29参考文献 .30 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 1 页 共 30 页1 绪论1.1 电子挡车器的现状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。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 2 页 共 30 页图 1.1 住宅区栏杆式自动挡车器目前市场上有各式各样的挡车器。就切换的速度上看有:高速挡车器,动作时间一般为 1.2S2S;中速挡车器,动作的时间一般为 2.5S3S;低速挡车器,动作时间一般为 4.5S 以上。就外形来看,有直臂型,主要用于公路收费站、停车场、住宅、机关及学校等;曲臂型,主要用于受高度限制的区域;栏栅型,外形很优美,主要用于海关等防止从杆下通过的场所。就控制方式来看,有:手动控制,遥控控制和通讯控制。就机械传动上分有:液压传动,这种传动结构简单、传动快、声音轻,但维护成本高,栏杆不宜太长,撞击后损坏率高,停电后的释放简单;皮带传动,这种传动成本低,但易拉伸磨损,声音响,传输平衡稳定性较差,要日常维护;减速箱传动,此种传动成本略低,机械结构复杂,机件多,调节维护复杂;复合一体化传动,此种传动电机和减速机构一体,根据不同的杆长选择不同的电机,无须调节减速机构,停电处理只需钥匙柄,卫生方便。图 1.2 栅栏式挡车器得益于切换的快速性以及外形的美观,挡杆类的挡车器应用得非常广泛,但是,各收费站使用的直杆类道闸,对违章司机形同虚设,车辆冲卡现象相当严重。更有甚者,撞伤、撞死执情人员,也时有发生。严重威胁收费站工作人员的人身安全,造成征费工作困难,直接影响我国公路事业的发展 1。1.2 本课题研究的意义 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 3 页 共 30 页近年来,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。 电子防恐挡车器正可以解决当前的恐怖冲卡现象,适用于公路、桥梁、隧道、停车场、企事业单位、旅游区道口、车辆通行管理领域和收费出入口。电子挡车器的控制系统采用计算机控制,系统集成度高,逻辑功能强,具备高度智能化。系统控制设计有多种运行模式供用户选用;有与自动控制系统、环路感应器、报警器、车辆计数器的连接的专用接口;用户可通过选择不同的运行模式,通过不同的搭配组合,灵活组成人工控制、半自动控制、智能控制等各种不同类型的控制管理系统。本课题将对汽车挡车器的机械部分、控制部分和保护环节进行研究。其目的是通过对汽车挡车器的研究,发现挡车器设计中存在的不足,进而改进挡车器的设计,以便使挡车器更好地在智能化交通系统中发挥作用。由于该设计具有广阔的应用领域,并且通过研究可以学习到许多相关知识,在当今讲求竞争,讲求效率与效益的时代,本课题就具有了较高的研究价值 1。1.3 本课题的主要任务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。1.3.1 设计条件及要求(1)路幅宽:5 米;(2)极限冲击力:1000KN;(3)动作时间:10s; 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 4 页 共 30 页(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1.3.2 知识要求具备机械原理与机械零件设计、机电一体化、数控技术等专业知识,掌握AutoCAD、Pro/E 等机械设计软件,有较好的结构设计的能力。1.3.3 设汁任务(1)总体方案设计与计算;(2)机械系统设计的装配图;(3)关键零件设计及液压系统的设计。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 5 页 共 30 页2 防恐电子挡车器总体的设计2.1 机械部分2.1.1 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。2.1.2 四杆机构的选用(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2.1所示的雷达天线俯仰搜索机构。.图2.1 雷达天线俯仰搜索机构 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 6 页 共 30 页(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2.2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2.2 自卸卡车车厢的举升机构本设计的挡车器机械部分与上述两例的原理相似,采用四杆机构作为机械部分 2 3。2.1.3 平面四杆机构的确定方法 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。作图法有直观,简单,快捷的优点。在本设计中我们采用这种方法 3。2.1.4 液压传动的优缺点(1)优点(a)传动平稳。在液压传动装置中,由于油液的压缩量非常小,在通常压力下可以认为不可压缩,依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力,在油路中还可以设置液压缓冲装置,故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击,使传动十分平稳,便于实现频繁的换向;因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上,例如磨床几乎全都采用了液压传动。(b)质量轻体积小。液压传动与机械、电力等传动方式相比,在输出同样 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 7 页 共 30 页功率的条件下,体积和质量可以减少很多,因此惯性小、动作灵敏;这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说,是特别重要的。例如我国生产的 1m3 挖掘机在采用液压传动后,比采用机械传动时的质量减轻了 1t。(c)承载能力大。液压传动易于获得很大的力和转矩, 因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵和万吨水压机等。(d)容易实现无级调速。在液压传动中,调节液体的流量就可实现无级调速,并且调速范围很大,可达 2000:1,很容易获得极低的速度。(e)易于实现过载保护。液压系统中采取了很多安全保护措施,能够自动防止过载,避免发生事故。(f)液压元件能够自动润滑。由于采用液压油作为工作介质,使液压传动装置能自动润滑,因此元件的使用寿命较长。(g)容易实现复杂的动作。采用液压传动能获得各种复杂的机械动作,如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台,可加工出不规则形状的零件。(h)简化机构。采用液压传动可大大地简化机械结构,从而减少了机械零部件数目。(i)便于实现自动化。液压系统中,液体的压力、流量和方向是非常容易控制的,再加上电气装置的配合,很容易实现复杂的自动工作循环。目前,液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。(j)便于实现“三化”。液压元件易于实现系列比、标准化和通用化。也易于设计和组织专业性大批量生产,从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。(2)缺点(a)液压元件制造精度要求高。由于元件的技术要求高和装配比较困难,使用维护比较严格。(b)实现定比传动困难。液压传动是以液压油为工作介质,在相对运动表面间不可避免的要有泄漏,同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合,例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。(c)油液受温度的影响。由于油的粘度随温度的改变而改变,故不宜在高 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 8 页 共 30 页温或低温的环境下工作。(d)不适宜远距离输送动力。由于采用油管传输压力油,压力损失较大,故不宜远距离输送动力。(e)油液中混入空气易影响工作性能。油液中混入空气后,容易引起爬行、振动和噪声,使系统的工作性能受到影响。(f)油液容易污染。油液污染后,会影响系统工作的可靠性。(g)发生故障不易检查和排除 8。2.2 控制部分2.2.1 硬件系统的设计(1)单片机的基本结构随着大规模集成电路技术的发展,可以将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出(I/O)接口电路等主要计算机部件,集成在一块电路芯片上。这样所组成的芯片级的微型计算机称为单片微型计算机。本系统选用的是MCS51 系列的 89C51。如图 2.3 所示振 荡 器和时 序 电路程序存储器( 4 K B )数据存储器( 2 5 6 K B )8 9 C 5 1C U P两 个1 6 位定时器/ 计数器中 断控 制总线扩展控 制器并行 可 编 程和I / O可编程串行口外 部中断内部中断控制( 数据/ 地址)外时钟源外 部事件计数P 0P 1P 2P 3R I DT I D单 片机的 基本组成结 构图 2.3 单片机的基本组成结构 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 9 页 共 30 页(2)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下图 3.2 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。8 9 C 5 1单片机系统抬板 , 落板 ,停板开关红灯 , 绿灯 ,雾灯开关前 , 后地感应开关上 , 下限位开关抬板 , 落板 , 停板红灯 , 绿灯 , 雾灯电机开停控制脉冲计数器抬板 , 落板最大限时设置定时自动抬板设置前 , 后地感应模块抬落设置反向功率放大报警器图 2.4 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 1114 。(3)中断系统中断:程序执行过程中,允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行, 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 10 页 共 30 页使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去;完成中断服务程序后,CPU 继续原来被打断的程序,这样的过程称为中断过程。外部中断触发方式:电平触发方式,低电平有效;跳变触发方式,电平发生由高到低时触发。这两种触发方式可以设置 TCON 寄存器中的 和 中1INT0断触发申请触发方式控制位来选择:设置 IT1、IT0=0,选择电平触发方式;设置 、 ,选择跳变触发方式。1INT0中断优先级:几个中断源同时申请中断时,或者 CPU 正在处理某外部事件时,又有另一外部事件申请中断,CPU 必须区分哪个中断源更重要,从而确定优先处理谁的能力 1114 。(4) 80C51、87C51 及 89C51 型单片机的比较80C51、87C51 及 89C51 型单片机的特性比较如下表:表 2.1 单片机的特性比较型号 特性 80C51 87C51 89C51ROM 4K 4K(EPROM ) 4K( PROM)2ERAM 128K 128K 128KROM(片内、片外) 64K 64K 64KRAM(片内、片外) 64K 64K 64K16 位 C/T 2 2 2并行 I/O 口 32 32 32串行 I/O 口 1 1 1中断口 5 5 6最高时钟频率 12MHz 12MHz 24MHz80C51 单片机的程序在做单片机时写入,一次性固化,用户不能改写;在87C51 中为 4KB 的可编程、可改写的只读存储器是 EPROM;在 89C51 中为 4KB 的可骗程、可改写的只读存储器是 PROM;而 80C31 不设片内程序存储器,使用2E时必须由片外扩展。89C51 单片机是 80C51 含 PROM 的产品,是当前最新的一种电擦写的 8 位2单片机,与 80C51 系列完全兼容,这种单片机有两级或三级程序存储器的保密系统,用于保护 E2PROM 中的程序,以防止非法拷贝,其片内的闪速存储器的编程和擦除完全用电实现,另外 89C51 单片机还可用智能法进行编程,可使每个 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 11 页 共 30 页字节编程的时间由 50MS 减少到 4MS,速度快、效率高;其片内有 4KB 的 PEROM代码存储器阵列,有低电压编程和高电压编程(12V)两种模式,低电压编程状态为用户在系统中编程 89C51 提拱了一个方便的途径,而高电压编程(12V)模式与一般常规 FLASH 或 EPROM 编程兼容。由上可知,用电可擦除型的 ROM 给用户还来了更大的方便,特别是应用系统的现场调试,而且目前的市场体格已经下降得很快,所以被广泛采用。所以本次选用 89C51 单片机较优 12。2.2.2 软件系统的设计(1)软件主程序的描述主程序的流程见图 2.4 所示。从流程图可以看出,整个程序分为输入数据的扫描程序和数据的处理程序两部分,系统上电或复位之后,经系统初始化,首先判断 P1 口的状态:若为 FFH,继续扫描输入数据;若不为 FFH,则转入数据的处理程序。程序开始后首先进行程序的初始化,初始化主要完成的内容有:(a)输出端口;(b)示器的初始值;(c)断 0、外部中断 1、定时/计数器 T0 的初始化:外部中断 0、外部中断 1 的中断优先级设置为最高,并且设为边沿触发方式;设定定时/计数器 T0每 50ms 中断一次,其工作方式为 1,则需要作如下的计算:振荡器的频率 f =12MHzosc方式 1 计数器长度 L=16, =65536162定时时间 t=50ms= s305定时常数 TC= 65536-50000=15536120561236tfoscL定时常数 TC 转换成二进制数 TCB=11110010110000所以 TCH=3CH,TCL=0B0H由于与定时器 T1 无关,故 M0=1,M1=0,C/T=0,GATE=0 不用门控控制字为#01H(2)输入数据的扫描程序 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 12 页 共 30 页抬板开关、落板开关、停板开关、红灯开关、绿灯开关、雾灯开关、前地感应开关与后地感应开关是与 P1 口连接的,当其中一个开关闭合时,则其对应的 P1 口的位将会变成低电平。扫描 P1 口的状态来判断是否有键按下,如果 P1口的各位都是高电平则说明此时没有键盘按下,就又返回不断地扫描 P1 口的状态,直到有键按下即 P1 口不全是高电平时才会转到数据处理程序当中来。(3) 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 13。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 13 页 共 30 页开始初始化有键按下吗?是落 板键吗 ?是抬板键吗?是 后地感 应信号吗?是 前 地感 应信 号 吗?是停板键吗?是 红灯开关吗?是 绿灯开 关吗?是 雾灯开 关吗?板 位最高 处吗?清最 低点标 志抬 板亮红灯设抬板计 数清落板计 数板 位最低 处吗?清最 高点标 志落 板设落板计 数清抬板计 数停 板清抬板计 数清落板计 数交替亮熄绿灯交替亮熄红灯交替亮熄雾灯清 等 待抬板计数置 等 待抬板计数清 等 待抬板计数清 等 待抬板计数开 此功能吗 ?开 此功能吗 ?清 等 待抬板计数YYNYNYNYNYYNNNNYYYNNY亮红灯YNN图 2.5 流程图 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 14 页 共 30 页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 14。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 15 页 共 30 页3 机械部分的详细设计3.1 拟定机构方案根据任务书要求并结合实际,初步拟定如下四个方案:方案一:如图3.1所示此方案采用液压缸直接驱动,结构简单。但因液压缸直接承受负载,对液压缸强度、精度要求过高。图3.1 方案一方案二:如图3.2所示此方案液压缸不直接承受负载,所受阻力较小,方案结构紧凑,满足设计要求。但此方案传动角较小,不利于机构运动。图 3.2 方案二 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 16 页 共 30 页方案三:如图3.3所示此方案结构简单,传动角较大,易于机构运动,各杆位置构成直角三角形,结构稳定。但尺寸较大,超过空间要求。图 3.3 方案三方案四:如图3.4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45 0,利于机构运动。故采用此方案。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 17 页 共 30 页图 3.4 方案四3.2 钢板的强度校核3.2.1 板的受力分析如图3.5所示.图3.5 机构受力分析由静力平衡方程 06sin45sin0DCFGMBD代入数据得 023.2106BC解得 N617.F以板的左端为坐标原点,选取坐标系如图 3.6 所示 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 18 页 共 30 页图 3.6 机构弯矩图3.2.2 板的厚度校核由图 3.6 解得最大弯矩 N mmaxM461023.107.CGBLF抗弯截面系数 62bhW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 2350.m6根据弯矩强度条件 4maxax62107120MPa.3MPaW故所取板的厚度 0.2m 满足强度要求 4。3.2.3 板的剪切强度校核根据剪切强度条件 AFs 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 19 页 共 30 页式中 为截面上的内力(即剪力) , 。A 为截面面积。sF045sinFs代入数据解得MPa4071.40.51266 MPa故板满足剪切强度要求 4。3.2.4 板的拉伸强度校核根据拉伸强度条件 AFN式中 为拉伸力, 。A 为截面面积,N 003sin45sinBCNFF bhA代入数据解得MPa1006.12.057166 MPa故板满足拉伸强度要求 4。3.3 杆的强度校核如图 3.7 受力分析可知,AB 杆所受压力大小即为 (本设计采用 3 组BCF31四杆机构)图 3.7 AB 杆的受力分析A 为截面面积, ,其中 d 为截面的半径 600mm。24A 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 20 页 共 30 页由公式 MPa16083.0)160(47.331232 MPadFABC故 AB 杆的强度满足要求。BC 杆的受力分析如图 3.8 所示,其所受压力与 AB 杆相同,且 AB 杆的半径与 BC 杆相同,故 BC 杆所受的压缩强度与 AB 杆完全相同。即 AB 杆也满足强度要求 45。图 3.8 BC 杆的受力分析3.4 销的强度校核由图 3.9 所示受力分析可知,机构中最大的力为 DF 杆所受的拉力N06sin45.71CDF根据剪切强度条件 As式中 为截面上的内力(即剪切力) , NsF 61035.21CDsF 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 21 页 共 30 页图 3.9 机构受力分析而本设计采用三组四杆机构,故单组杆上的剪切力N,如下图 3.10 所示。A 为截面面积,66 102.35.0sFm 。332 9.)(4dA2 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 22 页 共 30 页图 3.10 销的受力分析代入数据解得MPa1206109.123 MPaAFs故板满足剪切强度要求 6。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 23 页 共 30 页4 液压缸的设计4.1 确定液压系统方案根据条件及实际计算采用如图 4.1 系统方案图 4.1 液压系统4.2 负载分析由图 4.2 解得 N660 10.2317.6sinBCLF因为本系统采用 3 个液压缸,故单个液压缸承受的负载为 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 24 页 共 30 页N61102.3LF图 4.2 机构受力分析4.3 初选工作压力初选液压缸工作压力,参考液压传动表 10.3-1,结合本液压系统实际情况,初选系统压力 为 18MPa7。1P4.4 计算液压缸的主要尺寸正向行程(无杆腔进油)时121)FAPm其中 为有杆腔压力,此处取 0, 为机械效率( =0.880.95) ,2Pmm通常取 =0.95。m 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 25 页 共 30 页所以 即 1!1FAPm124FPDm其中 D 为液压缸内径mm295.018.3.461 m根据表 23.1-9 ,D 取标准值 125mm2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)(2212d4.8-1 取 1.33mm 623.125d根据表 23.1-10 ,d 取标准值 63mm液压缸具体如图 4.3图 4.3 液压缸m32321 10)105(4DA2则液压缸的有效面积 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 26 页 共 30 页m 832221 10)(4dDA24.5 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mm7526.0.导向套滑动面的长度 ,当 D80mm 时,取(0.61)dl故取 mm,圆整为 B=38mm.83.dl液压缸的长度 S 按其最大行程确定,一般不大于(2030)DCHBLL: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mm10)2(C:其他长度,比如密封件长度故取 mm95S液压缸缸体的壁厚 缸体厚度 的取值由强度条件决定,取 =24mm84.6 液压缸参数的校核4.6.1 活塞杆直径强度校验活塞杆直径强度 按下式校验强度14Fd式中 FL 为液压缸负载,单位为 N 为材料许用应力, , 为材料抗拉强度,单位为 Pa,n 为安nbb全系数,一般取 n=1.4活塞杆采用 45 号钢,查表得,其材料强度为 =600MPabm063.024.14.60.32461 dmF 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 27 页 共 30 页所以活塞杆直径强度满足要求 9。4.6.2 缸体壁厚 强度校核由公式 162.54D故按照中等壁厚强度计算此时 cpy)3.2(式中 为强度系数,对于无缝钢管, =1。c 为计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度,通常圆整到标准厚度值。为试验压力(MPa) ,当工作压力 时, (本系统 为yp 16ppy25.118MPa) 。 为缸体材料的许用应力(MPa) ,本缸体采用铸铁,故 为 60MPa。 代入数据解得= mmcpDy)3.2( 241)85.2603.(1c故缸体壁厚满足强度要求 10。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 28 页 共 30 页结束语关于防恐电子挡车器的设计,经过 3 个多月的努力,已经基本完成,现总结如下:(1)通过本次毕业设计,使我能够对书本知识做进一步的了解与学习,对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解。本课题要求对挡车器总体及机械部分的详细设计,对我在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。(2)掌握了一般的设计思路和设计切入点,在此设计中,我选用四杆机构作为挡车器的执行机构,选用液压缸作为驱动机构,采用单片机进行控制,并分为手动控制和自动控制。总的来说本课题的设计是符合要求的。(3)进一步规范了制图要求,学会运用标准、规范、手册和查阅相关资料的本领。(4)防恐电子挡车器有很大的发展空间,需要我们不断努力。此次毕业设计不仅是对四年来所学知识的一个巩固和提高,还是从理论到实践应用的一个转化,更是一种学习方法的培养、一种学习精神的熏陶。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 29 页 共 30 页致 谢经过三个月的忙碌和工作,我的毕业设计终于完成了。虽然中间有着不完美,但却是我自己不断地查阅资料、思考和动手的结果。作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师张少文老师。张老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是张老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩张老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助,特别是在软件的使用方面,正因为如此我才能顺利的完成设计,我要感谢我的母校南京理工大学泰州科技学院,是母校给我们提供了优良的学习环境;另外,我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师,是你们教会我专业知识。在此,我再说一次谢谢!谢谢大家!。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 第 30 页 共 30 页参 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,2006.4 刘鸿文.材料力学M.第四版,北京:高等教育出版社,2004.5 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.第六版,北京:高等教育出版社,2002.6 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2006.7 机械设计手册(液压传动与控制)M.北京:机械工业出版社,2007.8 贤良,王传礼.液压传动M.北京:国防工业出版社,2006.9 章宏甲,黄谊. 液压与气压传动M.第二版,北京:机械工业出版社,2005.10 苏启棠.液压传动设计中几个问题的合理选择J.液压与气动, 2000.11 陈云富,杨和梅.PLC 在液压传动设计型实验教学中的应用J.科学技与工程,2007,7(7):1373137412 范永胜,王岷.电气控制与 PLC 应用M.第二版,北京:中国电力出版社,2007.13 高安邦,智淑亚,徐建军.新编机床电气与 PLC 控制技术M.北京: 机械工业出版社,2008.14 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,1992.15 黄继昌.电子元器应用手册M.北京:人民邮电出版社,2004.
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