基于PV供能的CRC車輛分流裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

丁澤文　王玉勤　羅健　秦雨晴　王春娥

摘 要：為改善高峰時期道路車流量較大而引起的道路壓力較大，以及車道車流量分布不均的問題。從智能化、資源利用率最大化的角度出發(fā)，以減少人員參與及能源損耗為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種PV供能CRC車輛分流裝置。該設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)的道路護(hù)欄改為可移動式道路護(hù)欄。利用成熟的CRC技術(shù)，采用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制道路護(hù)欄橫向移動，來改變車道數(shù)量，緩解道路壓力，結(jié)合PV技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源供給問題。所設(shè)計(jì)的車輛分流裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，降低了能源損耗，提高了能源的利用率。

關(guān)鍵詞：PV；CRC；車輛分流裝置

隨著國民物質(zhì)生活的不斷進(jìn)步，私家車的數(shù)量在不斷地增加，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示我國私家車保有量達(dá)到1.84億輛，并以每月161萬輛的數(shù)量在持續(xù)增長[1-3]。物質(zhì)生活的享受往往也會帶來許多社會問題，在上班早高峰期及節(jié)假日往往會出現(xiàn)單側(cè)車流量較大，車輛難以前行，對側(cè)車道車流量較少的現(xiàn)象。應(yīng)對現(xiàn)存問題，出現(xiàn)了潮汐車道等解決方法，這種潮汐車道存在反應(yīng)不及時、工作參與人員較多等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的PV（光伏，Photovoltaic）供能CRC（計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，Computer remote control）車輛分流裝置從道路護(hù)欄移動的角度考慮，通過CRC技術(shù)控制護(hù)欄樁的移動改變車道的數(shù)量，該裝置具有智能化操作、安裝方便、適應(yīng)性高等優(yōu)點(diǎn)，并且利用綠色能源太陽能作為自身能源供給。

1 PV供能CRC車輛分流裝置結(jié)構(gòu)簡介

PV供能CRC車輛分流裝置主要由兩部分所組成，分別為移動部分和連接支撐部分，如圖1所示。移動部分由殼體支架、行進(jìn)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)和儲能部件所組成，其帶動整個裝置進(jìn)行橫向移動；連接支撐部分由輔助支架、滑塊連桿機(jī)構(gòu)、伸縮桿所組成，輔助支架起到輔助支撐的作用，增強(qiáng)裝置穩(wěn)定性，滑塊連桿機(jī)構(gòu)主要控制輔助支架的等距移動，伸縮桿可在裝置運(yùn)動過程中起到保證裝置連續(xù)性的作用。

2 PV供能CRC車輛分流裝置工作原理

PV供能CRC車輛分流裝置的設(shè)計(jì)主要為緩解上班高峰期和節(jié)假日單側(cè)道路擁堵，而對側(cè)車道車流量較少的問題，利用道路護(hù)欄移動的方式，來使得擁堵路段車道數(shù)增加，借助對側(cè)車道來緩解擁堵側(cè)道路壓力。PV供能CRC車輛分流裝置工作示意圖如圖2所示。在單側(cè)道路出現(xiàn)擁堵狀況時，觀察人員通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制（CRC）將信號發(fā)送給相應(yīng)編號護(hù)欄樁，信號轉(zhuǎn)換裝置將無線電信號轉(zhuǎn)換為電信號，各動力部分發(fā)生運(yùn)動，使得裝置發(fā)生橫向移動，增加擁堵側(cè)車道數(shù)，進(jìn)而緩解道路壓力。

3 移動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PV供能CRC車輛分流裝置移動部分主要作為裝置的運(yùn)動部分，其由殼體支架、行進(jìn)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)和儲能部件構(gòu)成，如圖3所示。

3.1 殼體支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

殼體支架采用金屬板材焊接而成，主要由殼體支架和前蓋板組成，從結(jié)構(gòu)上可分為上中下三層。其最上層采用凹陷結(jié)構(gòu)主要是起到太陽能板的承載作用，使年太陽輻射量達(dá)到最大，殼體支架上層角度設(shè)計(jì)為：中間層主要作用是承載蓄電池，掛載太陽能控制器和信號轉(zhuǎn)換裝置，在蓄電池正面設(shè)置前蓋板以便于內(nèi)部構(gòu)建的更換。下層部分主要是由行進(jìn)機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)組成。殼體部分兩側(cè)各設(shè)置三個掛載體，供連接支撐裝置的掛載。

3.2 行進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)車輛分流自動化、智能化，各驅(qū)動電機(jī)均使用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)末端與信號轉(zhuǎn)換裝置連接，信號轉(zhuǎn)換裝置將無線電信號轉(zhuǎn)換為電信號來驅(qū)動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而帶動裝置發(fā)生橫向移動。行進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖4所示。固定底板作為整個行進(jìn)機(jī)構(gòu)的承載部件，其四個拐角設(shè)置四根導(dǎo)向柱，升降板位于固定板上方且四個拐角的導(dǎo)向孔與固定底板上的導(dǎo)向柱配合在一起，實(shí)現(xiàn)升降板沿Y軸上下移動。升降電機(jī)通過升降電機(jī)承載板固定在殼體支架的內(nèi)部，升降電機(jī)的輸出端螺紋與升降板中心位置的螺紋孔配合，在升降電機(jī)的轉(zhuǎn)動下可帶動升降板的上下移動。行進(jìn)輪設(shè)有四個，通過轉(zhuǎn)軸固定在升降板上，轉(zhuǎn)軸端部通過聯(lián)軸器與行進(jìn)電機(jī)連接，行進(jìn)電機(jī)以升降板的中心線對稱設(shè)置在行進(jìn)輪的內(nèi)側(cè)。

我國在道路寬度上具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，縣級以上道路單車道寬度L=3.5m～3.75m。行進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在選型時取n=10rpm，行進(jìn)輪直徑為d=100mm，移動單側(cè)車道所需時間t：

從計(jì)算結(jié)果看出裝置的移動時間在66.85s～71.62s之間，在較短的時間內(nèi)可以調(diào)整車道數(shù)量，從而來緩解道路壓力。

3.3 鎖緊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4-5]

裝置在靜止?fàn)顟B(tài)時，為了考慮其穩(wěn)定性在殼體支架的底部安裝鎖緊裝置，鎖緊裝置由“J”型鎖扣和彈力結(jié)構(gòu)所組成，在升降電機(jī)帶動升降板沿Y軸向下運(yùn)動過程中，在升降板的下壓作用下使得“J”型鎖扣逆時針轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)與路面扣件之間的解鎖功能，在升降板沿Y軸上升時在彈力結(jié)構(gòu)作用下“J”型鎖扣順時針轉(zhuǎn)動，再次與路面扣件發(fā)生鎖定。利用結(jié)構(gòu)之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)裝置的鎖定于解鎖功能，免去不必要的能源損失。

3.4 儲能部件的設(shè)計(jì)

在供能方面本裝置采用自身供電，免去外接能源輸入過程的資源損耗，且結(jié)合較為成熟的PV技術(shù)，極大地增強(qiáng)了裝置的能源利用率。儲能部件由太陽能控制器、蓄電池和太陽能板組成，太陽能板通過對太陽能轉(zhuǎn)化產(chǎn)生電能，太陽能板與蓄電池之間連接一太陽能控制器，通過太陽能控制器來控制蓄電池的充放電，且具有保護(hù)蓄電池，延長使用壽命的作用。

4 連接支撐部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

PV供能CRC車輛分流裝置連接支撐部分起到裝置的連接和支撐的作用，其主要是由主伸縮桿一、副伸縮桿一、輔助支架、主伸縮桿二、副伸縮桿二、連桿和滑塊構(gòu)成。如圖5所示。連接支撐部分從結(jié)構(gòu)上可分為四層，從上至下第一層和第四層的主要起連接作用，分別由主伸縮桿一和主伸縮桿二組合而成，主伸縮桿二為空心結(jié)構(gòu)，主伸縮桿一套在主伸縮桿二內(nèi)部，且可在其內(nèi)部移動；第二層和第三層由副伸縮桿一、副伸縮桿二、滑塊和連桿所構(gòu)成，副伸縮桿一和副伸縮桿二內(nèi)部均為方形凹槽，副伸縮桿一內(nèi)部凹槽供滑塊安裝，副伸縮桿二內(nèi)部凹槽供安裝副伸縮桿一；上下滑塊通過連桿連接在一起，輔助支架上部與第三層的滑塊通過螺釘連接在一起。

PV供能CRC車輛分流裝置機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，如圖6所示。在移動部分發(fā)生移動時，帶動各伸縮桿進(jìn)行伸縮運(yùn)動，使得整個連接支撐結(jié)構(gòu)被拉長，使得E、F、G、H四點(diǎn)均后移，到達(dá)圖示的E1、F1、G1、H1四點(diǎn)，同時在連桿滑塊的作用下使得第二層結(jié)構(gòu)向下運(yùn)動，使得B、F兩點(diǎn)下移為B1、F1兩點(diǎn)。連桿滑塊結(jié)構(gòu)的加入可使得輔助支架能夠?qū)崿F(xiàn)等距離伸長，在結(jié)構(gòu)上保證裝置的穩(wěn)定性。

5 總結(jié)

（1）本文設(shè)計(jì)的PV供能CRC車輛分流裝置，通過移動道路護(hù)欄的方式來緩解上班高峰期和節(jié)假日單側(cè)道路擁堵，而對側(cè)車道車流量較少的問題，緩解單側(cè)道路壓力。

（2）結(jié)合現(xiàn)今較成熟的CRC技術(shù)，采用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制道路護(hù)欄橫向移動，來改變車道數(shù)量，從智能化角度出發(fā)減少人員的參與量。

（3）采用PV技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源的自給，減少外接能源輸入的資源浪費(fèi)，增加能源的利用率。

項(xiàng)目基金：安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程項(xiàng)目“以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的機(jī)械類專業(yè)教學(xué)模式改革研究”（項(xiàng)目編號：2016jyxm0692）；巢湖學(xué)院校級特色專業(yè)項(xiàng)目“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化”（項(xiàng)目編號：ch17tszy01）；巢湖學(xué)院優(yōu)質(zhì)課程項(xiàng)目“畫法幾何與機(jī)械制圖”（項(xiàng)目編號：CH18YK033）。

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