高速伺服道閘的創(chuàng)新與應(yīng)用

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高速伺服道閘的創(chuàng)新與應(yīng)用

                          --原創(chuàng)作者：深圳市中釩科技有限公司

在進(jìn)入汽車(chē)元的時(shí)代，國(guó)外家庭早已經(jīng)普及車(chē)輛，甚至每個(gè)家庭擁有好幾輛車(chē)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造業(yè)高速發(fā)展，人們生活水平比以前顯著提高，汽車(chē)進(jìn)入千家萬(wàn)戶。每逢節(jié)假日，高速公路，景點(diǎn)都車(chē)滿為患，塞車(chē)是必然現(xiàn)象，發(fā)達(dá)城市上下班高峰期塞車(chē)那是家常便飯了。交通擁堵，停產(chǎn)難，汽車(chē)尾氣污染成了大城市的痛。汽車(chē)通過(guò)收費(fèi)公路閘口和停車(chē)場(chǎng)出入口時(shí)，慢速道閘已經(jīng)不能滿足人們對(duì)通行效率的需求了，特別是配合ETC或車(chē)牌識(shí)別，駕駛員需要踩剎車(chē)停下等閘桿起后再起步通過(guò)，容易造成撞桿，追尾和尾氣污染，慢速道閘給后車(chē)跟車(chē)逃費(fèi)提供了條件。具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1、      傳統(tǒng)道閘或變頻道閘速度慢，遠(yuǎn)距離讀卡，車(chē)牌識(shí)別，ETC等先進(jìn)收費(fèi)系統(tǒng)的高效性能無(wú)法有效發(fā)揮，更容易造成了撞桿等安全問(wèn)題。變頻道閘在閘桿起、落兩端的減速時(shí)間長(zhǎng)，總通行時(shí)間受到了限制。

2、      傳統(tǒng)道閘或變頻道閘強(qiáng)行提高速度后，由于大部分采用蝸輪蝸桿機(jī)械結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)效率低，磨損大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，壽命短，可靠性低，浪費(fèi)電能。

3、      傳統(tǒng)道閘或變頻道閘售后維護(hù)較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，人工成本高。

4、      傳統(tǒng)道閘或變頻道閘受電源輸入電壓的波動(dòng)影響較大，電壓高時(shí)，慣性更大，運(yùn)動(dòng)部件容易沖過(guò)設(shè)定位置造成撞擊事件，甚至出現(xiàn)蝸輪蝸桿卡死現(xiàn)象，導(dǎo)致癱瘓，需要人工處理。電壓低時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行不到位的情況發(fā)生。

5、      傳統(tǒng)道閘或變頻道閘在機(jī)械、電子控制設(shè)計(jì)上決定了它的可靠性，存在如下幾個(gè)問(wèn)題：

A、 設(shè)置了機(jī)械限位開(kāi)關(guān)，光電限位開(kāi)關(guān)，金屬接近開(kāi)關(guān)，霍爾開(kāi)關(guān)中的一種，只要是開(kāi)關(guān)就存在風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)關(guān)本身的可靠性，環(huán)境氣候，灰塵等等這些對(duì)開(kāi)關(guān)的選擇提出了更高的要求。

B、 由于是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)存在自鎖的功能，斷電后無(wú)法自動(dòng)起桿，造成交通擁堵，存在消防安全隱患。需要打開(kāi)機(jī)箱人工搖電機(jī)手輪搖起閘桿，或者是設(shè)置了離合裝置，人工打開(kāi)離合抬起閘桿，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低。

C、 若是設(shè)置了離合裝置，一般是采用鍵連接和分離，對(duì)于高速的運(yùn)動(dòng)部件，此設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械加工精度，硬度處理都提出了非常高的要求，否則是沒(méi)有可靠性可言，快速道閘機(jī)械磨損大，機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，整機(jī)可靠性越差，壽命短。

D、 傳統(tǒng)道閘或變頻道閘為了減小閘桿運(yùn)行中的抖動(dòng)，一般在限位位置設(shè)置了減震膠塊，在戶外的環(huán)境中膠塊容易老化，維護(hù)不及時(shí)會(huì)出現(xiàn)沖過(guò)限位，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的慣性大，造成撞擊，嚴(yán)重的會(huì)斷蝸輪軸或機(jī)械限位棒。

E、 變頻道閘雖然使用了變頻技術(shù)，開(kāi)閘過(guò)程中前45度的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是可以比傳統(tǒng)道閘提高一些，但是后45度的減速時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)要多于加速的時(shí)間，所以完成一個(gè)起、落的周期時(shí)間還是比較長(zhǎng)的，對(duì)于要求汽車(chē)通流量大的城市閘口還是不夠理想。

6、      慢速道閘容易造成跟車(chē)，逃費(fèi)情況時(shí)有發(fā)生。

 

一、 高速伺服道閘的發(fā)展

早期伺服電機(jī)技術(shù)，伺服控制技術(shù)掌握在少數(shù)的國(guó)外企業(yè)手中，用于軍工及工業(yè)自動(dòng)化的設(shè)備，機(jī)器人中。同時(shí)伺服技術(shù)需要使用的器件價(jià)格奇高，電機(jī)制造成本高，用于自動(dòng)化加工行業(yè)的設(shè)備中如CNC,數(shù)控機(jī)床，機(jī)械臂等，精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，才能對(duì)加工工件精準(zhǔn)加工。隨著工業(yè)4.0的革命，近幾年伺服技術(shù)的高速發(fā)展，深圳市中釩科技掌握了伺服技術(shù)核心。

二、 當(dāng)前國(guó)內(nèi)道閘的主要技術(shù)對(duì)比

表1 當(dāng)前國(guó)內(nèi)道閘市場(chǎng)的主要技術(shù)對(duì)比

 

三、    高速伺服道閘特點(diǎn)：

伺服道閘的出現(xiàn)正是為了解決車(chē)輛通行慢的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，深圳市中釩科技有限公司經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)技術(shù)積累，根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的實(shí)際需求，研發(fā)了高速伺服道閘（又名：伺服欄桿機(jī)）。采用伺服運(yùn)動(dòng)控制，精準(zhǔn)控制伺服電機(jī)，采用高精度行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)欄桿，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行速度與加速度的PID閉環(huán)控制，達(dá)到了快速，點(diǎn)到點(diǎn)平穩(wěn)。具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

A、 采用伺服電機(jī)，效率高，節(jié)能環(huán)保。

B、 采用高效率高精度的行星減速機(jī)傳動(dòng)，摩擦阻力小，內(nèi)耗小，壽命長(zhǎng)。

C、 伺服技術(shù)自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化。

D、 智能自檢，可將道閘運(yùn)行情況，告警信息，道閘本身是否OK等信息上傳給上位機(jī)系統(tǒng)。

圖1、圖2所示為中釩科技伺服道閘，主要具有以下功能特點(diǎn)：

 

1、              先進(jìn)的伺服控制系統(tǒng)，高速精準(zhǔn)，毫厘不失。

2、              低功耗伺服電機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)高耐用，綠色節(jié)能環(huán)保。

3、              零速度（0rpm）恒定力矩輸出，不用擔(dān)心外力抬桿。

4、              無(wú)位置傳感器，每次停止精度一致，兩臺(tái)對(duì)開(kāi)完全一致。

5、              無(wú)減震膠塊，真正做到無(wú)沖擊，無(wú)彈跳，免調(diào)整。

6、              無(wú)離合裝置，停電自動(dòng)起桿，或者設(shè)置為停電解鎖（可用手輕輕抬起閘桿）。

7、              無(wú)鍵槽設(shè)計(jì)，再也不用擔(dān)心鍵槽與鍵之間的縫隙帶來(lái)的隱患。

8、              無(wú)剎車(chē)設(shè)計(jì)，再也不用擔(dān)心剎車(chē)片的磨損帶來(lái)的煩惱和一系列的可靠性的問(wèn)題。

9、              高可靠工業(yè)級(jí)運(yùn)動(dòng)部件，徹底超越行業(yè)品質(zhì)。

10、          出色的防水、防塵性能，整機(jī)防水標(biāo)準(zhǔn)IP65。

11、          出色的耐候性指標(biāo)，-40℃~80℃可靠工作，軍工品質(zhì)。

12、          可接DC24V蓄電池供電工作，可結(jié)合太陽(yáng)能，風(fēng)能發(fā)電，適合交流電欠缺

的地方，不方便拉接交流電的地方應(yīng)用。

13、          起、落速度快，整體提升車(chē)輛通過(guò)速度，最大程度縮短車(chē)輛通行間隔。

14、          停電自動(dòng)起桿，符合消防安全要求。

15、          防撞脫桿功能。

16、          長(zhǎng)時(shí)間的免維護(hù)，大大降低維護(hù)成本。

17、          最高安全級(jí)別，徹底杜絕砸車(chē)，砸人事件的發(fā)生。

18、          運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)任何機(jī)械撞擊或是減震撞擊，最大程度地降低磨損，可靠性最高，壽命最長(zhǎng)。

19、          起桿到位角度可調(diào)60°，70°，80°，90°

20、          左裝、右裝方向互換簡(jiǎn)單。

21、          生產(chǎn)、安裝施工過(guò)程中免調(diào)試，大大降低維護(hù)人工成本。

22、          再也不用擔(dān)心跟車(chē)逃費(fèi)的情況發(fā)生。

23、          車(chē)隊(duì)模式，抬桿記憶，通過(guò)相應(yīng)的車(chē)數(shù)量才自動(dòng)落桿。

圖1，鋁箱0.6/0.9秒高速伺服道閘       圖2，鐵箱0.9秒高速伺服道閘

表2 伺服道閘規(guī)格參數(shù)

閘桿類型	直桿，圓桿直徑75mm，最長(zhǎng)度3.5米
起、落時(shí)間	起桿0.6/0.9秒，落桿（0.9s、1.3s）可選
電機(jī)類型	伺服電機(jī)
運(yùn)行壽命	>1000萬(wàn)次
電源電壓/頻率	AC100~264V/47~63Hz
電源額定功率	（Max）100W(0.9秒)，150W（0.6秒）
待機(jī)功率	<8W
工作溫度	-40℃~+75℃
MTTR	<0.5小時(shí)
MTBF	>500萬(wàn)次
外型尺寸	鋁箱：300*350*1010，鐵箱：320*320*1000
其他功能	內(nèi)置嵌入式車(chē)輛檢測(cè)器，DC24V蓄電池供電接口
	如果要配6米直桿，或4.5米柵欄桿速度可做到1.8秒

 

四、高速伺服道閘的創(chuàng)新與應(yīng)用

深圳市中釩科技有限公司使用永磁稀土伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)高精度行星減速機(jī)，做到最優(yōu)組合，高效簡(jiǎn)潔的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于道閘實(shí)屬創(chuàng)新，高速伺服道閘效率高，速度快，運(yùn)行平穩(wěn)。特別是高速道閘，沖擊的能量隨著速度的提高呈幾何指數(shù)增加，運(yùn)動(dòng)控制很難做好，伺服技術(shù)最大的特點(diǎn)就是0rpm速度時(shí)可以保持恒定力矩輸出，運(yùn)行過(guò)程閉環(huán)可控，點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)行平穩(wěn)。速度，時(shí)間，加速度可調(diào)。簡(jiǎn)潔可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)為高速伺服道閘的機(jī)械可靠性提供了有力的保障，所以伺服道閘是高速公路，繁華商業(yè)中心，小區(qū)，港口的首選產(chǎn)品。

道閘的壽命問(wèn)題是停車(chē)場(chǎng)運(yùn)行商頭疼的問(wèn)題，中釩科技伺服道閘大量簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，平均無(wú)故障達(dá)到500萬(wàn)次，壽命是傳統(tǒng)道閘的10倍以上，很大程度上解決了停車(chē)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商一兩年就要更換道閘的尷尬局面。其中還需定期對(duì)傳統(tǒng)道閘進(jìn)行維護(hù)維修保養(yǎng)，維護(hù)成本高，導(dǎo)致使用率大大降低，最終的實(shí)際付出成本更高，花費(fèi)更大，勞心傷神。

隨著社會(huì)進(jìn)步，人們工資水平的提高，人工成本越來(lái)越高，特別是技術(shù)工人，傳統(tǒng)道閘一直依靠技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)，傳統(tǒng)道閘要到用時(shí)才知道壞了，此時(shí)已經(jīng)造成車(chē)進(jìn)不了場(chǎng)或是出不去，交通擁堵就出現(xiàn)了，既困擾駕駛員，又困擾用戶，同時(shí)也困擾著廠家。中釩科技伺服道閘具有故障自檢，故障預(yù)警功能，提前告知用戶道閘狀態(tài)是否OK，如果道閘有故障，是存在何種故障，自動(dòng)上報(bào)故障信息，提前預(yù)警，維修人員可迅速排除故障，最大程度降低影響（用戶使用）。

隨著全球氣候的變化，有些地區(qū)冬季氣溫達(dá)到-43℃，普通道閘根本就無(wú)法運(yùn)行。夏季高溫天氣，有些地方氣溫高到40℃，地表溫度達(dá)55~60℃，高溫下大部分的傳統(tǒng)道閘油脂都成液態(tài)，傳統(tǒng)道閘一年四季長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)熱已經(jīng)使得減速箱油封或是O型圈加速老化，造成夏季時(shí)傳統(tǒng)道閘容易漏油事件時(shí)有發(fā)生，使得傳統(tǒng)道閘壽命進(jìn)一步縮短，一般沒(méi)有設(shè)計(jì)加油口，漏完后就只能干磨損。伺服電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的溫度只比環(huán)境溫度高一點(diǎn)。傳統(tǒng)道閘如果沒(méi)有降溫系統(tǒng)，在常溫25℃下連續(xù)運(yùn)行45分鐘，電機(jī)內(nèi)部溫度將達(dá)到125℃，電機(jī)會(huì)熱保護(hù)，最終導(dǎo)致無(wú)法正常使用，甚至燒毀電機(jī)線圈。而伺服道閘運(yùn)行幾乎不發(fā)熱，不存在這種情況。所以中釩科技伺服道閘在夏季不會(huì)出現(xiàn)這種情況。我們常常看到一些小區(qū)門(mén)口的道閘長(zhǎng)年不關(guān)閉箱蓋或者打開(kāi)門(mén)在使用，正是由于頻繁運(yùn)行容易發(fā)熱，大部份傳統(tǒng)道閘采用的電機(jī)功率雖然標(biāo)識(shí)50W，或者是80W，但用功率計(jì)實(shí)測(cè)用電是達(dá)到了200W以上，電機(jī)線圈發(fā)熱用去了過(guò)半的功率。傳統(tǒng)道閘一般會(huì)打開(kāi)門(mén)進(jìn)行散熱，有些甚至需要加風(fēng)扇散熱。中釩科技伺服道閘在低溫-40℃高溫80℃實(shí)測(cè)正常運(yùn)行。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，進(jìn)入到了物聯(lián)網(wǎng)，汽車(chē)元高速發(fā)展的時(shí)代，遠(yuǎn)距離讀卡，高速車(chē)牌識(shí)別遍地開(kāi)花，配合高速伺服道閘，可以將通行速度提高幾倍，通行效率提高幾倍，杜絕跟車(chē)逃費(fèi)事件的發(fā)生，可立即攔住后面車(chē)輛繳費(fèi)后通過(guò)。物業(yè)小區(qū)關(guān)心的電費(fèi)如下：

以每天連續(xù)工作8小時(shí)計(jì)算，（度=千瓦時(shí)）

傳統(tǒng)道閘200W工作8小時(shí)耗電1.6度/天

中釩科技伺服道閘0.9秒不間斷運(yùn)行8小時(shí)耗電0.33度/天

一臺(tái)道閘每天節(jié)省1.6-0.33=1.27度/天，

一臺(tái)道閘一年可節(jié)省1.27*365=463.55度

一般一個(gè)小區(qū)最少有2個(gè)出入口，2臺(tái)道閘一年共節(jié)省463.55*2=927.1度

這是很可觀的能源節(jié)省收入，如果大家都用伺服道閘，那么將為國(guó)家每年節(jié)省多少煤炭資源，這將是非常驚人的數(shù)字，小編無(wú)法統(tǒng)計(jì)。以上數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，通過(guò)外掛電能表實(shí)際測(cè)得。

 

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