點擊數(shù)：45702018-01-02 16:47:22 來源: 深圳市中釩科技有限公司
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)入汽車元的時代，國外家庭早已經(jīng)普及車輛，甚至每個家庭擁有好幾輛車。近年來國內(nèi)汽車制造業(yè)高速發(fā)展，人們生活水平比以前顯著提高，汽車進(jìn)入千家萬戶。每逢節(jié)假日，高速公路，景點都車滿為患，塞車是必然現(xiàn)象，發(fā)達(dá)城市上下班高峰期塞車那是家常便飯了。交通擁堵，停產(chǎn)難，汽車尾氣污染成了大城市的痛。汽車通過收費(fèi)公路閘口和停車場出入口時，慢速道閘已經(jīng)不能滿足人們對通行效率的需求了，特別是配合ETC或車牌識別，駕駛員需要踩剎車停下等閘桿起后再起步通過，容易造成撞桿，追尾和尾氣污染，慢速道閘給后車跟車逃費(fèi)提供了條件。具體體現(xiàn)在如下幾個方面：
1、 傳統(tǒng)道閘或變頻道閘速度慢，遠(yuǎn)距離讀卡，車牌識別，ETC等先進(jìn)收費(fèi)系統(tǒng)的高效性能無法有效發(fā)揮，更容易造成了撞桿等安全問題。變頻道閘在閘桿起、落兩端的減速時間長，總通行時間受到了限制。
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，無法實現(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影響較大，電壓高時，慣性更大，運(yùn)動部件容易沖過設(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。電壓低時可能會出現(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)計上決定了它的可靠性，存在如下幾個問題：
A、 設(shè)置了機(jī)械限位開關(guān)，光電限位開關(guān)，金屬接近開關(guān)，霍爾開關(guān)中的一種，只要是開關(guān)就存在風(fēng)險，開關(guān)本身的可靠性，環(huán)境氣候，灰塵等等這些對開關(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，斷電后無法自動起桿，造成交通擁堵，存在消防安全隱患。需要打開機(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，人工打開離合抬起閘桿，費(fèi)時費(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，對于高速的運(yùn)動部件，此設(shè)計對機(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，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)不及時會出現(xiàn)沖過限位，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶來的慣性大，造成撞擊，嚴(yán)重的會斷蝸輪軸或機(jī)械限位棒。
E、 變頻道閘雖然使用了變頻技術(shù)，開閘過程中前45度的運(yùn)動時間是可以比傳統(tǒng)道閘提高一些，但是后45度的減速時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)要多于加速的時間，所以完成一個起、落的周期時間還是比較長的，對于要求汽車通流量大的城市閘口還是不夠理想。
6、 力矩道閘電機(jī)跟傳動的道閘的鼠籠式電機(jī)類似，需要啟動電容和運(yùn)轉(zhuǎn)電容，運(yùn)行發(fā)熱嚴(yán)重。電容容量容易干枯，需要定期維護(hù)更換。
7、 慢速道閘容易造成跟車，逃費(fèi)情況時有發(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)的國外企業(yè)手中，用于軍工及工業(yè)自動化的設(shè)備，機(jī)器人中。同時伺服技術(shù)需要使用的器件價格奇高，電機(jī)制造成本高，用于自動化加工行業(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，才能對加工工件精準(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核心技術(shù)。
二、 當(dāng)前國內(nèi)道閘的主要技術(shù)對比
表1當(dāng)前國內(nèi)道閘市場的主要技術(shù)對比
備注：市場上所看到的號稱是力矩電機(jī)直接出軸驅(qū)動的都是假的，假在電機(jī)直接輸出軸驅(qū)動，認(rèn)真觀察電機(jī)出軸是否是偏心的？帶減速齒輪輸出導(dǎo)致出軸偏離轉(zhuǎn)子圓心，而不是電機(jī)圓心中心出軸的真正的力矩電機(jī)。如上表格中的圖片所示。
三、 高速伺服道閘特點：
伺服道閘的出現(xiàn)正是為了解決車輛通行慢的問題而設(shè)計的，深圳市中釩科技有限公司經(jīng)過多年的研發(fā)技術(shù)積累，根據(jù)國內(nèi)外市場的實際需求，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)動欄桿，實現(xiàn)了運(yùn)行速度與加速度的PID閉環(huán)控制，達(dá)到了快速，點到點平穩(wěn)。具體表現(xiàn)為以下幾點：
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，摩擦阻力小，內(nèi)耗小，壽命長。
C、 伺服技術(shù)自動適應(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：
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、 無位置傳感器，每次停止精度一致，兩臺對開完全一致。
5、 無減震膠塊，真正做到無沖擊，無彈跳，免調(diào)整。
6、 無離合裝置，停電自動起桿，或者設(shè)置為停電解鎖（可用手輕輕抬起閘桿）。
7、 無鍵槽設(shè)計，再也不用擔(dān)心鍵槽與鍵之間的縫隙帶來的隱患。
8、 無剎車設(shè)計，再也不用擔(dān)心剎車片的磨損帶來的煩惱和一系列的可靠性的問題。
9、 高可靠工業(yè)級運(yùn)動部件，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，整體提升車輛通過速度，最大程度縮短車輛通行間隔。
14、 停電自動起桿，符合消防安全要求。
15、 防撞脫桿功能。
16、 遇阻返回或遇阻停止功能。
17、 長時間的免維護(hù)，大大降低維護(hù)成本。
18、 最高安全級別，徹底杜絕砸車，砸人事件的發(fā)生。
19、 運(yùn)動過程中無任何機(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。
20、 起桿到位角度可調(diào)60°，70°，80°，90°
21、 左裝、右裝方向互換簡單，在使用現(xiàn)場都可完成左右互換。
22、 生產(chǎn)、安裝施工過程中免調(diào)試，大大降低維護(hù)人工成本。
23、 再也不用擔(dān)心跟車逃費(fèi)的情況發(fā)生。
24、 車隊模式，抬桿記憶，通過相應(yīng)的車數(shù)量才自動落桿。
圖1，鋁箱0.6/0.9秒高速伺服道閘 圖2，無級調(diào)速伺服道閘機(jī)芯
表2伺服道閘規(guī)格參數(shù)
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閘桿類型 |
直桿，圓桿直徑75mm，最長度3.5米 |
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起、落時間 |
起桿0.6/0.9秒，落桿（0.9s、1.3s）可選 |
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電機(jī)類型 |
伺服電機(jī) |
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運(yùn)行壽命 |
>1000萬次 |
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電源電壓/頻率 |
AC100~264V/47~63Hz |
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電源額定功率 |
（Max）100W(0.9秒)，150W（0.6秒） |
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待機(jī)功率 |
<8W |
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工作溫度 |
-40℃~+75℃ |
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MTTR |
<0.5小時 |
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MTBF |
>500萬次 |
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外型尺寸 |
鋁箱：300*350*1010，鐵箱：320*320*1000 |
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其他功能 |
內(nèi)置嵌入式車輛檢測器，DC24V蓄電池供電接口 |
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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)動高精度行星減速機(jī)，做到最優(yōu)組合，高效簡潔的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)應(yīng)用于道閘實屬創(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)動控制很難做好，伺服技術(shù)最大的特點就是0rpm速度時可以保持恒定力矩輸出，運(yùn)行過程閉環(huán)可控，點到點運(yùn)行平穩(wěn)。速度，時間，加速度可調(diào)。簡潔可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)為高速伺服道閘的機(jī)械可靠性，長壽命提供了有力的保障，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。
道閘的壽命問題是停車場運(yùn)營商頭疼的問題，中釩科技伺服道閘大量簡化了機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，平均無故障達(dá)到500萬次，壽命是傳統(tǒng)道閘的10倍以上，很大程度上解決了停車場運(yùn)營商一兩年就要更換道閘的尷尬局面。其中還需定期對傳統(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，最終的實際付出成本更高，花費(fèi)更大，勞心傷神。
隨著社會進(jìn)步，人們工資水平的提高，用工成本越來越高，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)場進(jìn)行維護(hù)，傳統(tǒng)道閘要到用時才知道壞了，此時已經(jīng)造成車進(jìn)不了場或是出不去，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，自動上報故障信息，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)道閘一年四季長時間使用發(fā)熱已經(jīng)使得減速箱油封或是O型圈加速老化，造成夏季時傳統(tǒng)道閘容易漏油事件時有發(fā)生，使得傳統(tǒng)道閘壽命進(jìn)一步縮短，一般沒有設(shè)計加油口，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（10℃以內(nèi)）。傳統(tǒng)道閘如果沒有降溫系統(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)會熱保護(hù)，最終導(dǎo)致無法正常使用，甚至燒毀電機(jī)線圈。而伺服道閘運(yùn)行幾乎不發(fā)熱，所以不存在過熱這種情況，中釩科技伺服道閘在夏季不會出現(xiàn)這種情況。在南方我們常常看到一些小區(qū)門口的道閘長年不關(guān)閉箱蓋或者打開門在使用，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50W，或者是80W，但用功率計實測用電是達(dá)到了200W以上，電機(jī)線圈發(fā)熱用去了過半的功率。傳統(tǒng)道閘一般會打開門進(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℃實測正常運(yùn)行。
五、結(jié)語
隨著科技的發(fā)展，社會的進(jìn)步，進(jìn)入到了物聯(lián)網(wǎng)，汽車元高速發(fā)展的時代，遠(yuǎn)距離讀卡，高速車牌識別遍地開花，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，杜絕跟車逃費(fèi)事件的發(fā)生，可立即攔住后面車輛繳費(fèi)后通過。物業(yè)小區(qū)關(guān)心的電費(fèi)如下：
以每天連續(xù)工作8小時計算，（度=千瓦時）
傳統(tǒng)道閘200W工作8小時耗電1.6度/天
中釩科技伺服道閘0.9秒不間斷運(yùn)行8小時耗電0.33度/天
一臺道閘每天節(jié)省1.6-0.33=1.27度/天，
一臺道閘一年可節(jié)省1.27*365=463.55度
一般一個小區(qū)最少有2個出入口，2臺道閘一年共節(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，小編無法統(tǒng)計。以上數(shù)據(jù)真實可靠，通過外掛電能表實際測得。
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