基于PV供能的CRC車輛分流裝置結構設計

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，以減少人員參與及能源損耗為目標，設計了一種PV供能CRC車輛分流裝置。該設計將傳統的道路護欄改為可移動式道路護欄。利用成熟的CRC技術，采用遠程計算機控制道路護欄橫向移動，來改變車道數量，緩解道路壓力，結合PV技術實現能源供給問題。所設計的車輛分流裝置結構簡單，操作方便，降低了能源損耗，提高了能源的利用率。

關鍵詞：PV；CRC；車輛分流裝置

隨著國民物質生活的不斷進步，私家車的數量在不斷地增加，據相關數據顯示我國私家車保有量達到1.84億輛，并以每月161萬輛的數量在持續增長[1-3]。物質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假日往往會出現單側車流量較大，車輛難以前行，對側車道車流量較少的現象。應對現存問題，出現了潮汐車道等解決方法，這種潮汐車道存在反應不及時、工作參與人員較多等缺點。本文設計的PV（光伏，Photovoltaic）供能CRC（計算機遠程控制，Computer remote control）車輛分流裝置從道路護欄移動的角度考慮，通過CRC技術控制護欄樁的移動改變車道的數量，該裝置具有智能化操作、安裝方便、適應性高等優點，并且利用綠色能源太陽能作為自身能源供給。

1 PV供能CRC車輛分流裝置結構簡介

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、行進機構、鎖緊機構和儲能部件所組成，其帶動整個裝置進行橫向移動；連接支撐部分由輔助支架、滑塊連桿機構、伸縮桿所組成，輔助支架起到輔助支撐的作用，增強裝置穩定性，滑塊連桿機構主要控制輔助支架的等距移動，伸縮桿可在裝置運動過程中起到保證裝置連續性的作用。

2 PV供能CRC車輛分流裝置工作原理

PV供能CRC車輛分流裝置的設計主要為緩解上班高峰期和節假日單側道路擁堵，而對側車道車流量較少的問題，利用道路護欄移動的方式，來使得擁堵路段車道數增加，借助對側車道來緩解擁堵側道路壓力。PV供能CRC車輛分流裝置工作示意圖如圖2所示。在單側道路出現擁堵狀況時，觀察人員通過遠程計算機控制（CRC）將信號發送給相應編號護欄樁，信號轉換裝置將無線電信號轉換為電信號，各動力部分發生運動，使得裝置發生橫向移動，增加擁堵側車道數，進而緩解道路壓力。

3 移動部分結構設計

PV供能CRC車輛分流裝置移動部分主要作為裝置的運動部分，其由殼體支架、行進機構、鎖緊機構和儲能部件構成，如圖3所示。

3.1 殼體支架結構設計

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，從結構上可分為上中下三層。其最上層采用凹陷結構主要是起到太陽能板的承載作用，使年太陽輻射量達到最大，殼體支架上層角度設計為：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換裝置，在蓄電池正面設置前蓋板以便于內部構建的更換。下層部分主要是由行進機構和鎖緊機構組成。殼體部分兩側各設置三個掛載體，供連接支撐裝置的掛載。

3.2 行進機構結構設計

本裝置設計目的是為了實現車輛分流自動化、智能化，各驅動電機均使用伺服電機，伺服電機末端與信號轉換裝置連接，信號轉換裝置將無線電信號轉換為電信號來驅動伺服電機轉動，從而帶動裝置發生橫向移動。行進機構如圖4所示。固定底板作為整個行進機構的承載部件，其四個拐角設置四根導向柱，升降板位于固定板上方且四個拐角的導向孔與固定底板上的導向柱配合在一起，實現升降板沿Y軸上下移動。升降電機通過升降電機承載板固定在殼體支架的內部，升降電機的輸出端螺紋與升降板中心位置的螺紋孔配合，在升降電機的轉動下可帶動升降板的上下移動。行進輪設有四個，通過轉軸固定在升降板上，轉軸端部通過聯軸器與行進電機連接，行進電機以升降板的中心線對稱設置在行進輪的內側。

我國在道路寬度上具有嚴格的標準，縣級以上道路單車道寬度L=3.5m～3.75m。行進電機的轉速在選型時取n=10rpm，行進輪直徑為d=100mm，移動單側車道所需時間t：

從計算結果看出裝置的移動時間在66.85s～71.62s之間，在較短的時間內可以調整車道數量，從而來緩解道路壓力。

3.3 鎖緊裝置結構設計[4-5]

裝置在靜止狀態時，為了考慮其穩定性在殼體支架的底部安裝鎖緊裝置，鎖緊裝置由“J”型鎖扣和彈力結構所組成，在升降電機帶動升降板沿Y軸向下運動過程中，在升降板的下壓作用下使得“J”型鎖扣逆時針轉動，實現與路面扣件之間的解鎖功能，在升降板沿Y軸上升時在彈力結構作用下“J”型鎖扣順時針轉動，再次與路面扣件發生鎖定。利用結構之間的相互作用來實現裝置的鎖定于解鎖功能，免去不必要的能源損失。

3.4 儲能部件的設計

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，且結合較為成熟的PV技術，極大地增強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化產生電能，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，且具有保護蓄電池，延長使用壽命的作用。

4 連接支撐部分結構設計

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、連桿和滑塊構成。如圖5所示。連接支撐部分從結構上可分為四層，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構，主伸縮桿一套在主伸縮桿二內部，且可在其內部移動；第二層和第三層由副伸縮桿一、副伸縮桿二、滑塊和連桿所構成，副伸縮桿一和副伸縮桿二內部均為方形凹槽，副伸縮桿一內部凹槽供滑塊安裝，副伸縮桿二內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車輛分流裝置機構運動簡圖，如圖6所示。在移動部分發生移動時，帶動各伸縮桿進行伸縮運動，使得整個連接支撐結構被拉長，使得E、F、G、H四點均后移，到達圖示的E1、F1、G1、H1四點，同時在連桿滑塊的作用下使得第二層結構向下運動，使得B、F兩點下移為B1、F1兩點。連桿滑塊結構的加入可使得輔助支架能夠實現等距離伸長，在結構上保證裝置的穩定性。

5 總結

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

（2）結合現今較成熟的CRC技術，采用遠程計算機控制道路護欄橫向移動，來改變車道數量，從智能化角度出發減少人員的參與量。

（3）采用PV技術實現能源的自給，減少外接能源輸入的資源浪費，增加能源的利用率。

項目基金：安徽省高等學校省級質量工程項目“以創新實踐能力培養為導向的機械類專業教學模式改革研究”（項目編號：2016jyxm0692）；巢湖學院校級特色專業項目“機械設計制造及其自動化”（項目編號：ch17tszy01）；巢湖學院優質課程項目“畫法幾何與機械制圖”（項目編號：CH18YK033）。

參考文獻：

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