魏猛

摘 要：現(xiàn)階段解決長大下坡中貨車事故頻發(fā)的方法多為車輛結(jié)構(gòu)層面和道路輔助設(shè)施層面，為了從根本上解決長大下坡的道路問題，現(xiàn)提出一種建設(shè)于存在高度差的兩道路間的大型機械——貨車電梯。其有轎廂和軌道以及齒輪總成和終端，軌道形似400米跑道，由上行和下行的貨車重量決定電機主動耗電轉(zhuǎn)動還是作為阻尼器被動蓄能轉(zhuǎn)動，以節(jié)省能源。

關(guān)鍵詞：長大下坡；貨車電梯；能源循環(huán)利用；終端信號處理；低電力消耗

中圖分類號：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0120-02

Design of Freight Transport Machinery for a Long Downhill Section

——Taking the Truck Elevator as an Example

WEI Meng

（Chang'an University，Xian Shaanxi 710018）

Abstract： The present stage to solve the downhill method in frequent truck accident for the vehicle structure level and road ancillary facilities in order to solve the problem of road level， downhill fundamentally， large mechanical - electric truck ladder two road now presents a construction in the height difference between. It has car and track and gear assembly and terminal. The track is similar to the 400 meter runway. The weight of the freight car is decided by the weight of the upper and lower wagon， or the passive energy storage is rotated as a damper to save energy.

Keywords： growing and downhill；truck elevators；energy recycling；terminal signal processing；low power consumption

1 研究背景

近年來，中國高速公路蓬勃發(fā)展，全國高速路里程數(shù)穩(wěn)居世界首位。高速公路的建設(shè)極大地方便了全國的貨運和人員往來，打破了一些地理條件限制。在非平原地區(qū)，高速公路往往具有一定坡度，當(dāng)高度差較大、里程較長時，便形成了“長大下坡”?！伴L大下坡里程可達(dá)數(shù)十千米，若高度差較大，就易造成車輛尤其是載貨貨車由于持續(xù)剎車而使制動器溫升過大，制動失效，從而引發(fā)事故。現(xiàn)階段，針對該問題的解決辦法主要有兩個：一是汽車層面，眾多汽車企業(yè)研發(fā)新型的和更有效的制動形式，如進(jìn)排氣制動和液力緩速器制動；二是道路層面，如采取設(shè)置緊急避險車道、分段下坡等方法。但是，這些方法都更傾向于小型車。當(dāng)貨車超載或者司機由于疲勞駕駛等個人原因操作不慎時，便可能導(dǎo)致重大事故。因此，設(shè)計一種貨車運輸機械尤為重要，本文以貨車電梯為例進(jìn)行分析。

2 垂直平面內(nèi)貨車電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計

貨車電梯位于垂直平面內(nèi)，可以像電梯一樣連接有較大高度差的高速路（見圖1）。其最初的想法源于德國一種摩天輪樣式的無門電梯。貨車電梯由轎廂模塊、軌道模塊、稱重器模塊和齒輪總成及終端模塊組成。現(xiàn)在對這幾個模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 轎廂模塊

轎廂模塊為橢球形，借鑒“倫敦眼”的轎廂形式，圖2為轎廂的主視圖和左視圖。轎廂主體框架是由兩圓形齒圈與若干平面曲線形鋼材組成的橢球形鋼結(jié)構(gòu)，圓形齒圈起到加強結(jié)構(gòu)強度的作用，其擁有固結(jié)在整體框架上的凹形軌道，軌道與齒條間有軸承和潤滑裝置。塊狀玻璃覆蓋在框架表層。在框架的上下側(cè)有不透明層起遮陽作用，底面的底板下有支撐結(jié)構(gòu)，為進(jìn)入的貨車提供一個平面。轎廂左右兩側(cè)各有兩扇門，轎廂左下側(cè)由電機控制液壓裝置，該裝置分別與轎廂左側(cè)平面和下側(cè)平面連接，其頭部由電機控制，當(dāng)貨車處于轎廂內(nèi)時，與固定軌道做豎向滑動連接，防止由于貨車重心與轎廂重心不重合而使轎廂傾覆，其僅在直線型軌道起作用，在半圓形軌道不起作用。軌道上轎廂數(shù)量由道路上的貨車流量決定[1]。

2.2 軌道模塊

軌道模塊由齒條部分、鎖子鏈部分和固定轎廂部分組成。齒條部分由兩層固定齒條組成，分別由兩處直線部分和半圓形部分組成；鎖子鏈部分由兩條閉合鎖子鏈組成，由齒輪總成驅(qū)動，進(jìn)而帶動兩轎廂向各自不同方向運動；固定轎廂部分僅由兩條直線型凹槽軌道組成，與電機控制液壓裝置做可滑動連接[2]。

2.3 稱重器模塊

稱重器模塊由上下側(cè)道路分別嵌于道路上的測量貨車重量測重器和發(fā)射裝置組成。稱重器稱出兩貨車重量，由發(fā)射裝置將重量信號發(fā)射到終端，由終端判斷，進(jìn)而確定齒輪總成中電機的工作狀態(tài)。

2.4 齒輪總成及終端模塊

齒輪總成及終端模塊由驅(qū)動齒輪部分和終端部分組成。驅(qū)動齒輪部分為電動機通過減速器減速，把高轉(zhuǎn)速低扭矩轉(zhuǎn)化為高扭矩低轉(zhuǎn)速的機械動力，通過齒輪帶動鎖子鏈，進(jìn)而使轎廂運動。當(dāng)下行貨車重量低于上行貨車重量時，終端對兩信號做出判斷，使電動機主動運動，輸入電能，對外輸出機械能，帶動轎廂運動；當(dāng)下行貨車重量高于上行貨車重量時，轎廂做出判斷，電動機被動運動，輸入機械能，儲存電能，阻止轎廂運動過快。這樣就可以利用多余的重力勢能，達(dá)到節(jié)省電能的目的。

3 貨車電梯的運行

貨車電梯的運行過程為全自動過程。假設(shè)兩輛車以一定時間差進(jìn)入各自道路的稱重器，則當(dāng)僅有一輛車處于稱重器上時，電機不會轉(zhuǎn)動，轎廂門也不會打開，當(dāng)兩輛車都處于稱重器上時，兩稱重器將各自的重量信號發(fā)送至終端，此時終端指揮轎廂部分的電機控制液壓裝置開始作用，轎廂與固定轎廂軌道接入，使轎廂固定，同時轎廂門打開，貨車進(jìn)入。終端對兩貨車重量進(jìn)行信號判斷，當(dāng)下行貨車重量低于上行貨車重量時，使電動機主動運動，輸入電能，對外輸出機械能，帶動轎廂運動；當(dāng)下行貨車重量高于上行貨車重量時，終端做出判斷，電動機被動運動，輸入機械能，儲存電能，阻止轎廂運動過快。當(dāng)貨車完全進(jìn)入轎廂后，廂門關(guān)閉，電機運轉(zhuǎn)，當(dāng)轎廂到達(dá)直線軌道與半圓形軌道交線處時，轎廂停止，廂門打開，待貨車完全離開后，電機控制液壓裝置與固定轎廂軌道脫離，轎廂自轉(zhuǎn)過半周，為下一次運轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。該種機械可以利用太陽能、風(fēng)力發(fā)電，實現(xiàn)低電力消耗[3]。

4 結(jié)語

本文主要提出了一種應(yīng)用于長大下坡貨車的運載機械——貨車電梯，未來也可以應(yīng)用于極端地理條件下的道路建設(shè)。此種機械的優(yōu)點是人力投入少、節(jié)約能源、降低駕駛員的操作要求；劣勢是車流量受到限制。該機械距離真正投入生產(chǎn)還有較長的路要走，貨車電梯的各部分結(jié)構(gòu)仍有待于優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鐵軍.山區(qū)高速公路長大下坡路段安全治理措施研究[D].西安：長安大學(xué)，2016.

[2]劉國富.青海省長大下坡工程安全改善對策與措施研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

[3]張建軍.連續(xù)長大下坡路段避險車道設(shè)置原則研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2005.