高速伺服道閘的創新與應用

點擊數：50522017-04-08 18:47:18　來源: 深圳市中釩科技有限公司

高速伺服道閘的創新與應用

                          --原創作者：深圳市中釩科技有限公司

在進入汽車元的時代，國外家庭早已經普及車輛，甚至每個家庭擁有好幾輛車。近年來國內汽車制造業高速發展，人們生活水平比以前顯著提高，汽車進入千家萬戶。每逢節假日，高速公路，景點都車滿為患，塞車是必然現象，發達城市上下班高峰期塞車那是家常便飯了。交通擁堵，停產難，汽車尾氣污染成了大城市的痛。汽車通過收費公路閘口和停車場出入口時，慢速道閘已經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，和尾氣污染，慢速道閘給后車跟車逃費提供了條件。具體體現在如下幾個方面：

1、      傳統道閘或變頻道閘速度慢，遠距離讀卡，車牌識別，ETC等先進收費系統的高效性能無法有效發揮，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、      傳統道閘或變頻道閘強行提高速度后，由于大部分采用蝸輪蝸桿機械結構，傳動效率低，磨損大，電機發熱嚴重，壽命短，可靠性低，浪費電能。

3、      傳統道閘或變頻道閘售后維護較差，無法實現遠程維護，人工成本高。

4、      傳統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，運動部件容易沖過設定位置造成撞擊事件，甚至出現蝸輪蝸桿卡死現象，導致癱瘓，需要人工處理。電壓低時可能會出現運行不到位的情況發生。

5、      傳統道閘或變頻道閘在機械、電子控制設計上決定了它的可靠性，存在如下幾個問題：

A、 設置了機械限位開關，光電限位開關，金屬接近開關，霍爾開關中的一種，只要是開關就存在風險，開關本身的可靠性，環境氣候，灰塵等等這些對開關的選擇提出了更高的要求。

B、 由于是蝸輪蝸桿結構存在自鎖的功能，斷電后無法自動起桿，造成交通擁堵，存在消防安全隱患。需要打開機箱人工搖電機手輪搖起閘桿，或者是設置了離合裝置，人工打開離合抬起閘桿，費時費力，效率低。

C、 若是設置了離合裝置，一般是采用鍵連接和分離，對于高速的運動部件，此設計對機械加工精度，硬度處理都提出了非常高的要求，否則是沒有可靠性可言，機械結構越復雜，整機可靠性越差，壽命短。

D、 傳統道閘或變頻道閘為了減小閘桿運行中的抖動，一般在限位位置設置了減震膠塊，在戶外的環境中膠塊容易老化，維護不及時會出現沖過限位，電機轉動帶來的慣性大，造成撞擊，嚴重的會斷蝸輪軸或機械限位棒。

E、 變頻道閘雖然使用了變頻技術，開閘過程中前45度的運動時間是可以比傳統道閘提高一些，但是后45度的減速時間遠遠要多于加速的時間，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、      慢速道閘容易造成跟車，逃費情況時有發生。

一、 高速伺服道閘的發展

早期伺服電機技術，伺服控制技術掌握在少數的國外企業手中，用于軍工及工業自動化的設備，機器人中。同時伺服技術需要使用的器件價格奇高，電機制造成本高，用于自動化加工行業的設備中如CNC,數控機床，機械臂等，精準運動，才能對加工工件精準加工。隨著工業4.0的革命，近幾年伺服技術的高速發展，深圳市中釩科技掌握了伺服技術核心。

二、 當前國內道閘的主要技術對比

表1 當前國內道閘市場的主要技術對比

三、    高速伺服道閘特點：

伺服道閘的出現正是為了解決車輛通行慢的問題而設計的，深圳市中釩科技有限公司經過多年的研發技術積累，根據國內外市場的實際需求，研發了高速伺服道閘（又名：伺服欄桿機）。采用伺服運動控制，精準控制伺服電機，采用高精度行星減速機驅動欄桿，實現了運行速度與加速度的PID閉環控制，達到了快速，點到點平穩。具體表現為以下幾點：

A、 采用伺服電機，效率高，節能環保。

B、 采用高效率高精度的行星減速機傳動，摩擦阻力小，內耗小，壽命長。

C、 伺服技術自動適應負載變化。

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

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、              先進的伺服控制系統，高速精準，毫厘不失。

2、              低功耗伺服電機，真正實現免維護高耐用，綠色節能環保。

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

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，免調整。

6、              無離合裝置，停電自動起桿，或者設置為停電解鎖（可用手輕輕抬起閘桿）。

7、              無鍵槽設計，再也不用擔心鍵槽與鍵之間的縫隙帶來的隱患。

8、              無剎車設計，再也不用擔心剎車片的磨損帶來的煩惱和一系列的可靠性的問題。

9、              高可靠工業級運動部件，徹底超越行業品質。

10、          出色的防水、防塵性能，整機防水標準IP65。

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

12、          可接DC24V蓄電池供電工作，可結合太陽能，風能發電，適合交流電欠缺

的地方，不方便拉接交流電的地方應用。

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、          長時間的免維護，大大降低維護成本。

17、          最高安全級別，徹底杜絕砸車，砸人事件的發生。

18、          運動過程中無任何機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。

19、          起桿到位角度可調60°，70°，80°，90°

20、          左裝、右裝方向互換簡單。

21、          生產、安裝施工過程中免調試，大大降低維護人工成本。

22、          再也不用擔心跟車逃費的情況發生。

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 伺服道閘規格參數

閘桿類型	直桿，圓桿直徑75mm，最長度3.5米
起、落時間	起桿0.6/0.9秒，落桿（0.9s、1.3s）可選
電機類型	伺服電機
運行壽命	>1000萬次
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）
待機功率	<8W
工作溫度	-40℃~+75℃
MTTR	<0.5小時
MTBF	>500萬次
外型尺寸	鋁箱：300*350*1010，鐵箱：320*320*1000
其他功能	內置嵌入式車輛檢測器，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、高速伺服道閘的創新與應用

深圳市中釩科技將伺服電機驅動行星減速機，做到最優組合，高效簡潔的機械傳動結構應用于道閘實屬創新，高速伺服道閘效率高，速度快，運行平穩。特別是高速道閘，沖擊的能量隨著速度的提高呈幾何指數增加，運動控制很難做好，伺服技術最大的特點就是0速度時可以保持恒定力矩輸出，運行過程閉環可控，點到點運行平穩。速度，時間，加速度可調。簡潔可靠的機械結構為高速伺服道閘的機械可靠性提供了有力的保障，所以伺服道閘是高速公路，繁華商業中心，小區，港口的首選產品。

道閘的壽命問題是停車場運行商頭疼的問題，伺服道閘大量簡化了機械傳動結構，平均無故障達到500萬次，壽命是傳統道閘的10倍以上，很大程度上解決了停車場運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道閘進行維護維修保養，導致使用率大大降低，最終的實際付出成本更高，花費更大，勞心傷神。

隨著社會進步，人們工資水平的提高，人工成本越來越高，特別是技術工人，傳統道閘一直依靠技術人員到現場進行維護，傳統道閘要到用時才知道壞了，此時已經造成車進不了場或是出不去，交通擁堵就出現了，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，故障預警功能，提前告知用戶道閘狀態是否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，有些地區冬季氣溫達到-43℃，普通道閘根本就無法運行。夏季高溫天氣，有些地方氣溫高到40℃，地表溫度達55~60度℃，大部分的傳統道閘油脂都成液態，傳統道閘一年四季長時間使用發熱已經使得減速箱油封或是O型圈加速老化，造成夏季時傳統道閘容易漏油事件時有發生，使得傳統道閘壽命進一步縮短，一般沒有設計加油口，漏完后就只能干磨損。電機溫度只比環境溫度高一點。傳統道閘如果沒有降溫系統，在常溫25℃下連續運行45分鐘，電機內部溫度將達到125℃，電機會熱保護，導致導致無法正常使用，甚至燒毀電機線圈。而伺服道閘運行幾乎不發熱，不存在這種情況。所以中釩科技伺服道閘在夏季不會出現這種情況。我們常常看到一些小區門口的道閘長年不關閉箱蓋或者打開門在使用，正是由于頻繁運行容易發熱，大部份傳統道閘采用的電機功率雖然標識50W，或者是80W，但用功率計實測用電是達到了200W以上，電機線圈發熱用去了過半的功率。傳統道閘一般會打開門進行散熱，有些甚至需要加風扇散熱。中釩科技伺服道閘在低溫-40℃高溫80℃實測正常運行。

五、結語

隨著科技的發展，社會的進步，進入到了物聯網，汽車元高速發展的時代，遠距離讀卡，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，杜絕跟車逃費事件的發生，可立即攔住后面車輛繳費后通過。物業小區關心的電費如下：

以每天連續工作8小時計算，（度=千瓦時）

傳統道閘200W工作8小時耗電1.6度/天

中釩科技伺服道閘0.9秒不間斷運行8小時耗電0.33度/天

一臺道閘每天節省1.6-0.33=1.27度/天，

一臺道閘一年可節省1.27*365=463.55度

一般一個小區最少有2個出入口，2臺道閘一年共節省463.55*2=927.1度

這是很可觀的能源節省收入，如果大家都用伺服道閘，那么將為國家每年節省多少煤炭資源，這將是非常驚人的數字，小編無法統計。以上數據真實可靠，通過外掛電能表實際測得。

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