一种长大下坡路段货车运输机械设计研究——以货车电梯为例

魏猛

摘 要：现阶段解决长大下坡中货车事故频发的方法多为车辆结构层面和道路辅助设施层面，为了从根本上解决长大下坡的道路问题，现提出一种建设于存在高度差的两道路间的大型机械——货车电梯。其有轿厢和轨道以及齿轮总成和终端，轨道形似400米跑道，由上行和下行的货车重量决定电机主动耗电转动还是作为阻尼器被动蓄能转动，以节省能源。

关键词：长大下坡；货车电梯；能源循环利用；终端信号处理；低电力消耗

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，中国高速公路蓬勃发展，全国高速路里程数稳居世界首位。高速公路的建设极大地方便了全国的货运和人员往来，打破了一些地理条件限制。在非平原地区，高速公路往往具有一定坡度，当高度差较大、里程较长时，便形成了“长大下坡”。“长大下坡里程可达数十千米，若高度差较大，就易造成车辆尤其是载货货车由于持续刹车而使制动器温升过大，制动失效，从而引发事故。现阶段，针对该问题的解决办法主要有两个：一是汽车层面，众多汽车企业研发新型的和更有效的制动形式，如进排气制动和液力缓速器制动；二是道路层面，如采取设置紧急避险车道、分段下坡等方法。但是，这些方法都更倾向于小型车。当货车超载或者司机由于疲劳驾驶等个人原因操作不慎时，便可能导致重大事故。因此，设计一种货车运输机械尤为重要，本文以货车电梯为例进行分析。

2 垂直平面内货车电梯结构设计

货车电梯位于垂直平面内，可以像电梯一样连接有较大高度差的高速路（见图1）。其最初的想法源于德国一种摩天轮样式的无门电梯。货车电梯由轿厢模块、轨道模块、称重器模块和齿轮总成及终端模块组成。现在对这几个模块进行详細介绍。

2.1 轿厢模块

轿厢模块为椭球形，借鉴“伦敦眼”的轿厢形式，图2为轿厢的主视图和左视图。轿厢主体框架是由两圆形齿圈与若干平面曲线形钢材组成的椭球形钢结构，圆形齿圈起到加强结构强度的作用，其拥有固结在整体框架上的凹形轨道，轨道与齿条间有轴承和润滑装置。块状玻璃覆盖在框架表层。在框架的上下侧有不透明层起遮阳作用，底面的底板下有支撑结构，为进入的货车提供一个平面。轿厢左右两侧各有两扇门，轿厢左下侧由电机控制液压装置，该装置分别与轿厢左侧平面和下侧平面连接，其头部由电机控制，当货车处于轿厢内时，与固定轨道做竖向滑动连接，防止由于货车重心与轿厢重心不重合而使轿厢倾覆，其仅在直线型轨道起作用，在半圆形轨道不起作用。轨道上轿厢数量由道路上的货车流量决定[1]。

2.2 轨道模块

轨道模块由齿条部分、锁子链部分和固定轿厢部分组成。齿条部分由两层固定齿条组成，分别由两处直线部分和半圆形部分组成；锁子链部分由两条闭合锁子链组成，由齿轮总成驱动，进而带动两轿厢向各自不同方向运动；固定轿厢部分仅由两条直线型凹槽轨道组成，与电机控制液压装置做可滑动连接[2]。

2.3 称重器模块

称重器模块由上下侧道路分别嵌于道路上的测量货车重量测重器和发射装置组成。称重器称出两货车重量，由发射装置将重量信号发射到终端，由终端判断，进而确定齿轮总成中电机的工作状态。

2.4 齿轮总成及终端模块

齿轮总成及终端模块由驱动齿轮部分和终端部分组成。驱动齿轮部分为电动机通过减速器减速，把高转速低扭矩转化为高扭矩低转速的机械动力，通过齿轮带动锁子链，进而使轿厢运动。当下行货车重量低于上行货车重量时，终端对两信号做出判断，使电动机主动运动，输入电能，对外输出机械能，带动轿厢运动；当下行货车重量高于上行货车重量时，轿厢做出判断，电动机被动运动，输入机械能，储存电能，阻止轿厢运动过快。这样就可以利用多余的重力势能，达到节省电能的目的。

3 货车电梯的运行

货车电梯的运行过程为全自动过程。假设两辆车以一定时间差进入各自道路的称重器，则当仅有一辆车处于称重器上时，电机不会转动，轿厢门也不会打开，当两辆车都处于称重器上时，两称重器将各自的重量信号发送至终端，此时终端指挥轿厢部分的电机控制液压装置开始作用，轿厢与固定轿厢轨道接入，使轿厢固定，同时轿厢门打开，货车进入。终端对两货车重量进行信号判断，当下行货车重量低于上行货车重量时，使电动机主动运动，输入电能，对外输出机械能，带动轿厢运动；当下行货车重量高于上行货车重量时，终端做出判断，电动机被动运动，输入机械能，储存电能，阻止轿厢运动过快。当货车完全进入轿厢后，厢门关闭，电机运转，当轿厢到达直线轨道与半圆形轨道交线处时，轿厢停止，厢门打开，待货车完全离开后，电机控制液压装置与固定轿厢轨道脱离，轿厢自转过半周，为下一次运转做准备。该种机械可以利用太阳能、风力发电，实现低电力消耗[3]。

4 结语

本文主要提出了一种应用于长大下坡货车的运载机械——货车电梯，未来也可以应用于极端地理条件下的道路建设。此种机械的优点是人力投入少、节约能源、降低驾驶员的操作要求；劣势是车流量受到限制。该机械距离真正投入生产还有较长的路要走，货车电梯的各部分结构仍有待于优化。

参考文献：

[1]李铁军.山区高速公路长大下坡路段安全治理措施研究[D].西安：长安大学，2016.

[2]刘国富.青海省长大下坡工程安全改善对策与措施研究[D].西安：长安大学，2007.

[3]张建军.连续长大下坡路段避险车道设置原则研究[D].合肥：合肥工业大学，2005.