摘要：本文在比较传统的收费站路禁系统的基础上，设计研究出了一种新型低能耗路禁系统，该路禁系统的创新之处主要在于采用由齿轮、间歇齿轮和单向轴承组成的传动系统，将汽车和挡板的重力势能转化为系统所需要的动能，代替传统电动机和液压泵的作用，给出了其工作原理及主要参数的确定过程。最后总结出本产品的优点，具有广阔的运用前景。
　　关键词：路禁系统 间歇齿轮 单向轴承
　　0. 引言
　　路禁系统主要是运用于收费站起到拦车收费的作用。目前市场主要有两种路禁系统[1]：一种是直杆式路禁系统，另一种是液压地埋式路禁系统。直杆式路禁系统是通过电动机带动档杆升降实现拦车的，电动机功率约140W，需要铺设专门的供电线路，其拦车效果不太理想，还经常发生冲岗事件。液压地埋式路禁系统需要安装在深达半米坑中，安装与维修不方便，其工作介质液压油属于污染物质，一旦泄露对环境影响很大且其吸收功率高达400W。上诉两种门禁系统由于需要消耗大量电能，因此都要依赖电网，需要拉结电线，对生态环境造成破坏，尤其是使用在风景区和自然保护区时。在此情况下研究更加节能、无污染的路禁系统是更有重要意义。
　　1. 新型低能耗路禁系统的工作原理[2]
　　图一为这种路禁系统的结构示意图，图中省去了电气控制部分；图二为路禁系统齿轮箱的内部结构图。电磁铁通电，挡车道闸在自身重力的作用下，自行下放，落在前斜台上，与前斜台共平面，然后电磁铁断电，由于挡车道闸的阻挡作用，电磁铁阀芯不能弹出；当车辆前轮通过压板时，压板下压45°，同时带动齿轮箱内的轴1，轴2，轴3及其上面的齿轮转动，齿轮1与齿轮2 的传动比为2：1，齿轮4与齿轮3的传动比也为2：1，通过两级传动，所以轴3转动180°；由于轴3上的间歇齿轮正好在此运动过程中工作于间歇部分，所以轴4及长轴1不转动；当前轮已经压过压板，而后轮还未通过压板时，压板在扭转弹簧的作用下回弹，由于轴1与轴2之间通过单向轴承1相连接，所以压板回弹过程中，轴2及其之后的部件均不发生运动；当车辆后轮通过压板，压板再次下压45°，轴1、轴2、轴3及其上面齿轮的转动如前所述，此过程中，间歇齿轮正好有半个过程与齿轮5相啮合，所以齿轮5将转动90°，由于齿轮5与齿轮6的传动比为2：1，所以齿轮6连同挡车道闸一起向上转动45°；最后电磁铁阀芯弹出，挡住挡车道闸，挡车道闸呈与水平面上倾15°的方向固定，以阻挡下一辆车的通行。由整个流程可以看出，系统工作所需要的能量主要来源于车辆的重力势能，无需额外电能，达到了节能减排的效果。
　　2. 传动机构设计
　　2.1 齿轮模数的确定[3]
　　齿轮箱采用闭式齿轮传动的结构，所以通常选择保证齿面接触强度的准则进行计算。下面由接触强度公式进行设计，确定齿轮1的分度圆直径：
　　2.2 传动比的计算[5]
　　路禁系统的设计参数：工字钢的高度h=100mm，前、后轴的直径Φ=20mm，压板中心到底板的距离h1=80mm。由于挡车道闸与压板的中心距底板的距离l应小于工字钢的高度h，且齿轮分度圆到底板的空余距离s应不小于30mm。即：
　　这样就保证了当两次碾压压板，挡车道闸向上转动45°。由此就可以确定各个齿轮的齿数。
　　3. 实践运用
　　基于以上对各参数的设计计算，笔者设计制作了一个低能耗路禁系统的实物模型，经实验验证，此实物模型能满足挡车的功能，同时节约能源，表明达到了设计的目的。此实物在四川省“挑战杯”课外实践与科技作品大赛中取得优异的成绩。通过这次参赛，一是对此低能耗路禁系统方案的实践应用与验证，二是向节能、环保概念迈近了新的一步。
　　4. 总结
　　以上分析研究表明，与传统的路禁系统相比，这种新型低能耗路禁系统具有以下优点：
　　（1）使用由齿轮、间歇齿轮和单向轴承组成的传动系统，将汽车和挡车道闸的重力势能转化为系统的动能，代替传统的电动机和液压泵。
　　（2）整个系统只需对电磁铁和控制系统供电，因此只需一小块太阳能电池板即可满足要求，极大地节约了能源。
　　（3）不存在液压模块，无泄露问题，对环境零污染。
　　（4）不需布置任何电线，安装方便、使用安全，同时还可避免冲岗事件的发生。
　　参考文献
　　[1] 雷玉堂.各类门禁系统的比较及其发展[J].中国公共安全，2007（11）.
　　[2] 黄天海.浅谈门禁系统的原理，特点及施工技术[J].科技资讯，2010（6）.
　　[3] 濮良贵.机械设计[M].纪名刚.高等教育出版社（第八版），2006（5）：198-204.
　　[4] 李庆华.材料力学[M].西南交通大学出版社（第二版），2006（5）：118-120.
　　[5] 冯鉴.机械原理[M].何俊，雷智翔.西南交通大学出版社，2008 （8）：109-113.
　　作者简介：
　　曾思龙（1991-），男，四川绵阳人，本科在读。