随着我国车辆保有量的持续增加,高速公路里程数得到飞速提高。高速公路栏杆机作为车道收费系统中及其重要的设备,其启闭时间、工作性能对收费站通行效率有直接影响,一旦栏杆机发生故障,可导致车道收费系统的全面瘫痪。因此,市场对于高性能、高寿命、高可靠性的栏杆机产品的需求十分迫切。本文在对德国进口Magnetic-Ⅱ/Ⅲ型高速公路栏杆机结构详细分析的基础上,获取了其机械结构的设计参数,构建了核心执行机构的理论数学模型,并利用数学计算软件Matlab对其四杆机构进行了运动学和动力学计算。通过计算结果对比,分析了Magnetic-Ⅱ/Ⅲ型高速公路栏杆机的机械结构差异对其性能的影响。在保持栏杆机工作原理不变的情况下,采用多目标优化方法,以杆长为设计变量进行了优化设计,获得了最优的结构参数,从而降低了电机的输入扭矩和改善了部件的受力状况。针对Magnetic-III型机箱工作过程中易发生扭曲变形的问题,采用有限元静力学方法分析了支撑结构主要薄弱环节并进行了结构改进,改进后栏杆机支撑结构力学性能显著提高。针对栏杆臂易断的问题,应用Ansys有限元分析软件对栏杆臂进行了静态和疲劳寿命分析,获取了不同载荷下的栏杆臂应力、位移及疲劳寿命数据;通过对栏杆臂结构进行改进,运用疲劳寿命分析方法对其进行疲劳寿命寿命计算并进行新旧栏杆臂对比,取得了栏杆臂减轻、寿命长、不易断的满意结果。通过对进口Magnetic-Ⅱ/Ⅲ型栏杆机的核心驱动机构、机架、栏杆臂等方面进行改进设计,降低了电机功率,改善了支撑部件的力学状况,提高了整机的使用寿命和可靠性。这些工作将为国产化新型栏杆机设计和应用打下了良好的基础。