伸缩臂叉车防倾翻保护系统设计简析.docx

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伸缩臂叉车防倾翻保护系统设计简析

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摘要：为解决伸缩臂叉车在行驶和作业过程中，遇到斜坡或当伸缩臂吊物升高伸展时，整车纵向前倾而发生倾翻的危险，设计了防倾翻保护系统。文中主要介绍伸缩臂叉车防倾翻保护系统的设计原理，并通过场地试验和客户使用，检验了伸缩臂叉车防倾翻保护系统的准确性和可靠性，为完善和推广防倾翻保护系统提供了参考。

关键词：伸缩臂叉车；防倾翻保护系统

1引言

伸缩臂叉车在行驶和作业中，当遇到斜坡或伸缩臂吊物升高伸展时，整车存在纵向前倾导致发生倾翻的危险。而目前防止整车发生倾翻主要通过驾驶员合理控制车速、避免斜坡行驶或作业、避免伸缩臂吊装物品过远伸展等方法。针对整车行驶和作业过程中存在的安全隐患，仅依靠驾驶员合理操作保证安全性远远不够，需要设计一套防倾翻系统以增加伸缩臂叉车的纵向稳定性，进一步提高伸缩臂叉车的使用安全性[1]。为保证伸缩臂叉车行驶和作业的安全，需要设计一套防侧翻系统，在调研国内外相关技术的基础上，提出如下解决方案：

(1）根据整车载荷分布的平衡方程，理论分析作业载荷的安全运动轨迹；

(2）根据安全作业的要求，确定载荷控制的阈值；

(3）力矩传感器装置选型；

(4）安全控制电路设计；

(5）试验及客户使用验证。

2应用现状

伸缩臂叉车作为一种新型高效的工程机械，广泛应用于矿山、建筑、港口、工厂、部队等，具有全地形越野功能，满足多种环境下的作业要求。伸缩臂叉车在国外起步较早，欧美很多著名的工程制造商，如美国GENIE、英国JCB、法国MANITOU、德国CLAAS等都生产伸缩臂叉车，关键技术也比较成熟；相比较而言，国内对于伸缩臂叉车的研制和生产起步较晚，相关技术还不够成熟。在伸缩臂叉车的各项关键技术中，如何保证行驶和作业安全性尤其重要。由于伸缩臂叉车工作环境的特殊性，当其承载后遇到斜坡或伸缩臂吊物升高伸展时，整车存在纵向前倾导致发生倾翻的危险。为保证驾驶员能准确了解工作环境，及时调整车的工作状态，确保操作安全，需要为驾驶员提供危险状态预警信息，以及当处于危险状态时的自保护功能。为防止伸缩臂叉车行驶和作业时发生倾翻，国外许多产品都采用了预警保护系统，即当处于危险状态前发出警告以便驾驶员调整工作状态；若已处于危险状态，启动自保护功能，限制某些操作功能，防止驾驶员误操作引起事故。对于国内的相关产品，未强制采用预警保护系统，即使个别采用了预警保护系统，产品目前也多处于研发试验阶段[2]。

3载荷分析

3.1平衡方程

伸缩臂叉车载荷分布关系如图１所示，整车的载荷平衡方程（当后桥车轮离地瞬间对前桥支点建立的平衡方程）如下

AG1+BG2-CG3-DG4-EG5=0

式中：G1为底盘质心，G2为基本臂质心，G3为伸缩臂质心，G4为工作属具质心，G5为货物质心，A为底盘质心与前桥中心间距，B为基本臂质心与前桥中心间距，C为伸缩臂质心与前桥中心间距，D为工作属具质心与前桥中心间距，E为货物质心与前桥中心间距。

图1载荷分布关系

3.2确定载荷阈值

根据伸缩臂叉车的承载能力，结合实际使用经验，对额定承载载荷提出了阈值控制要求，见表１。

表1载荷阈值控制要求

使用条件

使用条件

承载额定载荷60%以下

属于完全安全状态，无需控制

承载额定载荷60%~80%

属于安全状态，需要提醒驾驶员引起注意

承载额定载荷80%~90%

属于亚安全状态，需要及时调整工作状态

超过承载额定载荷90%以上

属于不安全状态，需要限制某些引起危险的操作功能，迅速调整工作状态

4控制解决方案

4.1力矩传感器装置

为防止伸缩臂叉车承载行走和作业时发生倾翻危险，实时监测后桥载荷的变化至关重要。目前，测量驱动桥承载载荷变化的方法主要有应变测量法、气压测量法、角度测量法等，其中应变测量法准确度高，抗干扰能力强，安装方便，但力矩传感装置价格相对偏高。通过对国内外伸缩臂叉车使用情况的调研分析，用应变测量法通过原装进口的高性能力矩传感装置，监测后桥承载后的载荷变化。该力矩传感器装置主要包括称重感应器和力矩显示器，称重感应器可直接安装在驱动桥上表面，根据承载载荷的不同监测应变的变化，力矩显示器处理应变信号，显示不同的承载状态。

4.2安全控制电路

根据力矩传感装置的监测信息和载荷阈值的控制要求，并结合实际使用工况，设计了一种安全控制电路，用于预警危险状态，并控制危险状态下作业手柄的某些操作功能。安全控制电路作为整车防倾翻保护系统的控制核心，其控制原理如图2所示。

图2安全控制电路原理

5试验及使用测试

为检验载荷分析的正确性和防倾翻保护系统的功能，参照起重机和平衡重式叉车的试验方法，进行了平地作业过载试验和承载爬坡试验[3],试验测试结果如下：

（1）验证了整车载