伸缩臂叉车安全控制系统设计

2013-07-19刘新基安喜平闫洪峰陈文科

机械工程与自动化 2013年1期

刘新基，何箐，安喜平，张辉，闫洪峰，陈文科

（中国农业机械化科学研究院，北京 100083）

0 引言

伸缩臂叉装车也称伸缩臂叉车，是一种新型多功能物料搬运设备，它将汽车起重机的伸缩臂式结构与传统叉车的装卸功能有机地结合到一起，配合应用各种作业属具，可以完成叉车、起重机、装载机、高空作业车等多种模式的功能［1］。TH4013SL型伸缩臂叉车采用两节伸缩臂同步伸缩，最大举升高度13m，最大叉装负载4t，配备有高空作业载人平台。设计时充分考虑了横、纵向稳定要求，开发了安全控制系统。投入运行后，系统工作稳定，运行可靠。

1 纵向稳定性指示和防倾翻保护系统

欧洲标准EN1459：1998标准和澳大利亚标准AS 2550.5：2002中规定：装载能力大于3t的伸缩臂叉装车，必须有力矩显示装置和力矩限制装置。

TH4013SL型伸缩臂叉装车采用重心法，选用3B6控制器、DLE显示器、FESD－2传感器组成纵向稳定性指示和防倾翻保护系统，保证在任何时候均能安全作业，其工作原理如图1所示。通过安装在叉车后桥的传感器检测应力应变，将检测的数据与当前工作姿态下预存的最大倾翻力矩值进行比较，计算得到叉车的稳定程度。对于倾翻力矩极限值的设定不能太高或太低，设定值高，安全系数较小，在工作中倾翻的概率增大；设定值低，会使叉车的性能得不到充分发挥。参考国外伸缩臂叉装车的设定值，将倾翻力矩极限设定值设为最大倾翻力矩值的75%。

纵向稳定性指示和防倾翻保护系统的难点在于作业载荷图表的确定。作业载荷图表是根据重物产生的力矩与车体力矩计算出来的，是纵向稳定性指示和防倾翻保护系统工作的基础。当车的合并重心位置前移到前轴或前支脚时车辆将发生前倾翻危险。重心前移的过程中后桥承受的重力逐渐减小，相应的后桥形变也会减小。纵向稳定性指示就是通过桥式传感器感知载荷，与载荷谱图相比较，得到某一作业幅度下载荷相应的稳定程度百分比，DLE显示器则通过指示灯数量、颜色的变化以及报警蜂鸣的形式向操作人员提示叉车稳定的状态，并且当倾翻力矩达到预先设定的极限值时，程序自动关闭防止整车继续恶化的操作，即伸缩臂伸出或下降。计算得到的本车的力矩限制结构图和载荷谱图如图2所示。

图1 纵向稳定性指示和防倾翻保护系统工作原理

2 横向水平保护系统

TH4013SL型伸缩臂叉装车属越野式叉车，适合复杂路面作业［2］。位于叉车前方的支腿调平系统用于使重心后移，增加叉车的纵向稳定性，同时支腿可以调节系统的横向水平，提高叉车的横向稳定性，如图3所示。本文中采用3B6双轴传感器ASA－CB进行车身横、纵向角度指示，该新型传感器由内置微处理器驱动，可以在360°范围内进行角度测量，通过CAN总线输出［3］。人工调节两个支脚，当倾角传感器输出在允许的范围内时，控制器使能可操作输出，叉装臂才可以进行动作。操作过程中如果出现车辆横、纵向角度异常，则警灯和喇叭每隔10s自动报警，此时禁止向危险方向动作。