碼頭車鞍座升降定位邏輯電路的設(shè)計(jì)

王 磊

（陜西重型汽車有限公司， 陜西西安 710200）

上海環(huán)境港一直使用專用集裝箱對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮和轉(zhuǎn)運(yùn)處理， 這種集裝箱要求牽引車鞍座能夠升降， 并且能夠在2個(gè)高度自動(dòng)停止， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的壓縮作業(yè)和方便集裝箱關(guān)門。 此前這種牽引車只能依靠進(jìn)口。 陜西重型汽車有限公司應(yīng)上海環(huán)境港要求開發(fā)了一種滿足以上要求的碼頭車， 本文介紹這種碼頭車最重要的鞍座升降自動(dòng)定位部分， 著重介紹電器部分相關(guān)邏輯電路設(shè)計(jì)。

1 碼頭車鞍座升降定位電路的工作原理

客戶的具體要求是： 鞍座升高的上限是Amm， 下限是Dmm； 當(dāng)鞍座高度達(dá)到Bmm時(shí)， 鞍座自動(dòng)停止；當(dāng)整車進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)完畢之后可操作鞍座下降， 下降至Cmm時(shí)鞍座再次自動(dòng)停止； 定位精度為±10 mm。

鞍座升降系統(tǒng)由鞍座升降手柄、 上升電磁閥、 下降電磁閥、 舉升油缸、 油泵等組成。 升降手柄打到上升狀態(tài)時(shí)上升電磁閥得電， 液壓油通過(guò)上升電磁閥進(jìn)入舉升油缸下腔推動(dòng)油缸舉升， 鞍座上升。 鞍座下降為上升的反過(guò)程。 鞍座升降系統(tǒng)原理見圖1。

經(jīng)過(guò)分析， 只要在升降過(guò)程中切斷上升或下降電路， 即可實(shí)現(xiàn)鞍座升降的停止。

通過(guò)選型， 選得一款傾角傳感器。 此傳感器安裝在隨軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臂上， 可以自動(dòng)感知所在安裝平面的傾角， 并根據(jù)傾角和標(biāo)定作出相應(yīng)動(dòng)作。 通過(guò)標(biāo)定原始位置和第1位置、 第2位置， 可實(shí)現(xiàn)傳感器在原始位置、 第1位置之間和原始位置、 第2位置之間分別輸出兩路24V高電平， 此兩路輸出分別為OUT1、 OUT2， 互相不干擾。 傾角傳感器輸出示意見圖2。

鞍座升降平臺(tái)裝于旋轉(zhuǎn)臂上， 旋轉(zhuǎn)臂圍繞一根橫穿車架的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 傳感器裝于旋轉(zhuǎn)臂上， 并感知旋轉(zhuǎn)臂的傾角。 通過(guò)傾角的變化可以轉(zhuǎn)換為鞍座高度的變化。 傾角傳感器安裝示意見圖3。

2 邏輯電路原理

應(yīng)用此傳感器、 4個(gè)轉(zhuǎn)換繼電器、 2個(gè)翹板開關(guān)和上升、 下降提示信號(hào)燈， 結(jié)合圖1設(shè)計(jì)出一套邏輯電路， 即可實(shí)現(xiàn)鞍座自動(dòng)定位。 邏輯原理圖見圖4。

2.1 傾角傳感器的標(biāo)定

1） 把鞍座升高至最高點(diǎn)， 此時(shí)鞍座距地面約為A mm， 旋轉(zhuǎn)臂與車架的夾角最大， 標(biāo)定傳感器OUT1的原始位置。 將鞍座下降至距地面B mm， 標(biāo)定傳感器OUT1的第1位置， OUT1標(biāo)定完成。

2） 把鞍座升高至最高點(diǎn)， 此時(shí)鞍座距地面約為A mm， 旋轉(zhuǎn)臂與車架的夾角最大， 標(biāo)定傳感器OUT2的原始位置。 將鞍座下降至距地面C mm， 標(biāo)定傳感器OUT2的第2位置， OUT2標(biāo)定完成。

標(biāo)定完成之后傳感器會(huì)在原始位置和第1、 第2位置分別輸出高電平。

2.2 鞍座升降定位過(guò)程

根據(jù)原理圖4， 控制鞍座升降定位過(guò)程如下。

2.2.1 鞍座自由升降

當(dāng)手動(dòng)自動(dòng)選擇開關(guān)處于1位， 此時(shí)鞍座升降手柄直接控制電磁閥， 鞍座可實(shí)現(xiàn)自由升降， 手柄停止動(dòng)作時(shí)鞍座停止升降， 此過(guò)程定義為 “手動(dòng)狀態(tài)”。 此控制電路以下稱為 “直接電路”。

2.2.2 鞍座升降定位

以下操作定義為 “自動(dòng)狀態(tài)”。 手動(dòng)自動(dòng)選擇開關(guān)處于0位時(shí)切斷了手柄對(duì)電磁閥的直接控制， 電磁閥改為由傳感器和繼電器組成的邏輯電路來(lái)間接控制， 此控制電路以下稱為 “間接電路”。 上升提示信號(hào)燈和下降提示信號(hào)燈在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)可以提示駕駛員按照信號(hào)燈來(lái)操作， 以使鞍座達(dá)到Bmm位置。

1） 當(dāng)鞍座高度處在大于Bmm小于等于Amm時(shí)，傳感器處于原始位置和第1位置之間， OUT1和OUT2均輸出高電平。 這時(shí)繼電器1、 2、 3、 4均得電， 下降提示信號(hào)燈點(diǎn)亮， 上升提示信號(hào)燈兩端電壓相等熄滅。 上升電磁閥直接電路、 間接電路全部斷開，向上搬動(dòng)鞍座升降手柄鞍座無(wú)動(dòng)作， 這時(shí)鞍座只能下降。 下降電磁閥間接電路接通， 向下搬動(dòng)手柄鞍座下降。 當(dāng)下降至B mm時(shí)， OUT1輸出低電平， 繼電器1、 3、 4斷電， 上升燈點(diǎn)亮， 下降燈熄滅， 鞍座停止在Bmm。

2） 當(dāng)鞍座高度處在大于Cmm小于Bmm時(shí)， 傳感器處于第1位置和第2位置之間， OUT1輸出低電平， OUT2輸出高電平， 繼電器2得電， 繼電器3不得電， 上升燈點(diǎn)亮， 下降燈熄滅。 下降電磁閥直接電路、 間接電路全部斷開， 向下搬動(dòng)手柄鞍座無(wú)動(dòng)作， 這時(shí)鞍座只能上升。 上升電磁閥間接電路接通， 向上搬動(dòng)手柄鞍座上升。 當(dāng)上升至B mm時(shí)，OUT1輸出高電平， 繼電器1、 3、 4得電， 下降燈點(diǎn)亮， 上升燈熄滅， 鞍座停止在Bmm。

3） 當(dāng)鞍座高度處在C mm以下大于Dmm時(shí)， 傳感器處于第2位置以外， OUT1和OUT2均輸出低電平。 繼電器1、 2、 3、 4均斷電， 上升燈點(diǎn)亮， 下降燈熄滅。 下降電磁閥直接、 間接電路全部斷開， 向下搬動(dòng)手柄鞍座無(wú)動(dòng)作， 這時(shí)鞍座只能上升。 上升電磁閥間接電路接通， 向上搬動(dòng)手柄鞍座上升。 當(dāng)上升至C mm時(shí)， OUT2輸出高電平， 繼電器2得電，由2） 敘述可知此時(shí)不影響鞍座上升。 當(dāng)上升至B mm時(shí)， OUT1輸出高電平， 繼電器1、 3、 4得電，下降燈點(diǎn)亮， 上升燈熄滅， 鞍座停止在Bmm。

4） 當(dāng)鞍座處在B mm完成相應(yīng)作業(yè)后需要下降至Cmm， 此時(shí)應(yīng)忽略上升提示信號(hào)燈和下降提示信號(hào)燈。 這時(shí)傳感器處于第1位置和第2位置之間， 繼電器2得電， 繼電器1斷電， 下降直接電路、 間接電路均處于斷開狀態(tài)。 這時(shí)按下前傾開關(guān)， 下降間接電路接通， 向下搬動(dòng)手柄鞍座向下運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)鞍座到達(dá)Cmm時(shí)， OUT2輸出低電平， 繼電器2斷電， 間接電路斷開， 鞍座停止下降， 鞍座停止在Cmm。

通過(guò)以上操作， 鞍座自動(dòng)停止在2個(gè)高度。 傳感器響應(yīng)時(shí)間為100 ms以下， 繼電器響應(yīng)時(shí)間為25ms左右， 液壓系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為300ms左右， 整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為三者之和， 為400ms左右。 液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度為16 mm/s， 在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)液壓缸運(yùn)動(dòng)6mm左右， 投影至垂直高度為4mm左右， 滿足精度為±10mm的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本邏輯電路利用了鞍座升降時(shí)鞍座懸臂與地面之間夾角變化這一現(xiàn)象， 把夾角的變化轉(zhuǎn)換為鞍座高度的變化。 通過(guò)傳感器、 繼電器和翹板開關(guān)的配合， 來(lái)切換鞍座升降電磁閥的控制電路， 并利用傳感器在相應(yīng)角度輸出的高、 低電平， 來(lái)切斷或接通兩種鞍座升降電路， 達(dá)到了鞍座自動(dòng)定位的目的。