液壓動力下的叉車門架自動控制試驗臺

郭玉寶，藍秋玲，陳云超，王 剛

(1.中機試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103；2.柳州柳工叉車有限公司，廣西 柳州 545006)

1 引 言

叉車是工業(yè)生產(chǎn)中使用頻率非常高的搬運設備。叉車的門架作為整車的工作執(zhí)行部件，是叉車的主要核心部件，其性能好壞直接影響叉車的使用效果，叉車門架的負載能力關系到整車最大搬運能力、高位舉升的安全性能、前傾后仰的工作角度范圍以及偏載安全性能等。

本試驗臺采用液壓驅(qū)動，模擬叉車上的液壓油源，采用電動控制比例閥模擬叉車上的手動操作閥。配置激光測距儀及傾角傳感器，分別測量舉升高度及傾斜角度。采用自動控制程序驅(qū)動比例閥進行試驗，根據(jù)傳感器的反饋及設計的循環(huán)參數(shù)進行自動循環(huán)試驗。同時，亦可通過手動控制比例閥，實現(xiàn)叉車門架系統(tǒng)性能測試。該試驗臺可用于測試評價叉車門架的性能及可靠性。

2 液壓原理

系統(tǒng)液壓原理如圖1所示，從液壓源輸出的高壓油流經(jīng)濾油器，通過YV0總控制閥，分別進入舉升回路及傾斜回路，通過YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、YV6各比例閥分別控制上升、下降、前傾、后仰等動作，從而完成測試。

圖1 液壓原理圖

3 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、主機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。

3.1 主機

主機部分主要由鐵地板、反向三角架、支撐座、叉車門架、砝碼、傾斜缸、升降缸、三角架移動固定裝置、支撐座移動固定裝置等組成，主機外形如圖2所示。

圖2 主機外形圖

鐵地板的作用是承載整機的整體重量，并提供主機前傾的反向彎矩。三角架移動固定裝置的作用為適應不同的叉車門架，可將反向三角架進行前后移動，并可靠固定。支撐座移動固定裝置的作用是適應不同型號的門架寬度，可左右調(diào)節(jié)支撐座的寬度，并可靠鎖緊。砝碼的作用為模擬叉車在使用過程中叉車所舉升的重物，傾斜缸提供叉車門架前傾后仰的機械動力，升降缸提供門架升降的機械動力。

3.2 控制采集系統(tǒng)

控制采集系統(tǒng)通過配置相應的激光測距儀及傾角傳感器實現(xiàn)升降及傾斜動作的自動循環(huán)。

實現(xiàn)升降動作時，采集系統(tǒng)通過讀取激光測距儀初始數(shù)據(jù)來確認砝碼位置，通過系統(tǒng)對YV4比例閥的供電實現(xiàn)上升。采集系統(tǒng)讀取激光測距儀實時數(shù)據(jù)，達到預設高度時，采集系統(tǒng)停止供電。下降動作亦采用同樣方式。

實現(xiàn)前傾動作時，采集系統(tǒng)通過讀取傾角傳感器的初始數(shù)據(jù)來確認門架角度，通過系統(tǒng)對YV6比例閥的供電實現(xiàn)前傾。采集系統(tǒng)讀取傾角傳感器實時數(shù)據(jù)，達到預設傾斜角度時，采集系統(tǒng)停止供電。后仰動作亦采用同樣的方式。

當進行前傾、后仰、上升、下降組合動作時，采用系統(tǒng)軟件進行多段程序自動控制，可實現(xiàn)任意角度、任意高度、任意次數(shù)的自動組合。上升、下降、前傾、后仰的速度可在軟件界面設定。本機軟件界面如圖3所示。

圖3 試驗軟件界面

4 主要參數(shù)的核算

4.1 最大上升速度的核算

一般叉車門架根據(jù)噸位大小，升降缸有兩種布置方式，分別為單缸式及雙缸式(如圖4所示)。

(a)單缸式 (b)雙缸式

本次以5t叉車，單個升降缸布置形式為例進行計算。因采用鏈輪結(jié)構(gòu)，升降缸上的支撐力理論上為2.5t?？紤]摩擦及可靠性因素，并根據(jù)市場上常用工程缸的規(guī)格，選用3t工程缸。

本試驗臺油源的最大流量Q=200L/min；根據(jù)資料，3t工程缸的內(nèi)徑D為50mm?？傻蒙蹈椎幕钊娣eS=(D/2)2×3.14=1962.5mm2，升降缸上升的最大速度V=Q/S=200L/min÷1962.5mm2≈ 1.7m/s。因為采用鏈輪結(jié)構(gòu)，所以門架的上升速度為V/2=0.85m/s。

4.2 主機傾覆力矩的核算

本機采用反向三角架平衡門架的向前傾覆力矩。反向三角架采用M30螺栓固定在鐵地板上，砝碼產(chǎn)生的傾覆力矩通過傾斜油缸傳遞到反向三角架。通過有限元分析，計算最大前傾力矩?？紤]到設備的安全系數(shù)，當傾覆力矩使反向三角架及M30螺栓整體構(gòu)成的單元某處最大應力達到110MPa時，即為本單元所能承受的最大傾覆力矩。有限元計算結(jié)果如圖5所示。

圖5 反向三角架有限元分析

在反向三角架最高固定點(1117mm)處施加兩個100kN的拉力時，螺栓固定處出現(xiàn)最大應力110MPa，此時最大的前傾力矩為100kN×1117mm×2=223400N·m。

5 技術創(chuàng)新性及實際意義

本機采用液壓系統(tǒng)作為動力源，通過軟件控制門架的升降及傾斜，可無級控制位移、速度、角度等物理量，可實現(xiàn)多段循環(huán)試驗，任意設置循環(huán)的組成方式及循環(huán)次數(shù)，屬于完全創(chuàng)新的設計。

本機通過在試驗室內(nèi)的循環(huán)試驗取代傳統(tǒng)的在叉車上進行的人工試驗，保證了試驗的可持續(xù)性。該試驗臺可以實時監(jiān)控壓力、流量、門架的升降速度、舉升高度、傾斜角度等，這是傳統(tǒng)的人工操作無法實現(xiàn)的，可以為叉車門架的設計提供準確的測試數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

液壓動力下的叉車門架自動控制試驗臺，完美地結(jié)合了液壓、機械、電控等技術，具有測試數(shù)據(jù)多樣、操作簡便、經(jīng)濟性好等特點，工程實際意義較大。