CN101659386A - 一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法及装置。所述装置包括数据采集单元、信号调理单元和数据处理单元，其中数据采集单元包括安装在叉车转向桥左右两侧的测力传感器、安装在叉车外门架左右立柱上的测力传感器、安装在所述叉车车架上的位置感应器。所述数据采集单元实时采集叉车在四种工况下的压力和位置状态数据，由信号调理单元的信号调理装置将其转变为标准电信号并输出给数据处理单元的数据处理器；数据处理器收到的标准电信号进行处理来实时判断叉车的稳定性，并在叉车失稳时报警。所述实时监测方法及装置测试准确性高、实用性强，安装简单，应用广泛。

Description

一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法及装置

技术领域

本发明涉及的是一种叉车稳定性测试方法，更进一步地说是涉及一种平衡重式叉车稳定性实时测试方法及装置。

背景技术

平衡重式叉车(以下简称叉车)是现有技术中常用的一种起重设备，其主要结构如附图1所示包括发动机9、变速箱、驱动桥10(前桥)、转向桥1(后桥)、车架11、门架12、货叉13、护顶架14、平衡重15以及油缸16等。门架是货叉上下运动的导向框架，由内门架和外门架组成，货叉在内门架里升降，内门架又在固定的外门架内升降。外门架主要由两条C型或J型钢材的立柱组成，立柱的下端固定在驱动桥上，上端通过横梁连接。这两条立柱支撑着外部载荷、货叉、门架等物体的重量。叉车车架前端支撑在驱动桥上，后端通过中心轴支撑结构连接转向桥。叉车在越过障碍时，整个转向桥可以绕中心轴在纵向垂直面内上下摆动，使车架保持平稳。转向轮安装在转向桥两端的转向节上，通过内部横置油缸的伸缩带动转向节和转向轮绕轴头垂线内外摆动，实现叉车的转向。平衡重式叉车作为轻小型起重设备，其稳定性受到道路坡度、载荷大小、载荷重心位置、行驶速度、轮胎气压等诸多因素的综合影响。根据已有的文献和资料显示，目前通用的测试稳定性的办法是采用试验台进行倾翻验证试验，即将叉车的作业分为四种典型工况：满载堆垛纵向、满载行驶纵向、空载行驶侧向、满载堆垛侧向，当上述四种工况的倾翻角度达到标准要求(平衡重式叉车稳定性实验GB/T 5141-2005)时，就评定叉车的稳定性为合格。而从实际调查的情况看，仍然有许多稳定性合格的叉车在工作过程中存在不稳定甚至翻车事故的情况。因此实现叉车稳定性实时监测意义重大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种叉车稳定性实时监测方法及装置。其不仅可以实时监测叉车运行和作业时的稳定性，而且对处于临界状态的情况报警以提醒操作人员，该装置安装简便、快捷、实用性强。

本发明人对叉车在四种行驶工况中的稳定状况进行了分析：叉车处于满载堆垛纵向工况及满载行驶纵向工况时，由于超载、坡道作业、举升超高、门架前倾等情况，叉车与载重的合成重心前移，造成叉车转向桥对地面压力P₁减小，小于一定值就会引起叉车失稳；叉车处于满载堆垛侧向工况时，由于路面横向坡度或偏载造成满载堆垛侧向不稳定，由叉车结构分析，叉车自重与载重合成重心后移造成叉车侧向不稳定，此时造成叉车转向桥与地面压力P₁增大，大于一定值也会引起叉车失稳；叉车处于空载行驶侧向工况时，高速行驶急转弯造成离心力矩大于重心力矩，是叉车侧向不稳定的因素，叉车转向桥通常采用铰接方式与叉车车架连接，叉车车架相对转向桥可作左右两侧摆动，一般正常摆动角度为2°～3°，超出这个范围当车架与转向桥接触则叉车失稳；另外，在空载行驶侧向工况时，由叉车结构分析，叉车自重的重心后移也造成叉车侧向不稳定。此时造成叉车转向桥与地面压力P₁增大，大于一定值也会引起叉车失稳。

为实现本发明目的，结合以上分析，本发明提供了一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法，包括数据采集步骤、信号调理步骤和数据处理步骤，具体如下：

(1)数据采集步骤：通过测力传感器实时采集叉车转向桥的两轮对地面压力P₁的动态模拟数据、载重对叉车外门架左右立柱压力P_左和P_右的动态模拟数据，通过位置感应器实时采集叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，将上述所测数据输出给信号调理步骤；

(2)信号调理步骤：将上一步骤得到的数据转变成标准电信号并输出到数据处理步骤；

(3)数据处理步骤：对上述步骤输入的标准电信号进行处理来实时判断叉车的稳定性，当叉车的实时监测数据满足以下至少一种失稳条件，则发出警报：

a.将转向桥的两轮对地面压力值P₁与叉车自重G_自和载重重量G_载的总重量G_总比较，其中G_载为载重对叉车外门架左右立柱压力P_左与P_右之和；当P₁＞10％G_总时，判断叉车纵向稳定；当P₁≤10％G_总时，判断叉车失稳，并报警；

b.将转向桥两轮与对地面压力值P₁与叉车自重G_自和载重重量的总重量G_总比较；当P₁≤25％G_总时，判断叉车侧向稳定；当P₁＞25％G_总时，判断叉车失稳，并报警；

c.将转向桥两轮对地面压力值P₁与叉车自重G_自比较；当P₁≤50％G_自时，判断叉车侧向稳定；当P₁＞50％G_自时，判断叉车失稳，并报警；

d.当叉车车架与叉车转向桥之间的位置状况数据表示叉车车架与叉车转向桥没有接触，判断叉车空载行驶侧向稳定；当叉车车架与叉车转向桥之间的位置状况数据表示叉车车架与叉车转向桥相接触，则判断叉车处于侧向倾翻状态，并报警。

本发明所述的叉车稳定性实时监测方法的数据采集步骤中，可采用现有技术中已有的各种测力传感器来采集压力数据，优选电阻应变片作为测力传感器。实时采集转向桥两轮与地面之间压力的动态模拟数据的电阻应变片优选安装在叉车转向桥的左右两侧的上下表面各一片组成电桥；实时采集载重对叉车外门架左右立柱压力的动态模拟数据的电阻应变片优选安装在叉车外门架左右立柱的外侧表面各一片组成电桥。当所述转向桥和外门架立柱受力变化时，转向桥和外门架立柱的形变也会发生变化。所述安装在叉车转向桥上的电阻应变片，当转向桥受力变化时会随着转向桥变形发生形变，其电阻值相应发生变化，它与地面压力P₁呈线性关系；所述安装在叉车外门架立柱上的电阻应变片，当外门架立柱受力变化时会随着外门架立柱变形发生形变，其电阻值也相应发生变化，它与受力呈线性关系。由此做为测力传感器的电阻应变片通过感应变形，直接检测到转向桥两轮对地面压力和外门架两侧立柱的受力大小的形变信号并将该信号传输给信号调理步骤。

本发明所述的叉车稳定性实时监测方法的数据采集步骤中，可采用现有技术中已有的位置感应器来采集车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，优选采用固定在车架摆动限位块上的接近开关作为位置感应器。接近开关优选安装在叉车转向桥上方的车架摆动限位块上，以实时采集叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况数据，即当叉车车架摆动幅度大到其上的摆动限位块与叉车转向桥相接触时，接近开关输出高电压，当叉车车架上的摆动限位块不与叉车转向桥接触时，接近开关输出低电压；在数据处理步骤中，在实时监测所述空载行驶侧向工况的叉车稳定性时，当收到接近开关输出的低电压时判断叉车空载行驶侧向稳定，当收到接近开关输出高电压时判断叉车空载行驶侧向倾翻状态。

本发明所述的叉车稳定性实时监测方法的数据采集步骤中，所述信号调理步骤，可采用现有技术中通常的信号调理电路，由信号调理电路对数据采集步骤中采集到的力和位置状态信号进行包括放大、滤波在内的常规信号调理方法调理成标准电信号。

本发明所述的叉车稳定性实时监测方法的数据采集步骤中，所述数据处理步骤，可采用应用处理程序对采集调理过的信号进行上述处理给出叉车稳定性判断指令。数据处理步骤中报警的警报可采用现有技术中的光报警和/或声报警，并且可根据四种处理情况发出可区别的不同长短或声调的报警声音或不同颜色的报警光。

本发明还提供了一种平衡重式叉车稳定性实时测试装置，包括数据采集单元、信号调理单元和数据处理单元，具体如下：

(1)数据采集单元包括安装在叉车转向桥左右两侧的测力传感器、安装在叉车外门架左右立柱上的测力传感器、安装在所述叉车车架上的位置感应器；所述数据采集单元实时采集叉车转向桥两轮对地面压力的动态模拟数据、载重对叉车外门架左右立柱压力的动态模拟数据及叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，并将上述所测数据输出给信号调理单元；

(2)信号调理单元包括信号调理装置，所述信号调理装置为安置有信号调理线路的线路板，将从数据采集单元得到的数据转变为标准电信号并输出给数据处理单元；

(3)数据处理单元包括数据处理器，结合以上所述的对叉车在不同工况时稳定状况的分析，对信号调理单元输入的标准电信号进行以上所述a、b、c和d的四种处理方式来实时判断叉车的稳定性，并在叉车失稳时报警。

本发明所述的平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其中所述数据采集单元的测力传感器为电阻应变片。所述电阻应变片可通过现有技术的通常固定手段固定在转向桥的左右两侧及叉车外门架左右立柱上，例如通过强力胶粘结等方式。所述电阻应变片优选安装在转向桥左右两侧的上下表面、外门架立柱的外侧表面。

本发明所述的平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其中所述数据采集单元的位置感应器是固定在车架摆动限位块上的接近开关。接近开关与车架摆动限位一起随车架摆动一同摆动。所述接近开关可通过现有技术的通常固定手段固定在所述车架摆动限位块上，例如通过螺栓连接等方式。

本发明所述的平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其中所述信号调理装置安装在叉车的驾驶室仪表盘后。所述信号调理单元的信号调理装置可通过现有技术的通常固定手段固定在叉车上，例如通过螺钉连接等方式。

本发明所述的平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其中所述数据处理单元的数据处理器为嵌入式数据处理器，安装在叉车的驾驶室仪表盘上。

本发明所述的平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其中所述数据单元与信号调理单元之间、信号调理单元与数据处理单元之间均通过屏蔽线连接并传输数据信号。

本发明的平衡重式叉车稳定性实时测试方法及装置测试准确性高、实用性强，安装简单，避免了改变叉车的机械结构，不影响叉车作业性能，实现了叉车稳定性的实时动态测量，且可为各种型号叉车通用。

附图说明

图1是平衡重式叉车结构示意图；

图2是本发明所示的平衡重式叉车稳定性测试装置转向桥结构俯视示意图；

图3是本发明所示的平衡重式叉车稳定性测试装置车架结构示意图；

图4是叉车满载堆垛纵向稳定性示意图；

图5是叉车满载行驶纵向稳定性示意图；

图6是叉车空载行驶侧向稳定性示意图；

图7是叉车满载堆垛侧向稳定性示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图2、3所示，本发明所述的平衡重式叉车稳定性实时监测装置包括：数据采集单元、信号调理单元及数据处理单元。其中的数据采集单元包括由强力胶粘结在叉车转向桥1左右两侧上下表面各一片的转向桥电阻应变片3、叉车外门架2左右立柱外侧表面上各一片的外门架立柱电阻应变片4和由螺栓连接在所述叉车车架摆动限位块6上的接近开关7。由此通过转向桥电阻应变片3实时采集叉车转向桥1的两轮对地面压力P₁的动态模拟数据、通过外门架立柱电阻应变片4实时采集载重对叉车外门架左右立柱压力P_左和P_右的动态模拟数据，通过叉车车架摆动限位块6上的接近开关7实时采集叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，将上述所测数据输出给信号调理步骤。其中的信号调理单元为安置有信号调理线路的线路板做为信号调理装置5由螺钉固定在叉车的驾驶室仪表盘后。其中的数据处理装置为嵌入式处理器8安装在叉车的驾驶室仪表盘上。由所述数据采集单元中电阻应变片和接近开关所采集的压力和位置状态信号输给信号调理单元的信号调理装置5，经过信号调理装置5把所述实时采集的数据转变为标准电信号并输给数据处理单元的嵌入式数据处理器8。所述转向桥电阻应变片3、外门架立柱电阻应变片4和接近开关7与信号调理装置5之间通过屏蔽线连接，信号调理装置5与嵌入式处理器8之间通过屏蔽线连接，来传输信号。

在平衡重式叉车工作的时候，本发明的实时监测装置对叉车在所述四种工况：满载堆垛纵向稳定性(图4)、满载行驶纵向稳定性(图5)、空载行驶侧向稳定性(图6)、满载堆垛侧向(图7)时的稳定性进行实时监测。当叉车的实时监测数据满足以下至少一种失稳条件，则发出警报：

a.将转向桥1的两轮对地面压力值P₁与叉车自重G_自和载重重量G_载的总重量G_总(G_总＝G_自+G_载)比较，其中G_载＝P_左+P_右；当P₁＞10％G_总时，判断叉车纵向稳定；当P₁≤10％G_总时，判断叉车失稳，并报警；

b.将转向桥1的两轮与对地面压力值P₁与叉车自重G_自和载重重量的总重量G_总比较；当P₁≤25％G_总时，判断叉车侧向稳定；当P₁＞25％G_总时，判断叉车失稳，并报警；

c.将转向桥两轮对地面压力值P₁与叉车自重G_自比较；当P₁≤50％G_自时，判断叉车侧向稳定；当P₁＞50％G_自时，判断叉车失稳，并报警；

d.当叉车车架摆动幅度大到其上的摆动限位块与叉车转向桥相接触时，接近开关7输出高电压，当叉车车架上的摆动限位块不与叉车转向桥接触时，接近开关7输出低电压；接近开关7输出的电压经信号调理装置5调理后输给数据处理器5，当接近开关输出低电压时数据处理器5判断叉车空载行驶侧向稳定，当接近开关输出高电压时数据处理器5判断叉车处于侧向倾翻状态，并报警。

由此，本发明提供的平衡重式叉车稳定性实时测试方法及装置可以对叉车四种工况的稳定性进行实时监测，其准确性高、实用性强，安装简单，避免了改变叉车的机械结构，不影响叉车作业性能，实现了叉车稳定性的实时动态测量，且可为各种型号叉车通用。

Claims (9)

1.一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法，包括数据采集步骤、信号调理步骤和数据处理步骤，其特征在于：

(1)数据采集步骤：通过测力传感器实时采集叉车转向桥的两轮对地面压力P₁的动态模拟数据、载重对叉车外门架左右立柱压力P_左和P_右的动态模拟数据，通过位置感应器实时采集叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，将上述所测数据输出给信号调理步骤；

(2)信号调理步骤：将上一步骤得到的数据转变成标准电信号并输出到数据处理步骤；

(3)数据处理步骤：对上述步骤输入的标准电信号进行处理来实时判断叉车的稳定性，当叉车的实时监测数据满足以下至少一种失稳条件，则发出警报：

a.将转向桥的两轮对地面压力值P₁与叉车自重G_自和载重重量G_载的总重量G_总比较，其中G_载为载重对叉车外门架左右立柱压力P_左与P_右之和；当P₁＞10％G_总时，判断叉车纵向稳定；当P₁≤10％G_总时，判断叉车失稳，并报警；

b.将转向桥两轮与对地面压力值P₁与叉车自重G_自和载重重量的总重量G_总比较；当P₁≤25％G_总时，判断叉车侧向稳定；当P₁＞25％G_总时，判断叉车失稳，并报警；

c.将转向桥两轮对地面压力值P₁与叉车自重G_自比较；当P₁≤50％G_自时，判断叉车侧向稳定；当P₁＞50％G_自时，判断叉车失稳，并报警；

d.当叉车车架与叉车转向桥之间的位置状况数据表示叉车车架与叉车转向桥没有接触，判断叉车空载行驶侧向稳定；当叉车车架与叉车转向桥之间的位置状况数据表示叉车车架与叉车转向桥相接触，则判断叉车处于侧向倾翻状态，并报警。

2.根据权利要求1所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法，其特征在于数据采集步骤中，采用电阻应变片作为测力传感器，在叉车转向桥左右两侧的上、下表面各安装一片，以实时采集转向桥两轮对地面压力的动态模拟数据；采用电阻应变片作为测力传感器，在叉车外门架左右立柱的外侧表面各安装一片，以实时采集载重对叉车外门架左右立柱压力的动态模拟数据；采用接近开关作为位置感应器安装在叉车转向桥上方车架的摆动限位块上，以实时采集叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，即当叉车车架摆动幅度大到其上的摆动限位块与叉车转向桥相接触时，接近开关输出高电压，当叉车车架上的摆动限位块不与叉车转向桥接触时，接近开关输出低电压；在数据处理步骤中，当收到接近开关输出的低电压时判断叉车稳定，当收到接近开关输出高电压时判断叉车处于侧向倾翻状态。

3.根据权利要求1所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法，其特征在于所述信号调理步骤，采用信号调理电路对数据采集步骤中采集的信号进行包括放大、滤波在内的信号调理方法将采集到的信号调理成标准电信号。

4.根据权利要求1所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测方法，其特征在于所述数据处理步骤，采用应用处理程序对采集调理过的信号进行所述处理给出叉车稳定性判断指令。

5.一种根据权利要求1～4任一项所述的平衡重式叉车稳定性实时监测方法的实时监测装置，包括数据采集单元、信号调理单元和数据处理单元，其特征在于：

(1)数据采集单元包括安装在叉车转向桥左右两侧的测力传感器、安装在叉车外门架左右立柱上的测力传感器、安装在所述叉车车架上的位置感应器；所述数据采集单元实时采集叉车转向桥两轮对地面压力的动态模拟数据、载重对叉车外门架左右立柱压力的动态模拟数据及叉车转向桥上方的车架与叉车转向桥之间位置状况的动态数据，并将上述所测数据输出给信号调理单元；

(2)信号调理单元包括信号调理装置，所述信号调理装置为安置有信号调理线路的线路板，将从数据采集单元得到的数据转变为标准电信号并输出给数据处理单元；

(3)数据处理单元包括数据处理器，对信号调理单元输入的标准电信号进行所述处理来实时判断叉车的稳定性，并在叉车失稳时报警。

6.根据权利要求5所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其特征在于所述数据采集单元的测力传感器为电阻应变片，固定在所述叉车转向桥左右两侧的上、下表面各安装一片，以及所述叉车外门架左右立柱的外侧表面各安装一片；所述位置感应器是固定在车架摆动限位块上的接近开关。

7.根据权利要求5所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其特征在于所述信号调理单元的信号调理装置安装在叉车的驾驶室仪表盘后。

8.根据权利要求5所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其特征在于所述数据处理单元的数据处理器为嵌入式数据处理器，安装在叉车的驾驶室仪表盘上。

9.根据权利要求5所述的一种平衡重式叉车稳定性实时监测装置，其特征在于所述数据单元与信号调理单元之间、信号调理单元与数据处理单元之间均通过屏蔽线连接并传输数据信号。

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