CN104555820A - 伸缩臂叉装车及其控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种伸缩臂叉装车及其控制系统和控制方法，包括车架和安装在车架上的驾驶室、伸缩臂、货叉、主动调平油缸、从动调平油缸和控制伸缩臂和货叉动作的多路阀，从动调平油缸内安装有压力传感器，伸缩臂上安装有拉线盒，拉线盒为数据采集装置内设有长度传感器和角度传感器，压力传感器测量货叉上货物的重量，长度传感器测量伸缩臂伸出长度，角度传感器测量伸缩臂旋转角度，本发明性能稳定、显示直观，能及时准确的监控叉起的重量，超过设定值发出报警提示操作手，提供了工作效率，保证了机器的安全作业。

Description

伸缩臂叉装车及其控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种伸缩臂叉装车及其控制系统和控制方法。

背景技术

叉装车在工程建设及物流搬运等领域起着非常重要的作用，在使用伸缩臂叉装车进行叉装作业时，叉装车伸缩臂变幅伸缩产生的力矩是不断变化的，而所能承受的力矩是一个定值，工作幅度越大、臂伸出越长，叉装车所能叉起的货物重量就越轻，如果叉装车力矩超过限制，就可能导致伸缩臂折断甚至车辆倾翻的严重事故，因此，防止机器和设备因过载引起的损害越来越重要，在叉装车上安装叉装车保护装置是不可少的安全防范措施之一。

现有力矩限制系统主要运用在起重机上，压力传感器安装在变幅油缸上，可以较准确的测出起重机工作时变幅油缸的压力,从而计算出负载大小。但是叉装车由于需要货叉调平功能，多了一个主动调平油缸，如图2件7示，叉装车在变幅作业时主动调平油缸油压是变化的，主动调平油缸有压力顶在伸缩臂上，抵消了一部分变幅油缸的压力，导致变幅油缸的压力变化大；同时叉装车力矩限制系统要求的精确度高，叉装车伸缩臂的变幅及摆动对系统影响大，所以需要一套叉装车专用的控制方法。因此现有起重机力矩限制系统用在叉装车上起不到保护作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种为叉装车起到了安全作用，性能稳定、显示直观，能及时准确的监控叉起的重量，超过设定值发出报警提示操作手，提高了工作效率，保证机器安全作业的一种伸缩臂叉装车及其控制系统和控制方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种伸缩臂叉装车,包括车架和安装在车架上的驾驶室、伸缩臂、货叉和控制伸缩臂和货叉动作的多路阀，所述货叉通过货叉抬升油缸安装在所述伸缩臂的前端，所述伸缩臂通过伸缩臂顶升油缸安装在车架上，所述伸缩臂上还设有控制伸缩臂伸缩的伸缩臂伸缩油缸，所述伸缩臂的后端通过支撑油缸安装在车架上所述伸缩臂的尾端与所述车架之间设有主动调平油缸，所述货叉与伸缩臂的前端之间设有从动调平油缸，所述从动调平油缸内安装有压力传感器，所述伸缩臂上安装有拉线盒，所述拉线盒为数据采集装置内设有长度传感器和角度传感器，所述压力传感器测量货叉上货物的重量，所述长度传感器测量伸缩臂伸出长度，所述角度传感器测量伸缩臂旋转角度，所述压力传感器、长度传感器和角度传感器测量的数据通过拉线盒与安装在驾驶室仪表台上的监控器连接并且在所述监控器的显示器上显示，所述监控器与安装在车架上的卸荷电磁阀连接，所述卸荷电磁阀控制伸缩臂顶升油缸、伸缩臂伸缩油缸和货叉抬升油缸泄压。

所述监控器包括壳体，所述壳体上设有显示屏、面板和与车体固定联接的支架,所述壳体内设有监控器PCB电路板，所述监控器PCB电路板安装有一块用于数据处理的单片机，所述单片机的输入端与拉线盒输出端的CAN总线信号连接，所述单片机的输出端与显示屏相连。

所述拉线盒内也设有拉线盒PCB电路板，所述拉线盒PCB电路板上设有信号放大模块，所述信号放大模块将压力传感器、长度传感器和角度传感器的低信号放大并转换为4～20mA电流信号，并将电流信号通过A/D转换模块转换成数字信号发送到监控器上的单片机进行处理。

所述多路阀包括臂伸缩操作杆、臂抬降操作杆，所述臂伸缩操作杆的伸缩行程上设置有一臂伸行程开关，所述臂抬降操作杆在臂抬行程上设有臂抬行程开关，在臂降行程上设有臂降行程开关，这样使得臂伸缩操作杆和臂抬降操作杆在相应操作时将触动相应行程开关，所述臂伸行程开关、臂降行程开关和臂抬行程开关均与单片机连接，控制单片机在显示屏上显示货物重量信息时加入相应补偿数据。

所述显示屏上显示伸缩臂伸缩长度、伸缩臂旋转角度、额定载重量和货物实际重量。

一种伸缩臂叉装车的控制系统，所述拉线盒包括数据采集模块，所述数据采集模块与设置在监控器内的单片机连接，所述检测模块与单片机连接，所述监控器的显示屏与单片机连接作为输出设备，所述单片机的控制端与卸荷电磁阀连接，在货物实际重量超过额定载重量时通过所述卸荷电磁阀控制伸缩臂顶升油缸、伸缩臂伸缩油缸或/和货叉抬升油缸泄压，所述数据采集模块包括测量货叉上货物重量的压力传感器和测量伸缩臂上旋转角度的角度传感器以及伸缩臂伸缩长度的长度传感器，所述数据采集模块内的压力传感器、角度传感器和长度传感器采集的信号通过信号放大模块转换成4-20mA电流信号，并且通过A/D转换模块将电流信号转换成数字信号发送到监控器上的单片机，所述检测模块包括臂伸行程开关、臂降行程开关和臂抬行程开关，所述单片机将信号处理后，输送显示屏显示伸缩臂伸缩长度、伸缩臂旋转角度、额定载重量和货物实际重量，货物实际重量通过货物重量乘上一个补偿系数得出，通过操作臂伸缩操作杆和臂抬降操作杆，从而触碰臂伸行程开关、臂降行程开关或臂抬行程开关来控制输入单片机的补偿系数。

所述压力传感器包括上腔压力传感器和下腔压力传感器，所述上腔压力传感器和下腔压力传感器分别安装在从动调平油缸的上腔和下腔内。

一种伸缩臂叉装车的控制方法，具体包括如下步骤：

a、通过角度传感器和长度传感器得出伸缩臂在工作状态时的角度和伸缩臂伸缩长度，通过角度传感器和长度传感器得出的数据坐标与伸缩臂叉装车出产标定的角度和长度对应的额定载重量比较，得出当前数据坐标下的额定载重量；

b、通过压力传感器得出此时货叉上货物重量，在伸缩臂抬降时将压力传感器得出货物重量乘上一个补偿系数得出货物实际重量；

c、将货物实际重量与额定载重量比较，如果货物实际重量大于额定载重量100％时，单片机控制发出声音报警，如果货物实际重量大于额定载重量120％时，此时单片机控制卸荷电磁阀对相应油缸进行泄压。

将伸缩臂伸缩长度、伸缩臂旋转角度、额定载重量和货物实际重量在显示屏上显示。

所述补偿系数通过如下方法得出：首先在伸缩臂叉装车上叉载已知的实物重量M0，通过如下公式：

1-M×n/M0≤0.05，

M为压力传感器测得的重量，

0.05为叉装车允许的最大误差，

n为补偿系数,

然后分别控制伸缩臂抬升和下降得出多组压力传感器的重量M，将多组数据带入公式，从而得出n的值。

由于采用上述方案，本发明通过加装压力传感器、角度传感器和长度传感器并且将传感器的数据输出到监控器的显示器中，使得操作员能够直观的了解到当前的状态，同时通过控制系统将在伸缩臂不同状态下的额定载重量输出到显示器中，由于压力传感器测出的货物重量由于伸缩臂的角度问题并不是货物的实际重量，本专利通过单片机内预制不同的补偿系数，通过操作臂伸缩操作杆和臂抬降操作杆时触发相应补偿系数，使得显示器中可以显示货物实际重量，同时在货物实际重量大于额定载重量120％时，此时单片机控制卸荷电磁阀对相应油缸进行泄压，从而保证车辆的安全。

综上所述，本发明性能稳定、显示直观，能及时准确的监控叉起的重量，超过设定值发出报警提示操作手，提供了工作效率，保证了机器的安全作业。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明多路阀的结构示意图。

图3为本发明控制系统的结构示意图。

附图中，1、下腔压力传感器、2、上腔压力传感器、3、拉线盒、4、伸缩臂、5、监控器、6、卸荷电磁阀、7、主动调平油缸、8、车架、9、从动调平油缸、10、货叉、11、臂伸行程开关、12、臂降行程开关、13、臂抬行程开关、14臂伸缩操作杆、15、臂抬降操作杆、16、多路阀、17、运算放大器、18、A/D装模块、19、单片机、20、液晶显示器、21、检测模块、22、角度传感器、23、长度传感器、24、数据采集模块。

具体实施方式

下面结合附图，来说明伸缩臂叉装车及其控制系统和控制方法的具体实施方式。

如图1所示的伸缩臂叉装车，包括安装在从动调平油缸上的下腔压力传感器1、上腔压力传感器2，所述下腔压力传感器1、上腔压力传感器2与安装在伸缩臂上的拉线盒3连接，所述拉线盒3与安装在驾驶室仪表台上的监控器5连接，所述监控器5安装在车架8上的卸荷电磁阀6连接，主动调平油缸7固定在车架8上，另一端连接伸缩臂4尾部，从动调平油缸9固定在货叉10上，另一端连接伸缩臂4前端。

如图2所示，多路阀16上设有臂伸缩操作杆14和臂抬降操作杆15，在臂伸缩操作杆14的伸缩行程上设有臂伸行程开关11，在臂抬降操作杆15的抬降行程上分别设有臂抬行程开关13和臂降行程开关12，当操作员控制臂抬降操作杆15进行相应操作时，臂抬降操作杆15在进行相应操作的过程中会触碰臂抬行程开关13或臂降行程开关12，从而触发单片机内相应补偿系数，这个补偿系数产生的原因是：伸缩臂由于惯性会有大的压力波动，所以把臂降行程开关12、臂抬行程开关13为补偿信号用，补偿主要为伸缩臂变幅补偿，针对于一个实际重量，补偿前伸缩臂角度由小变大，实际重量的变化跟角度变化成一条斜率为K的直线，补偿系数就是将这条斜率K补偿为零，根据角度变化实时补偿，当操作手抬降操作杆15时会触碰到臂抬行程开关13或臂降行程开关12，同时行程开关把信号输入到监控器5，所述监控器5计算系统会乘以一个补偿系数作为补偿，使系统更加准确的计算出实际载荷，从而保证车辆的安全。

如图3所示的伸缩臂叉装车控制系统，安装在拉线盒3里面的数据采集模块与单片机连接，所述单片机安装在监控器5里面并与检测模块连接。安装在监控器5里面的显示屏与单片机连接，所述单片机与卸荷电磁阀6连接。数据采集模块由下腔压力传感器1、上腔压力传感器2、角度传感器、长度传感器组成，上腔压力传感器2、下腔压力传感器1采集从动调平油缸压力信号、角度传感器采集变幅角度信号、长度传感器采集臂伸缩长度信号，经运算放大器转换成4-20mA电流信号，再以CANopen信号方式输出到单片机，最终由A/D转换模块将电流信号转换成数字信号，单片机计算出车辆当前所载重量，由于操作手操作车辆时可能存在抖动，因此采用检测模块来补偿当前重量，单片机将计算出实际车辆所载的重量数据示并与车辆所在长度及角度时的额定载荷对比，最后将计算出实际车辆所载的重量数据输入到液晶显示器上显示，超过额定载荷100％时发出声音报警，超过额定载荷120％时声音报警并输出信号到卸荷电磁阀6，进行卸荷保护，从而保证车辆的安全。

所述单片机主要参数为：16位CPU、32KROM、3KRAM、工作频率40MHZ,所述单片机自带一个8路A/D转换模块。

本专利中的长度传感器可以采用如下结构，包括尼龙测长电缆，尼龙测长电缆的一端固定卷线盘上另一端固定在伸缩臂的鹅头上，在伸缩臂伸缩时卷线盘带动电位器旋转，把机械运动转换成CAN信号；角度传感器为基于MEMS电容型氮气阻尼核心器件，检测吊臂起升幅度以CANopen信号方式输出，以实现角度测量。

试验证明本系统测量非常精确，计算出的重量与实际重量的精度控制在5％以内，同时车载重量实时显示及声光报警提示操作手，保证车辆安全的同时，提供了效率，从而防止了事故发生

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种伸缩臂叉装车，包括车架和安装在车架上的驾驶室、伸缩臂、货叉和控制伸缩臂和货叉动作的多路阀，所述货叉通过货叉抬升油缸安装在所述伸缩臂的前端，所述伸缩臂通过伸缩臂顶升油缸安装在车架上，所述伸缩臂上还设有控制伸缩臂伸缩的伸缩臂伸缩油缸，所述伸缩臂的后端通过支撑油缸安装在车架上所述伸缩臂的尾端与所述车架之间设有主动调平油缸，所述货叉与伸缩臂的前端之间设有从动调平油缸，其特征在于：所述从动调平油缸内安装有压力传感器，所述伸缩臂上安装有拉线盒，所述拉线盒为数据采集装置内设有长度传感器和角度传感器，所述压力传感器测量货叉上货物的重量，所述长度传感器测量伸缩臂伸出长度，所述角度传感器测量伸缩臂旋转角度，所述压力传感器、长度传感器和角度传感器测量的数据通过拉线盒与安装在驾驶室仪表台上的监控器连接并且在所述监控器的显示器上显示，所述监控器与安装在车架上的卸荷电磁阀连接，所述卸荷电磁阀控制伸缩臂顶升油缸、伸缩臂伸缩油缸和货叉抬升油缸泄压。

2.根据权利要求1所述的伸缩臂叉装车，其特征在于：所述监控器包括壳体，所述壳体上设有显示屏、面板和与车体固定联接的支架,所述壳体内设有监控器PCB电路板，所述监控器PCB电路板安装有一块用于数据处理的单片机，所述单片机的输入端与拉线盒输出端的CAN总线信号连接，所述单片机的输出端与显示屏相连。

3.根据权利要求2所述的伸缩臂叉装车，其特征在于：所述拉线盒内也设有拉线盒PCB电路板，所述拉线盒PCB电路板上设有信号放大模块，所述信号放大模块将压力传感器、长度传感器和角度传感器的低信号放大并转换为4～20mA电流信号，并将电流信号通过A/D转换模块转换成数字信号发送到监控器上的单片机进行处理。

4.根据权利要求2或3所述的伸缩臂叉装车，其特征在于：所述多路阀包括臂伸缩操作杆、臂抬降操作杆，所述臂伸缩操作杆的伸缩行程上设置有一臂伸行程开关，所述臂抬降操作杆在臂抬行程上设有臂抬行程开关，在臂降行程上设有臂降行程开关，这样使得臂伸缩操作杆和臂抬降操作杆在相应操作时将触动相应行程开关，所述臂伸行程开关、臂降行程开关和臂抬行程开关均与单片机连接，控制单片机在显示屏上显示货物重量信息时加入相应补偿数据。

5.根据权利要求4所述的伸缩臂叉装车，其特征在于：所述显示屏上显示伸缩臂伸缩长度、伸缩臂旋转角度、额定载重量和货物实际重量。

6.一种伸缩臂叉装车的控制系统，利用权利要求5所述的伸缩臂叉装车，其特征在于：所述拉线盒包括数据采集模块，所述数据采集模块与设置在监控器内的单片机连接，所述检测模块与单片机连接，所述监控器的显示屏与单片机连接作为输出设备，所述单片机的控制端与卸荷电磁阀连接，在货物实际重量超过额定载重量时通过所述卸荷电磁阀控制伸缩臂顶升油缸、伸缩臂伸缩油缸或/和货叉抬升油缸泄压，所述数据采集模块包括测量货叉上货物重量的压力传感器和测量伸缩臂上旋转角度的角度传感器以及伸缩臂伸缩长度的长度传感器，所述数据采集模块内的压力传感器、角度传感器和长度传感器采集的信号通过信号放大模块转换成4-20mA电流信号，并且通过A/D转换模块将电流信号转换成数字信号发送到监控器上的单片机，所述检测模块包括臂伸行程开关、臂降行程开关和臂抬行程开关，所述单片机将信号处理后，输送显示屏显示伸缩臂伸缩长度、伸缩臂旋转角度、额定载重量和货物实际重量，货物实际重量通过货物重量乘上一个补偿系数得出，通过操作臂伸缩操作杆和臂抬降操作杆，从而触碰臂伸行程开关、臂降行程开关或臂抬行程开关来控制输入单片机的补偿系数。

7.根据权利要求6所述的伸缩臂叉装车的控制系统，其特征在于：所述压力传感器包括上腔压力传感器和下腔压力传感器，所述上腔压力传感器和下腔压力传感器分别安装在从动调平油缸的上腔和下腔内。

8.一种伸缩臂叉装车的控制方法，利用权利要求7所述的控制系统，其特征在于：具体包括如下步骤：

a、通过角度传感器和长度传感器得出伸缩臂在工作状态时的角度和伸缩臂伸缩长度，通过角度传感器和长度传感器得出的数据坐标与伸缩臂叉装车出产标定的角度和长度对应的额定载重量比较，得出当前数据坐标下的额定载重量；

b、通过压力传感器得出此时货叉上货物重量，在伸缩臂抬降时将压力传感器得出货物重量乘上一个补偿系数得出货物实际重量；

c、将货物实际重量与额定载重量比较，如果货物实际重量大于额定载重量100％时，单片机控制发出声音报警，如果货物实际重量大于额定载重量120％时，此时单片机控制卸荷电磁阀对相应油缸进行泄压。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：将伸缩臂伸缩长度、伸缩臂旋转角度、额定载重量和货物实际重量在显示屏上显示。

10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于：所述补偿系数通过如下方法得出：首先在伸缩臂叉装车上叉载已知的实物重量M0，通过如下公式：

1-M×n/M0≤0.05，

M为压力传感器测得的重量，

0.05为叉装车允许的最大误差，

n为补偿系数,

然后分别控制伸缩臂抬升和下降得出多组压力传感器的重量M，将多组数据带入公式，从而得出n的值。