CN106429995A - 电动叉车的货叉下降装置及货叉下降方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了货叉下降装置和下降方法，其通过高度测量模块检测货叉下降过程中的实时高度，利用数字化的中央处理器读取货叉的高度值并计算出货叉的移动速度及加速度，中央处理器经过处理后并通过发送脉冲信号来驱动伺服电机或步进电机的转动，进而控制阀的回油口开口大小，使连通升降油缸的阀的回油口大小随着货叉的下降高度而变化，使货叉的下降速度实现由快到慢无级线性变速，确保货叉在该快的时候尽量快，该慢的时候就减速，整个下降的过程做到既快速又安全平稳地下降，避免货叉下降加速度过大引起对门架的冲击以及对门架下降装置的内部模块过载损伤。压力传感器检测货叉的载重力，中央处理器进一步对货叉的下降加速度进行优化。

Description

电动叉车的货叉下降装置及货叉下降方法

技术领域

本发明涉及一种电动叉车的货叉控制装置及控制方法，尤其涉及电动叉车的货叉下降装置及下降方法。

背景技术

叉车中提升货物的机构，又称为门架。门架由内门架、外门架、货叉架等组成。货叉会随着门架的伸缩而上升或下降，同时货叉会跟随货叉架在内门架上升或下降。

传统的货物提升机构，包括升降油缸、滑阀、电磁比例阀、主电机和齿轮泵，升降油缸驱动门架的升降，滑阀的出油口与升降油缸的进油口连通，主电机与齿轮泵连接，齿轮泵与滑阀的进油口连通，滑阀的回油口与油箱连通，这样，滑阀，升降油缸，油管，油箱，构成一个油路的闭路，而电磁比例阀安装在这个闭路的中间，用来调整闭路的开通大小和关闭状态。电磁比例阀控制滑阀的阀芯滑动，电磁比例阀受安装于叉车控制面板上的手动开关(电位器)控制。阀芯滑动到不同位置使升降油缸处于三种状态：保压状态、进油状态和回油状态，其分别对应货叉的定位、货叉上升和货叉下降三种状态。

当货叉上升时，首先将滑阀的阀芯移动使滑阀的出油口开到最大，此时升降油缸保持在进油状态，启动油泵电机时，油将从油箱中不断经油路进入升降油缸，油泵电机的转速决定整个油路的进油速度，也就决定了货叉的上升速度。

当货叉下降时，需要将滑阀的阀芯移动到回油区内，此时，升降油缸保持在回油状态，阀芯在回油区内的位置决定回油口的大小，而回油口的大小，即可决定回油速度的快慢，也就决定了货叉的下降速度。

传统的货叉下降装置存在如下问题：1)电磁比例阀受模拟信号控制，由于电磁比例阀的精密性不足和模拟信号的不确定性，由于电磁比例阀受模拟信号控制，且该控制信号为开关信号，属于一种二进制开关信号，只能提供油路的开和关二种状态。而无法控制油压多少的线性控制；2)同时货叉的下降速度和位置依靠人眼与手动密切配合控制，尤其当货物重量不同时，同样货叉从A高度下降到B高度，同样的油阀开口，也会带来不同下降的速度和加速度，所以导致货叉上的货物重量不同时，货叉的下降效率，基本需要熟练工的经验来保证。

上述多种因素都会导致货叉下降速度及货叉位移目标难以准确地控制。货叉的位移目标控制不好，无法顺利完成货物的升降。货叉的下降速度控制不当，下降速度过慢，则效率低下，速度过快则容易产生各种安全事故。例如，当门架的下降速度过大，会导致门架的加速度偏大(可能由误操作引起)，若不对门架(高门架可高达12米)的加速度进行优化，门架直接下降会导致门架的巨大冲击，引起叉车的震动；易造成货物损坏、人身伤害等安全事故。例如，当货物较重时，货叉从3级门架(此时高度可达12米)进行下降时，如果货叉的下降速度过慢，则效率比较低下。若为了提高效率而加快下降速度，则人为的操作很难保证其安全性。由于货叉下降产生巨大的惯性和下降的冲击力度，若对货叉减速不当，极容易造成整个叉车的前倾，甚至翻倒等后果。若从3级门架一直下降到地面的过程中，如果在门架切换过程中，不做减速处理，门架之间的巨大冲击也极易引起门架的损坏和叉车的震动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动叉车的货叉既快速又平稳安全的下降装置，由中央处理器根据高度测量模块实时采集到的货叉高度值；不断更新货叉当前最佳的下降速度或减速速度，使货叉在整个下降过程，在兼顾安全和保护门架的同时，做到货叉下降效率的最大化。本发明采用中央处理器数字化控制货叉的下降速度及目标位置，达到货叉下降到目标位置既快速又安全可靠。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：电动叉车的货叉下降装置，包括与升降油缸连通的阀、数控电机、中央处理器和用于检测货叉高度的高度测量模块，所述的数控电机与所述的中央处理器连接，所述的高度测量模块与所述的中央处理器连接，所述的中央处理器读取高度测量模块检测到的货叉高度值并进行处理后发送信号控制数控电机的转动，数控电机控制阀的回油口大小从而控制升降油缸的回油速度。

本发明进一步的优选方案为：还包括检测货叉载重力的压力传感器，所述的压力传感器与所述的中央处理器连接，所述的中央处理器读取压力传感器检测到的货叉载重值与高度测量模块检测到的货叉高度值进行综合处理。

本发明进一步的优选方案为：所述的数控电机包括伺服电机或步进电机。

本发明进一步的优选方案为：所述的数控电机通过传动机构与阀的阀芯连接。

本发明进一步的优选方案为：所述的传动机构为丝杠机构或凸轮机构。

本发明进一步的优选方案为：所述的阀包括滑阀或转阀。

本发明进一步的优选方案为：所述的高度测量模块包括位移传感器或测量油路出油量的液体流量传感器或加速度传感器或多轴传感器。

电动叉车的货叉下降方法，其特征在于包括如下步骤：

1:中央处理器实时采集人机界面接口的控制信号；

2)中央处理器实时采集安装在门架上的高度测量模块的货叉高度值，

3)中央处理器根据实时采集到的控制信号和货叉高度值生成当前对应的货叉下降速度；

4)根据步骤3)中得到的当前对应的货叉下降速度，中央处理器实时控制数控电机的转速和转向，数控电机实时控制阀的回油口的大小；

5)判断货叉是否到达位移目标；若是；则结束；若否，重复1)到3)步骤，直到货叉平稳安全到达目标位置。

本发明进一步的优选方案为：步骤2)中的中央处理器同时获取安装在货叉上的压力传感器的货叉载重值和安装在门架上的高度测量模块的货叉高度值；

步骤3)中的中央处理器根据实时采集到的控制信号、货叉高度值和货叉载重值生成当前对应的货叉下降速度。

本发明进一步的优选方案为：步骤4)中的中央处理器根据固定时间差间隔读取的高度测量模块的数值计算出货叉的下降速度和加速度，中央处理器根据不同的货叉载重值和货叉所处位置，设定货叉的下降速度限定值和加速度限定值，处理器根据设定的下降速度限定值和加速度限定值与计算到的下降速度和加速度做比较，若计算得到货叉的下降速度超过设定的下降速度限定值，或计算得到的货叉的下降加速度超过设定的下降加速度限定值，则减少回油口的开口大小；使货叉降低下降速度或加速度。

本发明进一步的优选方案为：步骤4)中的中央处理器通过获取数控电机所带传感器的数据生成数控电机的目标角度并通过数控电机所带传感器反馈当前角度，实现电机的正转或者反转；当所述的目标角度和所述的当前角度的数值一致时，停止数控电机的转动。

本发明进一步的优选方案为：所述的中央处理器通过压力传感器的数值计算出当前货物的重量；首先根据所述的位移传感器的数值确定当前货叉位置；再根据当前货叉位置的动态加速度对压力传感器的数值进行修正；根据修正后的货物重量查询中央处理器内部设定的该对应重量的货叉的加速度限定值和下降速度限定值。

本发明进一步的优选方案为：所述的人机界面接口包括下降控制电位器或下降控制按键。

与现有技术相比，本发明的优点是货叉下降装置通过高度测量模块检测货叉下降过程中的实时高度，利用数字化的中央处理器读取货叉的高度值并计算出货叉的移动速度及加速度，中央处理器经过处理后并通过发送脉冲信号来驱动伺服电机或步进电机的转动，进而控制阀的回油口开口大小，使连通升降油缸的阀的回油口大小随着货叉的下降高度而变化，使货叉的下降速度实现由快到慢无级线性变速，确保货叉在该快的时候尽量快，该慢的时候就减速，整个下降的过程做到既快速又安全平稳地下降，避免货叉下降加速度过大引起对门架的冲击以及对门架下降装置的内部模块过载损伤。压力传感器检测货叉的载重力，中央处理器进一步对货叉的下降加速度进行优化。

可以用按钮式开关来替代电位器手动开关，实现一键式下降功能，由手动操控变成数字化自动控制，叉车的货叉下降操作更加方便及人性化。

附图说明

图1为本发明的电动叉车的货叉在一级门架底部的示意图；

图2为本发明的电动叉车的货叉在一级门架顶部的示意图；

图3为本发明的电动叉车的货叉在一级门架中部的示意图；

图4为本发明的电动叉车的货叉在三级门架上的示意图；

图5为本发明的电动叉车的货叉下降装置电路框图；

图6为本发明的电动叉车的货叉下降方法流程总图；

图7为本发明的货叉处于门架不同位置的处理流程图；

图8为本发明的货叉处于状态一的下降过程示意图；

图9为本发明的货叉处于状态二的下降过程示意图；

图10为本发明的货叉处于状态三的下降过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

电动叉车的货物提升机构，包括货叉9和门架10，门架10分别为一级门架101(内门架)、二级门架102(中门架)和三级门架103(外门架)，货叉9的上升过程如下：初始状态，内门架101、中门架102和外门架103三者重叠，货叉9处在内门架101的最低处；货叉9先从内门架101的最低处上升至内门架101的顶部，然后内门架101与中门架102同步等距升高，当内门架101与中门架102上升的最高位置时，此时货叉9处于整个门架10的最高位置。

货叉的下降过程如下：初始状态，中门架102的底部位于外门架103的顶部，内门架101的底部位于中门架102的顶部，货叉9处于内门架101的顶部；最先；内门架101与中门架102同步等距下降，直到内门架101、中门架102和外门架103三者重叠，然后货叉9再从内门架101的顶部下降到内门架101的底部，完成整个货叉的整个下降过程。

本发明的叉车的货物提升机构，包括升降油缸1、滑阀2、数控电机3、主电机和齿轮泵，升降油缸1驱动货叉的升降，滑阀2的出油口与升降油缸1的进油口连通，主电机与齿轮泵连接，齿轮泵与滑阀2的进油口连通，滑阀2的回油口与油箱连通。数控电机3控制滑阀2的阀芯滑动，数控电机3受中央处理器4及安装于叉车控制面板上的手动开关控制，手动开关包括安装在操作面板上的下降控制电位器7、上升控制电位器和下降控制按键8。中央处理器4与数控电机3连接，中央处理器4与下降控制电位器7和上升控制电位器连接。阀芯滑动到不同位置使升降油缸处于三种状态：保压状态、进油状态和回油状态，其分别对应货叉的定位、货叉上升和货叉下降三种状态。

当货叉下降时，主电机和齿轮泵不参与工作。滑阀2的阀芯移动控制滑阀2的回油口大小，回油口大小决定货叉的下降速度。

实施例1：如图5所示，电动叉车的货叉下降装置，包括与升降油缸1连通的阀2、数控电机3、中央处理器4和用于检测货叉高度的高度测量模块5，数控电机3与中央处理器4连接，高度测量模块5与中央处理器4连接，中央处理器4读取高度测量模块5检测到的货叉高度值并进行处理后发送信号控制数控电机3的转动，数控电机3控制阀2的回油口大小从而控制升降油缸1的回油速度，升降油缸1的回油速度直接决定了货叉的下降速度。

数控电机3优选采用伺服电机或步进电机。

数控电机3通过丝杠机构或凸轮机构与滑阀或转阀2的阀芯连接。

高度测量模块5包括位移传感器或测量油路出油量的液体流量传感器或加速度传感器或多轴传感器。货叉移动，位移传感器就会对应地发出脉冲，通过对脉冲数量的计算，最后得出货叉的高度值。

液体流量传感器安装在油路中，因为油路之内的容积是一定的，通过变化的油量容积和油缸的伸缩程度成正比例关系，可以算出货叉的高度值。

加速度传感器与多轴传感器的原理基本上差不多，通过对加速度传感器得到的数据进行累加，可以得到加速度传感器的运动速度，再通过对速度的积分处理及综合运算，最后得到货叉的高度值。

如图6所示，相对应地该电动叉车的货叉下降方法，其特征在于包括如下步骤：

1:中央处理器实时采集人机界面接口的控制信号；人机界面接口包括下降控制电位器或下降控制按键。

2)中央处理器实时采集安装在门架上的高度测量模块的货叉高度值，

3)中央处理器根据实时采集到的控制信号和货叉高度值生成当前对应的货叉下降速度；

4)根据步骤3)中得到的当前对应的货叉下降速度，中央处理器实时控制数控电机的转速和转向，数控电机实时控制阀的回油口的大小；

5)判断货叉是否到达位移目标；若是；则结束；若否，重复1)到3)步骤，直到货叉平稳安全到达目标位置。

实施例2：电动叉车的货叉下降装置：包括与升降油缸1连通的阀2、数控电机3、中央处理器4、用于检测货叉高度的高度测量模块5和检测货叉载重力的压力传感器6，数控电机3与中央处理器4连接，高度测量模块5与中央处理器4连接，压力传感器6与中央处理器4连接，中央处理器4读取高度测量模块5检测到的货叉高度值和压力传感器6检测到的货叉载重值并进行综合处理后发送信号控制数控电机3的转动，数控电机3控制阀2的回油口大小从而控制升降油缸1的回油速度，升降油缸1的回油速度直接决定了货叉的下降速度。

对应地该电动叉车的货叉下降方法，具体包括如下步骤：

1)中央处理器实时采集人机界面接口的控制信号；

2)中央处理器同时获取安装在货叉上的压力传感器的货叉载重值和安装在门架上的高度测量模块的货叉高度值；

3)中央处理器根据实时采集到的控制信号、货叉高度值和货叉载重值生成当前对应的货叉下降速度。

4)根据步骤3)中得到的当前对应的货叉下降速度，中央处理器实时控制数控电机的转速和转向，数控电机实时控制阀的回油口的大小；

5)判断货叉是否到达位移目标；若是；则结束；若否，重复1)到3)步骤，直到货叉平稳安全到达目标位置。

步骤4)中央处理器实时控制数控电机的转速，数控电机实时控制阀的回油口大小的具体方法如下：中央处理器根据固定时间差间隔读取的高度测量模块的数值计算出货叉的下降速度和加速度，中央处理器根据不同的货叉载重值和货叉所处位置，设定货叉的下降速度限定值和加速度限定值，处理器根据设定的下降速度限定值和加速度限定值与计算到的下降速度和加速度做比较，若计算得到货叉的下降速度超过设定的下降速度限定值，或计算得到的货叉的下降加速度超过设定的下降加速度限定值，则减少回油口的开口大小；使货叉降低下降速度或加速度。

步骤4)中的中央处理器实时控制数控电机的转向的具体方法如下：中央处理器通过获取数控电机所带传感器的数据生成数控电机的目标角度并通过数控电机所带传感器反馈当前角度，实现电机的正转或者反转；当所述的目标角度和所述的当前角度的数值一致时，停止数控电机的转动。

中央处理器根据不同的货叉载重值和货叉所处位置，设定货叉的下降速度限定值和加速度限定值具体的方法：所述的中央处理器通过压力传感器的数值计算出当前货物的重量；首先根据所述的位移传感器的数值确定当前货叉位置；再根据当前货叉位置的动态加速度对压力传感器的数值进行修正；根据修正后的货物重量查询中央处理器内部设定的该对应重量的货叉的加速度限定值和下降速度限定值。

如图7所示，货叉处于门架的不同位置时，货叉的下降速度策略各不相同，以三级门架为例，1)当货叉处于一级门架底部区域时，货叉逐渐减速直到到底然后停止；2)当货叉处于一级门架的中部位置时，根据目标位置、位移传感器数值结合压力传感器数值调整得到A速度；3)当货叉处于其他位置时，采取与2)相同的策略来采取不同的速度，分别为B速度、C速度、D速度和E速度。

状态一：当货叉起点为门架底部，目标位为门架最低位时，货叉所采取的下降速度过程如图8所示。

状态二：当货叉起点为二级门架底部，目标位为门架最低位，货叉所采取的下降速度过程如图9所示。

状态三：当货叉起点为三级门架顶部，目标位为二级门架中部，货叉所采取的下降速度过程如图10所示。

以上对本发明所提供的电动叉车的货叉下降装置及货叉下降方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.电动叉车的货叉下降装置，其特征在于包括与升降油缸连通的阀、数控电机、中央处理器和用于检测货叉高度的高度测量模块，所述的数控电机与所述的中央处理器连接，所述的高度测量模块与所述的中央处理器连接，所述的中央处理器读取高度测量模块检测到的货叉高度值并进行处理后发送信号控制数控电机的转动，数控电机控制阀的回油口大小从而控制升降油缸的回油速度。

2.根据权利要求1所述的电动叉车的货叉下降装置，其特征在于还包括检测货叉载重力的压力传感器，所述的压力传感器与所述的中央处理器连接，所述的中央处理器读取压力传感器检测到的货叉载重值与高度测量模块检测到的货叉高度值进行综合处理。

3.根据权利要求1所述的电动叉车的货叉下降装置，其特征在于所述的数控电机包括伺服电机或步进电机。

4.根据权利要求1所述的电动叉车的货叉下降装置，其特征在于所述的数控电机通过传动机构与阀的阀芯连接。

5.根据权利要求4所述的电动叉车的货叉下降装置，其特征在于所述的传动机构为丝杠机构或凸轮机构。

6.根据权利要求1所述的电动叉车的货叉下降装置，其特征在于所述的阀包括滑阀或转阀。

7.根据权利要求1所述的电动叉车的货叉下降装置，其特征在于所述的高度测量模块包括位移传感器或测量油路出油量的液体流量传感器或加速度传感器或多轴传感器。

8.电动叉车的货叉下降方法，其特征在于包括如下步骤：

1:中央处理器实时采集人机界面接口的控制信号；

2)中央处理器实时采集安装在门架上的高度测量模块的货叉高度值，

3)中央处理器根据实时采集到的控制信号和货叉高度值生成当前对应的货叉下降速度；

4)根据步骤3)中得到的当前对应的货叉下降速度，中央处理器实时控制数控电机的转速和转向，数控电机实时控制阀的回油口的大小；

5)判断货叉是否到达位移目标；若是；则结束；若否，重复1)到3)步骤，直到货叉平稳安全到达目标位置。

9.根据权利要求8所述的电动叉车的货叉下降方法，其特征在于步骤2)中的中央处理器同时获取安装在货叉上的压力传感器的货叉载重值和安装在门架上的高度测量模块的货叉高度值；

步骤3)中的中央处理器根据实时采集到的控制信号、货叉高度值和货叉载重值生成当前对应的货叉下降速度。

10.根据权利要求8所述的电动叉车的货叉下降方法，其特征在于步骤4)中的中央处理器根据间隔读取的高度测量模块的数值计算出货叉的下降速度和加速度，中央处理器根据不同的货叉载重值和货叉所处位置，设定货叉的下降速度限定值和加速度限定值，处理器根据设定的下降速度限定值和加速度限定值与计算到的下降速度和加速度作比较，若计算得到货叉的下降速度超过设定的下降速度限定值，或计算得到的货叉的下降加速度超过设定的下降加速度限定值，则减少回油口的开口大小；使货叉降低下降速度或加速度。

11.根据权利要求8所述的电动叉车的货叉下降方法，其特征在于步骤4)中的中央处理器通过获取数控电机所带传感器的数据生成数控电机的目标角度并通过数控电机所带传感器反馈当前角度，实现电机的正转或者反转；当所述的目标角度和所述的当前角度的数值一致时，停止数控电机的转动。

12.根据权利要求10所述的电动叉车的货叉下降方法,其特征在于所述的中央处理器通过压力传感器的数值计算出当前货物的重量；首先根据所述的位移传感器的数值确定当前货叉位置；再根据当前货叉位置的动态加速度对压力传感器的数值进行修正；根据修正后的货物重量查询中央处理器内部设定的该对应重量的货叉的加速度限定值和下降速度限定值。

13.根据权利要求8所述的电动叉车的货叉下降方法，其特征在于所述的人机界面接口包括下降控制电位器或下降控制按键。