CN112811361B - 一种用于叉车手控阀操作货叉的安全控制系统 - Google Patents

一种用于叉车手控阀操作货叉的安全控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于手控阀控制叉车货叉的安全的控制系统，是通过控制器接收货叉倾斜角度传感器检测的货叉角度信号、货叉上载荷传感器检测的载重信号、高度传感器检测的货叉载物高度信号，控制倾斜、升降两位三通阀通断，实现货叉极限位置缓冲功能、货叉前倾角度限制功能、货叉后倾速度限制功能。本发明能够实现货叉在不同载荷、不同高度下对于货叉前倾角度的安全控制、后倾速度控制，从而提升驾驶员操作时的安全性。

Description

一种用于叉车手控阀操作货叉的安全控制系统
技术领域
本发明属于叉车领域，是一种针对于传统的手控阀操作货叉的叉车的安全控制系统。
背景技术
叉车是一种常见的货物搬运车辆，广泛运用于港口、机场、工厂车间、仓库等。随着经济的发展和科技的进步，叉车取代人工搬运成为在现代工业发展中不可或缺的部分，因此我国对叉车的需求也极速增长，同时人们对于各方面技术的要求逐渐严格，其中叉车工作时的安全性尚未得到改善，主要体现在叉车在铲货物时，货叉前倾或后倾过大会导致货物掉落砸伤行人或驾驶员；货叉后倾速度过大且货物高度过高时货物会掉落砸伤驾驶员。
发明内容
本发明为了避免上述出现的问题,提出了一种基于手控阀操作叉车的安全控制系统和方法，以期能通过改变液压油路路线以实现货叉在不同载荷、不同高度下对于货叉前倾角度的货叉极限位置缓冲控制、货叉前倾角度限制、货叉后倾速度限制，从而保证驾驶时的安全性。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统的特点包括：油箱、油泵、倾斜油缸、升降油缸、门架、倾斜角度传感器、高度传感器、载荷传感器、控制器、倾斜两位三通电磁阀、升降两位三通电磁阀、倾斜三位四通手控阀、升降三位四通手控阀；
所述油箱分别通过油泵向所述倾斜油缸和升降油缸供油；其中倾斜油缸和升降油缸均与门架和叉车车身铰接；
在门架的后方设置有倾斜油缸，用于控制门架的前后倾，在门架的货叉下方设置有升降油缸，用于控制货叉的起升和下降；
所述倾斜两位三通电磁阀的下油腔与油泵的出油口相连通，所述倾斜两位三通电磁阀的上左油腔与所述倾斜三位四通手控阀一端的进油口相连通，所述倾斜两位三通电磁阀的上右油腔与油箱相连通；
所述升降两位三通电磁阀的下油腔与油泵的出油口相连通，所述升降两位三通电磁阀的上左油腔与所升降三位四通手控阀一端的进油口相连通，所述升降两位三通电磁阀的上右油腔与油箱相连通；
所述倾斜三位四通手控阀的上右油腔与所述倾斜油缸的有杆腔相连通，所述倾斜三位四通手控阀的上左油腔与所述倾斜油缸的无杆腔相连通，所述倾斜三位四通手控阀的下左油腔与油箱相连；
所述升降三位四通手控阀的上右油腔与所述升降油缸的有杆腔相连通，所述升降三位四通手控阀的上左油腔与所述升降油缸的无杆腔相连通，所述升降三位四通手控阀的下左油腔与油箱相连；
在所述倾斜油缸与叉车车身铰接的位置处安装有倾斜角度传感器，用于采集倾斜油缸的前后倾位置角度并反馈给控制器；
在门架的上端设置有高度传感器，用于采集货叉的高度信号并传递给控制器；
在门架底端设置有载荷传感器，用于采集货叉的实时载重量并传递给控制器；
所述控制器根据不同的实时载重量得到不同的安全位置信息，并根据所述安全位置信息、前后倾位置角度和载重信号判断货叉是否处于危险状态，从而控制所述倾斜两位三通电磁阀的开度变化，使得所述油泵向倾斜油缸的供油速度及供油量发生相应变化；同时，控制升降两位三通电磁阀的开度变化，使得所述油泵向升降油缸的供油速度及供油量发生相应变化；并保持货叉倾斜角度和后倾速度在安全范围内，从而实现极限位置缓冲控制、货叉前倾角度限制控制、货叉后倾速度限制控制并达到安全状态。
本发明所述的用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统的特点也在于，所述极限位置缓冲控制是按如下过程进行：
步骤1.1、确定在不同货叉载重量时安全控制的前后倾极限位置缓冲角度；
步骤1.2、判断货叉的前倾位置角度是否达到货叉的前倾极限位置缓冲角度，如果等于，则执行步骤1.4；反之，重复步骤1.3；
步骤1.3、判断货叉的后倾位置角度是否达到货叉的后倾极限位置缓冲角度，如果等于，则执行步骤1.5，反之，重复步骤1.2；
步骤1.4、如果继续向前推动倾斜手控阀，则逐渐关闭倾斜两位三通电磁阀的上左油腔，打开倾斜两位三通电磁阀的上右油腔，使得倾斜油缸充油量保持不变，多余的油量从上右油腔中流入油箱，以完成货叉前倾极限位置的限制作用；
步骤1.5、如果继续向后推动倾斜手控阀，则逐渐关闭倾斜两位三通电磁阀的上左油腔，打开倾斜两位三通电磁阀的上右油腔，使得倾斜油缸充油量保持不变，多余的油量从上右油腔中流入油箱，以完成货叉后倾极限位置的限制作用。
所述货叉前倾角度限制控制是按以下步骤进行：
步骤2.1、根据货叉安全高度确定高度传感器的安装位置；
步骤2.2、确定货叉的前后倾最大预设安全角度；
步骤2.3、当货叉载一定重量货物起升至最大额定高度，且货叉逐渐从水平位置前倾至前倾最大预设安全角度角度时，执行步骤2.4；
步骤2.4、控制器发出指令使倾斜两位三通电磁阀关闭，使得油泵继续进入的油液流入油箱，以完成货叉倾斜角度控制。
所述步骤2.2中的前后倾斜最大预设安全角度分别是利用式(1)和式(2)得到：
Figure BDA0002933941950000031
Figure BDA0002933941950000032
式(1)和式(2)中，L1为重心与前轴距离；L3为货叉前倾时重物到门架的距离；L5为货叉后倾时重物到门架的距离；M为叉车自重；m1为货叉前倾时货物重量；m2为货叉后倾时货物重量；h1为货叉前倾货物起升高度；h2为货叉后倾货物起升高度；R为叉车前轮半径。
所述货叉后倾速度限制控制是按如下过程进行：
步骤1、确定在不同货叉载重量时后倾的最大预设安全高度；
步骤2、当货叉载一定重量货物，且上升至后倾的最大预设安全高度工作时，执行步骤3；
步骤3、所述控制器使倾斜两位三通电磁阀通电，使倾斜两位三通电磁阀的上右腔打开，改变进入倾斜油缸的供油速度，使油泵多余的供油液流向油箱，以实现货叉的相应后倾速度控制。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明在原有常规手控阀叉车的液压油路基础上，在手控阀油路的前端添加了通过控制器ECU控制的电磁阀，不仅能在保证操作时的安全性的前提下提高叉车工作效率，还能有效的节约成本。
2、本发明能够实现货叉极限位置缓冲控制，在货叉装载一定重量货物时能给定门架一个安全缓冲倾斜角度，能够预先防止货物达到临界位置而发生危险状况。当货叉载物前倾过多时，会导致货物掉落威胁行人安全；当货叉后倾过多时，会导致货物从后面掉落砸伤驾驶员。
3、本发明能够实现货叉前倾角度限制，当货叉因前倾角度达到临界值而出现危险状况时，若驾驶员存在继续前倾的操作，能够及时截断货叉继续前倾的指令，防止了事故发生，保护了驾驶员和工作人员安全。
4、本发明能够实现货叉后倾速度限制，货叉载物进行后倾操作时，能及时调整货叉后倾速度防止货物抬高且后倾速度过快由于惯性货物会掉落砸伤工作人员。
综上所述，本发明对于叉车安全系统的改善，能够有效的改善叉车驾驶的难度，不需要驾驶员时刻警惕着货物坠落，能够减缓驾驶员的驾驶疲劳度，使操作更省力且能够有效防范操作失误导致货物坠落的危险，同时能够大大提高工作效率。
附图说明
图1为叉车货叉倾斜与起升液压油路图；
图2为货叉未载货时受力图；
图3为叉车载货前倾受力图；
图4为叉车载货后倾受力图；
图中标号：油箱1；油泵2；倾斜油缸3；升降油缸4；门架5；倾斜角度传感器6；高度传感器7；载荷传感器8；控制器9；倾斜两位三通电磁阀10；升降两位三通电磁阀11；倾斜三位四通手控阀12；升降三位四通手控阀13。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，一种用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统，包括：油箱1、油泵2、倾斜油缸3、升降油缸4、门架5、倾斜角度传感器6、高度传感器7、载荷传感器8、控制器9、倾斜两位三通电磁阀10、升降两位三通电磁阀11、倾斜三位四通手控阀12、升降三位四通手控阀13；
油箱1分别通过油泵2向倾斜油缸3和升降油缸4供油；其中倾斜油缸3和升降油缸4均与门架和叉车车身铰接；
门架后方设置有倾斜油缸3，用于控制门架前后倾，在门架5货叉下方设置有升降油缸4，用于控制货叉起升和下降，便于叉车装载货物；
倾斜油缸3与叉车车身铰接的位置安装货叉倾斜角度传感器6，用于采集倾斜油缸的前后倾位置角度并反馈给控制器9；
在门架5的上端设置有高度传感器7，用于采集货叉的高度信号并传递给控制器9；
在门架5底端设置有载荷传感器8，用于采集货叉的实时载重量并传递给控制器9；
通往倾斜油缸3的油路连接顺序分别为油箱1、油泵2、倾斜两位三通电磁阀10、倾斜三位四通手控阀12、倾斜油缸3；倾斜两位三通电磁阀10在断电状态下左端油腔处于通路状态，通电时通往油箱1的右端油腔打开，使货叉停止倾斜，以完成倾斜角度和后倾速度限制；倾斜三位四通手控阀有前倾、截止、后倾三个动作用于完成货物装载；
通往升降油缸4的油路连接顺序分别为油箱1、油泵2、升降两位三通电磁阀11、升降三位四通手控阀13、升降油缸4；升降两位三通电磁阀11在断电时下左油腔处于通路状态，通电时通往油箱1的右端油腔打开，使货叉停止升降；升降三位四通手控阀存在起升、截止、下降三个动作用于完成货物装载；
控制器9根据不同的实时载重量得到不同的安全位置信息，并根据安全位置信息、前后倾位置角度和载重信号判断货叉是否处于危险状态，从而控制倾斜两位三通电磁阀10的开度变化，使得油泵2向倾斜油缸3的供油速度及供油量发生相应变化；同时，控制升降两位三通电磁阀11的开度变化，使得油泵2向升降油缸4的供油速度及供油量发生相应变化；并保持货叉倾斜角度和后倾速度在安全范围内，从而实现极限位置缓冲控制、货叉前倾角度限制控制、货叉后倾速度限制控制并达到安全状态。
本实施例中，一种手控阀操作叉车货叉的安全控制系统的货叉极限位置缓冲方法步骤如下：
步骤1、预先确定载不同重量货物时货叉安全控制的前后倾极限位置缓冲角度；
步骤2、当货叉进行前倾动作时，控制器9接收到倾斜传感器6传来的倾斜角度信号，判断货叉的前倾位置角度是否达到货叉的前倾极限位置缓冲角度，如果等于，则执行步骤4；反之，重复步骤3；
步骤3、当货叉进行后倾动作时，控制器9接收到倾斜传感器6传来的倾斜角度信号，判断货叉的后倾位置角度是否达到货叉的后倾极限位置缓冲角度，如果等于，则执行步骤5，反之，重复步骤2；
步骤4、如果继续向前推动倾斜手控阀，则倾斜两位三通电磁阀10通电，逐渐关闭其上左油腔，打开上右油腔，使得倾斜油缸3充油量保持不变，多余的油量从上右油腔中流入油箱，以完成货叉前倾极限位置的限制作用；
步骤5、如果继续向后推动倾斜手控阀，则倾斜两位三通电磁阀10通电，逐渐关闭其上左油腔，打开上右油腔，使得倾斜油缸3充油量保持不变，多余的油量从上右油腔中流入油箱，以完成货叉高度极限位置的限制作用；
本实施例中，一种手控阀操作叉车货叉的安全控制系统的货叉前倾角度限制控制方法步骤如下：
步骤1、根据货叉安全高度确定高度传感器7的安装位置；
步骤2、确定货叉的前后倾最大预设安全角度；
步骤3、当货叉载一定重量货物起升至最大额定高度，且货叉逐渐从水平位置前倾至最大预设安全角度角度时，执行步骤4；
步骤4、控制器9发出指令使倾斜两位三通电磁阀10关闭，使得油泵继续进入的油液流入油箱，以完成货叉倾斜角度控制。
本实施例中，一种手控阀操作叉车货叉的安全控制系统的货叉后倾速度限制控制方法步骤如下：
步骤1、确定货叉载不同重量重物后倾的最大预设安全高度；
步骤2、当货叉载一定重量货物，且上升至最大预设安全高度后倾工作时，执行步骤3；
步骤3、控制器9使倾斜两位三通阀10通电，使倾斜两位三通阀上右腔打开，改变进入倾斜油缸的供油速度，使油泵2多余的供油液流向油箱，以实现货叉的相应后倾速度控制。
其中，前后倾最大预设安全角度的确定方法，如图2所示，当叉车处于未载货状态时，L为前后轮之间轴距，M为叉车自重，由前轮压力传感器测得前轮载荷为F1，根据力矩平衡以前轴为支点得∑M＝0；
故可求得重心至前轴距离为：
Figure BDA0002933941950000061
如图3所示，叉车自身重为M，其重心与前轴距离为L1，货叉装载重量为m1的货物起升至高度h1，货物重心距离门架垂直距离为L3。
以前轴为支点，若想保持货叉前倾时的安全性，根据力矩平衡重物产生的力矩应小于叉车所产生的力矩，具体计算公式如下：
m1g·L2＝Mg·L1 (2)
由几何关系知：
L2＝R+L3+h1 tanα (3)
故可计算货叉前倾最大预设安全角度为：
Figure BDA0002933941950000062
同理如图4所示，叉车自身重为M，其重心与前轴距离为L1，货叉装载重量为m2的货物起升至高度h2，货物重心距离门架垂直距离为L5。
以前轴为支点，若想保持货叉前倾时的安全性，根据力矩平衡重物产生的力矩应小于叉车所产生的力矩，具体计算公式如下：
m2g·L4＝Mg·L1 (5)
由几何关系知：
L4＝R+L5-h2 tanβ (6)
故可计算货叉后倾最大预设安全角度为：
Figure BDA0002933941950000071
本实施例中，手控阀操作货叉的叉车安全控制系统，当门架前倾，货叉未载重或在一定载重量前倾角度未超过试验所得该重量前倾极限位置角度值，以及当门架后倾，货叉未载重或在一定载重量后倾速度未超过试验所得该重量后倾速度安全预设值时，货叉安全控制系统液压油路中倾斜两位三通阀和升降两位三通阀将不会通电，倾斜油缸和升降油缸正常供油，安全控制系统将不干预驾驶员操作。
实施例：以普通3吨手控阀操作货叉的叉车为例；
将本发明的安全控制系统应用于一辆普通3吨手控阀操作货叉的叉车，测得该叉车的参数为：叉车额定载重量3吨，最大起升高度4米，前倾极限位置角度为6°，后倾极限位置角度为12°，传动方式为液力传动。
控制门架前后倾的倾斜油缸安装于门架后侧，倾斜油缸3与车身铰接出装有倾斜角度传感器，能够检测门架的前后倾角度并反馈给控制器，因此能得到门架倾斜角度为α；门架上端安装有高度传感器，能够检测工作时货叉起升高度并反馈给控制器；载荷传感器安装于货叉底部，能够检测货叉的实时载重量并反馈给控制器。
实施例1：货叉安全控制系统极限位置缓冲
货叉前倾工作
以货叉满载为例，测得货叉满载时前倾极限位置缓冲角度为5°，货叉缓冲速度为2°/s。
当货叉以额定载重量3吨，以3°/s速度前倾工作时，货叉逐渐倾斜至5°，则此时控制器发出指令使倾斜两位三通电磁阀通电，使得该阀开度减小，降低货叉倾斜速度至2°/s，从而完成前倾极限位置缓冲，此时安装于后轮的压力传感器数值正常，可知叉车处于安全状态。
货叉后倾工作；
以货叉满载为例，测得货叉满载时后倾极限位置缓冲角度为10°，货叉缓冲速度为2°/s。
当货叉以额定载重量3吨，以3°/s速度后倾工作时，货叉逐渐倾斜至10°，则此时控制器发出指令使倾斜两位三通电磁阀通电，使得该阀开度减小，降低货叉倾斜速度至2°/s，从而完成后倾极限位置缓冲，此时安装于后轮的压力传感器数值正常，可知叉车处于安全状态。
实施例2：货叉前倾角度限制；
测得高度传感器安装位置为2.5m，货叉满载时的最大预设安全角度为5°。
当货叉以满载3吨工作，起升至4m，当货叉前倾至满载时的最大预设角度5°时，倾斜两位三通电磁阀通电将想倾斜油缸的供油线路切断，货叉停止前倾，则完成货叉前倾角度限制，此时安装于后轮的压力传感器数值正常，可知叉车处于安全状态。
实施例3：货叉后倾速度限制；
测得货叉以最大载重量后倾工作时最大预设后倾速度为2°/s。
货叉以最大载重量3吨起升至4m，货叉以3°/s速度后倾工作时，控制器发出指令使倾斜两位三通阀开度减小，倾斜油缸供油速度降低，使货叉后倾速度降至2°/s以内，以完成货叉后倾速度限制。
因此，本发明针对于手控阀操作货叉的叉车能够有效改善货叉操作时的安全性能，还能大大提高工作效率。

Claims (5)

1.一种用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统，其特征包括：油箱(1)、油泵(2)、倾斜油缸(3)、升降油缸(4)、门架(5)、倾斜角度传感器(6)、高度传感器(7)、载荷传感器(8)、控制器(9)、倾斜两位三通电磁阀(10)、升降两位三通电磁阀(11)、倾斜三位四通手控阀(12)、升降三位四通手控阀(13)；
所述油箱(1)分别通过油泵(2)向所述倾斜油缸(3)和升降油缸(4)供油；其中倾斜油缸(3)和升降油缸(4)均与门架(5)和叉车车身铰接；
在门架(5)的后方设置有倾斜油缸(3)，用于控制门架(5)的前后倾，在门架(5)的货叉下方设置有升降油缸(4)，用于控制货叉的起升和下降；
所述倾斜两位三通电磁阀(10)的下油腔与油泵(2)的出油口相连通，所述倾斜两位三通电磁阀(10)的上左油腔与所述倾斜三位四通手控阀(12)一端的进油口相连通，所述倾斜两位三通电磁阀(10)的上右油腔与油箱(1)相连通；
所述升降两位三通电磁阀(11)的下油腔与油泵(2)的出油口相连通，所述升降两位三通电磁阀(11)的上左油腔与所升降三位四通手控阀(13)一端的进油口相连通，所述升降两位三通电磁阀(11)的上右油腔与油箱(1)相连通；
所述倾斜三位四通手控阀(12)的上右油腔与所述倾斜油缸(3)的有杆腔相连通，所述倾斜三位四通手控阀(12)的上左油腔与所述倾斜油缸(3)的无杆腔相连通，所述倾斜三位四通手控阀(12)的下左油腔与油箱(1)相连；
所述升降三位四通手控阀(13)的上右油腔与所述升降油缸(4)的有杆腔相连通，所述升降三位四通手控阀(13)的上左油腔与所述升降油缸(4)的无杆腔相连通，所述升降三位四通手控阀(13)的下左油腔与油箱(1)相连；
在所述倾斜油缸(3)与叉车车身铰接的位置处安装有倾斜角度传感器(6)，用于采集倾斜油缸的前后倾位置角度并反馈给控制器(9)；
在门架(5)的上端设置有高度传感器(7)，用于采集货叉的高度信号并传递给控制器(9)；
在门架(5)底端设置有载荷传感器(8)，用于采集货叉的实时载重量并传递给控制器(9)；
所述控制器(9)根据不同的实时载重量得到不同的安全位置信息，并根据所述安全位置信息、前后倾位置角度和载重信号判断货叉是否处于危险状态，从而控制所述倾斜两位三通电磁阀(10)的开度变化，使得所述油泵(2)向倾斜油缸(3)的供油速度及供油量发生相应变化；同时，控制升降两位三通电磁阀(11)的开度变化，使得所述油泵(2)向升降油缸(4)的供油速度及供油量发生相应变化；并保持货叉倾斜角度和后倾速度在安全范围内，从而实现极限位置缓冲控制、货叉前倾角度限制控制、货叉后倾速度限制控制并达到安全状态。
2.根据权利要求1所述的用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统，其特征是，所述极限位置缓冲控制是按如下过程进行：
步骤1.1、确定在不同货叉载重量时安全控制的前后倾极限位置缓冲角度；
步骤1.2、判断货叉的前倾位置角度是否达到货叉的前倾极限位置缓冲角度，如果等于，则执行步骤1.4；反之，重复步骤1.3；
步骤1.3、判断货叉的后倾位置角度是否达到货叉的后倾极限位置缓冲角度，如果等于，则执行步骤1.5，反之，重复步骤1.2；
步骤1.4、如果继续向前推动倾斜手控阀，则逐渐关闭倾斜两位三通电磁阀(10)的上左油腔，打开倾斜两位三通电磁阀(10)的上右油腔，使得倾斜油缸(3)充油量保持不变，多余的油量从上右油腔中流入油箱(1)，以完成货叉前倾极限位置的限制作用；
步骤1.5、如果继续向后推动倾斜手控阀，则逐渐关闭倾斜两位三通电磁阀(10)的上左油腔，打开倾斜两位三通电磁阀(10)的上右油腔，使得倾斜油缸(3)充油量保持不变，多余的油量从上右油腔中流入油箱(1)，以完成货叉后倾极限位置的限制作用。
3.根据权利要求1所述的用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统，其特征是，所述货叉前倾角度限制控制是按以下步骤进行：
步骤2.1、根据货叉安全高度确定高度传感器(7)的安装位置；
步骤2.2、确定货叉的前后倾最大预设安全角度；
步骤2.3、当货叉载一定重量货物起升至最大额定高度，且货叉逐渐从水平位置前倾至前倾最大预设安全角度时，执行步骤2.4；
步骤2.4、控制器(9)发出指令使倾斜两位三通电磁阀(10)关闭，使得油泵(2)继续进入的油液流入油箱(1)，以完成货叉倾斜角度控制。
4.根据权利要求3所述的用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统，其特征是，步骤2.2中的前后倾斜最大预设安全角度分别是利用式(1)和式(2)得到：
Figure FDA0002933941940000021
Figure FDA0002933941940000022
式(1)和式(2)中，L1为重心与前轴距离；L3为货叉前倾时重物到门架的距离；L5为货叉后倾时重物到门架的距离；M为叉车自重；m1为货叉前倾时货物重量；m2为货叉后倾时货物重量；h1为货叉前倾货物起升高度；h2为货叉后倾货物起升高度；R为叉车前轮半径。
5.根据权利要求1所述的用于叉车手控阀操作的货叉安全控制系统，其特征是，所述货叉后倾速度限制控制是按如下过程进行：
步骤1、确定在不同货叉载重量时后倾的最大预设安全高度；
步骤2、当货叉载一定重量货物，且上升至后倾的最大预设安全高度工作时，执行步骤3；
步骤3、所述控制器(9)使倾斜两位三通电磁阀(10)通电，使倾斜两位三通电磁阀(10)的上右腔打开，改变进入倾斜油缸(3)的供油速度，使油泵(2)多余的供油液流向油箱(1)，以实现货叉的相应后倾速度控制。
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