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西林叉車之--專利技術《叉車門架傾斜自動控制裝
作者：西林叉車 時間：【 2019-12-12】 文章來源：西林叉車官方
? ? 西林叉車之——專利技術《叉車門架傾斜自動控制裝置》介紹
叉車門架傾斜自動控制裝置，是公 司 2016 年 5 月獲得的一項發明專利。 常見的普通叉車多采用兩級門架， 兩級門架由內門架和外門架組成，外門 架兩側設計有傾斜油缸，可使門架前傾 或后傾，便于叉車叉取和堆放貨物。 叉車一般以門架垂直位置為中心， 通過傾斜油缸控制門架向前或向后傾 斜，叉車在起升貨物時，為了作業需要及 叉車運行穩定，需要通過駕駛員的操作 來調整門架的傾斜角度。但是現有叉車 沒有對門架的傾斜和起升高度作關聯性 的自動控制，在作業時門架的傾斜控制 完全依賴于駕駛人員操作經驗，而叉車 載物起升的穩定性與門架傾斜的角度大 小和貨物起升的高度有密切關系，特別 是當門架處于最大前傾角度時，隨著貨 物逐漸升高，叉車的重心發生偏移，這對 于缺乏經驗的駕駛人員來說，當接近或 超出極限時叉車極易發生傾翻、貨物跌 落等事故，對駕駛員的人身安全和貨物 安全造成威脅。 叉車門架傾斜自動控制設計旨在解 決上述叉車技術現狀，課題來自于某國 某公司對 CPD20SR 站駕式雙前驅平衡 重式叉車的設計要求，即叉車門架最大 后傾角度為 6 度，最大前傾角度為 5 度， 且當貨叉高度位于 1500mm 以下時，允 許門架最大前傾 5 度，當貨叉高度位于 1500mm 以上時，允許門架最大前傾 2 度，完全由程序控制。且在貨叉高度位于 1500mm 以下，門架傾斜大于 2 度時起 升貨叉，當貨叉起升越過 1500mm 高度 時，起升自動停止，門架自動向后傾斜， 直至門架處于垂直位置時停止（這一過 程定義為門架自動糾直），貨叉繼續起 升直至所需高度。從而實現了門架傾斜 的自動控制，提高了叉車運行的穩定性 和作業的可靠性。 1. 結構設計與要求 為了實現門架傾斜自動控制，電氣 控制設計要求采集門架在傾斜過程中的 角度變化信號，并轉換成電變化信號。從 而選用數字電位器安裝在叉車車架上， 數字電位器連接一從動擺臂，在傾斜油缸的車架一端轉軸上安裝了一數字電位 器主動擺臂，當油缸伸縮時門架的前后 傾斜帶動數字電位器的主動擺臂在一定 角度范圍內旋轉，同時帶動數字電位器 的從動擺臂旋轉，實現了將門架傾斜的 角度變化轉換成了對應的電位器電位信 號，如圖 1 所示。 AM38—V05—45T 為三端數字電位 器，它的輸出電壓范圍為 0—5V，是一種 磁感應的霍爾電位器，它的特點是可以 根據實際需要，通過編程來實現電壓范 圍與電位器旋轉角度的對應關系。 安裝在車架上的數字電位器在門架 最大前、后傾斜時轉動的角度可以根據 實際測量獲得，本車型門架從后傾 6 度 角到前傾 5 度角轉動時, 對應的數字電 位器旋轉角度為 30 度左右, 考慮到安裝 誤差等因素將角度范圍放寬至 45 度，且 順時針方向為電壓遞增，其輸出電壓與 旋轉角度的對應值，如圖 2 所示。 門架傾斜自動控制的高度點根據不 同車型的穩定性加以確定，本設計要求 貨叉起升至 1500mm 高度時門架自動糾 直。結構設計通過安裝在外門架頂端上 的接近開關和焊接在內門架上的金屬感 應塊來實現。其工作原理是當貨叉起升 至 1500mm 高度時，內門架的金屬感應 塊正好升至接近開關，使接近開關從開 狀態轉變至閉狀態，從而將開關變化信 號輸出給控制器，如圖 3 所示。2. 電氣控制設計原理 整機采用了三個 CURTIS1234-5371 變頻交流控制器，一個用于液壓起升油泵 控制，另二個用于行走驅動控制，車型為 雙前驅四支點叉車，叉車的功能包括貨叉 調速起升下降、貨叉左右側移、門架前后 傾斜等，其中涉及門架傾斜控制和起升部 分電路，如圖 4 所示。 圖中集中手柄 WK 集合了行走加速 器、起升下降加速器、貨叉左右側移開關、 門架前后傾斜開關、喇叭開關等，并通過 CAN 總線與油泵控制器 KC1 和行走控 制器 KC2 連接。 數字電位器 WR1 與油泵控制器的 P7、P17 和 P26 引腳相連接，接近開關 K6 與行走控制器的 L11 引腳相連。 電路設計原理是通過行走控制器程 序，識別來自接近開關 K6 的開關信號，首 先作出高度判斷。同時通過油泵控制器程 序，采集門架傾斜時來自數字電位器的輸 入電壓，并計算相應的門架角度。當開關 處于開狀態時，貨叉的高度低于 1500 mm，忽略門架傾斜角度，允許門架最大前 傾、后傾。當開關處于閉狀態時，貨叉的高 度高于 1500 mm，程序將區分是前傾還是 后傾，在門架作后傾動作時，同樣忽略門 架角度，允許門架最大后傾，在門架作前 傾動作時，將對門架傾斜角度的計算結果 進行判斷，當門架的傾斜角度達到 2 度 時，控制器將中斷油泵電機的工作，門架 傾斜被控制在 2 度以內。 CURTIS1234-5371 變頻交流控制器 的特點是，除了底層固化的速度控制程序 外，還可以根據車型功能的需要進行二次 開發。電路設計與軟件開發相結合，對叉 車門架傾斜自動控制過程中出現的另一 種狀況（門架自動糾直）進行控制。 當貨叉低于 1500 mm 高度，而門架的 前傾角度已大于 2 度時，貨叉作起升動 作，越過 1500 mm 高度，使原來處于開狀 態的接近開關 K6 轉變為閉狀態，由于設 計要求貨叉在超過 1500 mm 高度時，門架 傾斜角度不能大于 2 度，所以控制器將自 動中斷起升，緊接著作門架后傾動作，當 門架傾斜到達垂直位置時（門架傾斜角度 為 0 度），中斷傾斜動作，繼續起升，直至 貨叉到達所需高度。 3. 液壓系統原理 如圖 5 所示，為整機液壓系統工作原 理。包含了貨叉起升、側移，門架前傾、后 傾和液壓助力轉向。 貨叉起升時，油泵電機 M1、起升電磁 閥 L1 通電。門架前傾時，油泵電機 M1、前 傾電磁閥 L3 通電。門架后傾時，油泵電機 M1、后傾電磁閥 L4 通電。 在集中手柄 WK 操縱下，在作貨叉起 升、門架前傾、后傾過程中，控制器根據來 自于接近開關 K6 和數字電位器 WR1 的 輸入信號狀況，通過軟件來控制油泵電機和電磁閥的通電和斷電。 例如：門架自動糾直，在接近開關 K6 處 于 開 狀 態 下 （ 貨 叉 高 度 低 于 1500 mm），門架前傾已大于 2 度角，這時貨叉 起升，油泵電機 M1、起升電磁閥 L1 通電， 當貨叉高度越過 1500 mm 時，接近開關 K6 閉合，起升電磁閥 L1 斷電，起升停止， 同時后傾電磁閥 L4 通電，門架后傾，直至 控制器獲取來自數字電位器中位的信號 （門架傾斜角度為 0 度），后傾電磁閥斷 電，起升電磁閥繼續通電，直至需要高度。 4. 軟件的實現 根據電氣控制設計原理，相應功能的 軟件實現如下： Joystick_ Lift_ Pot_ Lift = On (有起升 信號) Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw < Par_ Tilt_ Down_ Two_ Degree_ Min (門架角度小于 2°) Fork_ Control_ Status = 1（貨叉狀態 設為 1，允許后傾狀態） Joystick_ Lift_ Pot_ Lift = On (有起升 信號) Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw < Par_ Vertical_ Min (門 架角度小于 0°) Fork_ Control_ Status = 1（貨叉狀態 設為 1） Fork_ Control_ Status = 2（貨叉狀態 設為 2，允許后傾狀態） Joystick_ Lift_ Pot_ Lift = On (有起升 信號) Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw > Par_ Vertical_ Min (門 架角度大于 0°) Fork_ Control_ Status = 2（貨叉狀態 設為 2） 或者 Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (碰到接近開關) Fork_ Control_ Status = 3（貨叉狀態 設為 3，初始狀態和允許起升狀態） Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw > Par_ Tilt_ Down_ Two_ Degree_ Max (門架角度大 于 2°) Fork_ Control_ Status = 3（貨叉狀態設為 3） Fork_ Control_ Status = 4 （貨叉狀態設為 4，允 許起升狀態）
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叉車門架傾斜自動控制裝置，是公 司 2016 年 5 月獲得的一項發明專利。 常見的普通叉車多采用兩級門架， 兩級門架由內門架和外門架組成，外門 架兩側設計有傾斜油缸，可使門架前傾 或后傾，便于叉車叉取和堆放貨物。 叉車一般以門架垂直位置為中心， 通過傾斜油缸控制門架向前或向后傾 斜，叉車在起升貨物時，為了作業需要及 叉車運行穩定，需要通過駕駛員的操作 來調整門架的傾斜角度。但是現有叉車 沒有對門架的傾斜和起升高度作關聯性 的自動控制，在作業時門架的傾斜控制 完全依賴于駕駛人員操作經驗，而叉車 載物起升的穩定性與門架傾斜的角度大 小和貨物起升的高度有密切關系，特別 是當門架處于最大前傾角度時，隨著貨 物逐漸升高，叉車的重心發生偏移，這對 于缺乏經驗的駕駛人員來說，當接近或 超出極限時叉車極易發生傾翻、貨物跌 落等事故，對駕駛員的人身安全和貨物 安全造成威脅。 叉車門架傾斜自動控制設計旨在解 決上述叉車技術現狀，課題來自于某國 某公司對 CPD20SR 站駕式雙前驅平衡 重式叉車的設計要求，即叉車門架最大 后傾角度為 6 度，最大前傾角度為 5 度， 且當貨叉高度位于 1500mm 以下時，允 許門架最大前傾 5 度，當貨叉高度位于 1500mm 以上時，允許門架最大前傾 2 度，完全由程序控制。且在貨叉高度位于 1500mm 以下，門架傾斜大于 2 度時起 升貨叉，當貨叉起升越過 1500mm 高度 時，起升自動停止，門架自動向后傾斜， 直至門架處于垂直位置時停止（這一過 程定義為門架自動糾直），貨叉繼續起 升直至所需高度。從而實現了門架傾斜 的自動控制，提高了叉車運行的穩定性 和作業的可靠性。 1. 結構設計與要求 為了實現門架傾斜自動控制，電氣 控制設計要求采集門架在傾斜過程中的 角度變化信號，并轉換成電變化信號。從 而選用數字電位器安裝在叉車車架上， 數字電位器連接一從動擺臂，在傾斜油缸的車架一端轉軸上安裝了一數字電位 器主動擺臂，當油缸伸縮時門架的前后 傾斜帶動數字電位器的主動擺臂在一定 角度范圍內旋轉，同時帶動數字電位器 的從動擺臂旋轉，實現了將門架傾斜的 角度變化轉換成了對應的電位器電位信 號，如圖 1 所示。 AM38—V05—45T 為三端數字電位 器，它的輸出電壓范圍為 0—5V，是一種 磁感應的霍爾電位器，它的特點是可以 根據實際需要，通過編程來實現電壓范 圍與電位器旋轉角度的對應關系。 安裝在車架上的數字電位器在門架 最大前、后傾斜時轉動的角度可以根據 實際測量獲得，本車型門架從后傾 6 度 角到前傾 5 度角轉動時, 對應的數字電 位器旋轉角度為 30 度左右, 考慮到安裝 誤差等因素將角度范圍放寬至 45 度，且 順時針方向為電壓遞增，其輸出電壓與 旋轉角度的對應值，如圖 2 所示。 門架傾斜自動控制的高度點根據不 同車型的穩定性加以確定，本設計要求 貨叉起升至 1500mm 高度時門架自動糾 直。結構設計通過安裝在外門架頂端上 的接近開關和焊接在內門架上的金屬感 應塊來實現。其工作原理是當貨叉起升 至 1500mm 高度時，內門架的金屬感應 塊正好升至接近開關，使接近開關從開 狀態轉變至閉狀態，從而將開關變化信 號輸出給控制器，如圖 3 所示。2. 電氣控制設計原理 整機采用了三個 CURTIS1234-5371 變頻交流控制器，一個用于液壓起升油泵 控制，另二個用于行走驅動控制，車型為 雙前驅四支點叉車，叉車的功能包括貨叉 調速起升下降、貨叉左右側移、門架前后 傾斜等，其中涉及門架傾斜控制和起升部 分電路，如圖 4 所示。 圖中集中手柄 WK 集合了行走加速 器、起升下降加速器、貨叉左右側移開關、 門架前后傾斜開關、喇叭開關等，并通過 CAN 總線與油泵控制器 KC1 和行走控 制器 KC2 連接。 數字電位器 WR1 與油泵控制器的 P7、P17 和 P26 引腳相連接，接近開關 K6 與行走控制器的 L11 引腳相連。 電路設計原理是通過行走控制器程 序，識別來自接近開關 K6 的開關信號，首 先作出高度判斷。同時通過油泵控制器程 序，采集門架傾斜時來自數字電位器的輸 入電壓，并計算相應的門架角度。當開關 處于開狀態時，貨叉的高度低于 1500 mm，忽略門架傾斜角度，允許門架最大前 傾、后傾。當開關處于閉狀態時，貨叉的高 度高于 1500 mm，程序將區分是前傾還是 后傾，在門架作后傾動作時，同樣忽略門 架角度，允許門架最大后傾，在門架作前 傾動作時，將對門架傾斜角度的計算結果 進行判斷，當門架的傾斜角度達到 2 度 時，控制器將中斷油泵電機的工作，門架 傾斜被控制在 2 度以內。 CURTIS1234-5371 變頻交流控制器 的特點是，除了底層固化的速度控制程序 外，還可以根據車型功能的需要進行二次 開發。電路設計與軟件開發相結合，對叉 車門架傾斜自動控制過程中出現的另一 種狀況（門架自動糾直）進行控制。 當貨叉低于 1500 mm 高度，而門架的 前傾角度已大于 2 度時，貨叉作起升動 作，越過 1500 mm 高度，使原來處于開狀 態的接近開關 K6 轉變為閉狀態，由于設 計要求貨叉在超過 1500 mm 高度時，門架 傾斜角度不能大于 2 度，所以控制器將自 動中斷起升，緊接著作門架后傾動作，當 門架傾斜到達垂直位置時（門架傾斜角度 為 0 度），中斷傾斜動作，繼續起升，直至 貨叉到達所需高度。 3. 液壓系統原理 如圖 5 所示，為整機液壓系統工作原 理。包含了貨叉起升、側移，門架前傾、后 傾和液壓助力轉向。 貨叉起升時，油泵電機 M1、起升電磁 閥 L1 通電。門架前傾時，油泵電機 M1、前 傾電磁閥 L3 通電。門架后傾時，油泵電機 M1、后傾電磁閥 L4 通電。 在集中手柄 WK 操縱下，在作貨叉起 升、門架前傾、后傾過程中，控制器根據來 自于接近開關 K6 和數字電位器 WR1 的 輸入信號狀況，通過軟件來控制油泵電機和電磁閥的通電和斷電。 例如：門架自動糾直，在接近開關 K6 處 于 開 狀 態 下 （ 貨 叉 高 度 低 于 1500 mm），門架前傾已大于 2 度角，這時貨叉 起升，油泵電機 M1、起升電磁閥 L1 通電， 當貨叉高度越過 1500 mm 時，接近開關 K6 閉合，起升電磁閥 L1 斷電，起升停止， 同時后傾電磁閥 L4 通電，門架后傾，直至 控制器獲取來自數字電位器中位的信號 （門架傾斜角度為 0 度），后傾電磁閥斷 電，起升電磁閥繼續通電，直至需要高度。 4. 軟件的實現 根據電氣控制設計原理，相應功能的 軟件實現如下： Joystick_ Lift_ Pot_ Lift = On (有起升 信號) Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw < Par_ Tilt_ Down_ Two_ Degree_ Min (門架角度小于 2°) Fork_ Control_ Status = 1（貨叉狀態 設為 1，允許后傾狀態） Joystick_ Lift_ Pot_ Lift = On (有起升 信號) Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw < Par_ Vertical_ Min (門 架角度小于 0°) Fork_ Control_ Status = 1（貨叉狀態 設為 1） Fork_ Control_ Status = 2（貨叉狀態 設為 2，允許后傾狀態） Joystick_ Lift_ Pot_ Lift = On (有起升 信號) Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw > Par_ Vertical_ Min (門 架角度大于 0°) Fork_ Control_ Status = 2（貨叉狀態 設為 2） 或者 Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (碰到接近開關) Fork_ Control_ Status = 3（貨叉狀態 設為 3，初始狀態和允許起升狀態） Gantry_ Switch_ Flag_ to_ Pump = Off (未碰到接近開關) Pot2_ Raw > Par_ Tilt_ Down_ Two_ Degree_ Max (門架角度大 于 2°) Fork_ Control_ Status = 3（貨叉狀態設為 3） Fork_ Control_ Status = 4 （貨叉狀態設為 4，允 許起升狀態）
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