郭玉寶，藍(lán)秋玲，陳云超，王 剛

(1.中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103；2.柳州柳工叉車(chē)有限公司，廣西 柳州 545006)

1 引 言

叉車(chē)是工業(yè)生產(chǎn)中使用頻率非常高的搬運(yùn)設(shè)備。叉車(chē)的門(mén)架作為整車(chē)的工作執(zhí)行部件，是叉車(chē)的主要核心部件，其性能好壞直接影響叉車(chē)的使用效果，叉車(chē)門(mén)架的負(fù)載能力關(guān)系到整車(chē)最大搬運(yùn)能力、高位舉升的安全性能、前傾后仰的工作角度范圍以及偏載安全性能等。

本試驗(yàn)臺(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng)，模擬叉車(chē)上的液壓油源，采用電動(dòng)控制比例閥模擬叉車(chē)上的手動(dòng)操作閥。配置激光測(cè)距儀及傾角傳感器，分別測(cè)量舉升高度及傾斜角度。采用自動(dòng)控制程序驅(qū)動(dòng)比例閥進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)傳感器的反饋及設(shè)計(jì)的循環(huán)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)試驗(yàn)。同時(shí)，亦可通過(guò)手動(dòng)控制比例閥，實(shí)現(xiàn)叉車(chē)門(mén)架系統(tǒng)性能測(cè)試。該試驗(yàn)臺(tái)可用于測(cè)試評(píng)價(jià)叉車(chē)門(mén)架的性能及可靠性。

2 液壓原理

系統(tǒng)液壓原理如圖1所示，從液壓源輸出的高壓油流經(jīng)濾油器，通過(guò)YV0總控制閥，分別進(jìn)入舉升回路及傾斜回路，通過(guò)YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、YV6各比例閥分別控制上升、下降、前傾、后仰等動(dòng)作，從而完成測(cè)試。

圖1 液壓原理圖

3 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。

3.1 主機(jī)

主機(jī)部分主要由鐵地板、反向三角架、支撐座、叉車(chē)門(mén)架、砝碼、傾斜缸、升降缸、三角架移動(dòng)固定裝置、支撐座移動(dòng)固定裝置等組成，主機(jī)外形如圖2所示。

圖2 主機(jī)外形圖

鐵地板的作用是承載整機(jī)的整體重量，并提供主機(jī)前傾的反向彎矩。三角架移動(dòng)固定裝置的作用為適應(yīng)不同的叉車(chē)門(mén)架，可將反向三角架進(jìn)行前后移動(dòng)，并可靠固定。支撐座移動(dòng)固定裝置的作用是適應(yīng)不同型號(hào)的門(mén)架寬度，可左右調(diào)節(jié)支撐座的寬度，并可靠鎖緊。砝碼的作用為模擬叉車(chē)在使用過(guò)程中叉車(chē)所舉升的重物，傾斜缸提供叉車(chē)門(mén)架前傾后仰的機(jī)械動(dòng)力，升降缸提供門(mén)架升降的機(jī)械動(dòng)力。

3.2 控制采集系統(tǒng)

控制采集系統(tǒng)通過(guò)配置相應(yīng)的激光測(cè)距儀及傾角傳感器實(shí)現(xiàn)升降及傾斜動(dòng)作的自動(dòng)循環(huán)。

實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作時(shí)，采集系統(tǒng)通過(guò)讀取激光測(cè)距儀初始數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)砝碼位置，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)YV4比例閥的供電實(shí)現(xiàn)上升。采集系統(tǒng)讀取激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到預(yù)設(shè)高度時(shí)，采集系統(tǒng)停止供電。下降動(dòng)作亦采用同樣方式。

實(shí)現(xiàn)前傾動(dòng)作時(shí)，采集系統(tǒng)通過(guò)讀取傾角傳感器的初始數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)門(mén)架角度，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)YV6比例閥的供電實(shí)現(xiàn)前傾。采集系統(tǒng)讀取傾角傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到預(yù)設(shè)傾斜角度時(shí)，采集系統(tǒng)停止供電。后仰動(dòng)作亦采用同樣的方式。

當(dāng)進(jìn)行前傾、后仰、上升、下降組合動(dòng)作時(shí)，采用系統(tǒng)軟件進(jìn)行多段程序自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)任意角度、任意高度、任意次數(shù)的自動(dòng)組合。上升、下降、前傾、后仰的速度可在軟件界面設(shè)定。本機(jī)軟件界面如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)軟件界面

4 主要參數(shù)的核算

4.1 最大上升速度的核算

一般叉車(chē)門(mén)架根據(jù)噸位大小，升降缸有兩種布置方式，分別為單缸式及雙缸式(如圖4所示)。

(a)單缸式 (b)雙缸式

本次以5t叉車(chē)，單個(gè)升降缸布置形式為例進(jìn)行計(jì)算。因采用鏈輪結(jié)構(gòu)，升降缸上的支撐力理論上為2.5t?？紤]摩擦及可靠性因素，并根據(jù)市場(chǎng)上常用工程缸的規(guī)格，選用3t工程缸。

本試驗(yàn)臺(tái)油源的最大流量Q=200L/min；根據(jù)資料，3t工程缸的內(nèi)徑D為50mm?？傻蒙蹈椎幕钊娣eS=(D/2)2×3.14=1962.5mm2，升降缸上升的最大速度V=Q/S=200L/min÷1962.5mm2≈ 1.7m/s。因?yàn)椴捎面溳喗Y(jié)構(gòu)，所以門(mén)架的上升速度為V/2=0.85m/s。

4.2 主機(jī)傾覆力矩的核算

本機(jī)采用反向三角架平衡門(mén)架的向前傾覆力矩。反向三角架采用M30螺栓固定在鐵地板上，砝碼產(chǎn)生的傾覆力矩通過(guò)傾斜油缸傳遞到反向三角架。通過(guò)有限元分析，計(jì)算最大前傾力矩?？紤]到設(shè)備的安全系數(shù)，當(dāng)傾覆力矩使反向三角架及M30螺栓整體構(gòu)成的單元某處最大應(yīng)力達(dá)到110MPa時(shí)，即為本單元所能承受的最大傾覆力矩。有限元計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 反向三角架有限元分析

在反向三角架最高固定點(diǎn)(1117mm)處施加兩個(gè)100kN的拉力時(shí)，螺栓固定處出現(xiàn)最大應(yīng)力110MPa，此時(shí)最大的前傾力矩為100kN×1117mm×2=223400N·m。

5 技術(shù)創(chuàng)新性及實(shí)際意義

本機(jī)采用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力源，通過(guò)軟件控制門(mén)架的升降及傾斜，可無(wú)級(jí)控制位移、速度、角度等物理量，可實(shí)現(xiàn)多段循環(huán)試驗(yàn)，任意設(shè)置循環(huán)的組成方式及循環(huán)次數(shù)，屬于完全創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。

本機(jī)通過(guò)在試驗(yàn)室內(nèi)的循環(huán)試驗(yàn)取代傳統(tǒng)的在叉車(chē)上進(jìn)行的人工試驗(yàn)，保證了試驗(yàn)的可持續(xù)性。該試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力、流量、門(mén)架的升降速度、舉升高度、傾斜角度等，這是傳統(tǒng)的人工操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，可以為叉車(chē)門(mén)架的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

液壓動(dòng)力下的叉車(chē)門(mén)架自動(dòng)控制試驗(yàn)臺(tái)，完美地結(jié)合了液壓、機(jī)械、電控等技術(shù)，具有測(cè)試數(shù)據(jù)多樣、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，工程實(shí)際意義較大。