| 叉車自動稱重系統的設計 | 2021-02-06 |
| 摘 要：簡述電動叉車自動稱重裝置的工作原理及在電動叉車上安裝該裝置的必要性，比較分析了國內外幾種平衡叉車自動稱重設計方案，為我國平衡叉車稱重系統的合理設計提供了一些思路。 電動叉車是車站碼頭及大中企業內貨物短距離搬運和入庫的一種起重運輸設備。隨著市場經濟的發展，物流在經濟發展中的地位與作用越來越明顯，電動叉車普及率越來越高，已從港口碼頭進入國民經濟的各行各業。目前我國叉車的保有量約18萬臺，實際年潛在需求量約10萬臺，而實際年銷售量僅3萬臺左右，可見我國電動叉車市場是巨大的。 為保證叉車安全作業，國外一些經濟發達國家生產的電動叉車，都安裝了載荷顯示或報警裝置。但目前國內平衡叉車尚無這種裝置，因而在作業中經常出現超載、偏載等現象，存在嚴重的事故隱患。另外，由于虧噸而造成的經濟損失也很大。因此，研究叉車自動稱重系統十分必要。 70年代，美、德等先開發生產了一種平衡叉車自動稱量裝置，對于需要進行二次計量的貨物，安裝了該自動稱量裝置后平衡叉車起運后不必集中開到地中衡上進行稱量，而可直接把貨物送入倉庫，同時將貨物種類和重量通過無線傳輸方式輸入控制計算機，使平衡叉車具有搬運與稱重雙重功能，從而大大提高了作業效率和倉庫管理水平。近年來國內不少科研院所和電子衡器廠對平衡叉車自動稱重系統的研究課題給予了極大的關注，不少省市還將其列為攻關項目，但皆因設計方案不理想而受到阻礙。 1 系統工作原理 蓄電池叉車稱重系統工作原理如圖1所示。貨物重力通過傳力機構傳遞給稱重傳感器/稱重模塊，/稱重模塊傳感器輸出的重力信號經放大、濾波，送A/D轉換器轉換成數字信號，由微處理器根據力學數學模型計算重量值，由LED顯示稱重結果。 處理后的結果可經預留的RS-232串行通訊口輸出數字量信號，以便于統計查詢。 2 方案分析 為普通蓄電池叉車的起重原理示意圖。目前國內外的蓄電池叉車自動稱重設計方案主要有以下幾種: (1)測量蓄電池叉車總重量的變化實現叉車稱重。此方案需要在蓄電池叉車前后軸上安裝軸式傳感器用于測量蓄電池叉車的總重量，其測量原理簡單，可以避免諸多中間非線性環節因素的影響。但傳感器安裝不方便，且需破壞蓄電池叉車結構，影響叉車強度等力學性能，實用性差，故此方案不可取。 (2)測量油路壓力變化實現貨物載荷的測量。此方案需要在液壓缸或油路內壁安裝壓力傳感器，直接測出油路油壓變化，從而反應出貨物載荷的大小。但是它要求蓄電池叉車油路密封非常好，因為絲毫的泄露就會造成油路油壓的很大變化，給稱重測量帶來很大誤差。在智能叉車設計和現場使用中，要保證如此高的密封性是不切實際的，因此，這種方式在蓄電池叉車稱重系統中也是不可取的。 (3)通過測量鏈條張力求取貨物載荷。通過對蓄電池叉車結構分析及力學分析，認為在叉架、門架、鏈條等與貨物之間有較直接力學關系的部位安裝傳感器比較合理、方便，不用對叉車結構進行較大改動，不會影響叉車性能。其傳感器安裝方式有2種: 2條起升鏈后端各裝1個 S 形拉力傳感器。實際工作中，智能叉車叉架與門架間通過滾輪組導向，存在著摩擦力。另外，鏈輪前后的起升鏈的張力因起升鏈與鏈輪間的摩擦也會不同。所以 S 形傳感器測得的載荷，包含了滾輪組與門架、鏈輪與起升鏈之間的摩擦力這種非線性因素，測量貨物重量較困難。 2條起升鏈前端(與智能叉車叉架相聯部位)各裝1個單耳拉力傳感器/稱重模塊。與方式相比，采用單耳拉力傳感器/稱重模塊測量載荷可避開鏈輪非線性因素的影響。經過大量實驗，發現采用方式 通過測起升鏈張力求取貨物載荷要比方式 更穩定、重復精度更高、誤差更小。 在測量精度要求不高的情況下可以采用方案(3)，其安裝方便、成本低、維護簡單。 (4)此方案是對方案(3)方式 的改進，采用二維測力和模糊修正的組合方法，即在2條起升鏈前端(與智能叉車叉架相聯部位)各裝設1個單耳拉力傳感器/稱重模塊，同時在2個貨叉豎直段中部附近承受叉架支反力處加裝2個壓力傳感器/稱重模塊。 為找出方案(3)方式 中載荷在智能叉車貨叉前后偏載對稱量結果的影響規律，可對一定載荷在貨叉前后不同位置進行重復測量，然后將測量值與實際載荷值相比較，計算出誤差。對實際測量結果進行分析發現：隨著載荷朝叉尖移位，稱重誤差也隨之增大，且載荷越大測量誤差也越大。例如，在864kg 載荷下，載荷重心距叉根750m m 與450m m 相比，誤差增大1 5倍，超過了允許誤差值。因此，對于前后偏載造成的誤差必須給予補償。 智能叉車貨叉豎直段中部附近承受叉架的支反力，此支反力與載荷及其重心在貨叉上的位置有關。因此，如果在此處加裝傳感器測出此支反力的大小，便可判斷載荷與載荷重心距的關系，并對因偏載所造成的誤差進行修正，即由二維傳感器/稱重模塊組，通過多組測量實驗獲得模糊修正值(稱得重量的修正值)。方法是：根據智能叉車貨叉的實際尺寸及智能叉車叉車噸位，以智能叉車叉車額定載荷的百分數，例如10%、20%、30%、 99%作為實驗載荷，將載荷重心到叉根距離分組，例如0~300、300~450、 (實際稱重時的載荷重心不可能到達智能叉車叉尖和叉根，一般距叉根取到100mm，而距叉尖只取到850mm )，進行實驗，得到不同載荷、不同加載位置下測量結果與核定標準下所測結果的差值，從而得到稱量修正值表格，并存入單片機，用于稱量時通過模糊查表法進行修正。此方案經大量實驗和實際使用后，證明測量精度比其他國內同類產品高，達到了水平。 (5)CASGOOD式電子秤，根據三梁式傳感器/稱重模塊的設計原理，重力W 產生的力矩由上下柔梁承擔，垂直方向的重力W 由中間的拉力傳感器/稱重模塊承擔。只要上下柔梁有足夠的強度，承力硬塊具有足夠的剛度，能保證硬塊只作垂直運動，則傳感器/稱重模塊測量值就能同貨物重量成精確的線性關系。這種電子秤總裝結構。 實現該方案的關鍵是確保電子秤符合三梁式傳感器/稱重模塊對上下梁的設計要求,這在很大程度上取決于 1.貨叉 2. 防爆電子秤前秤臺板電動 3. 防爆電子秤后秤臺板 4.拉力傳感器 5.彈性鋼板 多塊彈性鋼板的設計和安裝。美國Alleganu公司采用的方法是在秤臺四角的側面緊固4付雙柔梁彈性組件;LTS公司采用的方法是在前后秤臺板的側面各緊固3塊彈性鋼板。 3 結束語 通過上面的分析我們了解到，我國電動叉車市場需求巨大，同時又面臨著與世界強手的激烈競爭，因此必須大力發展國產叉車，提高其整體性能，尤為迫切的是盡快在智能叉車叉車上安裝自動稱重系統。文中討論了幾種叉電動車自動稱重系統設計方案，其中有優秀的、合理的、成功的設計，也有不合理的、失敗的試制。通過分析研究，我們就可以按照我國電動叉車的實際情況，合理選擇研制電動叉車自動稱重裝置的方案。
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