液压动力下的叉车门架自动控制试验台

郭玉宝，蓝秋玲，陈云超，王 刚

(1.中机试验装备股份有限公司，吉林 长春 130103；2.柳州柳工叉车有限公司，广西 柳州 545006)

1 引 言

叉车是工业生产中使用频率非常高的搬运设备。叉车的门架作为整车的工作执行部件，是叉车的主要核心部件，其性能好坏直接影响叉车的使用效果，叉车门架的负载能力关系到整车最大搬运能力、高位举升的安全性能、前倾后仰的工作角度范围以及偏载安全性能等。

本试验台采用液压驱动，模拟叉车上的液压油源，采用电动控制比例阀模拟叉车上的手动操作阀。配置激光测距仪及倾角传感器，分别测量举升高度及倾斜角度。采用自动控制程序驱动比例阀进行试验，根据传感器的反馈及设计的循环参数进行自动循环试验。同时，亦可通过手动控制比例阀，实现叉车门架系统性能测试。该试验台可用于测试评价叉车门架的性能及可靠性。

2 液压原理

系统液压原理如图1所示，从液压源输出的高压油流经滤油器，通过YV0总控制阀，分别进入举升回路及倾斜回路，通过YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、YV6各比例阀分别控制上升、下降、前倾、后仰等动作，从而完成测试。

图1 液压原理图

3 系统介绍

系统主要由液压系统、主机系统、控制系统等部分组成。

3.1 主机

主机部分主要由铁地板、反向三角架、支撑座、叉车门架、砝码、倾斜缸、升降缸、三角架移动固定装置、支撑座移动固定装置等组成，主机外形如图2所示。

图2 主机外形图

铁地板的作用是承载整机的整体重量，并提供主机前倾的反向弯矩。三角架移动固定装置的作用为适应不同的叉车门架，可将反向三角架进行前后移动，并可靠固定。支撑座移动固定装置的作用是适应不同型号的门架宽度，可左右调节支撑座的宽度，并可靠锁紧。砝码的作用为模拟叉车在使用过程中叉车所举升的重物，倾斜缸提供叉车门架前倾后仰的机械动力，升降缸提供门架升降的机械动力。

3.2 控制采集系统

控制采集系统通过配置相应的激光测距仪及倾角传感器实现升降及倾斜动作的自动循环。

实现升降动作时，采集系统通过读取激光测距仪初始数据来确认砝码位置，通过系统对YV4比例阀的供电实现上升。采集系统读取激光测距仪实时数据，达到预设高度时，采集系统停止供电。下降动作亦采用同样方式。

实现前倾动作时，采集系统通过读取倾角传感器的初始数据来确认门架角度，通过系统对YV6比例阀的供电实现前倾。采集系统读取倾角传感器实时数据，达到预设倾斜角度时，采集系统停止供电。后仰动作亦采用同样的方式。

当进行前倾、后仰、上升、下降组合动作时，采用系统软件进行多段程序自动控制，可实现任意角度、任意高度、任意次数的自动组合。上升、下降、前倾、后仰的速度可在软件界面设定。本机软件界面如图3所示。

图3 试验软件界面

4 主要参数的核算

4.1 最大上升速度的核算

一般叉车门架根据吨位大小，升降缸有两种布置方式，分别为单缸式及双缸式(如图4所示)。

(a)单缸式 (b)双缸式

本次以5t叉车，单个升降缸布置形式为例进行计算。因采用链轮结构，升降缸上的支撑力理论上为2.5t。考虑摩擦及可靠性因素，并根据市场上常用工程缸的规格，选用3t工程缸。

本试验台油源的最大流量Q=200L/min；根据资料，3t工程缸的内径D为50mm。可得升降缸的活塞面积S=(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。因为采用链轮结构，所以门架的上升速度为V/2=0.85m/s。

4.2 主机倾覆力矩的核算

本机采用反向三角架平衡门架的向前倾覆力矩。反向三角架采用M30螺栓固定在铁地板上，砝码产生的倾覆力矩通过倾斜油缸传递到反向三角架。通过有限元分析，计算最大前倾力矩。考虑到设备的安全系数，当倾覆力矩使反向三角架及M30螺栓整体构成的单元某处最大应力达到110MPa时，即为本单元所能承受的最大倾覆力矩。有限元计算结果如图5所示。

图5 反向三角架有限元分析

在反向三角架最高固定点(1117mm)处施加两个100kN的拉力时，螺栓固定处出现最大应力110MPa，此时最大的前倾力矩为100kN×1117mm×2=223400N·m。

5 技术创新性及实际意义

本机采用液压系统作为动力源，通过软件控制门架的升降及倾斜，可无级控制位移、速度、角度等物理量，可实现多段循环试验，任意设置循环的组成方式及循环次数，属于完全创新的设计。

本机通过在试验室内的循环试验取代传统的在叉车上进行的人工试验，保证了试验的可持续性。该试验台可以实时监控压力、流量、门架的升降速度、举升高度、倾斜角度等，这是传统的人工操作无法实现的，可以为叉车门架的设计提供准确的测试数据。

6 结束语

液压动力下的叉车门架自动控制试验台，完美地结合了液压、机械、电控等技术，具有测试数据多样、操作简便、经济性好等特点，工程实际意义较大。