DU11電動叉車

針對叉車的工作特點(diǎn)，探討了叉車自動稱重平衡叉車的設(shè)計方法，分析了電瓶叉車的受力情況，對平衡叉車的組成、信號采集、數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了研究。重點(diǎn)闡述了二維測力和模糊修正的組合新方法，實(shí)現(xiàn)了稱重的智能化，保證了受載信號的精確度，同時論述了稱重時貨物的偏載影響及消除這些影響的措施，實(shí)驗(yàn)證明了本平衡叉車的有效性。
自上世紀(jì)70年代以來，美、德、日等國將電動叉車稱重裝置應(yīng)用于車站、碼頭、貨場等需要二次計量的物流轉(zhuǎn)運(yùn)部門，但由于價格昂貴，而且電動叉車的標(biāo)準(zhǔn)和型號與國內(nèi)的不同，這些稱重裝置不適合我國國情，尤其不適合國內(nèi)現(xiàn)有電動叉車的改造。隨著物流的快速發(fā)展，對相應(yīng)的物流裝備效率提出了更高的要求，物流裝備提高效率的基礎(chǔ)是設(shè)備能提供對貨物的信息采集、傳輸?shù)裙δ埽妱硬孳囎詣臃Q重平衡叉車的開發(fā)和應(yīng)用能使電動叉車等物流裝備具備更廣泛的功能，能配合用戶對貨物進(jìn)行更高效的信息管理(比如倉庫的貨物準(zhǔn)確重量、生產(chǎn)過程的貨物損耗、信息的多次采集)，減少設(shè)備投入(比如地秤設(shè)備)、提高運(yùn)輸效率(能將生產(chǎn)過程中的很多稱重的動作在運(yùn)輸?shù)倪^程中完成)等等。
多年來，國內(nèi)電瓶叉車稱重裝置主要有兩種類型：一類是通過測量電動叉車起升時油缸內(nèi)油壓的變化來確定裝載物體的重量，這種稱重方法的主要缺點(diǎn)是由于油缸密封不能保證不泄漏，如果電動叉車在使用中有一點(diǎn)漏油，就會造成較大誤差，而且這種測量方法的通用性受到限制；另一類是新增掛板與原掛板用四個剪力稱重模塊連接，又件掛在新增掛板上，根據(jù)四個稱重模塊所受剪力之和確定又件上的貨重，這種方法的主要問題是難以控制貨物在貨叉上的載荷重心位置對輸出信號的影響…。本文提出一種基于模糊修正的誤差補(bǔ)償方法，可以很好地解決稱重精度和穩(wěn)定性問題。
1平衡叉車組成
電動叉車自動稱重平衡叉車主要由兩部分組成，一部分為稱重裝置，即信號采集與轉(zhuǎn)換部分；一部分為信號處理和顯示部分，根據(jù)受載情況，建立平衡叉車的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行力學(xué)分析，對采集到的信號進(jìn)行線性化處理與調(diào)整，同時本文提出基于模糊修正的誤差補(bǔ)償算法，能大大提高稱重精度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)智能化。圖1為平衡叉車原理圖。平衡叉車主要由稱重模塊、濾波放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、控制平衡叉車、微型計算機(jī)平衡叉車、數(shù)字顯示裝置及打印接口組成，總體方案采用單片微型計算機(jī)技術(shù)，具有多功能、智能化等特點(diǎn)。
1)稱重模塊的選擇電阻應(yīng)變式壓力稱重模塊是檢測機(jī)構(gòu)的重要部件，選用時根據(jù)穩(wěn)定性、精度、靈敏度和壽命等指標(biāo)進(jìn)行選擇，并要求具有耐腐蝕、抗震動、抗沖擊性好等特點(diǎn)。
2)信號處理設(shè)計時擬選用經(jīng)典的三運(yùn)放組成的測量放大電路結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可使兩只放大器的共模增益、失調(diào)及漂移產(chǎn)生的誤差電壓有互相抵消的作用，不需要精密匹配電阻，而且能差動輸入，其共模抑制比很高。
3)模／數(shù)轉(zhuǎn)換A／D轉(zhuǎn)換包括采樣、量化、編碼三個階段，采用雙積分型轉(zhuǎn)換電路ICL7135，這種轉(zhuǎn)換具有電路簡單、價格低、線性度好、精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。ICL7135轉(zhuǎn)換后的離散數(shù)字信號存儲在微型計算機(jī)的RAM中。
4)接口電路微型計算機(jī)通過執(zhí)行程序，主要完成下述工作：識別輸入信號轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，并進(jìn)行修正和補(bǔ)償，識別不同型號的噸位，記錄裝置的初始值、稱重值并送顯示器顯示；此處接口模塊選用8255A芯片。
2受力分析根據(jù)受載情況，叉起裝置設(shè)計必須滿足以下條件：稱重模塊底座掛板具有足夠的剛度，受載變形量忽略不計；前后掛板有足夠的預(yù)緊聯(lián)接，視為剛性整體；稱重模塊選配滿足設(shè)計要求，模擬裝置的受力情況，當(dāng)重物作用后，可得到稱重模塊的受力情況，根據(jù)重物在叉面上前后位置變化對輸出的影響，可以得出電動叉車的受力情況。由圖2可知，其受外力狀態(tài)為三次超靜定問題，為方便解決問題，根據(jù)叉起裝置必須滿足的條件，斷開下面的稱重模塊，以右側(cè)P(右稱重模塊雙叉一。1-掛板-一一貨物) 3誤差補(bǔ)償方法
電動叉車稱重精度問題的難點(diǎn)在于貨物在叉鏟上的載荷重心位置是一個隨機(jī)變量，本文通過采用二維測力和模糊修正的組合方法，可以很好地解決這一問題，從而提高平衡叉車精度
J。電動叉車稱重的誤差主要由載荷在叉鏟上的偏載和測力傳遞中的非線性摩擦力造成，載荷在叉鏟前后偏載造成誤差的影響規(guī)律，采用定載荷變位置(改變載荷在叉鏟前后的位置)的測量方法，每種載荷下取叉鏟前后不同位置進(jìn)行重復(fù)測量，求出的載荷測量值與實(shí)際(已知)載荷值相比較，求得誤差值，分析后發(fā)現(xiàn)：隨著載荷朝叉尖移位，稱重誤差會隨之增大，而在大載荷下的測量誤差會更大，因此對于前后偏載造成的誤差必須進(jìn)行補(bǔ)償。本文提出一種同時測量拉力與支反力、由這兩個力構(gòu)成一種創(chuàng)新的二維測重方式，通過多組測量實(shí)驗(yàn)定出模糊修正值，即可取得稱重的修正值，其方法是：根據(jù)叉鏟的實(shí)際尺寸及電動叉車噸位，按電動叉車定額載荷的百分?jǐn)?shù)，例如10％、20％、30％……100％分成若干個載荷因子，載荷重心到叉根距離取若干個水平，例如：叉根～300、300～450，……實(shí)際稱重時的貨物重心不可能到達(dá)叉尖和叉根，一般叉根取到100nlln，而叉尖只取到850inln即可，按上述兩個因子水平劃分做正交實(shí)驗(yàn)，得到不同載荷、不同加載位置下測量結(jié)果與核定標(biāo)準(zhǔn)下所測結(jié)果差值，從而得到稱重修正值，列出表格存人微型計算機(jī)，實(shí)際稱重時根據(jù)起升鏈上張力量級的隸屬度，通過模糊查表法修正，對于以后同型號、噸位的電動叉車改裝稱重平衡叉車時就不必要做這樣多組正交實(shí)驗(yàn)，可以只做三組稱重數(shù)據(jù)作對比修正，即可達(dá)到所需的精度。建立的模糊補(bǔ)償器的規(guī)則庫如表1所示：表中，Ⅳ、Z、P分別表示負(fù)零正模糊集法是方法，反模糊化方法使用重心法。
3。1模糊化
表1模糊控制規(guī)則表使用模糊推理方模糊補(bǔ)償器的輸入必須通過模糊化才能用于輸出的求解，中，誤差、誤差變化率及輸出的模糊集及其論域定義如下：Ⅳ設(shè)計ZP誤差、誤差變化率及輸出的模糊集均為{J7、r，Z，P}，表示負(fù)、零、正；論域?yàn)閧一l，0，1}，并選擇如圖3所示的三角形隸屬度函數(shù)。
3。2建立規(guī)則庫
設(shè)計中建立的模糊控制規(guī)則如表1所示：
3。3反模糊化
依照模糊規(guī)則表得到的結(jié)果是一個模糊矢量，不能直接用來作為控制量，因此要進(jìn)行反模糊化，或稱為模糊。本文采用工業(yè)控制中廣泛使用的去模糊化方法一加權(quán)平均法來得到控制量的實(shí)際值：=∑I=lxiu(i)／∑llzf()(4)平均值。辨識應(yīng)用加權(quán)平均法為模糊集合求得的結(jié)果，應(yīng)控制要求，從而得到控制量的實(shí)際值。
3。4實(shí)驗(yàn)分析
3Themembershipfunction最后，用輸入量化因子乘以以適實(shí)驗(yàn)過程中所用稱重模塊材料彈性模量E=2。1Xl0kg／mm，泊凇比It,=0。28，許用拉應(yīng)力為30kg／。m~，稱重模塊左右端面間長度50脅，截面尺寸B=26Into，6=6。5mm，H=26mm，h=13mm，額定滿負(fù)荷為1000kg，重力作用線至掛板最遠(yuǎn)距離800mm，得到電動叉車稱重平衡叉車具體精度如下：
1)雙叉稱重500kg、1000kg，均方誤差=0。36％，
(2)偏載(左叉、右叉分別加載200kg)誤差在3％；重復(fù)測量多組數(shù)據(jù)，計算重復(fù)精度和標(biāo)準(zhǔn)差，如表2所示。由表2可以看出，只要稱重模塊的靈敏度值選用合適，偏載誤差即可在設(shè)計精度以內(nèi)。同時實(shí)驗(yàn)過程中，對于載荷在貨叉前后偏載造成誤差的影響規(guī)律，采用定載荷變位置(改變載荷在貨叉前后的位置)的測量方法，取每種載荷下在貨叉前后不同位置進(jìn)行重復(fù)測量，然后求出載荷測量值，與實(shí)際值比較，求得誤差值，根據(jù)實(shí)際測量表2稱重測量數(shù)據(jù)Tab。結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：補(bǔ)償前，隨著載荷朝叉尖移位，稱重誤差也增大，載荷越大，誤差也越大，例如，在864kg載荷下，載荷重心距叉根750mm與450mm相比，誤差增大1。5倍，超過了允許的誤差值；采用模糊修正方法進(jìn)行補(bǔ)償后，誤差不超過3％，可滿足設(shè)計要求。
智能叉車提出的采用二維測力和模糊修正的組合方法，是解決電動叉車稱重中載荷重心位置這種隨機(jī)因素所造成的稱量不準(zhǔn)確問題的有效手段，實(shí)踐證明，采用這種方法設(shè)計的電動叉車稱重平衡叉車，稱重誤差自動修正，智能化程度高，控制精度高，誤差小，且與國外同類裝置比，本平衡叉車的成本低，因而具有較大的推廣價值。