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電動(dòng)叉車是車站碼頭及大中企業(yè)內(nèi)貨物短距離搬運(yùn)和入庫的一種起重運(yùn)輸設(shè)備。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物流在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位與作用越來越明顯，電動(dòng)叉車普及率越來越高，已從港口碼頭進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。目前我國叉車的保有量約18萬臺(tái)，實(shí)際年潛在需求量約10萬臺(tái)，而實(shí)際年銷售量?jī)H3萬臺(tái)左右，可見我國電動(dòng)叉車市場(chǎng)是巨大的。

為保證叉車安全作業(yè)，國外一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的電動(dòng)叉車，都安裝了載荷顯示或報(bào)警裝置。但目前國內(nèi)平衡叉車尚無這種裝置，因而在作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)超載、偏載等現(xiàn)象，存在嚴(yán)重的事故隱患。另外，由于虧噸而造成的經(jīng)濟(jì)損失也很大。因此，研究叉車自動(dòng)稱重系統(tǒng)十分必要。

70年代，美、德等先開發(fā)生產(chǎn)了一種平衡叉車自動(dòng)稱量裝置，對(duì)于需要進(jìn)行二次計(jì)量的貨物，安裝了該自動(dòng)稱量裝置后平衡叉車起運(yùn)后不必集中開到地中衡上進(jìn)行稱量，而可直接把貨物送入倉庫，同時(shí)將貨物種類和重量通過無線傳輸方式輸入控制計(jì)算機(jī)，使平衡叉車具有搬運(yùn)與稱重雙重功能，從而大大提高了作業(yè)效率和倉庫管理水平。近年來國內(nèi)不少科研院所和電子衡器廠對(duì)平衡叉車自動(dòng)稱重系統(tǒng)的研究課題給予了極大的關(guān)注，不少省市還將其列為攻關(guān)項(xiàng)目，但皆因設(shè)計(jì)方案不理想而受到阻礙。

1 系統(tǒng)工作原理

蓄電池叉車稱重系統(tǒng)工作原理如圖1所示。貨物重力通過傳力機(jī)構(gòu)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(hào)經(jīng)放大、濾波，送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由微處理器根據(jù)力學(xué)數(shù)學(xué)模型計(jì)算重量值，由LED顯示稱重結(jié)果。

處理后的結(jié)果可經(jīng)預(yù)留的RS-232串行通訊口輸出數(shù)字量信號(hào)，以便于統(tǒng)計(jì)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(nèi)外的蓄電池叉車自動(dòng)稱重設(shè)計(jì)方案主要有以下幾種:

(1)測(cè)量蓄電池叉車總重量的變化實(shí)現(xiàn)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(cè)量蓄電池叉車的總重量，其測(cè)量原理簡(jiǎn)單，可以避免諸多中間非線性環(huán)節(jié)因素的影響。但傳感器安裝不方便，且需破壞蓄電池叉車結(jié)構(gòu)，影響叉車強(qiáng)度等力學(xué)性能，實(shí)用性差，故此方案不可取。

(2)測(cè)量油路壓力變化實(shí)現(xiàn)貨物載荷的測(cè)量。此方案需要在液壓缸或油路內(nèi)壁安裝壓力傳感器，直接測(cè)出油路油壓變化，從而反應(yīng)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?yàn)榻z毫的泄露就會(huì)造成油路油壓的很大變化，給稱重測(cè)量帶來很大誤差。在智能叉車設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)使用中，要保證如此高的密封性是不切實(shí)際的，因此，這種方式在蓄電池叉車稱重系統(tǒng)中也是不可取的。

(3)通過測(cè)量鏈條張力求取貨物載荷。通過對(duì)蓄電池叉車結(jié)構(gòu)分析及力學(xué)分析，認(rèn)為在叉架、門架、鏈條等與貨物之間有較直接力學(xué)關(guān)系的部位安裝傳感器比較合理、方便，不用對(duì)叉車結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大改動(dòng)，不會(huì)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(gè) S 形拉力傳感器。實(shí)際工作中，智能叉車叉架與門架間通過滾輪組導(dǎo)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(huì)不同。所以 S 形傳感器測(cè)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(cè)量貨物重量較困難。

2條起升鏈前端(與智能叉車叉架相聯(lián)部位)各裝1個(gè)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(cè)量載荷可避開鏈輪非線性因素的影響。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用方式 通過測(cè)起升鏈張力求取貨物載荷要比方式 更穩(wěn)定、重復(fù)精度更高、誤差更小。

在測(cè)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(hù)簡(jiǎn)單。

(4)此方案是對(duì)方案(3)方式 的改進(jìn)，采用二維測(cè)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(lián)部位)各裝設(shè)1個(gè)單耳拉力傳感器/稱重模塊，同時(shí)在2個(gè)貨叉豎直段中部附近承受叉架支反力處加裝2個(gè)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(duì)稱量結(jié)果的影響規(guī)律，可對(duì)一定載荷在貨叉前后不同位置進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，然后將測(cè)量值與實(shí)際載荷值相比較，計(jì)算出誤差。對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：隨著載荷朝叉尖移位，稱重誤差也隨之增大，且載荷越大測(cè)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(duì)于前后偏載造成的誤差必須給予補(bǔ)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(guān)。因此，如果在此處加裝傳感器測(cè)出此支反力的大小，便可判斷載荷與載荷重心距的關(guān)系，并對(duì)因偏載所造成的誤差進(jìn)行修正，即由二維傳感器/稱重模塊組，通過多組測(cè)量實(shí)驗(yàn)獲得模糊修正值(稱得重量的修正值)。方法是：根據(jù)智能叉車貨叉的實(shí)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?jǐn)?shù)，例如10%、20%、30%、 99%作為實(shí)驗(yàn)載荷，將載荷重心到叉根距離分組，例如0~300、300~450、 (實(shí)際稱重時(shí)的載荷重心不可能到達(dá)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到不同載荷、不同加載位置下測(cè)量結(jié)果與核定標(biāo)準(zhǔn)下所測(cè)結(jié)果的差值，從而得到稱量修正值表格，并存入單片機(jī)，用于稱量時(shí)通過模糊查表法進(jìn)行修正。此方案經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用后，證明測(cè)量精度比其他國內(nèi)同類產(chǎn)品高，達(dá)到了水平。

(5)CASGOOD式電子秤，根據(jù)三梁式傳感器/稱重模塊的設(shè)計(jì)原理，重力W 產(chǎn)生的力矩由上下柔梁承擔(dān)，垂直方向的重力W 由中間的拉力傳感器/稱重模塊承擔(dān)。只要上下柔梁有足夠的強(qiáng)度，承力硬塊具有足夠的剛度，能保證硬塊只作垂直運(yùn)動(dòng)，則傳感器/稱重模塊測(cè)量值就能同貨物重量成精確的線性關(guān)系。這種電子秤總裝結(jié)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)該方案的關(guān)鍵是確保電子秤符合三梁式傳感器/稱重模塊對(duì)上下梁的設(shè)計(jì)要求,這在很大程度上取決于

1.貨叉

2. 防爆電子秤前秤臺(tái)板電動(dòng)

3. 防爆電子秤后秤臺(tái)板

4.拉力傳感器

5.彈性鋼板

多塊彈性鋼板的設(shè)計(jì)和安裝。美國Alleganu公司采用的方法是在秤臺(tái)四角的側(cè)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(tái)板的側(cè)面各緊固3塊彈性鋼板。

3 結(jié)束語

通過上面的分析我們了解到，我國電動(dòng)叉車市場(chǎng)需求巨大，同時(shí)又面臨著與世界強(qiáng)手的激烈競(jìng)爭(zhēng)，因此必須大力發(fā)展國產(chǎn)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(dòng)稱重系統(tǒng)。文中討論了幾種叉電動(dòng)車自動(dòng)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，其中有優(yōu)秀的、合理的、成功的設(shè)計(jì)，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(dòng)叉車的實(shí)際情況，合理選擇研制電動(dòng)叉車自動(dòng)稱重裝置的方案。