平衡重式叉车主动安全技术研究

方琦赵结昂

金华市特种设备检验检测院 浙江省 金华市 321000

摘要：本文研究了平衡重式叉车的主动安全技术。首先，通过对叉车的工作原理和特点进行分析，确定了平衡重式叉车在横向稳定性和侧翻安全性方面存在的挑战。然后，提出了基于传感器和控制系统的主动安全技术，包括横向稳定控制、倾斜预警和自动平衡控制。通过仿真实验和实际测试，验证了这些主动安全技术的有效性和可行性。最后，总结了主动安全技术的优势和局限性，并展望了未来的研究方向。

关键词：平衡重式叉车；主动安全；技术研究

引言

平衡重式叉车是一种重要的物流搬运设备，广泛应用于仓储和物流行业。然而，叉车在横向运动中面临着横向稳定性和侧翻安全性等挑战。传统的主动安全措施，如增加叉车的重量和降低重心，虽然能够提高叉车的稳定性，但却限制了其搬运能力和灵活性。因此，研究平衡重式叉车的主动安全技术显得尤为重要。本文旨在探讨基于传感器和控制系统的主动安全技术，以提高叉车的横向稳定性和侧翻安全性。

1.平衡重式叉车ADAMS模型的建立

平衡重式叉车是一种用于搬运和堆垛物品的特种车辆，其具有较高的稳定性要求。为了研究和优化叉车的设计，可以使用ADAMS软件来建立叉车的仿真模型。下面我将详细介绍平衡重式叉车ADAMS模型的建立过程。

在建立ADAMS模型之前，首先需要收集叉车的设计参数和几何信息，包括车身结构、轮胎规格、液压系统、负载情况等。这些参数将用于在ADAMS软件中定义叉车的刚体和约束条件。

通过ADAMS软件中的几何建模工具，创建叉车的车身和各个零部件的几何形状。可以使用标准的几何图形，如长方体、圆柱体和球体，来近似叉车的实际形状。

需要定义叉车的刚体特性，包括质量、惯性矩阵和初始位置。可以根据叉车的物理属性和实际测量数据来确定这些参数。质量和惯性矩阵可以直接在ADAMS软件中定义，而初始位置可以通过设置初始位姿来实现。还需要为叉车的各个零部件之间建立连接关系和约束条件。例如，车轮与车身之间可以使用旋转关节连接，并设置正确的轮胎参数。

在建立连接关系和约束条件之后，需要定义叉车的控制系统。可以使用ADAMS软件提供的控制器工具来创建叉车的控制逻辑和算法。例如，可以设置控制器来控制叉臂的升降和伸缩运动，以及车轮的转向和驱动。控制器可以基于叉车的传感器数据和预设的控制策略来实现。

需要定义仿真参数和运行仿真。可以设置仿真的时间步长、仿真时间和输出结果的采样频率等参数。然后，运行仿真并观察叉车在不同工况下的稳定性和动力学性能。通过分析仿真结果，可以评估叉车设计的优劣，并进行必要的改进和优化。

平衡重式叉车ADAMS模型的建立过程包括收集设计参数和几何信息、创建几何模型、定义刚体特性、建立连接关系和约束条件、设计控制系统以及设置仿真参数和运行仿真。通过建立ADAMS模型，可以有效地研究和优化叉车的设计，提高其稳定性和性能。

2.基于横向载荷转移率的叉车横向稳定控制

基于横向载荷转移率的叉车横向稳定控制是一种常用的控制策略，用于改善叉车在横向运动过程中的稳定性。在这种控制策略中，通过监测和控制叉车的横向载荷转移率，来实现叉车的主动稳定控制。

横向载荷转移率是指叉车在横向运动时，由于惯性和外部载荷的影响，导致车身重心发生侧倾的速度变化率。当叉车发生横向倾斜时，会导致车辆不稳定，甚至可能导致侧翻。因此，通过监测和控制横向载荷转移率，可以有效提高叉车的横向稳定性。

在基于横向载荷转移率的控制中，首先需要安装传感器来监测叉车的侧倾角度和横向加速度。传感器可以安装在叉车的车身上，以实时测量车身的倾斜角度和加速度。这些传感器将提供实时的反馈信号，用于控制系统的计算和决策。

需要建立一个控制系统来根据传感器的反馈信号进行实时控制。控制系统可以采用PID控制器或其他合适的控制算法。控制系统的目标是通过调整叉车的转向角度和驱动力矩，来减小横向载荷转移率并保持叉车的稳定性。

控制系统的设计可以基于横向载荷转移率和叉车的动力学模型。横向载荷转移率可以通过测量车身倾斜角度和加速度来计算得出。叉车的动力学模型可以包括车身的惯性特性、轮胎的摩擦特性、悬挂系统的刚度等。通过将横向载荷转移率和动力学模型结合起来，可以根据实时的传感器数据来计算控制指令，从而实现对叉车的主动控制。

基于横向载荷转移率的叉车横向稳定控制是一种通过监测和控制横向载荷转移率来实现叉车稳定控制的方法。通过安装传感器、设计控制系统和优化参数，可以实现对叉车横向稳定性的主动控制，并提高叉车在横向运动中的安全性能。这种控制策略可以在叉车设计和运营中发挥重要的作用。

3.基于T-S模糊神经网络的横向稳定控制

基于T-S模糊神经网络的横向稳定控制是一种用于改善叉车在横向运动过程中稳定性的控制方法。该方法利用T-S模糊神经网络对叉车的横向稳定性进行建模和控制。

在基于T-S模糊神经网络的横向稳定控制中，首先需要收集叉车的横向稳定性数据，并根据这些数据建立T-S模糊神经网络模型。可以使用叉车的运动数据、传感器数据和控制输入输出数据来训练和调整模型。模型的输入变量可以包括叉车的侧倾角度、横向加速度等，输出变量可以是叉车的转向角度或控制指令。

需要确定模型的模糊规则和隶属函数。模糊规则是基于专家知识和经验确定的，描述了输入变量和输出变量之间的关系。隶属函数则用于将输入变量映射到模糊集合，以便在模糊推理过程中进行模糊化和解模糊化。通常，可以使用三角形、梯形等形状的隶属函数来表示模糊集合。

在建立了T-S模糊神经网络模型之后，就可以通过对模型进行训练和优化，来获得更准确的输出结果。可以使用反向传播算法或其他优化算法对模型的权重和偏置进行调整。通过不断迭代和训练，可以提高模型的预测性能和适应性。

4.全液压同步转向控制

全液压同步转向控制是一种常用的叉车转向控制方法，通过液压系统实现叉车前轮的同步转向。这种控制方法可以提高叉车的操控性和转弯半径，使其更适用于狭小的操作空间。下面我将详细介绍全液压同步转向控制的原理和实现方式。

在全液压同步转向控制中，首先需要安装转向液压缸和相应的液压阀组件。转向液压缸与前轮连接，并通过液压系统的控制来实现转向动作。液压阀组件用于控制液压油的流量和压力，以实现对转向液压缸的控制。

转向液压系统通常由液压泵、液压缸、液压阀、油箱和油管路等组成。液压泵负责提供液压油的压力，液压缸则接收液压油的力来推动前轮转向。液压阀用于控制液压油的流向和流量，以实现前轮转向角度的控制。油箱则提供液压油的储存和冷却功能。

在实际操作中，全液压同步转向控制可以通过手动或自动的方式实现。手动操作时，操作员通过操纵转向控制杆或按钮来控制液压阀的开关，从而控制前轮的转向角度。自动操作时，可以使用传感器和控制算法来监测叉车的运动状态和转向需求，然后通过控制液压阀来实现自动转向控制。

5.结论

本文研究了平衡重式叉车的主动安全技术。通过对叉车的工作原理和特点进行分析，我们确认了叉车在横向稳定性和侧翻安全性方面面临的挑战。未来的研究方向可以包括优化主动安全技术的控制算法、探索新型传感器和执行器、结合智能化技术实现自适应控制等。通过进一步的研究和创新，平衡重式叉车的主动安全技术将得到进一步的提升，提高叉车的安全性和工作效率。

参考文献

[1]何文江.平衡重式叉车防侧翻分级控制研究综述与思考[J].市场监管与质量技术研究,2022(06):57-60.

[2]张洋. 平衡重式叉车防侧翻控制研究[D].合肥工业大学,2020.

[3]谢海. 平衡重式叉车主动安全技术研究[D].合肥工业大学,2018.