基于胎压监测的平衡重式叉车超重保护装置

摘 要：本文通过对几种常见平衡重式叉车超重保护装置的分析，提出一款基于胎压监测的超重保护装置，具有安装简单、灵敏度高、功能全面等明显优势。

关键词：平衡重式叉车;超重保护装置;胎压监测

0 引言

随着工业的发展，叉车在国民生产中扮演着越发重要的角色。在提高生产力的同时也不可避免地伴随着安全事故，带来严重的人身财产损失。造成叉车事故的原因，超重使用占了很大比重，如何更加有效地防止叉车超重从而减少安全事故，值得我们深思。本文就目前使用最为广泛的平衡重式叉车为例，对三种常见超重保护装置进行分析，并提出一款基于胎压监测的超重保护装置。

1 平衡重式叉车特点

平衡重式叉车，是指货叉在前轮中心线以外，为了克服载荷产生的倾翻力矩，在叉车的尾部装有平衡重，能够将载荷起升到一定高度进行堆垛作业的车辆，多采用充气式轮胎。由于平衡重式叉车的工作装置常见为油泵、油缸、连接管路和各种阀组成的液压系统，系统油压取决于载荷大小，载荷越大油压越大，在液压系统中设置溢流阀来限定系统油压不至于过高，当载荷超重导致系统油压过高时，溢流阀会通过卸荷来降低系统压力使其维持在设定范围内。所以正常情况下，叉车无法起升超过额定载重量的重物。

2 使用现状

使用过程中，由于维护保养不到位、设备老化等因素，导致起升液压系统中溢流阀或其他压力阀故障，例如弹性元件失效造成的阀芯卡阻，直接后果就是系统压力高于设定值，导致叉车超载起升重物。也有一些使用人员安全意识淡薄，为了能够起升更多的重物，小马拉大车，私自将顶升油缸溢流阀整定值调高，在平衡重式叉车尾部违规增加配重，导致作业时严重超重，埋下安全隐患。轻则破坏车体结构缩短使用寿命，重则可导致车身失去平衡造成倾翻事故。因此，如何有效限制叉车起升重量确保不超载作业显得十分迫切。本文通过对几种常见叉车超重保护装置的分析，提出一款新型的具有明显优点的平衡重式叉车超重保护装置。

3 常见平衡重式叉车超重保护装置

3.1 拉力式超重保护装置

顶升机构链条一端与货叉架连接，顶升油缸顶杆尾部固定有齿轮，链条绕过齿轮后，端部通过串入拉力传感器后与连接螺杆相连，螺杆通过螺母固定在外门架上（图1），通过齿轮和链条的配合传递拉力，使货叉架沿着内门架升降。起升货物越重，链条所受拉力越大，根据载荷与链条所受拉力的线性关系，利用可编程控制技术将拉力信号转化成载重信号显示出来，设定额定起升重量，当超载时可实现自动报警并切断动力输出，防止因超重造成危险。

其优点是无须改变原有结构，安装简单。缺点是当起升重载荷时精度不高，随着起升载荷的增加，齿轮径向压力增大导致转动时摩擦阻力增加，此时，传递到链条端部的拉力与载荷重量的线性关系减弱，变得不精确。

3.2 压力式超重保护装置

这种超重保护装置类似于拉力式，不同点在于把拉力传感器换成压力传感器。将压力传感器制作成圆环状，圆环内径稍大于连接螺杆直径从而保证不与螺杆接触，螺杆通过外门架固定板后穿过环形压力传感器后用螺母拧紧，保持一定预紧力（图2）。当起升货物越重，通过链条传递到螺杆的拉力越大，此时环形压力传感器受门架固定板与螺母形成的挤压越大，建立压力与载重的线性关系，通过可编程控制技术将压力信号转化成载荷重量显示出来，可实现自动报警防止超重。

其优点是无需改变原有结构，安装简单。缺点是需要定制规格合适的压力传感器，与拉力式传感器一样存在起升重载荷时精度不高的弊端。

3.3 剪力式超重保护装置

通过在原货叉架与货叉之间增加一个挂板，新增挂板通过四个剪力传感器与原挂板连接固定，货叉直接固定在新增挂板上，重物作用力通过货叉—新增挂板—四个剪力传感器传递，剪力传感器所受剪力之和表征了货物重量（图3）。将所有传感器传递的剪力信号通过分析处理器转化成货物重量，通过显示器显示出来。

其优点是将力转化成电流信号，线性关系强。但也存在明显缺点：需要增加货叉架挂板，使起升机构结构变得复杂;传感器安装位置对结果影响大，对连接安装工艺有一定要求;该设计需要确保每个剪力传感器精度完全一致;受叉车震动影响大，灵敏度低。

4 胎压监测式超重保护装置

为了解决上述三种超重保护装置安装复杂、灵敏度低、精度稳定性低等缺陷，在此提出一款基于胎压监测的超重保护装置并进行分析。

由于升降重物时，叉车自重和货物产生的重力最终通过轮胎作用于支撑平面上，所有轮胎所受支撑力之和大小等于叉车自重和货物重力之和，而叉车自重可视为恒定值，当起升货物越重轮胎承受压力越大，根据这一特点建立胎压与重物的线性关系，利用可编程控制技术可实现胎压信号到重量信号的转化，同时将所有轮胎监测到的胎压值与标准设定值进行比较分析，超过设定值时可识别出叉车的超重状态，同轴左右胎压差值过大过小可识别出偏载状态，并自动发出报警信号。对于不同叉車，胎压设定值是不一样的，让叉车处于标准环境下，对应载荷中心距起升额载标准砝码以及空载状态下，分别通过多次测量每个轮胎的胎压进行记录，得到叉车支撑轮、转向轮满载及空载时的胎压，作为参考值来设定，与实时值进行比较分析，从而快速识别叉车的载荷状况。

目前市面上胎压监测产品技术也比较成熟，灵敏度高，可根据需要选择合适的胎压监测器。常见的有内置式、外置式两种，分别安装在充气轮胎充气阀的内口或外口，无需改变轮胎原有结构，胎压监测器监测到的数据可通过无线信号被采集单元收集，然后传送给分析处理单元，经过分析处理后通过显示器显示，当实测值超出设定值时即发出报警信号，其机构框架如图4所示。

该技术的优点是胎压监测传感器技术成熟，安装简单，压力信号通过无线传送可实现无线连接，灵敏度高;可实时监测出超载、偏载，同时具有防爆胎功能。

5 结束语

相对于拉力式、压力式、剪力式平衡重式叉车超重保护装置，胎压监测式超重保护装置具有技术成熟、安装简单、灵敏度高、精确度高、功能全面等明显优势。但胎压监测技术目前只适用于充气轮胎，不适用于实心轮胎，对于实心轮胎叉车有待进一步的研究和探索。

参考文献：

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[2]张毅，桂卫华，田世锋.基于PLC的叉车自动称重系统的设计[J].仪器仪表用户，2004（02）：32-33.

[3]GBT 16178-2011 场（厂）内机动车辆安全检验技术要求[S].

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