基于相平面和侧倾分级控制的平衡重式叉车横向稳定性研究

发布时间：2020-07-17 00:30

【摘要】：本课题的研究对象是和企业合作共同开发的某型3T平衡重式叉车。叉车作为典型的工程车辆,其主要功能是作为搬运货物的重要机械。应用的领域和场所也比较广泛,其在物流、快递中转站、港口、仓库等地方也很好的工作表现。但是由于叉车自身结构问题,其很容易在工作中发生侧翻从而导致人员和货物的损伤。由于侧翻导致的事故发生率在叉车所有事故一直占据榜首。所以本文以叉车的横向稳定性作为主要研究内容,同时研究门架货叉的安全性对整车稳定性的影响。目的在于提高叉车稳定性的安全性能,减少财产损失和人员伤亡。本文的研究内容整理如下:(1)建立平衡重式叉车整车运动学模型、轮胎受力分析、前后桥的载荷和轮胎垂直作用力分析、侧翻临界条件理论判断,综合分析影响平衡重式叉车横向稳定性的主要因素。(2)提出一种新的研究思路来研究叉车横向稳定性。依据车辆动力学和运动学的相关知识,自行建立了线性二自由度叉车模型,通过建立的二自由度微分方程用Simulink仿真得到质心侧偏角—质心侧偏角速度相图,根据相平面的相轨迹划分稳定性区域作为叉车横向稳定性研究和控制提供依据。(3)叉车侧倾控制的执行机构是该项目团队设计的一种名为三连杆液压支承调整机构的装置,采用横置支撑油缸,解决了传统垂直支撑油缸面临的安装空间和制造成本问题,而且能有效调整叉车侧倾姿态。提出了平衡重式叉车横向稳定性侧倾分级控制策略,将叉车侧倾分为一级侧倾和二级侧倾,采用变论域模糊控制设计侧倾分级控制器;当叉车处于一级侧倾时,采用一级侧倾变论域模糊控制;当叉车处于二级侧倾时,采用二级侧倾变论域模糊控制。(4)阐述叉车门架研究的重要性,提出的控制策略:当载荷增大、高度增高时,前倾角度减小、后倾速度减慢;当载荷减小、高度降低时,前倾角度增大、后倾速度加快。该策略能够有效的解决和减少侧翻事故的发生、更好的帮助驾驶员安全驾驶,减少因驾驶员主观错误判断所引起的事故发生率。(5)实车试验验证设计的三连杆液压支撑调整机构和侧倾分级控制策略可以有效的提高叉车的横向稳定性。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH242
【图文】：

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第一章绪论第一章绪论1.1 课题研究背景及意义近年来我国工业发展迅速，叉车行业也在这种利好环境中快速崛起。目前，国内已有杭叉、合力、林德(中国)、龙工、诺力、台励福、柳工、中力等等上百家叉车制造企业。经中国机械工程工业协会下属的工业车辆分会统计，在 2017 年，我国的工业车辆行业取得十分巨大的成就。于此同时，全世界范围内工业叉车的销售量达到历史巅峰，总销量已超过 130 万辆，同比增长 16.2%，经权威部门预计，我国的叉车年度产量(含出口)将会达到 48 万辆，甚至有突破 50 万辆的可能性，相对于 2016 年的 37 万辆产量增长 30%。同时，我国国内的叉车销量（不含出口）将会达到 36 万辆，比 2016 年的年销量 26.8 万辆增长 34.3%。2006-2016 年全球叉车销量如图 1.1 所示。

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图 1.4 平衡重式叉车Fig1.4 Counterbalanced forklift truck与传统汽车的四轮驱动或者后轮驱动相比，叉车是前轮驱动后轮转向。决定叉车这一机构的原因在于：平衡重式叉车的举升系统位于叉车车体前部，为了高叉车的举升工作能力，叉车前轮一边负责驱动功能，一边又要负责承重功能这样叉车前轮的设计尺寸较后轮要大很多。为了达到较高的举升高度和更强的升载重能力，叉车前轮设计成双胎结构；于是将叉车后轮设计为转向轮，转向的设计要求是达到转向轻便的效果，转向桥（后桥）利用纵向布置的中间轴与体铰接，车体和后桥的相对位置可随着转向而改变，同时还可以吸收路面传至身的振动。车体上安装有固定限位块，它的作用是限制后桥的摆动角度的值，其保持在 2°~3°的范围内，确保叉车具有良好的横向稳定性能，避免后桥摆动过导致叉车侧翻事故的发生。车架与后桥采用铰接的连接形式，导致平衡重式叉的支撑平面和行驶平面并不在同一个平面上，存在一夹角 γ，称为平面倾角，γ 变化范围在 8°~13°之间[47]，如图 1. 5 所示，平面 ABCD 为叉车的行驶平面，平

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9(a) (b)图 1.6 叉车与普通车辆稳定区域对比图Fig1.6 Contrast diagrama of stability regiona between vehicle and forklift衡重式叉车在工业生产中应用广泛，用量大，约占叉车总产量的 3类型叉车在各种工况下的稳定性，对其设计研究工作和客户使用都。平衡重式叉车具有很多种类，按照叉车的支承平面的形式分类，承式（三轮式）和四点支承式（四轮式）两种，如图 1.7 所示。轮支承式平衡重式叉车是由两个驱动前轮和一个转向后轮组成，其接在车架上。三轮式平衡重式叉车的支撑平面 ABC 和行驶平面 ABC间无夹角。当叉车纵向倾翻时，倾翻轴线为 AB，横向倾翻时，倾翻BC。轮支承式平衡重式叉车是由两个驱动前轮和两个转向后轮组成，后

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