掛板式叉車秤設計原理與應用*

范曉波, 郭文衛(wèi)

(1.立達(中國)紡織儀器有限公司, 江蘇 常州 213125; 2.梅特勒-托利多(常州)測量技術有限公司, 江蘇 常州 213125)

掛板式叉車秤設計原理與應用*

范曉波1, 郭文衛(wèi)2

(1.立達(中國)紡織儀器有限公司, 江蘇 常州 213125; 2.梅特勒-托利多(常州)測量技術有限公司, 江蘇 常州 213125)

通過力學分析，闡述了掛板式叉車秤的稱重實現(xiàn)原理。提出兩種類型的角差調節(jié)方法，詳述了稱重標定過程中的步驟和注意事項。最后對該設備運用于物流和倉儲行業(yè)良好的市場前景進行了展望。

稱重；叉車秤；掛板式

0 引 言

叉車是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業(yè)的各種輪式搬運車輛。在轉運過程中，常常需要對貨物實測凈重或毛重。通常做法是將物品用叉車搬運至平臺秤或地磅上稱重后在轉運到指定位置，費時費力，效率低下。目前公開的叉車稱重裝置，一方面稱量精度不高，另一方面在抗沖擊能力和穩(wěn)定性上不理想，且不宜對現(xiàn)有的叉車方便快捷地進行改進[1]。

掛板式機動叉車秤是針對機動叉車專門設計的車載稱重系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構簡單，主要由含有稱重傳感器的掛板組件，儀表，電纜等組成。

該系統(tǒng)采用掛板稱重的獨特設計結構，卸去原始叉車的叉齒，將稱重掛板組建掛在叉車叉架上，然后將叉齒懸掛在秤體上。該稱重系統(tǒng)安裝方便，不需要機械或液壓改造。安全可靠。系統(tǒng)采用靜態(tài)方式對裝載貨物進行稱重。稱重儀表除顯示重量外，還可設置預制點，達到超載報警提示的目的。

該稱重系統(tǒng)稱重準確、穩(wěn)定可靠、操作靈活、安裝維護方便，廣泛應用于物流倉儲、港口碼頭等廠礦企業(yè)等的貨物轉運稱重。它提高轉運貨物重量準確性、有效控制和統(tǒng)計交易量，提高企業(yè)的營運能力。

1 掛板式叉車秤結構與組成

掛板式叉車秤外觀圖見圖 1。掛板式機動叉車秤主要由秤體、螺旋電纜、稱重儀表三部分組成。其中秤體部分包括具有叉齒掛槽的前框架、后部具有掛鉤的后框架以及雙拉式稱重傳感器。稱重傳感器通過電纜接入接線盒，接線盒輸出端與顯示儀表連接。所述的前框架和后框架均為框架結構，稱重傳感器為兩只左右對稱布置，兩只拉式稱重傳感器的兩端分別通過上螺栓和下螺栓豎置安裝在前框架和后框架之間，前框架與后框架用六組以上彈性薄片水平連接。

圖1 系統(tǒng)配置圖

2 受力分析及稱重原理

掛板式叉車秤前叉架與后叉架之間采用彈性薄片水平連接。六組彈性薄片的運用可以抵消物體稱重時由于貨物左右偏載引起的左右方向的力偶M1，如圖2所示，還可以抵消貨物和叉齒的重力合力產生的對前叉架的前后方向的力偶M2，如圖3所示。同時由于采用薄片結構在垂直方向薄片所承受力其數(shù)量級遠小于傳感器受力，使得計量過程得以準確穩(wěn)定進行。這種結構有效控制了彎矩(除豎直方向外分力)對傳感器輸出電壓的影響[2]。彈性薄片厚度可根據(jù)叉車噸位來確定。

圖2 左右偏載產生的力偶M1 圖3 前后方向的力偶M2

以HCS-3t叉車秤為例，考慮安全域度，左右各安裝一只TSH-5t拉式傳感器(見圖4)。在最大秤量值3 t,按動載為靜載2倍系數(shù)計算，忽略左右偏載。每只傳感器在豎直方向所受拉力為29 400 N。

螺栓采用40Cr,其彈性模量E=206 GPa,泊松比μ=0.28。傳感器彈性體材料選用2Cr13, 其彈性模量E=228 GPa,泊松比μ=0.28。其位移變化云圖如圖5所示。

圖4 TSH-5t傳感器受力模型 圖5 位移變化云圖

將上拉桿上部端面設為固定端，對下拉桿下端面施加豎直方向拉力29 400 N,利用PROE的FEA分析模塊進行靜力學分析，得出在承受最大載荷29 400 N時，垂直方向最大位移0.29 mm。如圖6所示。

圖6 彈性薄片垂直方向位移變化云圖

同樣利用FEA分析模塊在垂直方向發(fā)生最大位移0.29 mm(圖中薄片上方邊緣深色部分)時，反求得1 mm厚彈性薄片在垂直方向受力為8.25 N。即當傳感器承受29 400 N拉力時，六組彈性薄片在豎直方向受力僅為8.25×6=49.5 N，可認為彈性薄片受力與傳感器受力為無窮小級，對傳感器的力、電壓線性關系影響微小，利用該結構實現(xiàn)稱重得以實現(xiàn)。

3 角差調節(jié)原理

叉車秤角差的產生主要是由于重物在叉齒前后位置的偏差所引起的力矩的變化以及由于叉齒(或門架)左右偏移引起的偏載。這些偏載會對傳感器豎直方向上的應變-電壓輸出規(guī)律產生干擾。角差調節(jié)主要是為了消除或降低這些因素所產生的干擾，通常采用的方法包括機械結構的力學調節(jié)方法，電壓調整方法以及儀表內的稱重算法。

3.1 重物前后位置變化角差調節(jié)

重物前后位置偏差如圖7所示，將前框架和叉齒視作一個整體。如圖8所示，當叉車叉起重物時彈性薄片將發(fā)生形變，上薄片拉伸，下薄片壓縮。其中上薄片由于拉伸作用，可視為繼續(xù)保持水平。而下薄片由于壓縮作用，將產生類似“Z”狀變形。當前框架位置偏低或偏高時，產生變形如圖9所示。

由圖9可以看出，當前框架位置偏低時，薄片對前框架產生的豎直方向分力F2向下，此時傳感器受力FL值偏大，此時可通過在前框架薄片下方添加墊片或在后框架薄片下方減少墊片來消除角差。

反之，當前框架位置偏高時，薄片對前框架產生的豎直方向分力F2向上，此時傳感器受力FL值偏小，此時可通過在前框架薄片下方減少墊片或在后框架薄片下方增加墊片來消除角差。

圖7 重物前后位置偏差

圖8 前框架的受力分析圖

圖9 薄片形變圖

3.2 叉齒(或門架)左右偏移角差調節(jié)

由于叉齒(或門架)左右偏移引起左右角差可通過調整接線盒中與各傳感器相對應的電位器R的大小來微調。電位器順時針旋轉,輸出變大；逆時針旋轉,輸出變小。如圖10所示。

圖10 叉齒(或門架)左右偏移

4 系統(tǒng)接線

TSH傳感器采用六芯線纜外加屏蔽層，在接入接線盒接線柱過程中需將傳感器線纜+EXC 正激勵與+

SEN 正反饋短接，-EXC 負激勵與-SEN 負反饋短接。

表1 信號電纜色標

螺旋電纜采用四芯電纜加屏蔽層，接入儀表端時，同樣需將傳感器線纜+EXC 正激勵與+SEN 正反饋短接，-EXC 負激勵與-SEN 負反饋短接。系統(tǒng)接線如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)接線圖

5 調試和檢定

5.1 稱重前準備

系統(tǒng)接線后，先檢查秤體限位間隙是否到位，秤體與叉車貨叉架間的安裝間隙是否通過墊片和螺栓加以消除。檢查接線是否松動、 電纜有無損壞，然后給儀表加電預熱15 min，觀察儀表顯示是否正常。秤臺無重物時，顯示為零；秤臺有重物時，應有數(shù)字顯示。儀表顯示正常后再進行稱量。

5.2 操作步驟

(1) 調整叉齒位置保持左右對稱如圖12所示。

(2) 叉運貨物時，將貨物叉至叉齒根部盡量避免貨物在叉齒前端。如圖13所示。

圖12 叉齒左右位置

圖13 叉齒前后位置

(3) 叉車開到水平地面，避免在斜坡或地面不平處稱重操作。如圖14所示。

圖14 稱重地平狀態(tài)

(4) 調節(jié)叉齒到水平狀態(tài)，讀取儀表讀數(shù)。貨物卸載后，觀察儀表讀數(shù)是否歸零，如果沒有歸零請手工清零，準備下次稱重。如圖15所示。

圖15 叉齒角度位置

5.3 操作中注意事項

(1) 嚴禁采用單齒進行貨物稱重，避免正面撞擊被稱物體。

(2) 必須在儀表“零中心”指示燈點亮時， 進行稱量，讀取正確的重量數(shù)值。

(3) 接線盒內不得受潮，一旦受潮須打開盒蓋，用吹風機烘干，否則不能正常工作。

6 市場前景

叉車秤為工業(yè)制造環(huán)節(jié)提供了一種全新的稱重方式，如圖16所示。

通過對新老物流稱重模式的比較可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)稱重方式 存在以下不足。

(1) 效率低：將貨物搬運到秤上稱重，增加了工作過程，使得叉車和人員的使用效率下降，但是這個過程并不會產生任何增值。

(2) 成本高：使用地磅或平臺秤需要增加額外的場地，需要專職的司磅員，這些都增加了生產的成本。

圖16 新老物流稱重模式比對

叉車秤的出現(xiàn)極大地改善了工作流程，體現(xiàn)在以下方面。

(1) 將鏟運和稱重過程結合在一起，只需要一個工作過程，最大限度地發(fā)揮叉車和人員的使用效率。

(2) 使用叉車秤稱重不需要增加額外的場地和人員，從而也不會增加生產成本。

(3) 叉車秤幫助企業(yè)稱量其內部流通貨品，使物流更高效，提高產品質量和服務，以增加客戶的滿意度和信賴度。

通過新老稱重模式的比較可以發(fā)現(xiàn)，叉車秤的使用所代表的新的工作流程帶來了物流方式的變化，降低了人工成本，提高了物流效率。而這種改變將產生很多新的稱重需求。因此在物流和倉儲行業(yè)，該叉車秤將有良好的市場前景。

[1] 邵波濤. 在叉車上加裝稱重系統(tǒng)的方案探討[J].工程機械與維修, 2012(2)：118-119.

[2] 張恒信，徐鳳毅. 叉車自動稱重裝置的原理與設計[J].傳感器技術,2005，29(6)：15-19.

Design Principle and Application of Hanging-plate Forklift Scale

FAN Xiao-bo1, GUO Wen-wei2

(1.Rieter(China)TextileInstrumentsCo.,Ltd,ChangzhouJiangsu213125，China；2.Mettler-Toledo(Changzhou)MeasurementTechnologyCo.,Ltd,ChangzhouJiangsu213125，China)

The implementation principle of hanging forklift scale is introduced by mechanical analysis. Two kinds of adjusting position methods are put forward. Attentions and steps in the process of calibration are enumerated. The good market perspective in the field of logistics and storage are outlined at last.

weighing；forklift scale；hanging

2014-01-08

范曉波(1977-)，男，江蘇常州人，工程師，主要從事機械設計與開發(fā)，計算機輔助工程方面的研究工作。

TH715.1

A

1007-4414(2014)02-0164-04