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

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。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 叉车横向稳定性国内外研究现状

1．2．1 侧翻预警

1．2．2 叉车横向稳定性研究

1．3 平衡重式叉车结构及横向稳定性概述

1．3．1 平衡重式叉车结构特点

1．3．2 平衡重式叉车联合重心对稳定性的影响

1．4 课题主要研究内容及目标

1．5 本章小结

第二章 平衡重式叉车建模和稳定性分析

2．1 平衡重式叉车整车数学模型

2．2 轮胎受力分析

2．3 前后桥的载荷和轮胎垂直作用力分析

2．4 平衡重式叉车侧翻临界条件理论判断

2．5 影响叉车横向稳定性的主要因素

2．5．1．联合重心位置

2．5．2．车速和叉车后轮转向角

2．5．3．叉车前后轴距和叉车轮距

2．5．4．轮胎相关参数

2．5．5．路面附着系数

2．5．6．材料

2．6 本章小结

第三章 基于相平面法的叉车横向稳定性研究

3．1 相平面法介绍

3．2 基于相平面的叉车横向稳定性分析研究

3．2．1 二自由度叉车动力学微分方程

3．2．2 轮胎模型选择

3．3 基于二自由度模型的simulink建模

3．3．1 Simulink介绍及叉车二自由度模型

3．3．2 仿真验证模型的准确性

3．4 质心侧偏角—质心侧偏角速度相平面

3．5 根据相平面稳定性区域的划分

3．6 本章小结

第四章 基于侧倾分级的变论域模糊控制

4．1 变论域模糊控制简介

4．2 液压支承调整机构设计

4．3 叉车侧翻机理

4．4 叉车侧倾分级控制策略

4．4．1 一级侧倾变论域模糊控制器设计

4．4．2 二级侧倾变论域模糊控制器设计

4．4．3 论域调整模糊控制器设计

4．5 欧标试验标准下仿真工况对比

4．6 本章小结

第五章 叉车门架安全性研究和控制策略

5．1 叉车门架介绍

5．2 门架存在的安全性问题和改造的必然性

5．3．1 测试方案

5．3．2 测试仪器

5．3．3 测试程序界面

5．3．4 测试结果

5．4．门架安全控制

5．5 门架倾斜控制模糊控制

5．6 本章小结

第六章 实车试验

6．1 叉车横向稳定性试验设备与试验场地

6．1．1 试验设备

6．1．2 试验场地

6．2 数据采集

6．3 试验及结果分析

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况