专利名称：防止叉车货物跌落的方法、系统及具有该系统的叉车的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及工程机械领域，特别涉及ー种防止叉车货物跌落的方法、系统及具有该系统的叉车。背景目前，叉车用于把较重的货物抬起并搬运到指定位置，其应用领域越来越广，由于货叉叉刀通常设计成容易装卸货物的结构，因此，如果操作不当货物很容易从货叉上跌落，造成货物破损以及安全隐患。现有的防护措施主要是依靠操作手手动控制门架后仰，防止货物往前跌落。如果叉车堆货行驶时突然減速或急停，为防止货物跌落，操作手必须ー边踩刹车ー边手动控制门架后仰，这通常不能及时判断货物的状态，操作滞后，且作业效率低；另外，极少数叉车是 应用专用的属具将货物抱紧，但专用属具的结构复杂，且操作过程需要反复开合属具，作业效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出ー种防止叉车货物跌落的方法、系统及具有该系统的叉车，能够自动判断货物的状态，并及时自动控制门架后仰，有效防止货物跌落。为了实现上述目的，本发明一方面提供ー种防止叉车货物跌落的方法，包括步骤1，获取叉车的加速度a、所述叉车负载的货物的质量m和所述叉车的门架的倾斜角度Θ ;步骤2，根据所述加速度a和所述质量m计算得出货物的惯性カF’;根据所述质量m和所述倾斜角度Θ，计算出货物的最大静摩擦力f ；步骤3，根据所述惯性カF’和所述倾斜角度Θ，计算出所述货物在叉车货叉上的滑移力F ；步骤4，比较所述滑移力与所述最大静摩擦力的关系kf, k为预设的安全系数，则自动控制所述叉车的门架后仰。进ー步地，所述步骤4还包括在自动控制所述叉车的门架后仰后，重复执行上述步骤。进ー步地，所述步骤4还包括若F < kf，k为预设的安全系数，重复执行上述步骤。进ー步地，所述获取叉车的加速度a具体为持续监测所述叉车的瞬时行驶速度V ；根据所述瞬时行驶速度V的相邻两次的值，计算出所述叉车的加速度a ;或者具体为直接监测所述叉车的加速度a。进ー步地，在自动控制所述叉车的门架后仰前还包括监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号，若有，则按照手柄信号控制所述门架，若没有，则执行后续操作进ー步地，所述步骤4还包括若F彡kf，则发出警报。进ー步地，步骤I之后还包括判断所述叉车的加速度a是否等于O ;若a=0，则监测所述叉车负载的货物的高度变化值Ah，若Ahデ0，则发出警报，若Ah=O则重复执行所述步骤I;若aデO,则转至所述步骤2。本发明的另一方面还提供ー种防止叉车货物跌落的系统，包括设置在叉车上的第一监测模块，用于获取所述叉车的加速度a ；
设置在所述叉车上的第二监测模块，用于获取所述叉车负载的货物的质量m ;第二计算模块，与所述第一监测模块和第二监测模块电连接，根据所述加速度a和所述质量m计算出货物的惯性カF’ ；设置在所述叉车上的第三监测模块，用于获取所述叉车的门架的倾斜角度Θ ；第三计算模块，与所述第二监测模块、所述第二计算模块和所述第三监测模块电连接；所述第三计算模块根据所述质量m和所述倾斜角度Θ，计算出货物的最大静摩擦力f ;并根据所述惯性力F’和所述倾斜角度Θ，计算出所述货物在叉车货叉上的滑移力F ；比较模块，与所述第三计算模块电连接，比较所述滑移力与所述最大静摩擦力的关系是否满足F > kf，k为预设的安全系数，并根据比较结果确定是否向控制模块发送信号;控制模块，与所述比较模块电连接，用于在收到所述比较模块的信号后控制所述叉车的门架的后仰。进ー步地，所述第一监测模块包括速度传感器和与所述速度传感器电连接的第一计算模块，其中，所述速度传感器用于持续监测所述叉车的瞬时行驶速度，所述第一计算模块根据相邻两次的所述瞬时行驶速度的值，计算出所述叉车的加速度；或者，所述第一监测模块为加速度传感器，用于直接监测所述叉车的瞬时加速度。进ー步地，所述第二监测模块为重量传感器或压カ传感器，所述第二监测模块与所述叉车门架的举升油缸或所述叉车的货叉连接；所述第三监测模块为角度传感器，与所述门架连接。进ー步地，还包括第四监测模块，用于监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号，若有，则由人工操作控制所述门架，若没有，则指示其他模块继续工作。进ー步地，还包括报警模块，所述报警模块与比较模块电连接。进ー步地，还包括判断模块和与所述判断模块电连接第五监测模块，其中，所述判断模块与所述第一监测模块电连接，用于接收并判断所述叉车的加速度a是否等于O;所述第五监测模块还与所述报警模块电连接，用于监测所述叉车负载的货物的高度变化值Ah，若Ah古0，且所述判断模块判断出a = O吋，则激发所述报警模块报警。本发明的另一方面还提供一种叉车，其设置有如上所述的防止叉车货物跌落的系统。
本发明的第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块分别用于获取叉车的加速度a、负载货物的质量m和叉车门架的倾斜角度Θ，并将这些信息相应地发送至第二计算模块和第三计算模块进行计算处理，得出货物在货叉上的最大静摩擦力f和货物的滑移力F，然后通过比较模块得出F与f的关系，若满足F > kf (k为预设的安全系数)，则向控制模块发送信号，由控制模块控制叉车的门架后仰。因而，本发明无须专用属具，只需传感器检测控制，自动控制门架后仰，能够很好地防止货物突然跌落，具有安全可靠的作用，有利用保护财产及生命的安全，人性化作业。
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进ー步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I为本发明提供的ー种防止叉车货物跌落的方法的流程示意图；图2为本发明提供的ー种防止叉车货物跌落的系统的结构示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将參考附图并结合实施例来详细说明本发明。本发明的基本思想在于通过传感器检测叉车的加速度、货物质量、门架倾斜角度，并将这些数据信息作为信号传输出给中央处理单元，进行计算比较，一旦达到预设条件(如货物的滑移カ与货物的最大静摩擦力)就控制门架自动后仰，防止货物跌落。如图I所示为本发明提供的ー种防止叉车货物跌落的方法的实施例，包括步骤1，获取叉车的加速度a、所述叉车负载的货物的质量m和所述叉车的门架的倾斜角度Θ ;步骤2，根据加速度a和质量m计算得出货物的惯性カF’;根据所述质量m和所述倾斜角度Θ，计算出货物的最大静摩擦力f ;步骤3，根据惯性力F’和倾斜角度Θ，计算出货物在叉车货叉上的滑移力F ；步骤4，判断滑移力与最大静摩擦力的关系；若F > kf, k为预设的安全系数，则自动控制叉车的门架后仰。上述方法执行时，首先获取叉车的加速度a、叉车负载货物的质量m和叉车门架的当前倾斜角度Θ，由于货物的惯性，其在叉车急停或刹车时，会保持继续向前趋势，货物的加速度与叉车的加速度大小相等、方向相反，根据惯性力公式计算得到惯性カF’，即F’=ma ;然后根据货物质量m和倾斜角度Θ计算出货物在货叉上的最大静摩擦力f，即f =μπι ( Θ )，另外，计算出货物的滑移力F，即惯性力F’对货物在货叉方向上的牵引力，F=F’(Θ );最后比较滑移力F与最大静摩擦力f关系，如果满足F > kf (k为预设的安全系数)，则控制叉车门架后仰。因而，上述方法能够自动判断货物的状态，并及时自动控制门架后仰，有效防止货物跌落。本领域技术人员应当理解的是，安全系数k是根据货物、叉车以及操作等情况而设定的安全常数，其取值独立于本发明的防止叉车货物跌落的方法本身。作为本发明的ー个优选实施例，在上述实施例的基础上，本发明上述方法的步骤4还可以包括在自动控制叉车的门架后仰后，重复执行上述步骤。即本发明的方法优选迭代执行，以在叉车运行过程中，能够持续不断地对叉车及货物进行监测，有效防止货物跌落。本发明的方法可以在叉车熄火后自动停止运行，或者由人工控制停止运行。作为另一种可选的实施例，或者为了进ー步完善上述优选实施例，本发明的步骤4还可以包括若F < kf, k为预设的安全系数，重复执行上述步骤。即无论本方法比较滑移力与最大静摩擦カ关系结果如何，均会在后续步骤中继续重复执行前述步骤，保证持续监测叉车及货物，防止货物跌落。在上述方法中，获取叉车的加速度a有两种优选实现方式，ー种是直接测得叉车的加速度a ;另一种是持续监测叉车的瞬时行驶速度V，然后利用相邻的前后两次的瞬时行驶速度V计算出叉车的加速度a。考虑到在实际的叉车运货过程中，大多情况下，操作员能够发现货物即将跌落并及时作出相应的操作，在此种情况下，本发明需综合考虑操作员的人工操作的介入对本发 明方法执行的影响。为了尊重和实现操作员的人工操作的优先权限，本发明在上述实施例的基础上，作为本发明的防止叉车货物跌落的方法的另ー优选实施例，在自动控制所述叉车的门架后仰前还包括监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号，若有，则由人工操作的手柄信号控制所述门架，若没有，则执行后续操作。可以理解的是，本领域的技术人员可以根据不同的设计需求，将监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号的操作设在上述实施例的步骤I之前执行，也可以设在步骤3和步骤4之间执行，只要是该监测手柄信号及相关操作是在自动控制所述叉车的门架后仰之前执行即可达到预期效果。作为优选的方案，在上述方法中，若确定F > kf，在自动控制叉车的门架后仰的同时，可以向操作人员发出警报，例如可以发出声音或向显示器发出警报信号，通知操作人员货物可能有跌落的危险，以便操作人员也能够人工做出及时的补救措施。上述各实施例中的防跌落的方法在叉车形式过程中能够发挥其效果，但是在叉车装载货物的过程中，上述的各实施例均有待改进。由于装载货物时，叉车为静止，其加速度a=0，只有叉车的货叉支承货物上升，在货叉和货物上升过程中，为了使本发明的方法更好地适应该过程，本发明提供另ー优选实施例，在上述实施例的基础上增加一个步骤，即在步骤I之后还包括判断叉车的加速度a是否等于O ;若a=0，则监测叉车负载的货物的高度变化值Ah，若Ahデ0，则发出警报，若Ah=O则重复执行步骤I ;若aデ0，则转至步骤2。该实施例在叉车举升货物的过程中会持续发出警报，提示操作人员注意对门架进行监视或控制，直到货物上升至预期高度后，结束发送警报；进而叉车开始前进或后退，叉车货物aホ0，本实施例开始按照上述实施例中的讨论，依次进行后续步骤的执行。相应地，本发明还提供了ー种防止叉车货物跌落的系统实施例，如图2所示，其包括设置在叉车上的第一监测模块1，用于获取叉车的加速度a ；设置在叉车上的第二监测模块2，用于获取叉车负载的货物的质量m ;第二计算模块4，与第一监测模块I和第二监测模块2电连接，根据加速度a和质量m计算出货物的惯性カF’ ；设置在叉车上的第三监测模块3，用于获取叉车的门架的倾斜角度Θ ；
第三计算模块5，与第二监测模块2、第二计算模块4和第三监测模块3电连接；第三计算模块5根据质量m和倾斜角度Θ，计算出货物的最大静摩擦力f ;并根据惯性力F’和倾斜角度Θ，计算出货物在叉车货叉上的滑移力F ；比较模块6，与第三计算模块5电连接，比较滑移力与最大静摩擦力的关系是否满足F > kf，k为预设的安全系数，并根据比较结果确定是否向控制模块7发送信号；控制模块7，与比较模块6电连接，用于在收到比较模块6的信号后控制叉车的门架的后仰。本发明的第一监测模块I、第二监测模块2和第三监测模块3分别用于获取叉车的加速度a、负载货物的质量m和叉车门架的倾斜角度Θ，并将这些信息相应地发送至第二计算模块4和第三计算模块5进行计算处理，得出货物在货叉上的最大静摩擦力f和货物的滑移力F，然后通过比较模块6得出F与f的关系，若满足F > kf (k为预设的安全系数)， 则向控制模块7发送信号，由控制模块7控制叉车的门架后仰。因而，本发明的防止叉车货物跌落的系统能够自动判断货物的状态，并及时自动控制门架后仰，有效防止货物跌落。与本发明的方法对应，为了能够实现该防止叉车货物跌落的系统能够实现持续监测叉车及货物，更有效地防止货物跌落，控制模块7还可以电连接第一监测模块I、第二监测模块2、第三监测模块3，用于控制模块7收到比较模块6的信号后，控制第一监测模块I、第二监测模块2和第三监测模块3持续工作。需要说明的是，一方面，控制模块7可以接收比较模块6的信号并控制叉车的门架后仰后，继续控制各监测模块工作，持续对叉车和货物进行监测，并获取相关数据；另一方面，若比较模块6比较的结果为F < kf，则向控制模块7发送信号，指示控制模块7直接控制各监测模块继续对叉车和货物进行监测并获取相关数据。第一监测模块I优选为加速度传感器，以便用于直接监测叉车的加速度。作为可选方案，第一监测模块I可以包括速度传感器和与速度传感器电连接的第ー计算模块，其中，速度传感器用于持续监测叉车的瞬时行驶速度，第一计算模块根据相邻两次的瞬时行驶速度的值，计算出叉车的加速度。或者，可以利用叉车的时速表的信息，处理后获得叉车的加速度。进ー步地，本发明的第二监测模块2可以为重量传感器或压カ传感器，第二监测模块2可以与叉车门架的举升油缸连接，通过测量举升油缸的举升力来确定货物的质量，或者，可以与叉车的货叉连接，通过测量货叉受到的压カ来确定货物的质量；本发明的第三监测模块3可以为角度传感器，与门架连接，用于监测门架的角度信息。另外，作为另ー种优选方案，本发明的第三监测模块3可以为长度角度传感器，长度角度传感器在监测门架的倾斜角度的同吋，还可以监测货物的举升高度。长度角度传感器还可以与控制模块7电连接，这样叉车装载货物过程中，当货物举升到特定高度时，长度角度传感器即向控制模块7发送信号，进而控制门架后仰，防止装货过程中货物跌落。还包括第四监测模块，用于监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号，若有，则由人工操作控制所述门架，若没有，则其他模块继续工作，由其他模块的一系列操作对门架进行控制。本领域技术人员应当理解的是，该第四监测模块可以与控制门架后仰或前倾的操作手柄相连，以获取手柄信号。作为可选的连接方式，该第四监测模块还可以与上述的其他监测模块相连，以便在确认没有手柄操作信号时，直接指示其他监测模块正常エ作。上述防止叉车货物跌落的系统还可以包括报警模块(未示出)，该报警模块可以与比较模块6电连接。若比较模块6比较的结果为FSkf，则向控制模块7发送信号的同吋，也向该报警模块发送信号，使报警模块发出报警声音或在显示器上显示报警信息。该报警模块也可以与控制模块7电连接，由控制模块7控制报警模块报警。为了进一步完善本发明的防止叉车货物跌落的系统，作为优选的实施方案，该系统还可以包括判断模块和与判断模块电连接第五监测模块，其中，该判断模块与第一监测模块I电连接，用于接收并判断叉车的加速度a是否等于O ;该第五监测模块还与报警模块6电连接，用于监测所述叉车负载的货物的高度变化值Ah，若Ahデ0，且判断模块判断出a = O吋，则激发报警模块报警。第五监测模块优选为位移传感器。增设判断模块和第五监测模块后，本发明的防止叉车货物跌落的系统能够在叉车装载货物的过程中，对叉车进行监测，并给操作人员进行报警提示，其中的具体实现方式，可以參阅本发明上文对防止叉车货物跌落的方法进行的相应讨论。 通常叉车的门架后方会连接有摆幅油缸，控制门架的前倾和后仰，因此，上述实施例中的控制模块可以优选连接该摆幅油缸，通过控制油缸的伸縮，实现对叉车门架的控制。相应地，本发明还提供一种叉车，其设置有如上所述的防止叉车货物跌落的系统。本发明的叉车的防跌落系统按照本发明的上述方法自动执行程序，本发明无须专用属具，只需传感器监测，自动控制门架后仰，能够很好地防止货物突然跌落，具有安全可靠的作用，有利用保护财产及生命的安全，人性化作业。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种防止叉车货物跌落的方法，其特征在于，包括 步骤1，获取叉车的加速度a、所述叉车负载的货物的质量m和所述叉车的门架的倾斜角度Θ ; 步骤2，根据所述加速度a和所述质量m计算得出货物的惯性力F’;根据所述质量m和所述倾斜角度Θ，计算出货物的最大静摩擦力f ； 步骤3，根据所述惯性力F’和所述倾斜角度Θ，计算出所述货物在叉车货叉上的滑移力F; 步骤4，比较所述滑移力与所述最大静摩擦力的关系；SF > kf，k为预设的安全系数，则自动控制所述叉车的门架后仰。
2.根据权利要求I所述的防止叉车货物跌落的方法，其特征在于，所述步骤4还包括 在自动控制所述叉车的门架后仰后，重复执行上述步骤；和/或 若F < kf，k为预设的安全系数，重复执行上述步骤。
3.根据权利要求I所述的防止叉车货物跌落的方法，其特征在于，所述获取叉车的加速度a具体为 持续监测所述叉车的瞬时行驶速度V ； 根据所述瞬时行驶速度V的相邻两次的值，计算出所述叉车的加速度a ;或者具体为 直接监测所述叉车的加速度a。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的防止叉车货物跌落的方法，其特征在于，在自动控制所述叉车的门架后仰前还包括 监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号，若有，则由人工操作的手柄信号控制所述门架，若没有，则执行后续操作。
5.根据权利要求4所述的防止叉车货物跌落的方法，其特征在于，所述步骤4还包括若F彡kf，则发出警报。
6.根据权利要求5所述的防止叉车货物跌落的方法，其特征在于，步骤I之后还包括判断所述叉车的加速度a是否等于O ; 若a=0，则监测所述叉车负载的货物的高度变化值Ah，若Ah古O，则发出警报，若Ah=O则重复执行所述步骤I; 若a古0，则转至所述步骤2。
7.一种防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，包括 设置在叉车上的第一监测模块，用于获取所述叉车的加速度a ； 设置在所述叉车上的第二监测模块，用于获取所述叉车负载的货物的质量m; 第二计算模块，与所述第一监测模块和第二监测模块电连接，根据所述加速度a和所述质量m计算出货物的惯性力F’ ； 设置在所述叉车上的第三监测模块，用于获取所述叉车的门架的倾斜角度Θ ； 第三计算模块，与所述第二监测模块、所述第二计算模块和所述第三监测模块电连接；所述第三计算模块根据所述质量m和所述倾斜角度Θ，计算出货物的最大静摩擦力f ;并根据所述惯性力F’和所述倾斜角度Θ，计算出所述货物在叉车货叉上的滑移力F ； 比较模块，与所述第三计算模块电连接，比较所述滑移力与所述最大静摩擦力的关系是否满足F > kf，k为预设的安全系数，并根据比较结果确定是否向控制模块发送信号；控制模块，与所述比较模块电连接，用于在收到所述比较模块的信号后控制所述叉车的门架的后仰。
8.根据权利要求7所述的防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，所述控制模块还电连接所述第一监测模块、所述第二监测模块、所述第三监测模块，用于所述控制模块收到所述比较模块的信号后，控制所述第一监测模块、所述第二监测模块和所述第三监测模块持续工作。
9.根据权利要求7所述的防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，所述第一监测模块包括速度传感器和与所述速度传感器电连接的第一计算模块，其中， 所述速度传感器用于持续监测所述叉车的瞬时行驶速度，所述第一计算模块根据相邻两次的所述瞬时行驶速度的值，计算出所述叉车的加速度； 或者， 所述第一监测模块为加速度传感器，用于直接监测所述叉车的瞬时加速度。
10.根据权利要求7所述的防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，所述第二监测模块为重量传感器或压力传感器，所述第二监测模块与所述叉车门架的举升油缸或所述叉车的货叉连接； 所述第三监测模块为角度传感器，与所述门架连接。
11.根据权利要求7-10中任意一项权利要求所述的防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，还包括第四监测模块，用于监测是否有人工操作所述叉车的门架的手柄信号，若有，则由人工操作的手柄信号控制所述门架，若没有，则其他模块继续工作。
12.根据权利要求11所述的防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与比较模块电连接。
13.根据权利要求12所述的防止叉车货物跌落的系统，其特征在于，还包括判断模块和与所述判断模块电连接第五监测模块，其中， 所述判断模块与所述第一监测模块电连接，用于接收并判断所述叉车的加速度a是否等于O ; 所述第五监测模块还与所述报警模块电连接，用于监测所述叉车负载的货物的高度变化值Ah，若Ah古0，且所述判断模块判断出a = O时，则激发所述报警模块报警。
14.一种叉车，其特征在于，设置有如权利要求7-13中任意一项权利要求所述的防止叉车货物跌落的系统。
全文摘要
本发明公开了一种防止叉车货物跌落的方法、系统及具有该系统的叉车，该防止叉车货物跌落的方法，包括如下步骤获取叉车的加速度a、叉车负载的货物的质量m和叉车的门架的倾斜角度θ；根据加速度a和质量m计算得出货物的惯性力F’；监测叉车的门架的倾斜角度θ；根据质量m和倾斜角度θ，计算出货物的最大静摩擦力f；根据惯性力F’和倾斜角度θ，计算出货物在叉车货叉上的滑移力F；比较滑移力与最大静摩擦力的关系；若F≥kf，k为预设的安全系数，则自动控制叉车的门架后仰。因而，本发明无须专用属具，只需传感器监测，自动控制门架后仰，能够防止货物突然跌落，具有安全可靠的作用，有利用保护财产及生命的安全，人性化作业。
文档编号B66F9/20GK102730607SQ20121020311
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者何忠亮, 唐建国, 杨成勇 申请人:三一集团有限公司