Въведение

Теглещите AGV се използват широко в интелигентни производствени и складови логистични системи. Едно от основните предизвикателства в техния дизайн е дали тяговата способност на задвижващата система съответства на общото натоварване на превозното средство и дали по време на стартиране и ускорение възниква недостатъчен въртящ момент.

В практическите инженерни приложения, много персонализирани дизайни на AGV все още разчитат в голяма степен на емпирични методи за избор на двигател, като се използва само мощността на двигателя или номиналния въртящ момент като референции. Това често води до следните проблеми:

Претоварване на двигателя по време на стартиране

Недостатъчно сцепление, причиняващо неправилно теглене на количките

Реакция на бавно ускорение

Прекомерно въздействие или отказ на буферни структури

Следователно е необходимо да се установи унифициран метод за моделиране и изчисление за натоварването на задвижването, устойчивостта на ускорение и пружинните буферни системи, базирани на принципите на класическата механика.

2. Дефиниране на натоварването на системата AGV

Основата за изчисляване на мощността на теглене на AGV е общата маса на системата:

M=m_AGV + m_натоварване

където:

m_AGV: собствено-тегло на AGV

m_load: Теглена количка или маса на полезен товар

M: Обща маса на системата

Общото гравитационно натоварване на превозното средство е:

W = M × g

Където g=9.8 m/s².

3. Анализ на съпротивлението при шофиране (база на основния дизайн)

По време на право хоризонтално движение основните съпротивления, действащи върху AGV, се състоят от съпротивление при търкаляне и инерционно съпротивление при ускорение.

3.1 Съпротивление при търкаляне (първично устойчиво-съпротивление)

Съпротивлението при търкаляне се генерира от деформация между колелото и контактната повърхност със земята:

Ff=f × M × g

Където f е коефициентът на съпротивление при търкаляне, обикновено вариращ от 0,03 до 0,06.

Трябва да се отбележи, че при условия на завъртане или неравни подови повърхности това съпротивление обикновено се увеличава с 5%–10%. Поради това трябва да се запази достатъчен марж за проектиране в инженерните приложения, за да се избегне недостатъчна мощност по време на завиване.

3.2 Въздушно съпротивление (незначително при ниска скорост)

При вътрешни AGV системи работната скорост обикновено е ниска, така че въздушното съпротивление има минимално влияние:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

В повечето инженерни изчисления този термин обикновено се пренебрегва.

3.3 Инерционно съпротивление при ускорение (критично по време на стартиране)

По време на стартиране или ускорение AGV трябва да преодолее инерцията на цялата маса на системата:

Fj=M × a

Ако се вземе предвид инерцията на въртене на двигатели, редуктори и други въртящи се компоненти, уравнението може да се разшири като:

Fj=M × a + Σ(Ji × alpha_i / ri)

В практическия инженерен дизайн обаче обикновено се приема опростеният модел:

Fj ≈ M × a

3.4 Обща необходима движеща сила

Следователно общата теглителна сила, необходима за работа на AGV, е:

F_общо=M × a + f × M × g

Това уравнение служи като основна основа за избор на задвижваща система.

4. Връзка между силата на задвижващото колело и въртящия момент

Задвижващото колело е ключовият компонент, отговорен за преобразуването на въртящия момент на двигателя в теглителна сила на земята.

4.1 Основна механична връзка

F = T / r

където:

F: Теглителна сила на земята

T: Изходен въртящ момент на задвижващото колело

r: Радиус на задвижващото колело

Може да се види, че по-малкият радиус на колелото генерира по-голяма теглителна сила при същото състояние на въртящ момент, което е важна посока за оптимизация в дизайна на олекотения AGV.

4.2 Системи с много-задвижващи колела

За система с n задвижващи колела:

T_общо=n × T_колело

Като се има предвид ефективността на трансмисията и намаляването на скоростната кутия:

T_колело=(T_мотор × i × eta) / n

където:

i: Коефициент на намаляване на предавката

eta: Ефективност на предаване (обикновено 0,9–0,95)

5. Проверка на ускорението и въртящия момент на двигателя

Дизайнът на AGV трябва не само да определи дали превозното средство може да се движи, но и да провери дали може да постигне целевото ускорение.

5.1 Формула за ускорение

Заместване на движещата сила във втория закон на Нютон:

a=(F_общо - f × M × g) / M

Допълнително разширено:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

Тази формула се използва за оценка на действителната способност за ускорение на системата.

5.2 Изискване за стартов въртящ момент

Фазата на стартиране е най-критичната, тъй като системата трябва едновременно да преодолее статичното триене и инерцията:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 Работен въртящ момент в стабилно-състояние

При работа с постоянна{0}}скорост трябва да се преодолее само съпротивлението при търкаляне:

T_стабилен=(f × M × g × r) / n

6. Инженерен примерен анализ (коригирано изчисление)

Вземайки типично работно състояние на AGV като пример:

М=100 кг

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

Целево ускорение:

a = 0.5 m/s²

6.1 Съпротивление при търкаляне

Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 N

6.2 Обща движеща сила

F_общо=M × a + f × M × g

F_общо=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 Изискване за въртящ момент на едно колело

T=(F_total × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

Инженерно заключение

Горният резултат показва, че:

Проектирането на енергийната система на AGV трябва да се основава на действителните цели за ускорение

Изборът на двигател не може да разчита единствено на мощността на двигателя или номиналния въртящ момент

В противен случай могат да възникнат ситуации, при които дизайнът изглежда теоретично осъществим, но се проваля при реални работни условия

7. Дизайн за избор на буферна пружина

По време на процеси на скачване или предотвратяване на -сблъсък, теглещите AGV изискват пружинни системи за поглъщане на енергията на удара.

7.1 Основен модел (закон на Хук)

F = k × x

където:

k: Коравина на пружината

x: Компресионно изместване

7.2 Проектиране на много-разпределение на натоварването на пружините

Ако системата използва n_s пружини:

Единичен пружинен товар:

F_пружина=(M × g) / n_s

Дизайн на твърдостта на пружината:

k=F_пружина / x

7.3 Принципи на проектиране

Основният принцип на дизайна на пружинната система не е „колкото по-твърдо, толкова по-добре“, а по-скоро:

Натоварването трябва да бъде равномерно разпределено

Трябва да се гарантира достатъчен ход на компресия

Трябва да се избягва твърдото предаване на удар върху конструкцията на превозното средство

8. Резюме на основния дизайн

Проектирането на теглещи енергийни системи AGV трябва да следва принципите по-долу:

Дизайнът на задвижващата система е по същество баланс между теглителна сила, съпротивление и инерция

Радиусът на колелото r, въртящият момент на двигателя и коефициентът на намаляване определят съвместно производителността на системата

Ускорението трябва да бъде включено като цел на дизайна, а не просто резултат от проверка

Мощността не може да замени анализа на въртящия момент

Буферните системи трябва да бъдат структурно проектирани въз основа на общото разпределение на натоварването