Odată cu transformarea și modernizarea producției și dezvoltarea rapidă a logisticii inteligente, aplicarea AGV-urilor (Automated Guided Vehicles) s-a extins rapid de la depozitele tradiționale cu medii controlate la scenarii din ce în ce mai complexe, cum ar fi ateliere de producție, terminale portuare și zone de inspecție în aer liber. Extinderea scenariilor de aplicație și tranzițiile frecvente între medii, în special funcționarea în interior-la-exterior, impun cerințe mult mai mari privind adaptabilitatea la mediu AGV. Printre acești factori, adaptabilitatea suprafeței drumului este deosebit de critică.
Fiind o structură mecanică de bază care asigură o mișcare lină a vehiculului, o rezistență fiabilă a sarcinii și o durată lungă de viață a unității de antrenare, proiectarea rațională și selectarea structurilor plutitoare cu-absorbție a șocurilor joacă un rol decisiv. Pentru a satisface diferite configurații ale șasiului și cerințe de încărcare, au fost dezvoltate diferite tipuri de structuri de suspensie plutitoare. Acest articol analizează în mod sistematic structurile plutitoare care absorb-șocurile AGV obișnuite, analizează mecanismele de funcționare ale acestora, constrângerile de proiectare și caracteristicile de performanță și oferă referințe teoretice și îndrumări practice pentru proiectarea și selectarea sistemului de suspensie.
1. Funcțiile de bază ale structurilor flotante de absorbție-șocurilor
Obiectivul fundamental al unei structuri plutitoare cu-absorbție a șocurilor este de a asigura funcționarea stabilă a AGV-ului pe suprafețe de drum neuniforme și complexe. Acest obiectiv este atins prin trei mecanisme strâns legate.
(1) Asigurarea contactului coordonat cu solul al sistemului de roți
În configurațiile AGV cu mai multe-roți, dacă roata motoare este instalată într-o poziție mai proeminentă decât roțile auxiliare pentru a garanta tracțiunea, roțile auxiliare pot pierde contactul cu solul. Acest lucru duce la concentrarea excesivă a sarcinii pe unitatea de antrenare, reducând capacitatea efectivă de sarcină utilă și afectând în mod semnificativ stabilitatea conducerii.
Prin introducerea unei libertăți elastice prin arcuri de suspensie, structura flotantă-amortizantă permite unității de antrenare să se miște pe verticală. Sub greutatea proprie-a AGV-ului, roata motoare poate fi apăsată înapoi la aceeași înălțime ca și roțile auxiliare, permițând tuturor roților să intre în contact cu solul simultan. Acest lucru asigură o tracțiune suficientă pentru roata motoare, permițând în același timp roților auxiliare să împartă o parte din sarcină, rezultând o distribuție optimizată a sarcinii pe vehicul.
(2) Adaptarea la nereguli și obstacole ale drumului
Când se lucrează pe suprafețe neuniforme fără absorbție a șocurilor, roata motoare poate pierde tracțiunea în depresiuni sau poate fi ridicată rigid de obstacole, provocând vibrații, abateri sau instabilitate vehiculului. Cu o suspensie plutitoare, arcul permite roții motoare să urmeze continuu profilul suprafeței drumului.
Când întâmpinați o proeminență, compresia arcului împiedică unitatea de antrenare să ridice rigid întregul vehicul. La trecerea peste o depresiune, forța de restabilire a arcului împinge roata motoare în jos pentru a menține contactul cu solul. Acest lucru asigură tracțiune continuă și un comportament stabil de condus în condiții variate de drum.
(3) Amortizarea sarcinilor de impact și protejarea unității de antrenare
Neregulile drumului și obstacolele generează sarcini de impact tranzitorii care sunt transmise direct la motor, cutie de viteze, rulmenți și alte componente critice. În timp, aceste sarcini accelerează uzura și defecțiunea.
Arcul de suspensie absoarbe și tamponează energia de impact prin deformare elastică, transformând sarcinile bruște de șoc în energie elastică eliberată treptat. Acest lucru reduce semnificativ sarcinile de vârf transmise unității de antrenare, prelungind durata de viață a componentelor și reducând costurile de întreținere.
2. Constrângeri de proiectare și modelare matematică (format text simplu-)
Pentru a realiza în mod fiabil funcțiile de mai sus, structurile plutitoare cu{0}}socul trebuie să satisfacă o serie de constrângeri mecanice. Variabila de proiectare a miezului este potrivirea precisă a rigidității arcului k. Pe baza a trei condiții tipice de funcționare-sol plat, depresiuni și proeminențe-relațiile cheie de proiectare sunt stabilite mai jos folosind expresii de inginerie-prietenoase-text simplu.
Definiții ale parametrilor cheie
k : rigiditatea unui singur arc de suspensie
lambda : înălțimea de proeminență a roții motoare față de roțile auxiliare
deltă : denivelări ale suprafeței drumului (denivelare=+delta, depresiune=-delta)
Delta: preîncărcare arc
n : numărul de arcuri per unitate de antrenare
G: greutatea totală AGV la sarcină maximă
mu1 : coeficientul de frecare între roata motoare și sol
mu2 : coeficientul de rezistență la rulare al AGV
Fmax1 , Fmax1_limit : sarcina nominală și maximă a roții motoare
Fmax2 , Fmax2_limit : sarcina nominală și maximă a roților auxiliare
(1) Starea terenului plat (cazul de referință)
Aceasta este cea mai comună condiție de funcționare. Toate roțile trebuie să mențină contactul cu solul, sarcinile trebuie să rămână în limitele nominale și trebuie evitată alunecarea roții motoare.
Sarcina normala roata motoare:
FN1=(Delta + lambda) * n * k
Constrângere de sarcină pentru roata motoare:
FN1<= Fmax1
Sarcina auxiliară pe roată FN2 trebuie să satisfacă:
FN2<= Fmax2
(Notă: FN2 se obține din echilibrul forței statice a sistemului de roți în funcție de FN1 și greutatea totală a vehiculului G.)
Stare anti-alunecare:
FN1 * mu1 > G * mu2
(2) Stare deprimată a drumului
Într-o depresiune a drumului, arcul se extinde mai mult, reducând sarcina roții motoare și crescând sarcina roților auxiliare. Pentru a preveni pierderea contactului roții motoare, trebuie îndeplinită următoarea condiție geometrică:
lambda > delta
Sarcina normala roata motoare:
FN1_deprimat=(Delta + lambda - delta) * n * k
Constrângeri de încărcare (limite pe termen scurt-permise):
FN1_deprimat<= Fmax1_limit
FN2_deprimat<= Fmax2_limit
Stare anti-alunecare:
FN1_deprimat * mu1 > G * mu2
(3) Stare proeminentă a drumului
Când AGV-ul întâlnește o proeminență, arcul este comprimat în continuare și sarcina roții motoare atinge valoarea maximă. Forța arcului nu trebuie să ridice întregul vehicul și să facă ca roțile auxiliare să piardă contactul.
Sarcina normala roata motoare:
FN1_bump=(Delta + lambda + delta) * n * k
Constrângere comună-contact
(pentru o configurație tipică AGV cu patru-roți):
2 * FN1_bump < G
Constrângere de încărcare (limită-permisă pe termen scurt):
FN1_bump<= Fmax1_limit
(4) Determinarea cuprinzătoare a intervalului de rigiditate
Prin combinarea tuturor constrângerilor de inegalitate din condițiile de drum plat, deprimate și proeminente, se poate obține un interval fezabil pentru rigiditatea arcului k.
În acest interval fezabil, trebuie selectate valorile adecvate ale preîncărcării arcului Delta și proeminența roții motoare lambda.
În practica ingineriei, următorul ghid este de obicei adoptat:
lambda=(1,5 până la 2,0) * delta
Acest lucru oferă o marjă de siguranță suficientă pentru denivelările suprafeței drumului.
3. Tipuri obișnuite de structuri plutitoare cu absorbție a șocurilor AGV-
(1) Tip balansoar articulat
Unitatea de antrenare este conectată la șasiu printr-o articulație pivotantă și poate oscila sub cuplul de restabilire generat de arc-. Această structură asigură amplificarea mecanică, permițând unei forțe relativ mici ale arcului să genereze o forță mare de contact cu solul. Cu toate acestea, relația dintre cursa plutitoare și compresia arcului este neliniară.
Deși adaptabilitatea este puternică, există diferențe de sarcină bidirecțională. În timpul funcționării în deal, sarcina roții motoare crește semnificativ, necesitând o verificare atentă a rezistenței structurale. Acest tip este utilizat pe scară largă în AGV-urile-grele unde spațiul de instalare este suficient.
(2) Tip coloană de ghidare verticală
Unitatea de antrenare plutește vertical de-a lungul coloanelor de ghidare liniare sau a manșoanelor de ghidare, cu arcuri de compresie care asigură absorbția șocurilor. Structura este compactă,-eficientă și ușor de întreținut.
O cerință critică de proiectare este ca coloanele de ghidare să fie aranjate simetric și centrate în raport cu punctul de contact al roții-solul. Alinierea necorespunzătoare poate genera momente suplimentare, ducând la blocare sau uzură anormală. Acest tip este potrivit pentru AGV-uri cu încărcătură ușoară- până la-medie, cu constrângeri stricte de înălțime.
(3) Tip de link-foarfece
Mișcarea plutitoare este realizată printr-un mecanism de legătură cu foarfece și este adesea integrată cu module de direcție diferențială pentru a economisi spațiu de instalare. Cu toate acestea, atunci când roțile motrice din stânga și din dreapta întâlnesc înălțimi diferite ale drumului, structura nu are auto--adaptabilitate și poate provoca ridicarea în diagonală a șasiului.
Acest tip este utilizat în principal în modulele specifice de acționare a direcției diferențiale integrate și oferă o adaptabilitate relativ slabă la suprafețele generale denivelate ale drumului.
(4) Tip de axă oscilantă-
Două roți sunt montate rigid pe o singură axă care poate pivota în jurul unei balamale centrale. Denivelările drumului sunt compensate prin balansarea întregii osii, tratând efectiv cele două roți ca pe o singură roată virtuală mare.
În sistemele cu mai multe-roți, pot fi combinate mai multe osii oscilante pentru a reduce sistemul de roți la o configurație echivalentă în trei-puncte de contact cu solul, rezolvând în mod fundamental problemele de co-împământare. Această structură este simplă și robustă, ceea ce o face foarte potrivită pentru AGV-uri cu mai multe -roți, grele- și pentru exterior.
(5) Patru-tip de legătură
Pe baza principiului de legătură în paralelogram, structura cu patru-legături permite flotarea verticală, menținând în același timp orientarea constantă a unității de antrenare. În comparație cu tipurile de balansare articulate, forțele rămân coliniare, eliminând sarcinile de torsiune în timpul mișcării plutitoare.
Deși mai complex din punct de vedere structural și consumator de spațiu, acest design oferă o stabilitate superioară și este potrivit pentru AGV-uri grele-cu cerințe stricte de atitudine a roților, cum ar fi AGV-urile de tip stivuitor-care folosesc roți de antrenare AGV verticale.
4. Ghid de comparare și selecție pentru structurile plutitoare cu absorbție de șoc-
Comparația tipurilor comune de structuri plutitoare
| Tip de structură | Adaptabilitate la drum | Necesarul de spațiu | Principalele avantaje | Limitări | Aplicații tipice |
|---|---|---|---|---|---|
| Tip leagăn articulat | Excelent | Mediu | Câștig mecanic ridicat, adaptabilitate puternică, tehnologie matură | Diferența de sarcină bidirecțională; sarcină potențială de torsiune pe unitatea de antrenare | Roțile motrice-de direcție grele; amenajări cu spațiu suficient |
| Tip coloană de ghidare verticală | Bun | Mic | Structură compactă, cost redus, întreținere ușoară | Foarte sensibil la alinierea coloanei de ghidare; risc de blocare | AGV-uri cu încărcătură ușoară- până la{1}medie; aplicații cu constrângeri stricte de înălțime |
| Foarfecă-Tip de legătură | Relativ Săracă | Mare | Integrare ușoară cu modulele de direcție diferențială | Adaptabilitate slabă la condiții neuniforme ale drumului stânga-dreapta; ocuparea spatiului mare | Unități de antrenare a direcției diferențiale integrate |
| Tip de axă oscilant- | Excelent (multi-roți) | Mare | Principiu simplu și robust; capacitate puternică de contact cu mai multe-roți-solul | Structură voluminoasă; cerințe mari de spațiu vertical și lateral | AGV-uri pentru exterior, cu mai multe roți-roți-; mașini de construcții de tip AGV |
| Patru-Tip de conexiune | Excelent | Medie spre Mare | Atitudine constantă a roții în timpul plutirii; fără încărcare suplimentară de torsiune; performanță stabilă | Structură mai complexă; cost mai mare | AGV-uri cu stivuitor-de înaltă precizie,-stivuitoare grele; aplicații cu cerințe stricte de atitudine a roții |
Rezumatul recomandărilor de selecție
Dispoziții de unitate diferențială:
Când structura compactă și costul redus sunt obiectivele principale, tipul de coloană de ghidare verticală este o alegere potrivită. Dacă este necesară integrarea direcției și spațiul de instalare permite, poate fi luat în considerare tipul de legătură-foarfece. Pentru aplicațiile cu cerințe ridicate privind adaptabilitatea drumului și precizia mișcării, se recomandă tipul de balansare articulat sau tipul cu patru-legături.
Dispoziții de transmisie a direcției:
Structurile coloanelor de ghidare verticale sunt utilizate pe scară largă în aplicații cu încărcare ușoară- până la-medie. În scenariile de-încărcări grele, tipul de leagăn articulat este soluția generală. Pentru AGV-urile de tip stivuitor-în care este necesară o aliniere verticală strictă a roții motoare, tipul cu patru-legături oferă avantaje clare.
Dispoziții speciale-roți grele-sau exterioare:
Tipul de axă oscilantă-sau combinațiile de axe oscilante multiple reprezintă una dintre cele mai eficiente soluții pentru asigurarea unui contact fiabil cu solul pe teren complex și denivelat.
5. Concluzie
Structurile plutitoare care absorb-șocurile formează interfața critică între un AGV și sol. Performanța lor determină în mod direct capacitatea de funcționare și fiabilitatea vehiculului în medii complexe. Elementul central al designului suspensiei constă în potrivirea exactă a parametrilor arcului la condițiile de operare specifice-inclusiv profilurile drumului, nivelurile de încărcare și viteza vehiculului-, satisfacând simultan mai multe constrângeri, cum ar fi contactul cu mai multe roți-solul, echilibrul sarcinii, performanța anti-alunecare și amortizarea la impact.
În prezent, structurile articulate ale coloanei de ghidare verticală și pivotante domină atât AGV-urile cu tracțiune diferențială-și cu direcție-, datorită avantajelor lor respective. Structurile cu patru-legături demonstrează o performanță remarcabilă în aplicațiile cu sarcină grea-de vârf, în timp ce structurile cu axă oscilantă-oferă soluții unice și eficiente pentru AGV-urile de exterior cu sarcini grele-cu mai multe roți{-roți.
Privind în perspectivă, pe măsură ce scenariile de aplicații AGV continuă să se extindă și să se aprofundeze, tehnologiile de suspensie active și semi-active, precum și sistemele inteligente de suspensie adaptivă integrate cu percepția rutieră, sunt de așteptat să devină direcții cheie de dezvoltare pentru a răspunde cerințelor de performanță dinamică mai ridicată și a unor medii de operare mai extreme.
