Introducere

AGV-urile de remorcare sunt utilizate pe scară largă în sistemele inteligente de producție și logistică de depozit. Una dintre provocările de bază în proiectarea lor constă în faptul dacă capacitatea de tracțiune a sistemului de propulsie se potrivește cu sarcina totală a vehiculului și dacă apare un cuplu insuficient în timpul pornirii și accelerației.

În aplicațiile practice de inginerie, multe modele personalizate de AGV încă se bazează în mare măsură pe metode empirice de selecție a motoarelor, folosind doar puterea motorului sau cuplul nominal ca referințe. Acest lucru duce adesea la următoarele probleme:

Suprasarcina motorului la pornire

Tracțiune insuficientă care provoacă neremorcarea corectă a cărucioarelor

Răspuns de accelerație lentă

Impactul excesiv sau defectarea structurilor tampon

Prin urmare, este necesar să se stabilească o metodă unificată de modelare și calcul pentru sarcina de antrenare, rezistența la accelerare și sistemele tampon cu arc bazate pe principiile mecanicii clasice.

2. Definiția încărcării sistemului AGV

Baza calculului puterii AGV de remorcare este masa totală a sistemului:

M=m_AGV + m_încărcare

Unde:

m_AGV: greutatea proprie-AGV

m_load: cărucior remorcat sau masa încărcăturii utile

M: Masa totală a sistemului

Sarcina gravitațională totală a vehiculului este:

W = M × g

Unde g=9.8 m/s².

3. Analiza rezistenței de antrenare (baza designului central)

În timpul mișcării orizontale drepte, rezistențele primare care acționează asupra unui AGV constau în rezistența la rulare și rezistența inerțială la accelerare.

3.1 Rezistența la rulare (Rezistența la-în stare de echilibrare primară)

Rezistența la rulare este generată de deformarea dintre roată și suprafața de contact cu solul:

Ff=f × M × g

Unde f este coeficientul de rezistență la rulare, de obicei variind de la 0,03 la 0,06.

Trebuie remarcat faptul că în condiții de cotitură sau suprafețe neuniforme ale podelei, această rezistență crește de obicei cu 5%-10%. Prin urmare, trebuie rezervată o marjă suficientă de proiectare în aplicațiile de inginerie pentru a evita puterea insuficientă în timpul virajului.

3.2 Rezistența aerului (neglijabilă la viteză mică)

În sistemele AGV de interior, viteza de operare este în general scăzută, astfel încât rezistența aerului are o influență minimă:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

În majoritatea calculelor de inginerie, acest termen este de obicei neglijat.

3.3 Rezistența inerțială la accelerare (critică în timpul pornirii)

În timpul pornirii sau accelerării, AGV-ul trebuie să depășească inerția întregii mase a sistemului:

Fj=M × a

Dacă se ia în considerare inerția de rotație a motoarelor, reductoarelor și a altor componente rotative, ecuația poate fi extinsă după cum urmează:

Fj=M × a + Σ(Ji × alpha_i / ri)

Cu toate acestea, în proiectarea inginerească practică, modelul simplificat este de obicei adoptat:

Fj ≈ M × a

3.4 Forța motrice totală necesară

Prin urmare, forța totală de tracțiune necesară pentru funcționarea AGV este:

F_total=M × a + f × M × g

Această ecuație servește ca bază de bază pentru selecția sistemului de acționare.

4. Relația dintre forța pe roți motrice și cuplul

Roata motoare este componenta cheie responsabilă pentru transformarea cuplului motorului în forță de tracțiune la sol.

4.1 Relația mecanică de bază

F = T / r

Unde:

F: Forța de tracțiune la sol

T: Cuplul de ieșire al roții motoare

r: raza roții motrice

Se poate observa că o rază mai mică a roții generează o forță de tracțiune mai mare în aceeași condiție de cuplu, ceea ce este o direcție importantă de optimizare în designul AGV ușor.

4.2 Sisteme multi-roți motrice

Pentru un sistem cu n roți motrice:

T_total=n × T_roată

Luând în considerare eficiența transmisiei și reducerea cutiei de viteze:

T_roată=(T_motor × i × eta) / n

Unde:

i: Raport de reducere a transmisiei

eta: Eficiența transmisiei (de obicei 0,9–0,95)

5. Verificarea accelerației și a cuplului motorului

Designul AGV nu ar trebui doar să determine dacă vehiculul se poate mișca, ci și să verifice dacă poate atinge performanța țintă de accelerație.

5.1 Formula de accelerare

Înlocuirea forței motrice în a doua lege a lui Newton:

a=(F_total - f × M × g) / M

Mai mult extins:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

Această formulă este utilizată pentru a evalua capacitatea reală de accelerare a sistemului.

5.2 Cerința cuplului de pornire

Faza de pornire este cea mai critică, deoarece sistemul trebuie să depășească simultan frecarea statică și inerția:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 Starea-cuplului de rulare

În condiții de funcționare cu-viteză constantă, trebuie depășită doar rezistența la rulare:

T_stabilită=(f × M × g × r) / n

6. Analiză de exemplu de inginerie (calcul corectat)

Luând ca exemplu o condiție de funcționare tipică AGV:

M=100 kg

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

Accelerația țintă:

a = 0.5 m/s²

6.1 Rezistența la rulare

Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 N

6.2 Forța motrice totală

F_total=M × a + f × M × g

F_total=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 Cerința cuplului unei singure roți

T=(F_total × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

Concluzie de inginerie

Rezultatul de mai sus demonstrează că:

Proiectarea sistemului de alimentare AGV trebuie să se bazeze pe obiective reale de accelerație

Selectarea motorului nu se poate baza doar pe puterea motorului sau pe cuplul nominal

În caz contrar, pot apărea situații în care proiectarea pare fezabilă teoretic, dar eșuează în condiții reale de funcționare

7. Design de selecție a arcului tampon

În timpul proceselor de andocare sau anti{0}}coliziune, AGV-urile de remorcare necesită sisteme cu arcuri pentru a absorbi energia de impact.

7.1 Model de bază (Legea lui Hooke)

F = k × x

Unde:

k: Rigiditatea arcului

x: Deplasarea la compresie

7.2 Proiectarea distribuirii sarcinii cu mai multe-arcuri

Dacă sistemul folosește n_s arcuri:

Sarcina unică cu arc:

F_spring=(M × g) / n_s

Design rigiditate arc:

k=F_spring / x

7.3 Principii de proiectare

Principiul de bază al proiectării sistemului de arc nu este „cu cât mai rigid, cu atât mai bine”, ci mai degrabă:

Sarcina trebuie distribuită uniform

Trebuie garantată o cursă de compresie suficientă

Trebuie evitată transmiterea rigidă a impactului către structura vehiculului

8. Rezumatul designului de bază

Proiectarea sistemelor de alimentare AGV de remorcare trebuie să respecte principiile de mai jos:

Designul sistemului de propulsie este în esență un echilibru între forța de tracțiune, rezistență și inerție

Raza roții r, cuplul motorului și raportul de reducere determină împreună performanța sistemului

Accelerația trebuie inclusă ca o țintă de proiectare și nu doar un rezultat al verificării

Puterea nu poate înlocui analiza cuplului

Sistemele tampon trebuie să fie proiectate structural pe baza distribuției totale a sarcinii