Εισαγωγή

Τα ρυμουλκούμενα AGV χρησιμοποιούνται ευρέως σε έξυπνα συστήματα παραγωγής και εφοδιαστικής αποθήκης. Μία από τις βασικές προκλήσεις στη σχεδίασή τους έγκειται στο εάν η ικανότητα πρόσφυσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης ταιριάζει με το συνολικό φορτίο του οχήματος και εάν εμφανίζεται ανεπαρκής ροπή κατά την εκκίνηση και την επιτάχυνση.

Σε πρακτικές εφαρμογές μηχανικής, πολλά προσαρμοσμένα σχέδια AGV εξακολουθούν να βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε εμπειρικές μεθόδους επιλογής κινητήρα, χρησιμοποιώντας μόνο ισχύ κινητήρα ή ονομαστική ροπή ως αναφορά. Αυτό συχνά οδηγεί στα ακόλουθα προβλήματα:

Υπερφόρτωση κινητήρα κατά την εκκίνηση

Ανεπαρκής πρόσφυση που προκαλεί αστοχία στη σωστή ρυμούλκηση των καροτσιών

Απόκριση αργής επιτάχυνσης

Υπερβολική πρόσκρουση ή αστοχία των δομών προσωρινής αποθήκευσης

Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να καθιερωθεί μια ενοποιημένη μέθοδος μοντελοποίησης και υπολογισμού για συστήματα φορτίου μετάδοσης κίνησης, αντίστασης επιτάχυνσης και προσωρινής αποθήκευσης ελατηρίου με βάση τις αρχές της κλασικής μηχανικής.

2. Ορισμός φορτίου συστήματος AGV

Η βάση για τον υπολογισμό της ισχύος AGV ρυμούλκησης είναι η συνολική μάζα του συστήματος:

M=m_AGV + m_load

Οπου:

m_AGV: AGV αυτο-βάρος

m_load: Ρυμουλκούμενο καρότσι ή μάζα ωφέλιμου φορτίου

Μ: Συνολική μάζα συστήματος

Το συνολικό βαρυτικό φορτίο του οχήματος είναι:

W = M × g

Όπου g=9.8 m/s².

3. Ανάλυση αντίστασης οδήγησης (Βάση σχεδίασης πυρήνα)

Κατά την ευθεία οριζόντια κίνηση, οι πρωτεύουσες αντιστάσεις που δρουν σε ένα AGV αποτελούνται από αντίσταση κύλισης και αντίσταση αδράνειας επιτάχυνσης.

3.1 Αντίσταση κύλισης (Πρωτογενής Σταθερή-Αντίσταση Κατάστασης)

Η αντίσταση κύλισης δημιουργείται από την παραμόρφωση μεταξύ του τροχού και της επιφάνειας επαφής με το έδαφος:

Ff=f × M × g

Όπου f είναι ο συντελεστής αντίστασης κύλισης, που συνήθως κυμαίνεται από 0,03 έως 0,06.

Πρέπει να σημειωθεί ότι υπό συνθήκες στροφής ή ανώμαλες επιφάνειες δαπέδου, αυτή η αντίσταση συνήθως αυξάνεται κατά 5%-10%. Ως εκ τούτου, πρέπει να διατηρηθεί επαρκές περιθώριο σχεδιασμού σε εφαρμογές μηχανικής για να αποφευχθεί η ανεπαρκής ισχύς κατά τις στροφές.

3.2 Αντίσταση αέρα (αμελητέα σε χαμηλή ταχύτητα)

Στα συστήματα AGV εσωτερικού χώρου, η ταχύτητα λειτουργίας είναι γενικά χαμηλή, επομένως η αντίσταση του αέρα έχει ελάχιστη επίδραση:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

Στους περισσότερους υπολογισμούς μηχανικής, αυτός ο όρος συνήθως παραμελείται.

3.3 Αδρανειακή αντίσταση επιτάχυνσης (κρίσιμη κατά την εκκίνηση)

Κατά την εκκίνηση ή την επιτάχυνση, το AGV πρέπει να ξεπεράσει την αδράνεια ολόκληρης της μάζας του συστήματος:

Fj=M × a

Εάν ληφθεί υπόψη η περιστροφική αδράνεια των κινητήρων, των μειωτήρων και άλλων περιστρεφόμενων εξαρτημάτων, η εξίσωση μπορεί να επεκταθεί ως:

Fj=M × a + Σ(Ji × alpha_i / ri)

Ωστόσο, στον πρακτικό μηχανικό σχεδιασμό, το απλοποιημένο μοντέλο υιοθετείται συνήθως:

Fj ≈ M × a

3.4 Συνολική απαιτούμενη κινητήρια δύναμη

Επομένως, η συνολική δύναμη έλξης που απαιτείται για τη λειτουργία AGV είναι:

F_total=M × a + f × M × g

Αυτή η εξίσωση χρησιμεύει ως η βασική βάση για την επιλογή συστήματος κίνησης.

4. Σχέση μεταξύ της δύναμης του κινητήριου τροχού και της ροπής

Ο κινητήριος τροχός είναι το βασικό στοιχείο που είναι υπεύθυνο για τη μετατροπή της ροπής του κινητήρα σε δύναμη έλξης εδάφους.

4.1 Βασική Μηχανική Σχέση

F = T / r

Οπου:

F: Ελκτική δύναμη εδάφους

T: Ροπή εξόδου κινητήριου τροχού

r: Ακτίνα κινητήριου τροχού

Μπορεί να φανεί ότι μια μικρότερη ακτίνα τροχού δημιουργεί μεγαλύτερη δύναμη έλξης κάτω από την ίδια συνθήκη ροπής, η οποία είναι μια σημαντική κατεύθυνση βελτιστοποίησης στον ελαφρύ σχεδιασμό AGV.

4.2 Πολυ-Συστήματα μετάδοσης κίνησης

Για ένα σύστημα με n κινητήριους τροχούς:

T_total=n × T_wheel

Λαμβάνοντας υπόψη την απόδοση μετάδοσης και τη μείωση του κιβωτίου ταχυτήτων:

T_wheel=(T_motor × i × eta) / n

Οπου:

i: Σχέση μείωσης ταχύτητας

eta: Απόδοση μετάδοσης (συνήθως 0,9–0,95)

5. Επαλήθευση επιτάχυνσης και ροπής κινητήρα

Ο σχεδιασμός AGV δεν πρέπει μόνο να καθορίζει εάν το όχημα μπορεί να κινηθεί, αλλά και να επαληθεύει εάν μπορεί να επιτύχει την απόδοση επιτάχυνσης στόχου.

5.1 Φόρμουλα επιτάχυνσης

Αντικατάσταση της κινητήριας δύναμης στον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα:

a=(F_total - f × M × g) / M

Περαιτέρω επέκταση:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της πραγματικής ικανότητας επιτάχυνσης του συστήματος.

5.2 Απαίτηση ροπής εκκίνησης

Η φάση εκκίνησης είναι η πιο κρίσιμη γιατί το σύστημα πρέπει ταυτόχρονα να ξεπεράσει τη στατική τριβή και την αδράνεια:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 Σταθερή-Κατάσταση ροπής

Σε λειτουργία σταθερής-ταχύτητας, πρέπει να ξεπεραστεί μόνο η αντίσταση κύλισης:

T_steady=(f × M × g × r) / n

6. Ανάλυση Μηχανικού Παραδείγματος (Διορθωμένος Υπολογισμός)

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια τυπική συνθήκη λειτουργίας AGV:

Μ=100 κιλά

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

Επιτάχυνση στόχου:

a = 0.5 m/s²

6.1 Αντίσταση κύλισης

Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 N

6.2 Συνολική κινητήρια δύναμη

F_total=M × a + f × M × g

F_total=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 Απαίτηση ροπής μονού τροχού

T=(F_total × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

Συμπέρασμα Μηχανικού

Το παραπάνω αποτέλεσμα δείχνει ότι:

Ο σχεδιασμός του συστήματος ισχύος AGV πρέπει να βασίζεται σε πραγματικούς στόχους επιτάχυνσης

Η επιλογή κινητήρα δεν μπορεί να βασίζεται αποκλειστικά στην ισχύ του κινητήρα ή στην ονομαστική ροπή

Διαφορετικά, μπορεί να προκύψουν καταστάσεις όπου ο σχεδιασμός φαίνεται θεωρητικά εφικτός αλλά αποτυγχάνει υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας

7. Σχεδιασμός επιλογής ελατηρίου προσωρινής αποθήκευσης

Κατά τη διάρκεια των διαδικασιών σύνδεσης ή κατά{0}}σύγκρουσης, τα ρυμουλκά AGV απαιτούν συστήματα ελατηρίων για την απορρόφηση της ενέργειας κρούσης.

7.1 Βασικό μοντέλο (Νόμος του Χουκ)

F = k × x

Οπου:

κ: Δυσκαμψία ελατηρίου

x: Μετατόπιση συμπίεσης

7.2 Πολυ-Σχεδίαση κατανομής φορτίου ελατηρίου

Εάν το σύστημα χρησιμοποιεί ελατήρια n_s:

Μονό φορτίο ελατηρίου:

F_ελατήριο=(M × g) / n_s

Σχεδιασμός ακαμψίας ελατηρίου:

k=F_ελατήριο / x

7.3 Αρχές σχεδίασης

Η βασική αρχή του σχεδιασμού του συστήματος ελατηρίου δεν είναι «όσο πιο άκαμπτο, τόσο το καλύτερο», αλλά μάλλον:

Το φορτίο πρέπει να κατανέμεται ομοιόμορφα

Πρέπει να διασφαλίζεται επαρκής διαδρομή συμπίεσης

Πρέπει να αποφεύγεται η μετάδοση άκαμπτης κρούσης στη δομή του οχήματος

8. Περίληψη σχεδίασης πυρήνων

Ο σχεδιασμός των συστημάτων ισχύος ρυμούλκησης AGV πρέπει να ακολουθεί τις παρακάτω αρχές:

Ο σχεδιασμός του συστήματος μετάδοσης κίνησης είναι ουσιαστικά μια ισορροπία μεταξύ της δύναμης έλξης, της αντίστασης και της αδράνειας

Η ακτίνα τροχού r, η ροπή κινητήρα και ο λόγος μείωσης καθορίζουν από κοινού την απόδοση του συστήματος

Η επιτάχυνση πρέπει να περιλαμβάνεται ως στόχος σχεδιασμού και όχι απλώς ως αποτέλεσμα επαλήθευσης

Η ισχύς δεν μπορεί να αντικαταστήσει την ανάλυση ροπής

Τα συστήματα απομόνωσης πρέπει να σχεδιάζονται δομικά με βάση τη συνολική κατανομή φορτίου