Predslov

Výkon anAutomated Guided Vehicle (AGV)alebo anAutonómny mobilný robot (AMR)je do značnej miery určená konštrukciou jeho pohonného systému. Integrovaný pohonný systém pozostáva zo štyroch kľúčových komponentov:Hnacie koleso AGV, nízkonapäťový servomotor, reduktor prevodovkyaservo pohon. Spoločne určujú trakciu vozidla, zrýchlenie, schopnosť stúpania, presnosť polohovania, stabilitu pohybu a-dlhodobú prevádzkovú spoľahlivosť.

V praktickom inžinierstve nie je veľa problémov s pohonným systémom spôsobených nedostatočným výkonom motora, ale neúplnými výpočtami dynamiky vozidla. Výber motora výlučne na základe užitočného zaťaženia pri prehliadnutí valivého odporu, sklonu, zotrvačnosti zrýchlenia a{1}}priľnavosti kolesa k zemi často vedie k slabému štartovaciemu výkonu, preťaženiu motora, preklzávaniu kolies a zníženej prevádzkovej účinnosti.

Plutools je jedným z popredných čínskych výrobcov systémov pohonu mobilných robotov, špecializujúca sa na vývoj a výrobuHnacie kolesá AGV, hnacie kolesá riadenia, diferenciálne hnacie kolesá, nízkonapäťové servomotory, servopohony a integrované riešenia pohonu pre AGV a AMR. Na základe rozsiahlych inžinierskych skúseností a princípov prezentovaných vManuál mechanického dizajnu, táto príručka vysvetľuje úplný proces dynamického výpočtu pre výber systému pohonu AGV a poskytuje praktické referencie pre inžinierov navrhujúcich vysokovýkonné-systémy pohonu mobilných robotov.

1. Analýza jazdného odporu vozidla AGV

Pre priemyselné AGV pracujúce pri nižších rýchlostiach1 m/saerodynamický odpor možno vo všeobecnosti ignorovať. Pohonný systém potrebuje predovšetkým prekonať tri typy odporu:

Valivý odpor

Odolnosť proti svahu

Odolnosť proti zrýchleniu

Hnacia sila musí spĺňať:

Fdrive Väčšie alebo rovné Ff + Fθ + Fa

kde:

Až keď dostupná trakcia prekročí celkový jazdný odpor, môže sa AGV rozbehnúť hladko, udržať stabilnú prevádzku a bezpečne stúpať do svahov.

2. Výpočet valivého odporu

Valivý odpor je generovaný elastickou deformáciou medzi kolesom a povrchom podlahy, čo z neho robí najzákladnejší odpor, s ktorým sa stretávame počas prevádzky AGV.

Vzorec

Ff=(f × G) / r

kde:

Typické inžinierske hodnoty

Technický tip

Niektoré technické referencie vyjadrujú koeficient valivého odporu vcentimetre (cm)namiesto tohometre (m). Pred výpočtom vždy preveďte jednotku, aby ste sa vyhli chybám, ktoré môžu prekročiť 100-krát.

3. Výpočet odolnosti voči svahu

Priemyselné AGV sú zvyčajne navrhnuté so schopnosťou stúpania približne2%.

Pre malé svahy:

sinθ ≈ tanθ ≈ pomer sklonu

Preto:

Fθ = 0.02 × G

Príklad

Pre 500 kg AGV:

Hmotnosť vozidla:

G = 500 × 9.81 = 4905 N

Odolnosť proti svahu:

Fθ = 98.1 N

V prípade strmších svahov by sa na presnejšie výpočty mali použiť skutočné trigonometrické funkcie.

4. Výpočet akceleračného odporu

Časté zrýchľovanie a spomaľovanie generuje zotrvačné zaťaženie, ktoré je potrebné zvážiť pri návrhu pohonného systému.

Podľa druhého Newtonovho zákona:

Fa=M × a

kde:

Odporúčané hodnoty

Nižšie zrýchlenie znižuje špičkové zaťaženie a zlepšuje dlhodobú{0}}spoľahlivosť systému pohonu.

5. Príklad výpočtu odporu vozidla

Parametre dizajnu

Výsledky výpočtu

Odporúčanie dizajnu

Pohonný systém by mal poskytovať minimálnu trakčnú silu približne499 N. V strojárskej praxi a20-50% bezpečnostná rezervasa odporúča na kompenzáciu nárazov pri spustení, nerovných podmienok podlahy a dlhodobého{0}}mechanického opotrebovania.

6. Výpočet výstupného krútiaceho momentu hnacieho kolesa

Výstupný krútiaci moment hnacieho kolesa AGV sa získa po zosilnení menovitého krútiaceho momentu motora prevodovkou.

Vzorec

Dvojkolka=Tmotor × i × η

kde:

Typická účinnosť prevodovky

Rôzne typy prevodoviek majú výrazne rozdielnu účinnosť prenosu. Použitie nesprávnej hodnoty účinnosti môže viesť k nepresným výpočtom krútiaceho momentu a nesprávnemu výberu motora.

7. Výpočet ťažnej sily hnacieho kolesa

Výstup krútiaceho momentu z hnacieho kolesa možno premeniť na trakčnú silu pomocou nasledujúceho vzťahu:

F = T / r

kde:

F=ťažná sila (N)

T=výstupný krútiaci moment hnacieho kolesa (Nm)

r=polomer kolesa (m)

Pre systémy AGV s dvomi-pohonmi:

Fcelkovo=2 × F

Pri konfiguráciách s viacerými{0}}pohonmi je celková trakčná sila súčtom všetkých hnacích kolies.

Príklad

Vzhľadom na to:

Menovitý krútiaci moment motora: 0,4 Nm

Prevodový pomer: 30

Účinnosť prevodovky: 0,85

Polomer kolesa: 65 mm (0,065 m)

potom:

Výstupný krútiaci moment:

Dvojité koleso=0.4 × 30 × 0.85=10.2 Nm

Trakčná sila jedného kolesa:

F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N

Tento parameter priamo určuje, či AGV dokáže prekonať celkový odpor systému.

8. Výpočet maximálnej prevádzkovej rýchlosti

Teoretická maximálna rýchlosť AGV je určená rýchlosťou motora a prevodovým pomerom:

V = (2 × π × r × n) / i

kde:

V=lineárna rýchlosť (m/min)

r=polomer kolesa (m)

n=rýchlosť motora (ot./min)

i=prevodový pomer

Príklad

Otáčky motora: 2500 ot./min

Prevodový pomer: 30

Polomer kolies: 65 mm

V ≈ 34 m/min (≈ 0,57 m/s)

Ak sa nedosiahne požadovaná rýchlosť, možno zvýšiť otáčky motora alebo znížiť prevodový pomer. Krútiaci moment a ťažná sila však musia byť podľa toho znova{1}}overené.

9. Overenie výkonu motora

Po výpočte krútiaceho momentu je potrebné overiť aj výkon motora.

Vzorec

P = (T × n) / 9550

kde:

P=výkon (kW)

T=krútiaci moment (Nm)

n rýchlosť=(ot./min.)

Príklad

Krútiaci moment: 0,4 Nm

Otáčky: 2500 ot./min

P ≈ 0,105 kW

Technické odporúčanie

Bezpečnostný faktor krútiaceho momentu:1.2–1.5×

Bezpečnostná rezerva napájania:20–50%

To zaisťuje spoľahlivú prevádzku pri nepretržitom a špičkovom-zaťažení.

10. Výpočet adhézie kolesa a sily predpätia

Aby sa zabránilo preklzávaniu kolies, musia byť splnené nasledujúce podmienky:

μ × FN Väčšie alebo rovné F

takto:

FN Väčšie alebo rovné F / μ

kde:

μ=koeficient trenia medzi kolesom a podlahou

FN=normálna sila predpätia

Príklad

Trakčná sila jedného kolesa: 157 N

Koeficient trenia: 0,54

potom:

FN ≈ 291 N

V praktickom prevedení, a10% bezpečnostná rezervaodporúča sa predpätie pružiny približne320 Nsa vyberá na kompenzáciu únavy v priebehu času.

Typické koeficienty trenia

11. Postup výberu systému pohonu AGV

Kompletný návrh systému pohonu AGV sa zvyčajne riadi týmito krokmi:

Definujte parametre vozidla: hmotnosť, rýchlosť, zrýchlenie, sklon, priemer kolesa

Vypočítajte odpor valenia, sklonu a zrýchlenia

Získajte celkový jazdný odpor

Určte trakčnú silu jedného kolesa

Vypočítajte požadovaný výstupný krútiaci moment

Zvoľte prevodový pomer

Prispôsobte nízkonapäťový servomotor

Skontrolujte kapacitu servopohonu

Skontrolujte výkon rýchlosti

Overte priľnavosť kolesa a silu predpätia

12. Úvahy o inžinierskom návrhu

Pri vývoji systému AGV ovplyvňuje výkon pohonu viacero faktorov, a nie samotný výkon motora.

Medzi kľúčové úvahy patrí:

Koeficient valivého odporu a koeficient trenia sa nesmú zamieňať, pretože predstavujú rôzne fyzikálne významy.

Účinnosť prevodovky sa medzi planétovými a závitovkovými systémami výrazne líši a nesmie sa považovať za konštantnú hodnotu.

Výber motora a servopohonu musí brať do úvahy nepretržité pracovné cykly, podmienky častého spustenia{0}}zastavenia a vplyvy špičkového zaťaženia.

Viac{0}}kolesové systémy musia zabezpečiť dostatočnú kontaktnú silu so zemou, aby sa zabránilo preklzávaniu kolies a odchýlke polohy.

Záver

Návrh systému pohonu AGV nie je jednoduchý výber motora, ale komplexný inžiniersky proces zahŕňajúci dynamiku vozidla, mechanickú prevodovku, elektrické ovládanie a integráciu systému.

Od modelovania odporu a výpočtu trakčnej sily až po výber servomotora, konfiguráciu prevodovky, prispôsobenie servopohonu a konštrukciu hnacieho kolesa, každý parameter priamo ovplyvňuje výkon systému a prevádzkovú spoľahlivosť.