Úvod

Ťažné AGV sú široko používané v inteligentných výrobných a skladových logistických systémoch. Jedna z hlavných výziev pri ich návrhu spočíva v tom, či trakčná schopnosť hnacieho systému zodpovedá celkovému zaťaženiu vozidla a či sa počas rozbehu a akcelerácie nevyskytuje nedostatočný krútiaci moment.

V praktických inžinierskych aplikáciách sa mnoho prispôsobených návrhov AGV stále vo veľkej miere spolieha na empirické metódy výberu motora, pričom ako referencie sa používa iba výkon motora alebo menovitý krútiaci moment. To často vedie k nasledujúcim problémom:

Preťaženie motora počas štartovania

Nedostatočná trakcia spôsobuje nesprávne ťahanie vozíkov

Pomalá odozva zrýchlenia

Nadmerný vplyv alebo zlyhanie vyrovnávacích štruktúr

Preto je potrebné vytvoriť jednotnú modelovaciu a výpočtovú metódu pre zaťaženie pohonu, zrýchlenie a systémy tlmenia pružiny založené na princípoch klasickej mechaniky.

2. Definícia zaťaženia systému AGV

Základom výpočtu výkonu ťažného AGV je celková hmotnosť systému:

M=m_AGV + m_load

kde:

m_AGV: Vlastná hmotnosť AGV-

m_load: Ťahaný vozík alebo hmotnosť užitočného zaťaženia

M: Celková hmotnosť systému

Celkové gravitačné zaťaženie vozidla je:

W = M × g

Kde g=9.8 m/s².

3. Analýza jazdného odporu (základ návrhu jadra)

Pri priamom horizontálnom pohybe primárne odpory pôsobiace na AGV pozostávajú z valivého odporu a zotrvačného odporu zrýchlenia.

3.1 Valivý odpor (primárny stály-odpor stavu)

Valivý odpor vzniká deformáciou medzi kolesom a povrchom kontaktu so zemou:

Ff=f × M × g

Kde f je koeficient valivého odporu, typicky v rozsahu od 0,03 do 0,06.

Treba poznamenať, že pri otáčaní alebo nerovnom povrchu podlahy sa tento odpor zvyčajne zvyšuje o 5% až 10%. Preto musí byť v inžinierskych aplikáciách vyhradená dostatočná konštrukčná rezerva, aby sa predišlo nedostatočnému výkonu pri prejazde zákrutami.

3.2 Odpor vzduchu (zanedbateľný pri nízkej rýchlosti)

Vo vnútorných systémoch AGV je prevádzková rýchlosť vo všeobecnosti nízka, takže odpor vzduchu má minimálny vplyv:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

Vo väčšine inžinierskych výpočtov sa tento termín zvyčajne zanedbáva.

3.3 Zotrvačný odpor zrýchlenia (kritický počas spúšťania)

Počas štartovania alebo zrýchlenia musí AGV prekonať zotrvačnosť celej hmoty systému:

Fj=M × a

Ak sa vezme do úvahy rotačná zotrvačnosť motorov, reduktorov a iných rotujúcich komponentov, rovnica sa môže rozšíriť takto:

Fj=M × a + Σ(Ji × alfa_i / ri)

V praktickom inžinierskom dizajne sa však bežne používa zjednodušený model:

Fj ≈ M × a

3.4 Celková požadovaná hnacia sila

Celková ťažná sila potrebná na prevádzku AGV je preto:

F_total=M × a + f × M × g

Táto rovnica slúži ako základ pre výber pohonného systému.

4. Vzťah medzi silou hnacieho kolesa a krútiacim momentom

Hnacie koleso je kľúčovým komponentom zodpovedným za premenu krútiaceho momentu motora na trakčnú silu.

4.1 Základný mechanický vzťah

F = T / r

kde:

F: Pozemná trakčná sila

T: Výstupný krútiaci moment hnacieho kolesa

r: Polomer hnacieho kolesa

Je vidieť, že menší polomer kolesa generuje väčšiu trakčnú silu za rovnakých podmienok krútiaceho momentu, čo je dôležitý optimalizačný smer v dizajne ľahkého AGV.

4.2 Viac-systémy hnacích kolies

Pre systém s n hnacími kolesami:

T_total=n × T_wheel

Vzhľadom na účinnosť prevodovky a redukciu prevodovky:

T_wheel=(T_motor × i × eta) / n

kde:

i: Prevodový pomer

eta: Účinnosť prenosu (zvyčajne 0,9–0,95)

5. Overenie zrýchlenia a krútiaceho momentu motora

Konštrukcia AGV by mala nielen určiť, či sa vozidlo môže pohybovať, ale aj overiť, či môže dosiahnuť cieľový výkon zrýchlenia.

5.1 Vzorec zrýchlenia

Nahradenie hnacej sily do druhého Newtonovho zákona:

a=(F_total - f × M × g) / M

Ďalej rozšírené:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

Tento vzorec sa používa na vyhodnotenie skutočnej akceleračnej schopnosti systému.

5.2 Požiadavka na štartovací moment

Spúšťacia fáza je najkritickejšia, pretože systém musí súčasne prekonať statické trenie a zotrvačnosť:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 Ustálený-krútiaci moment

Pri prevádzke s konštantnou{0}}rýchlosťou je potrebné prekonať iba valivý odpor:

T_steady=(f × M × g × r) / n

6. Analýza technického príkladu (opravený výpočet)

Ako príklad uvedieme typický prevádzkový stav AGV:

M=100 kg

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

Cieľové zrýchlenie:

a = 0.5 m/s²

6.1 Valivý odpor

Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 N

6.2 Celková hnacia sila

F_total=M × a + f × M × g

F_total=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 Požiadavka na krútiaci moment jedného kolesa

T=(F_total × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

Inžiniersky záver

Vyššie uvedený výsledok ukazuje, že:

Návrh energetického systému AGV musí byť založený na skutočných cieľoch zrýchlenia

Výber motora sa nemôže spoliehať len na výkon motora alebo menovitý krútiaci moment

V opačnom prípade môžu nastať situácie, keď sa návrh zdá teoreticky realizovateľný, ale v reálnych prevádzkových podmienkach zlyhá

7. Návrh výberu pružín nárazníka

Počas pristávania alebo procesov proti{0}}kolízii vyžadujú ťahanie AGV pružinové systémy, ktoré absorbujú energiu nárazu.

7.1 Základný model (Hookeov zákon)

F = k × x

kde:

k: Tuhosť pružiny

x: Kompresný výtlak

7.2 Viacnásobný-návrh rozloženia zaťaženia pružinou

Ak systém používa n_s pružiny:

Zaťaženie jednej pružiny:

F_spring=(M × g) / n_s

Dizajn tuhosti pružiny:

k=F_jar / x

7.3 Zásady návrhu

Základným princípom konštrukcie pružinového systému nie je „čím tuhšie, tým lepšie“, ale skôr:

Záťaž musí byť rovnomerne rozložená

Musí byť zaručený dostatočný kompresný zdvih

Musí sa zabrániť prenosu tuhého nárazu na konštrukciu vozidla

8. Zhrnutie návrhu jadra

Konštrukcia ťažných systémov AGV musí spĺňať nasledujúce zásady:

Dizajn hnacieho systému je v podstate rovnováhou medzi trakčnou silou, odporom a zotrvačnosťou

Polomer kolesa r, krútiaci moment motora a redukčný pomer spoločne určujú výkon systému

Zrýchlenie musí byť zahrnuté ako cieľ návrhu a nie iba ako výsledok overenia

Výkon nemôže nahradiť analýzu krútiaceho momentu

Nárazníkové systémy musia byť konštrukčne navrhnuté na základe celkového rozloženia zaťaženia