З трансформацією та модернізацією виробництва та швидким розвитком інтелектуальної логістики застосування AGV (автоматизованих керованих транспортних засобів) швидко розширилося від традиційних складів з контрольованим середовищем до все більш складних сценаріїв, таких як виробничі цехи, портові термінали та зони огляду на відкритому повітрі. Розширення сценаріїв застосування та часті переходи між середовищами, особливо робота-на-зовні, накладають значно вищі вимоги до адаптивності AGV до навколишнього середовища. Серед цих факторів особливо важливим є адаптація дорожнього покриття.
Будучи основною механічною структурою, яка забезпечує плавний рух транспортного засобу, надійну опору навантаження та тривалий термін служби приводу, раціональна конструкція та вибір-амортизуючих плаваючих структур відіграють вирішальну роль. Щоб відповідати різним компонуванням шасі та вимогам до навантаження, були розроблені різні типи конструкцій плаваючої підвіски. У цій статті систематично розглядаються поширені амортизаційні-плавучі конструкції AGV, аналізуються їхні робочі механізми, конструктивні обмеження та робочі характеристики, а також надаються теоретичні посилання та практичні вказівки щодо проектування та вибору системи підвіски.
1. Основні функції плаваючих-конструкцій, що поглинають удари
Основна мета амортизаційної плаваючої конструкції — забезпечити стабільну роботу AGV на нерівних і складних дорожніх поверхнях. Ця мета досягається за допомогою трьох тісно пов’язаних механізмів.
(1) Забезпечення скоординованого контакту колісної системи з землею
У багато{0}}конфігураціях AGV, якщо ведуче колесо встановлено в більш виступаючому положенні, ніж допоміжні колеса, щоб гарантувати зчеплення, допоміжні колеса можуть втратити контакт із землею. Це призводить до надмірної концентрації навантаження на привід, зменшуючи ефективну вантажопідйомність і суттєво впливаючи на стабільність руху.
Завдяки пружній свободі завдяки пружинам підвіски плаваюча-структура, що поглинає удари, дозволяє приводу рухатися вертикально. Під власною-вагою AGV ведуче колесо може бути притиснуте назад на ту саму висоту, що й допоміжні колеса, дозволяючи всім колесам торкатися землі одночасно. Це забезпечує достатню тягу для ведучого колеса, дозволяючи допоміжним колесам розподіляти частину навантаження, що призводить до оптимізованого розподілу навантаження по транспортному засобу.
(2) Адаптація до нерівностей дороги та перешкод
Під час руху на нерівних дорожніх покриттях без амортизації ведуче колесо може втратити зчеплення в западинах або бути жорстко піднято перешкодами, викликаючи вібрацію автомобіля, відхилення або нестабільність. З плаваючою підвіскою пружина дозволяє ведучому колесу постійно слідувати профілю дорожнього покриття.
При зустрічі з виступом стиснення пружини не дозволяє приводу жорстко підняти весь автомобіль. Під час проходження над западиною відновлювальна сила пружини штовхає ведуче колесо вниз, щоб підтримувати контакт із землею. Це забезпечує безперервне зчеплення з дорогою та стабільну поведінку за різних дорожніх умов.
(3) Амортизація ударних навантажень і захист приводу
Нерівності дороги та перешкоди створюють короткочасні ударні навантаження, які передаються безпосередньо на двигун, коробку передач, підшипники та інші важливі компоненти. З часом ці навантаження прискорюють знос і вихід з ладу.
Пружина підвіски поглинає та буферизує енергію удару через пружну деформацію, перетворюючи раптові ударні навантаження в енергію пружності, що поступово вивільняється. Це значно зменшує пікові навантаження, що передаються на привід, подовжуючи термін служби компонентів і знижуючи витрати на технічне обслуговування.
2. Обмеження проектування та математичне моделювання (звичайний-текстовий формат)
Щоб надійно досягти вищевказаних функцій, -амортизаційні плаваючі конструкції мають відповідати ряду механічних обмежень. Основною змінною конструкції є точне узгодження жорсткості пружини k. На основі трьох типових робочих умов-рівна поверхня, западини та виступи-ключові конструктивні зв’язки встановлюються нижче за допомогою інженерних-зручних-текстових виразів.
Визначення ключових параметрів
k : жорсткість однієї пружини підвіски
лямбда: висота виступу ведучого колеса відносно допоміжних коліс
дельта : нерівності дорожнього покриття (вибоїна=+дельта, западина=-дельта)
Delta: попереднє натяг пружини
n : кількість пружин на привід
G: загальна вага AGV при повному навантаженні
mu1 : коефіцієнт тертя між ведучим колесом і землею
mu2 : коефіцієнт опору коченню AGV
Fmax1 , Fmax1_limit : номінальне та граничне навантаження ведучого колеса
Fmax2, Fmax2_limit: номінальне та граничне навантаження допоміжних коліс
(1) Рівна земля (базовий випадок)
Це найпоширеніший робочий стан. Усі колеса повинні підтримувати контакт із землею, навантаження повинні залишатися в номінальних межах, а ведучі колеса повинні уникати пробуксовки.
Нормальне навантаження ведучого колеса:
FN1=(дельта + лямбда) * n * k
Обмеження навантаження на ведуче колесо:
FN1<= Fmax1
Навантаження на допоміжне колесо FN2 має задовольняти:
FN2<= Fmax2
(Примітка: FN2 виходить із статичної рівноваги сил колісної системи як функції FN1 і загальної ваги автомобіля G.)
Стан проти-ковзання:
FN1 * mu1 > G * mu2
(2) Поганий стан дороги
У западині дороги пружина розтягується далі, зменшуючи навантаження на ведуче колесо та збільшуючи навантаження на допоміжне колесо. Щоб запобігти втраті контакту ведучого колеса, має бути виконана така геометрична умова:
лямбда > дельта
Нормальне навантаження ведучого колеса:
FN1_depressed=(дельта + лямбда - дельта) * n * k
Обмеження навантаження (коротко-дозволені обмеження):
FN1_depressed<= Fmax1_limit
FN2_depressed<= Fmax2_limit
Стан проти-ковзання:
FN1_depressed * mu1 > G * mu2
(3) Стан дороги, що виступає
Коли AGV стикається з виступом, пружина ще більше стискається, і навантаження на ведуче колесо досягає максимального значення. Сила пружини не повинна піднімати весь автомобіль і спричиняти втрату контакту допоміжними колесами.
Нормальне навантаження ведучого колеса:
FN1_bump=(Дельта + лямбда + дельта) * n * k
Загальна основа-обмеження контакту
(для типової чотири{0}}конфігурації AGV):
2 * FN1_bump < G
Обмеження навантаження (коротко-дозволене обмеження):
FN1_bump<= Fmax1_limit
(4) Комплексне визначення діапазону жорсткості
Поєднуючи всі обмеження нерівності від рівних, пологих і виступаючих доріг, можна отримати можливий діапазон для жорсткості пружини k.
У цьому можливому діапазоні слід вибрати відповідні значення Delta попереднього натягу пружини та лямбда виступу ведучого колеса.
В інженерній практиці зазвичай прийнято наступне правило:
лямбда=(від 1,5 до 2,0) * дельта
Це забезпечує достатній запас міцності на нерівності дорожнього покриття.
3. Поширені типи плаваючих конструкцій, що поглинають удар-AGV
(1) Шарнірний тип гойдалки
Блок приводу з’єднаний із шасі через шарнірне з’єднання та може обертатися під дією відновлюючого моменту-пружини. Ця структура забезпечує механічне посилення, дозволяючи відносно невеликій силі пружини створювати велику силу контакту з землею. Однак залежність між плаваючим ходом і стисненням пружини нелінійна.
Незважаючи на те, що здатність до адаптації висока, існують відмінності в навантаженні в обох напрямках. Під час руху в гору навантаження на ведуче колесо значно зростає, що вимагає ретельної перевірки міцності конструкції. Цей тип широко використовується у важких-автомобілях AGV, де достатньо місця для встановлення.
(2) Тип вертикальної направляючої колони
Привід плаває вертикально вздовж лінійних напрямних колон або направляючих втулок, а пружини стиснення забезпечують амортизацію. Конструкція компактна,-рентабельна та проста в обслуговуванні.
Важливою вимогою до конструкції є те, що напрямні колони мають бути розташовані симетрично та центровано відносно точки-контакту колеса з землею. Неправильне центрування може створити додаткові моменти, що призведе до заклинювання або надмірного зносу. Цей тип підходить для легких- та середніх-навантажень AGV із суворими обмеженнями по висоті.
(3) Тип-ножиць
Плаваючий рух реалізується за допомогою механізму з’єднання ножиць і часто інтегрується з диференціальними модулями рульового керування, щоб заощадити простір для встановлення. Однак, коли ліве та праве ведучі колеса стикаються з різною висотою дороги, конструкції бракує само-адаптивності та може призвести до діагонального підйому шасі.
Цей тип в основному використовується в конкретних інтегрованих модулях приводу диференціального рульового керування та забезпечує відносно погану адаптованість до загальних нерівних дорожніх поверхонь.
(4) Тип поворотної-вісь
Два колеса жорстко закріплені на одній осі, яка може обертатися навколо центрального шарніра. Нерівності на дорозі вирівнюються шляхом повороту всієї осі, фактично розглядаючи два колеса як єдине віртуальне велике колесо.
У багато-колісних системах кілька поворотних осей можна об’єднати, щоб зменшити колісну систему до еквівалентної три-точкової конфігурації контакту з землею, що принципово вирішує проблеми з-заземлення. Ця конструкція є простою та міцною, що робить її дуже придатною для багато-колісних, важких-навантажень і зовнішніх AGV.
(5) Чотири-типи з’єднання
Базуючись на принципі паралелограмного з’єднання, структура з чотирма-зв’язками дозволяє вертикально плавати, зберігаючи постійну орієнтацію приводу. У порівнянні з шарнірними типами гойдалок сили залишаються колінеарними, усуваючи торсійні навантаження під час плаваючого руху.
Незважаючи на те, що конструкція є складнішою та займає-простір, ця конструкція забезпечує чудову стабільність і добре підходить для важких-автомобільних машин із строгими вимогами до положення коліс, таких як автонавантажувачі-типу з вертикальними ведучими колесами.
4. Посібник із порівняння та вибору для -поглинаючих плаваючих конструкцій
Порівняння поширених типів плаваючих структур
| Тип структури | Дорожня адаптованість | Вимоги до простору | Основні переваги | Обмеження | Типові програми |
|---|---|---|---|---|---|
| Шарнірний тип гойдалки | Чудово | Середній | Високий механічний коефіцієнт посилення, сильна адаптивність, зріла технологія | Двостороння різниця навантажень; потенційне торсійне навантаження на привід | Посилені-кермові ведучі колеса; планування з достатньою площею |
| Тип колонки вертикальної напрямної | добре | Маленький | Компактна структура, низька вартість, легке обслуговування | Висока чутливість до вирівнювання напрямної колони; ризик заклинювання | AGV від- до середнього-навантаження; програми із суворими обмеженнями по висоті |
| Ножиці-Тип посилання | Відносно бідно | Великий | Легка інтеграція з диференціальними модулями рульового керування | Погана пристосованість до нерівних умов ліворуч-праворуч; зайнятість великого простору | Інтегровані диференціальні блоки рульового керування |
| Поворотний-Тип осі | Відмінно (багато-колесо) | Великий | Простий і надійний принцип; сильна багато{0}}контактна здатність до-колеса | Об’ємна конструкція; великі вимоги до вертикального та бічного простору | Багатоколесні-важкі-автомобілі поза приміщенням; будівельна техніка типу АГВ |
| Чотири-типи з’єднання | Чудово | Від середнього до великого | Постійне положення колеса під час плавання; відсутність додаткового навантаження на кручення; стабільна продуктивність | Більш складна структура; більш висока вартість | Високоточні-важкі-навантажувачі AGV; застосування з суворими вимогами до положення коліс |
Вибір рекомендацій Резюме
Схема приводу диференціала:
Якщо основними цілями є компактна конструкція та низька вартість, підходящим вибором є вертикальна напрямна колона. Якщо необхідна інтеграція з кермом і простір для встановлення дозволяє, можна розглянути тип -ножиць. Для застосувань із високими вимогами до адаптації до дороги та точності руху рекомендується шарнірний тип гойдання або чотири-зв’язки.
Схема рульового приводу:
Конструкції вертикальних напрямних колон широко використовуються в системах із - та середнім-навантаженням. У сценаріях великого-навантаження шарнірний тип гойдалки є основним рішенням. Для AGV-типу вилкових навантажувачів, де потрібне чітке вертикальне центрування ведучого колеса, чотири-тип навіски має очевидні переваги.
Спеціальні-важкі-колеса або розміщення на відкритому повітрі:
Тип-поворотної осі або комбінація кількох поворотних осей є одним із найефективніших рішень для забезпечення надійного контакту з землею на складній і нерівній місцевості.
5. Висновок
Плаваючі -конструкції, що поглинають удари, утворюють важливий зв’язок між AGV і землею. Їх продуктивність безпосередньо визначає експлуатаційні можливості та надійність автомобіля в складних умовах. Основа конструкції підвіски полягає в точному узгодженні параметрів пружини з конкретними умовами експлуатації-включно з профілями доріг, рівнями навантаження та швидкістю транспортного засобу-одночасно задовольняючи численні обмеження, такі як-контакт кількох{5}}коліс із землею, баланс навантаження, проти-пробуксовування та буфер удару.
Наразі шарнірні конструкції поворотних і вертикальних напрямних колон домінують як у диференціальних-приводах, так і в-кермових AGV завдяки їхнім відповідним перевагам. Чотири-зв’язні конструкції демонструють надзвичайну продуктивність у-важких-застосуваннях, а поворотні-осьові конструкції забезпечують унікальні й ефективні рішення для багато{7}}важких-автомобілів поза приміщеннями.
У майбутньому, оскільки сценарії застосування AGV продовжують розширюватися та поглиблюватися, очікується, що технології активної та напіва{0}}активної підвіски, а також інтелектуальні адаптивні системи підвіски, інтегровані з системою сприйняття дороги, стануть ключовими напрямками розвитку для задоволення вищих вимог до динамічних характеристик і більш екстремальних умов експлуатації.
