вступ

Буксирні AGV широко використовуються в інтелектуальних виробничих і складських логістичних системах. Одна з головних проблем у їхньому проектуванні полягає в тому, чи відповідає тягова здатність системи приводу загальному навантаженню транспортного засобу та чи виникає недостатній крутний момент під час запуску та прискорення.

У практичних інженерних застосуваннях багато індивідуальних конструкцій AGV все ще значною мірою покладаються на емпіричні методи вибору двигуна, використовуючи лише потужність двигуна або номінальний крутний момент як еталонні. Це часто призводить до наступних проблем:

Перевантаження двигуна під час запуску

Недостатнє зчеплення спричиняє нездатність буксирувати візки належним чином

Повільна реакція на прискорення

Надмірний вплив або несправність буферних структур

Таким чином, необхідно створити уніфікований метод моделювання та розрахунку для систем навантаження приводу, опору прискоренню та пружинних буферів на основі принципів класичної механіки.

2. Визначення навантаження системи AGV

Основою розрахунку потужності буксирування АГВ є загальна маса системи:

M=m_AGV + m_навантаження

Де:

m_AGV: власна-вага AGV

m_load: буксирований візок або маса корисного вантажу

M: Загальна маса системи

Загальне гравітаційне навантаження автомобіля становить:

W = M × g

Де g=9.8 м/с².

3. Аналіз опору водіння (основа основного дизайну)

Під час прямолінійного горизонтального руху основний опір, що діє на AGV, складається з опору коченню та інерційного опору прискорення.

3.1 Опір коченню (первинний стійкий опір-стану)

Опір коченню створюється деформацією між колесом і поверхнею контакту з землею:

Ff=f × M × g

Де f — коефіцієнт опору коченню, зазвичай коливається від 0,03 до 0,06.

Слід зазначити, що в умовах повороту або нерівних поверхонь підлоги цей опір зазвичай збільшується на 5%–10%. Тому в інженерних додатках має бути зарезервований достатній розрахунковий запас, щоб уникнути недостатньої потужності під час поворотів.

3.2 Опір повітря (незначний на низькій швидкості)

У внутрішніх системах AGV робоча швидкість, як правило, низька, тому опір повітря має мінімальний вплив:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

У більшості інженерних розрахунків цим терміном зазвичай нехтують.

3.3 Інерційний опір прискорення (критичний під час запуску)

Під час запуску або розгону AGV повинен подолати інерцію всієї маси системи:

Fj=M × a

Якщо врахувати інерцію обертання двигунів, редукторів та інших обертових компонентів, рівняння можна розкласти так:

Fj=M × a + Σ(Ji × alpha_i / ri)

Однак у практичному інженерному проектуванні зазвичай приймається спрощена модель:

Fj ≈ M × a

3.4 Загальна необхідна рушійна сила

Таким чином, загальна сила тяги, необхідна для роботи AGV, становить:

F_загальний=M × a + f × M × g

Це рівняння служить основною основою для вибору системи приводу.

4. Зв’язок між силою ведучого колеса та крутним моментом

Ведуче колесо є ключовим компонентом, відповідальним за перетворення крутного моменту двигуна в тягову силу з землею.

4.1 Основна механічна залежність

F = T / r

Де:

F: сила тяги землі

T: вихідний момент ведучого колеса

r: радіус ведучого колеса

Можна побачити, що менший радіус колеса створює більшу тягову силу за тих самих умов крутного моменту, що є важливим напрямком оптимізації в легкій конструкції AGV.

4.2 Багато-системи приводних коліс

Для системи з n ведучими колесами:

T_total=n × T_wheel

Враховуючи ефективність трансмісії та зниження коробки передач:

T_wheel=(T_motor × i × eta) / n

Де:

i: передавальне число

eta: ефективність передачі (зазвичай 0,9–0,95)

5. Перевірка прискорення та крутного моменту двигуна

Конструкція AGV повинна не тільки визначати, чи може транспортний засіб рухатися, але й перевіряти, чи може він досягти цільової продуктивності прискорення.

5.1 Формула прискорення

Підставляючи рушійну силу в другий закон Ньютона:

a=(F_total - f × M × g) / M

Додатково розширено:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

Ця формула використовується для оцінки фактичної здатності системи до прискорення.

5.2 Вимоги до пускового моменту

Фаза запуску є найбільш критичною, оскільки система повинна одночасно долати статичне тертя та інерцію:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 Стаціонарний-крутний момент

При постійній -швидкості потрібно подолати лише опір коченню:

T_steady=(f × M × g × r) / n

6. Інженерний приклад аналізу (виправлений розрахунок)

Розглянемо типовий робочий стан AGV як приклад:

M=100 кг

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

Цільове прискорення:

a = 0.5 m/s²

6.1 Опір коченню

Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 пн

6.2 Загальна рушійна сила

F_загальний=M × a + f × M × g

F_total=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 Вимоги до крутного моменту одного колеса

T=(F_total × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

Інженерний висновок

Наведений вище результат демонструє, що:

Проект енергетичної системи AGV повинен ґрунтуватися на фактичних цілях прискорення

Вибір двигуна не може покладатися виключно на потужність двигуна або номінальний крутний момент

В іншому випадку можуть виникнути ситуації, коли проект здається теоретично здійсненним, але зазнає невдачі в реальних умовах експлуатації

7. Конструкція вибору пружини буфера

Під час стикування або запобігання-зіткненням для буксирування AGV потрібні пружинні системи для поглинання енергії удару.

7.1 Базова модель (закон Гука)

F = k × x

Де:

k: Жорсткість пружини

x: компресійне зміщення

7.2 Багато-схема розподілу пружинного навантаження

Якщо система використовує n_s пружин:

Одинарне пружинне навантаження:

F_пружина=(M × g) / n_s

Конструкція жорсткості пружини:

k=F_пружина / x

7.3 Принципи проектування

Основним принципом конструкції пружинної системи є не «чим жорсткіше, тим краще», а скоріше:

Навантаження необхідно розподілити рівномірно

Має бути забезпечений достатній хід стиснення

Необхідно уникати передачі жорсткого удару на конструкцію автомобіля

8. Резюме основного дизайну

Конструкція буксирувальних систем живлення AGV повинна відповідати наступним принципам:

Конструкція системи приводу — це, по суті, баланс між силою тяги, опором та інерцією

Радіус колеса r, крутний момент двигуна та передавальне число разом визначають продуктивність системи

Прискорення має бути включене як мета проекту, а не просто як результат перевірки

Потужність не може замінити аналіз крутного моменту

Буферні системи повинні бути конструктивно розроблені з урахуванням загального розподілу навантаження