Előszó
Az előadás egyAutomatizált irányított jármű (AGV)vagy egyAutonóm mobil robot (AMR)nagyban meghatározza a hajtásrendszerének kialakítása. Az integrált hajtásrendszer négy kulcselemből áll: aAGV hajtókerék, alacsony feszültségű szervo motor, sebességváltó reduktor, ésszervo hajtás. Ezek együttesen határozzák meg a jármű tapadását, gyorsulását, mászási képességét, a pozicionálás pontosságát, a mozgás stabilitását és a hosszú távú működési megbízhatóságot-.
A gyakorlati mérnöki gyakorlatban sok hajtásrendszeri problémát nem az elégtelen motorteljesítmény okoz, hanem a hiányos járműdinamikai számítások. Ha kizárólag a hasznos teher alapján választja ki a motort, miközben figyelmen kívül hagyja a gördülési ellenállást, a lejtős ellenállást, a gyorsulási tehetetlenséget és a kerék{1}}talajtapadást, gyakran rossz indítási teljesítményhez, motor túlterheléshez, kerekek megcsúszásához és csökkentett működési hatékonysághoz vezet.
A Plutools Kína egyik vezető mobil robot-meghajtórendszer-gyártójafejlesztésére és gyártására szakosodottAGV hajtókerekek, kormánymeghajtó kerekek, differenciálmű hajtókerekek, alacsony feszültségű szervomotorok, szervohajtások és integrált hajtási megoldások AGV-khoz és AMR-ekhez. Kiterjedt mérnöki tapasztalatra és a dokumentumban bemutatott elvekre támaszkodvaMechanikai tervezési kézikönyv, ez az útmutató elmagyarázza az AGV hajtásrendszer kiválasztásának teljes dinamikus számítási folyamatát, gyakorlati referenciákat biztosítva a nagy teljesítményű{0}}mobil robothajtásrendszereket tervező mérnökök számára.
1. AGV járművek vezetési ellenállásának elemzése
Az alatti sebességgel üzemelő ipari AGV-ekhez1 m/s, az aerodinamikai légellenállás általában figyelmen kívül hagyható. A hajtásrendszernek elsősorban háromféle ellenállást kell leküzdenie:
Gördülési ellenállás
Lejtős ellenállás
Gyorsulási ellenállás
A hajtóerőnek meg kell felelnie:
Fdrive Nagyobb vagy egyenlő, mint Ff + Fθ + Fa
Ahol:
| Szimbólum | Leírás | Egység |
|---|---|---|
| Fdrive | Teljes vonóerő | N |
| Ff | Gördülési ellenállás | N |
| Fθ | Lejtős ellenállás | N |
| Fa | Gyorsulási ellenállás | N |
Az AGV csak akkor tud zökkenőmentesen elindulni, stabilan működni, és biztonságosan mászni a lejtőn, ha a rendelkezésre álló vonóerő meghaladja a teljes menetellenállást.
2. Gördülési ellenállás számítása
A gördülési ellenállást a kerék és a padlófelület közötti rugalmas deformáció generálja, így ez a legalapvetőbb ellenállás az AGV működése során.
Képlet
Ff=(f × G) / r
Ahol:
| Paraméter | Leírás | Egység |
|---|---|---|
| Ff | Gördülési ellenállás | N |
| f | Gördülési ellenállási együttható | m |
| G | A jármű tömege | N |
| r | A meghajtó kerék sugara | m |
Tipikus mérnöki értékek
| Kerék és padló állapota | Ajánlott érték |
|---|---|
| Poliuretán kerék + epoxi padló | 0.0018–0.0025 |
| Acél kerék | 0.0010–0.0015 |
Mérnöki tipp
Egyes műszaki hivatkozások a gördülési ellenállási együtthatót ebben fejezik kicentiméter (cm)helyettméter (m). Számítás előtt mindig alakítsa át a mértékegységet, hogy elkerülje a 100-szorosnál nagyobb hibákat.
3. Lejtési ellenállás számítása
Az ipari AGV-ket jellemzően kb2%.
Kisebb lejtőkhöz:
sinθ ≈ tanθ ≈ meredekség arány
Ezért:
Fθ = 0.02 × G
Példa
500 kg-os AGV esetén:
A jármű tömege:
G = 500 × 9.81 = 4905 N
Lejtős ellenállás:
Fθ = 98.1 N
Meredekebb lejtők esetén a tényleges trigonometrikus függvényeket kell használni a pontosabb számításokhoz.
4. Gyorsulási ellenállás számítása
A gyakori gyorsítás és lassítás tehetetlenségi terheléseket generál, amelyeket figyelembe kell venni a hajtásrendszer tervezése során.
Newton második törvénye szerint:
Fa=M × a
Ahol:
| Paraméter | Leírás |
|---|---|
| M | A jármű tömege (kg) |
| a | Gyorsulás (m/s²) |
Ajánlott értékek
| Alkalmazás | Ajánlott gyorsulás |
|---|---|
| Szabványos logisztikai AGV | 0.5 m/s² |
| Együttműködő mobil robot | 0.2–0.3 m/s² |
Az alacsonyabb gyorsulás csökkenti a csúcsterhelést, és javítja a hajtásrendszer hosszú távú -megbízhatóságát.
5. Példa a jármű ellenállásának kiszámítására
Tervezési paraméterek
| Tétel | Érték |
|---|---|
| Járműtömeg | 500 kg |
| Meghajtó kerék sugara | 65 mm |
| Gördülési ellenállási együttható | 0.002 |
| Maximális lejtő | 2% |
| Gyorsulás | 0.5 m/s² |
Számítási eredmények
| Ellenállás | Eredmény |
|---|---|
| A jármű tömege | 4905 N |
| Gördülési ellenállás | 150.92 N |
| Lejtős ellenállás | 98.10 N |
| Gyorsulási Ellenállás | 250 N |
| Teljes ellenállás | 499.02 N |
Tervezési ajánlás
A hajtásrendszernek kb. minimális vonóerőt kell biztosítania499 N. A mérnöki gyakorlatban a20-50% biztonsági ráhagyásajánlott az indítási hatás, az egyenetlen padlóviszonyok és a hosszú távú mechanikai kopás ellensúlyozására.
6. A hajtott kerék kimeneti nyomatékának kiszámítása
Az AGV hajtókerék kimenő nyomatékát azután kapjuk meg, hogy a névleges motornyomatékot a sebességváltó felerősíti.
Képlet
Kerék=Tmotor × i × η
Ahol:
| Paraméter | Leírás |
|---|---|
| Kerék | A hajtókerék kimenő nyomatéka (Nm) |
| Tmotor | Névleges motornyomaték (Nm) |
| i | Áttételi arány |
| η | A sebességváltó hatékonysága |
Tipikus sebességváltó-hatékonyság
| Sebességváltó típusa | Hatékonyság |
|---|---|
| Planetáris sebességváltó | ≈0.85 |
| Csiga sebességváltó | 0.60–0.70 |
A különböző sebességváltó-típusok jelentősen eltérő átviteli hatásfokkal rendelkeznek. A nem megfelelő hatékonysági érték használata pontatlan nyomatékszámítást és helytelen motorválasztást eredményezhet.
7. A hajtókerék vonóerejének kiszámítása
A hajtókerék nyomatéka vonóerővé alakítható át a következő összefüggéssel:
F = T / r
Ahol:
F=vonóerő (N)
T=hajtókerék kimeneti nyomatéka (Nm)
r=kerék sugara (m)
Kettős{0}}hajtású AGV rendszerek esetén:
Összesen=2 × F
Több-hajtású konfigurációk esetén a teljes vonóerő az összes hajtott kerék összege.
Példa
Adott:
Motor névleges nyomatéka: 0,4 Nm
Áttétel: 30
Sebességváltó hatásfoka: 0,85
Keréksugár: 65 mm (0,065 m)
Majd:
Kimeneti nyomaték:
Kerék=0.4 × 30 × 0.85=10.2 Nm
Egy kerék vonóereje:
F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N
Ez a paraméter közvetlenül meghatározza, hogy az AGV képes-e legyőzni a rendszer teljes ellenállását.
8. Maximális működési sebesség számítása
Az AGV elméleti maximális sebességét a motor fordulatszáma és áttételi aránya határozza meg:
V = (2 × π × r × n) / i
Ahol:
V=lineáris sebesség (m/perc)
r=kerék sugara (m)
n=motorfordulatszám (rpm)
i=áttétel
Példa
Motor fordulatszám: 2500 rpm
Áttétel: 30
Keréksugár: 65 mm
V ≈ 34 m/perc (≈ 0,57 m/s)
Ha a kívánt fordulatszámot nem éri el, a motor fordulatszáma növelhető vagy az áttételi arány csökkenthető. A nyomatékot és a vonóerőt azonban ennek megfelelően újra- kell ellenőrizni.
9. Motorteljesítmény ellenőrzése
A nyomatékszámítás után a motor teljesítményét is ellenőrizni kell.
Képlet
P = (T × n) / 9550
Ahol:
P=teljesítmény (kW)
T=nyomaték (Nm)
n=sebesség (rpm)
Példa
Nyomaték: 0,4 Nm
Fordulatszám: 2500 rpm
P ≈ 0,105 kW
Mérnöki ajánlás
Nyomaték biztonsági tényező:1.2–1.5×
Teljesítmény biztonsági határ:20–50%
Ez biztosítja a megbízható működést folyamatos és csúcsterhelési{0}}körülmények között.
10. Keréktapadás és előfeszítő erő számítása
A kerekek megcsúszásának elkerülése érdekében a következő feltételnek kell teljesülnie:
μ × FN Nagyobb vagy egyenlő, mint F
Így:
FN Nagyobb vagy egyenlő, mint F / μ
Ahol:
μ=súrlódási együttható a kerék és a padló között
FN=normál előfeszítő erő
Példa
Egykerék vonóereje: 157 N
Súrlódási tényező: 0,54
Majd:
FN ≈ 291 N
A gyakorlati kivitelben a10% biztonsági ráhagyásajánlott, tehát a rugó előfeszítése kb320 Núgy van kiválasztva, hogy az idő múlásával kompenzálja a fáradtságot.
Tipikus súrlódási együtthatók
| Felületi állapot | μ |
|---|---|
| Száraz epoxi padló | 0.75 |
| Nedves beton | 0.35 |
| Száraz kavics | 0.65 |
| Száraz talaj | 0.54 |
| Nedves felület | 0.30 |
| Jég / hó | 0.25 |
11. AGV hajtásrendszer kiválasztásának eljárása
A teljes AGV hajtásrendszer tervezése általában a következő lépéseket követi:
Határozza meg a jármű paramétereit: tömeg, sebesség, gyorsulás, lejtő, kerékátmérő
Számítsa ki a gördülési, lejtős és gyorsulási ellenállást
Szerezzen teljes vezetési ellenállást
Határozza meg az egyetlen kerék vonóerejét
Számítsa ki a szükséges kimeneti nyomatékot
Válassza ki a sebességváltó áttételét
Illessze az alacsony feszültségű szervomotort
Ellenőrizze a szervo meghajtó kapacitását
Ellenőrizze a sebesség teljesítményét
Érvényesítse a kerék tapadását és az előfeszítő erőt
12. Mérnöki tervezési szempontok
Az AGV-rendszerek fejlesztése során a hajtás teljesítményét több tényező befolyásolja, nem csak a motor teljesítménye.
A legfontosabb szempontok a következők:
A gördülési ellenállási együtthatót és a súrlódási tényezőt nem szabad összetéveszteni, mivel ezek eltérő fizikai jelentést képviselnek.
A sebességváltó hatásfoka jelentősen eltér a bolygókerekes és csigahajtóművek között, ezért nem szabad állandó értékként kezelni.
A motor és a szervohajtás kiválasztásánál figyelembe kell venni a folyamatos munkaciklusokat, a gyakori indítási{0}}leállási feltételeket és a csúcsterhelési hatásokat.
A többkerekes rendszereknek elegendő talajérintkezési erőt kell biztosítaniuk, hogy megakadályozzák a kerék megcsúszását és a pozicionálási eltéréseket.
Következtetés
Az AGV hajtásrendszer tervezése nem egyszerűen motorválasztás, hanem egy átfogó mérnöki folyamat, amely magában foglalja a jármű dinamikáját, mechanikus sebességváltóját, elektromos vezérlését és rendszerintegrációját.
Az ellenállás modellezésétől és a vonóerő számításától a szervomotor kiválasztásáig, a sebességváltó konfigurációig, a szervohajtás illesztéséig és a hajtókerék-tervezésig minden paraméter közvetlenül befolyásolja a rendszer teljesítményét és működési megbízhatóságát.
