Uvod

Vučni AGV se široko koriste u inteligentnim proizvodnim i skladišnim logističkim sistemima. Jedan od ključnih izazova u njihovom dizajnu leži u tome da li vučna sposobnost pogonskog sistema odgovara ukupnom opterećenju vozila i da li se javlja nedovoljan obrtni moment tokom pokretanja i ubrzanja.

U praktičnim inženjerskim aplikacijama, mnogi prilagođeni AGV dizajni se još uvijek u velikoj mjeri oslanjaju na empirijske metode odabira motora, koristeći samo snagu motora ili nominalni moment kao reference. To često dovodi do sljedećih problema:

Preopterećenje motora tokom pokretanja

Nedovoljna vuča što uzrokuje neispravnu vuču kolica

Sporo odziv na ubrzanje

Prekomjeran utjecaj ili kvar puferskih struktura

Zbog toga je neophodno uspostaviti jedinstvenu metodu modeliranja i proračuna pogonskog opterećenja, otpora ubrzanju i sistema za odbojavanje opruge na principima klasične mehanike.

2. Definicija opterećenja AGV sistema

Osnova proračuna vučne AGV snage je ukupna masa sistema:

M=m_AGV + m_load

gdje:

m_AGV: AGV vlastita-težina

m_load: Tegljena kolica ili masa korisnog tereta

M: Ukupna masa sistema

Ukupno gravitaciono opterećenje vozila je:

W = M × g

Gdje je g=9.8 m/s².

3. Analiza otpora vožnje (osnova dizajna jezgre)

Tokom ravnog horizontalnog kretanja, primarni otpori koji djeluju na AGV sastoje se od otpora kotrljanja i inercijskog otpora ubrzanja.

3.1 Otpor kotrljanja (primarno stabilno-otpor)

Otpor kotrljanja nastaje deformacijom između točka i površine kontakta sa tlom:

Ff=f × M × g

Gdje je f koeficijent otpora kotrljanja, obično u rasponu od 0,03 do 0,06.

Treba napomenuti da se u uvjetima okretanja ili neravnih podnih površina ovaj otpor obično povećava za 5%-10%. Stoga se u inženjerskim aplikacijama mora rezervirati dovoljna dizajnerska margina kako bi se izbjegla nedovoljna snaga tokom skretanja.

3.2 Otpor zraka (zanemarljiv pri maloj brzini)

U unutrašnjim AGV sistemima, radna brzina je uglavnom niska, tako da otpor vazduha ima minimalan uticaj:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

U većini inženjerskih proračuna ovaj termin se obično zanemaruje.

3.3 Inercijalni otpor ubrzanja (kritičan tijekom pokretanja)

Tokom pokretanja ili ubrzanja, AGV mora savladati inerciju cjelokupne mase sistema:

Fj=M × a

Ako se uzme u obzir inercija rotacije motora, reduktora i drugih rotirajućih komponenti, jednadžba se može proširiti na sljedeći način:

Fj=M × a + Σ(Ji × alpha_i / ri)

Međutim, u praktičnom inženjerskom dizajnu, pojednostavljeni model se obično usvaja:

Fj ≈ M × a

3.4 Ukupna potrebna pogonska snaga

Dakle, ukupna vučna sila potrebna za AGV rad je:

F_ukupno=M × a + f × M × g

Ova jednačina služi kao osnovna osnova za odabir pogonskog sistema.

4. Odnos između sile pogonskog točka i obrtnog momenta

Pogonski točak je ključna komponenta odgovorna za pretvaranje obrtnog momenta motora u vučnu silu tla.

4.1 Osnovni mehanički odnos

F = T / r

gdje:

F: Vučna sila tla

T: Izlazni moment pogonskog točka

r: Radijus pogonskog točka

Može se vidjeti da manji radijus kotača stvara veću vučnu silu pod istim uvjetima okretnog momenta, što je važan smjer optimizacije u laganom AGV dizajnu.

4.2 Više-Sistemi pogonskih točkova

Za sistem sa n pogonskih točkova:

T_ukupno=n × T_točak

Uzimajući u obzir efikasnost prijenosa i smanjenje mjenjača:

T_točak=(T_motor × i × eta) / n

gdje:

i: Omjer redukcije prijenosa

eta: Efikasnost prenosa (obično 0,9–0,95)

5. Provjera ubrzanja i momenta motora

AGV dizajn ne samo da bi trebao odrediti može li se vozilo kretati, već i provjeriti može li postići ciljne performanse ubrzanja.

5.1 Formula ubrzanja

Zamjena pokretačke sile u Newtonov drugi zakon:

a=(F_ukupno - f × M × g) / M

Dodatno prošireno:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

Ova formula se koristi za procjenu stvarne sposobnosti ubrzanja sistema.

5.2 Zahtjevi okretnog momenta pri pokretanju

Faza pokretanja je najkritičnija jer sistem mora istovremeno savladati statičko trenje i inerciju:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 Obrtni moment u stabilnom{1}} stanju

Kod rada sa konstantnom{0}}brzinom potrebno je savladati samo otpor kotrljanja:

T_stabilan=(f × M × g × r) / n

6. Analiza inženjerskog primjera (ispravljeni proračun)

Uzimajući tipično radno stanje AGV-a kao primjer:

M=100 kg

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

Ciljno ubrzanje:

a = 0.5 m/s²

6.1 Otpor kotrljanja

Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 N

6.2 Ukupna pokretačka snaga

F_ukupno=M × a + f × M × g

F_ukupno=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 Zahtjevi okretnog momenta na jednom kotaču

T=(F_ukupno × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

Inženjerski zaključak

Gornji rezultat pokazuje da:

Dizajn elektroenergetskog sistema AGV mora biti zasnovan na stvarnim ciljevima ubrzanja

Odabir motora ne može se oslanjati samo na snagu motora ili nazivni moment

U suprotnom, mogu se pojaviti situacije u kojima se dizajn čini teoretski izvodljivim, ali ne uspijeva u stvarnim radnim uvjetima

7. Dizajn odabira odbojne opruge

Tokom procesa pristajanja ili sprečavanja sudara, vuču AGV-a zahtijevaju opružni sistemi da apsorbuju energiju udara.

7.1 Osnovni model (Hookeov zakon)

F = k × x

gdje:

k: Krutost opruge

x: Kompresijski pomak

7.2 Više-Projekt raspodjele opterećenja sa oprugama

Ako sistem koristi n_s opruge:

Opterećenje jedne opruge:

F_opruga=(M × g) / n_s

Dizajn opružne krutosti:

k=F_opruga / x

7.3 Principi dizajna

Osnovni princip dizajna opružnog sistema nije „što tvrđe, to bolje“, već:

Opterećenje mora biti ravnomjerno raspoređeno

Mora biti zagarantovan dovoljan hod kompresije

Mora se izbjegavati kruti prijenos udara na konstrukciju vozila

8. Sažetak dizajna jezgra

Dizajn vučnih AGV energetskih sistema mora slijediti dolje navedena načela:

Dizajn pogonskog sistema je u suštini balans između vučne sile, otpora i inercije

Radijus točka r, obrtni moment motora i omjer redukcije zajedno određuju performanse sistema

Ubrzanje mora biti uključeno kao cilj dizajna, a ne samo kao rezultat verifikacije

Snaga ne može zamijeniti analizu momenta

Tampon sistemi moraju biti strukturno projektovani na osnovu ukupne raspodele opterećenja