Disseny de suspensió de rodes motrius AGV: estructures flotants{0}}absorbents de cops per a condicions irregulars de la carretera

Amb la transformació i actualització de la fabricació i el ràpid desenvolupament de la logística intel·ligent, l'aplicació dels AGV (Vehicles Guiats Automatitzats) s'ha expandit ràpidament des de magatzems tradicionals amb entorns controlats fins a escenaris cada cop més complexos com ara tallers de fabricació, terminals portuàries i zones d'inspecció exteriors. L'expansió dels escenaris d'aplicació i les transicions freqüents entre entorns, especialment el funcionament d'interior-a-exterior, imposen requisits molt més elevats d'adaptabilitat ambiental d'AGV. Entre aquests factors, l'adaptabilitat de la superfície de la carretera és especialment crítica.

Com a estructura mecànica bàsica que garanteix un moviment suau del vehicle, una càrrega fiable i una llarga vida útil de la unitat d'accionament, el disseny racional i la selecció d'estructures flotants que absorbeixen els xocs-juguen un paper decisiu. Per satisfer diferents dissenys de xassís i requisits de càrrega, s'han desenvolupat diversos tipus d'estructures de suspensió flotants. Aquest article revisa sistemàticament les estructures flotants-que absorbeixen els xocs habituals d'AGV, n'analitzen els mecanismes de funcionament, les limitacions de disseny i les característiques de rendiment, i ofereix referències teòriques i orientacions pràctiques per al disseny i la selecció de sistemes de suspensió.

1. Funcions bàsiques de les estructures flotants d'absorció de cops-

L'objectiu fonamental d'una estructura flotant-que absorbeix els xocs és garantir un funcionament estable de l'AGV en superfícies de carreteres irregulars i complexes. Aquest objectiu s'aconsegueix mitjançant tres mecanismes estretament relacionats.

(1) Assegurar un contacte coordinat amb el terra del sistema de rodes

En les configuracions d'AGV de diverses -rodes, si la roda motriu està instal·lada en una posició més sobresortida que les rodes auxiliars per garantir la tracció, les rodes auxiliars poden perdre el contacte amb el terra. Això condueix a una concentració excessiva de càrrega a la unitat d'accionament, reduint la capacitat efectiva de càrrega útil i afectant significativament l'estabilitat de la conducció.

En introduir llibertat elàstica a través de molles de suspensió, l'estructura flotant{0}}absorbint els xocs permet que la unitat d'accionament es mogui verticalment. Sota el pes propi-de l'AGV, la roda motriu es pot tornar a pressionar a la mateixa alçada que les rodes auxiliars, permetent que totes les rodes toquin el terra simultàniament. Això garanteix una tracció suficient per a la roda motriu alhora que permet que les rodes auxiliars comparteixin part de la càrrega, donant lloc a una distribució optimitzada de la càrrega a tot el vehicle.

(2) Adaptació a les irregularitats i obstacles de la carretera

Quan es treballa en superfícies irregulars de la carretera sense absorció de cops, la roda motriu pot perdre tracció a les depressions o ser aixecada rígidament per obstacles, provocant vibracions, desviació o inestabilitat del vehicle. Amb una suspensió flotant, la molla permet que la roda motriu segueixi contínuament el perfil de la superfície de la carretera.

Quan es troba una protuberància, la compressió del moll impedeix que la unitat motriu aixequi rígidament tot el vehicle. Quan es passa per sobre d'una depressió, la força de restauració de la molla empeny la roda motriu cap avall per mantenir el contacte amb el terra. Això garanteix una tracció contínua i un comportament de conducció estable en diferents condicions de la carretera.

(3) Amortir les càrregues d'impacte i protegir la unitat d'accionament

Les irregularitats i els obstacles de la carretera generen càrregues d'impacte transitòries que es transmeten directament al motor, la caixa de canvis, els coixinets i altres components crítics. Amb el temps, aquestes càrregues acceleren el desgast i la fallada.

La molla de suspensió absorbeix i amortigua l'energia d'impacte mitjançant la deformació elàstica, convertint les càrregues de xoc sobtades en energia elàstica alliberada gradualment. Això redueix significativament les pics de càrrega transmeses a la unitat d'accionament, allargant la vida útil dels components i reduint els costos de manteniment.

2. Restriccions de disseny i modelització matemàtica (format de text normal-)

Per aconseguir de manera fiable les funcions anteriors, les estructures flotants{0}}que absorbeixen els xocs han de satisfer una sèrie de restriccions mecàniques. La variable bàsica de disseny és la concordança precisa de la rigidesa de la molla k. A partir de tres condicions d'operació típiques-sòl pla, depressions i protuberàncies-les relacions clau de disseny s'estableixen a continuació mitjançant expressions de text pla d'enginyeria-amics-.

Definicions de paràmetres clau

k : rigidesa d'un sol moll de suspensió
lambda : alçada de protuberància de la roda motriu respecte a les rodes auxiliars
delta : desnivell de la superfície de la carretera (desnivell=+delta, depressió=-delta)
Delta: precàrrega de molla
n : nombre de molles per unitat motriu
G: pes total AGV a plena càrrega
mu1 : coeficient de fricció entre la roda motriu i el terra
mu2 : coeficient de resistència al rodament de l'AGV
Fmax1 , Fmax1_limit : càrrega nominal i màxima de la roda motriu
Fmax2 , Fmax2_limit : càrrega nominal i màxima de les rodes auxiliars

(1) Estat pla (cas de referència)

Aquesta és la condició de funcionament més habitual. Totes les rodes han de mantenir el contacte amb el terra, les càrregues han de romandre dins dels límits nominals i s'ha d'evitar el lliscament de la roda motriu.

Càrrega normal de la roda motriu:

FN1=(Delta + lambda) * n * k

Limitació de càrrega per a la roda motriu:

FN1<= Fmax1

La càrrega auxiliar de la roda FN2 ha de satisfer:

FN2<= Fmax2

(Nota: FN2 s'obté a partir de l'equilibri de força estàtica del sistema de rodes en funció de FN1 i el pes total del vehicle G.)

Condició anti-lliscant:

FN1 * mu1 > G * mu2

(2) Estat deprimit de la carretera

En una depressió de la carretera, la molla s'estén més, reduint la càrrega de la roda motriu i augmentant la càrrega de la roda auxiliar. Per evitar la pèrdua de contacte de la roda motriu, s'ha de complir la següent condició geomètrica:

lambda > delta

Càrrega normal de la roda motriu:

FN1_deprimit=(Delta + lambda - delta) * n * k

Restriccions de càrrega (-límits a curt termini permesos):

FN1_deprimit<= Fmax1_limit
FN2_deprimit<= Fmax2_limit

Condició anti-lliscant:

FN1_deprimit * mu1 > G * mu2

(3) Estat de la carretera que sobresurt

Quan l'AGV troba una protuberància, la molla es comprimeix encara més i la càrrega de la roda motriu arriba al seu valor màxim. La força de la molla no ha d'aixecar tot el vehicle i fer que les rodes auxiliars perdin el contacte.

Càrrega normal de la roda motriu:

FN1_bump=(Delta + lambda + delta) * n * k

Restricció de contacte-comú
(per a una configuració típica d'AGV de quatre-rodes):

2 * FN1_bump

Restricció de càrrega (límit-permès a curt termini):

FN1_bump<= Fmax1_limit

(4) Determinació integral del rang de rigidesa

Combinant totes les restriccions de desigualtat de condicions de carreteres planes, deprimides i que sobresurten, es pot obtenir un rang factible per a la rigidesa de la molla k.

Dins d'aquest rang factible, s'han de seleccionar els valors adequats de Delta de precàrrega de molla i lambda de protuberància de la roda motriu.

En la pràctica de l'enginyeria, s'adopta habitualment la guia següent:

lambda=(1,5 a 2,0) * delta

Això proporciona un marge de seguretat suficient per als desnivells de la superfície de la carretera.

3. Tipus habituals d'AGV Xoc-Estructures flotants absorbents

(1) Tipus de gronxador articulat

La unitat d'accionament està connectada al xassís mitjançant una articulació pivotant i pot oscil·lar sota el parell de restauració generat per la molla-. Aquesta estructura proporciona una amplificació mecànica, permetent que una força de molla relativament petita generi una gran força de contacte amb el terra. Tanmateix, la relació entre el viatge flotant i la compressió de la molla és no lineal.

Tot i que l'adaptabilitat és forta, existeixen diferències de càrrega bidireccional. Durant l'operació en pujada, la càrrega de la roda motriu augmenta significativament, la qual cosa requereix una verificació acurada de la resistència estructural. Aquest tipus s'utilitza àmpliament en AGV-resistents on l'espai d'instal·lació és suficient.

(2) Tipus de columna guia vertical

La unitat d'accionament flota verticalment al llarg de columnes de guia lineals o mànigues de guia, amb molles de compressió que proporcionen absorció de cops. L'estructura és compacta, rendible-i fàcil de mantenir.

Un requisit crític de disseny és que les columnes de guia s'han de disposar simètricament i centrar-se en relació amb el punt de contacte de la roda-el terra. L'alineació incorrecta pot generar moments addicionals, provocant encallaments o un desgast anormal. Aquest tipus és adequat per a AGV de càrrega lleugera- a mitjana- amb restriccions d'alçada estrictes.

(3) Tipus d'enllaç-tisora

El moviment flotant es realitza mitjançant un mecanisme d'enllaç de tisora ​​i sovint s'integra amb mòduls de direcció diferencial per estalviar espai d'instal·lació. Tanmateix, quan les rodes motrius esquerra i dreta es troben amb diferents alçades de la carretera, l'estructura no s'adapta a si mateix-i pot provocar una elevació diagonal del xassís.

Aquest tipus s'utilitza principalment en mòduls específics d'accionament de la direcció diferencial integrat i ofereix una adaptabilitat relativament pobra a les superfícies de la carretera generals irregulars.

(4) Tipus d'eix oscil·lant-

Dues rodes estan muntades rígidament en un únic eix que pot girar al voltant d'una frontissa central. El desnivell de la carretera s'acomoda movent tot l'eix, tractant eficaçment les dues rodes com una sola roda gran virtual.

En els sistemes de múltiples-rodes, es poden combinar diversos eixos oscil·lants per reduir el sistema de rodes a una configuració equivalent de tres-punts de contacte amb el terra, solucionant fonamentalment els problemes de co-terra. Aquesta estructura és senzilla i robusta, la qual cosa la fa molt adequada per a AGV de diverses-rodes, pesats- i a l'aire lliure.

(5) Quatre-tipus d'enllaç

Basada en el principi d'enllaç de paral·lelogram, l'estructura de quatre-enllaços permet la flotació vertical mentre manté l'orientació constant de la unitat d'accionament. En comparació amb els tipus de balanceig articulats, les forces romanen colineals, eliminant les càrregues de torsió durant el moviment flotant.

Tot i que estructuralment és més complex i consumeix espai-, aquest disseny proporciona una estabilitat superior i s'adapta molt bé als AGV de càrrega pesada- amb requisits estrictes d'actitud de les rodes, com ara els AGV del tipus carretó elevador- que utilitzen rodes motrius AGV verticals.

4. Guia de comparació i selecció d'estructures flotants d'absorció de cops-

Comparació de tipus d'estructures flotants comuns

Resum de recomanacions de selecció

Disposicions de la unitat diferencial:
Quan l'estructura compacta i el baix cost són objectius principals, el tipus de columna de guia vertical és una opció adequada. Si es requereix la integració de la direcció i l'espai d'instal·lació ho permet, es pot considerar el tipus d'enllaç-tisora. Per a aplicacions amb alts requisits d'adaptabilitat a la carretera i precisió del moviment, es recomana el tipus de gir articulat o el tipus de quatre-enllaços.

Dissenys de la unitat de direcció:
Les estructures de columnes de guia verticals s'utilitzen àmpliament en aplicacions de càrrega lleugera- a mitjana-. En escenaris de càrrega intensa-, el tipus de swing articulat és la solució principal. Per als AGV del tipus-carretons elevadors on es requereix una alineació vertical estricta de la roda motriu, el tipus d'enllaç de quatre-ofereix avantatges clars.

Dissenys especials per a vehicles pesats-de diverses rodes o a l'aire lliure:
El tipus d'eix oscil·lant-, o les combinacions de diversos eixos oscil·lants, representen una de les solucions més efectives per garantir un contacte fiable amb el terra en terrenys complexos i irregulars.

5. Conclusió

Les estructures flotants-que absorbeixen els xocs formen la interfície crítica entre un AGV i el terra. El seu rendiment determina directament la capacitat operativa i la fiabilitat del vehicle en entorns complexos. El nucli del disseny de la suspensió consisteix a fer coincidir amb precisió els paràmetres de la molla amb les condicions d'operació específiques-inclosos els perfils de la carretera, els nivells de càrrega i la velocitat del vehicle-a la vegada que es compleixen múltiples restriccions com ara el contacte amb el terra de diverses-rodes, l'equilibri de càrrega, el rendiment anti-lliscant i l'amortiment d'impactes.

En l'actualitat, les estructures de columna de guia vertical i oscil·lant articulades dominen tant els AGV de tracció-diferencial com de direcció-a causa dels seus respectius avantatges. Quatre-estructures d'enllaç demostren un rendiment excel·lent en aplicacions de servei pesat-de gamma alta, mentre que les estructures d'eixos oscil·lants-ofereixen solucions úniques i efectives per als AGV a l'aire lliure de diverses rodes-pesants-.

De cara al futur, a mesura que els escenaris d'aplicacions AGV continuen expandint-se i aprofundint, s'espera que les tecnologies de suspensió actives i semi{0}}actives, així com els sistemes de suspensió adaptatius intel·ligents integrats amb la percepció de la carretera, esdevinguin direccions clau de desenvolupament per abordar requisits de rendiment dinàmics més elevats i entorns operatius més extrems.