Introducció
Els AGV de remolc s'utilitzen àmpliament en sistemes intel·ligents de fabricació i logística de magatzems. Un dels reptes principals del seu disseny rau en si la capacitat de tracció del sistema de conducció coincideix amb la càrrega total del vehicle i si es produeix un parell insuficient durant l'arrencada i l'acceleració.
En aplicacions pràctiques d'enginyeria, molts dissenys d'AGV personalitzats encara depenen molt dels mètodes empírics de selecció de motors, utilitzant només la potència del motor o el parell nominal com a referències. Això sovint porta als problemes següents:
Sobrecàrrega del motor durant l'arrencada
Tracció insuficient que fa que no es puguin remolcar correctament els carros
Resposta d'acceleració lenta
Impacte excessiu o fallada de les estructures d'amortiment
Per tant, és necessari establir un mètode de modelatge i càlcul unificat per a la càrrega d'accionament, la resistència a l'acceleració i els sistemes d'amortiment de molla basats en principis de mecànica clàssica.
2. Definició de càrrega del sistema AGV
La base del càlcul de la potència de l'AGV de remolc és la massa total del sistema:
M=m_AGV + m_càrrega
On:
m_AGV: pes propi-AGV
m_load: carro remolcat o massa de càrrega útil
M: massa total del sistema
La càrrega gravitatòria total del vehicle és:
W = M × g
On g=9.8 m/s².
3. Anàlisi de la resistència a la conducció (base de disseny bàsic)
Durant el moviment horitzontal recte, les resistències primàries que actuen sobre un AGV consisteixen en la resistència al rodament i la resistència inercial a l'acceleració.
3.1 Resistència al rodament (resistència d'estat estacionari principal-)
La resistència al rodament es genera per la deformació entre la roda i la superfície de contacte amb el terra:
Ff=f × M × g
On f és el coeficient de resistència al rodament, que normalment oscil·la entre 0,03 i 0,06.
Cal tenir en compte que en condicions de gir o superfícies irregulars del sòl, aquesta resistència sol augmentar entre un 5% i un 10%. Per tant, s'ha de reservar un marge de disseny suficient en aplicacions d'enginyeria per evitar una potència insuficient durant les corbes.
3.2 Resistència a l'aire (insignificant a baixa velocitat)
En els sistemes AGV d'interior, la velocitat de funcionament és generalment baixa, de manera que la resistència de l'aire té una influència mínima:
Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²
En la majoria dels càlculs d'enginyeria, aquest terme normalment es descuida.
3.3 Resistència inercial d'acceleració (crítica durant l'arrencada)
Durant l'arrencada o l'acceleració, l'AGV ha de superar la inèrcia de tota la massa del sistema:
Fj=M × a
Si es considera la inèrcia de rotació de motors, reductors i altres components giratoris, l'equació es pot ampliar com:
Fj=M × a + Σ(Ji × alfa_i / ri)
Tanmateix, en el disseny pràctic d'enginyeria, el model simplificat s'adopta habitualment:
Fj ≈ M × a
3.4 Força motriu total requerida
Per tant, la força de tracció total necessària per al funcionament de l'AGV és:
F_total=M × a + f × M × g
Aquesta equació serveix com a base bàsica per a la selecció del sistema d'accionament.
4. Relació entre la força de la roda motriu i el parell
La roda motriu és el component clau responsable de convertir el parell motor en força de tracció a terra.
4.1 Relació mecànica bàsica
F = T / r
On:
F: Força de tracció a terra
T: Parell de sortida de la roda motriu
r: radi de la roda motriu
Es pot veure que un radi de roda més petit genera una força de tracció més gran amb la mateixa condició de parell, que és una direcció d'optimització important en el disseny AGV lleuger.
4.2 Sistemes de rodes motrius múltiples-
Per a un sistema amb n rodes motrius:
T_total=n × T_roda
Tenint en compte l'eficiència de la transmissió i la reducció de la caixa de canvis:
T_roda=(T_motor × i × eta) / n
On:
i: Relació de reducció d'engranatges
eta: eficiència de transmissió (normalment 0,9–0,95)
5. Verificació d'acceleració i parell motor
El disseny AGV no només ha de determinar si el vehicle es pot moure, sinó també verificar si pot assolir el rendiment d'acceleració objectiu.
5.1 Fórmula d'acceleració
Substituint la força motriu a la segona llei de Newton:
a=(F_total - f × M × g) / M
Més ampliat:
a = (n × T / r - f × M × g) / M
Aquesta fórmula s'utilitza per avaluar la capacitat d'acceleració real del sistema.
5.2 Requisit de parell d'arrencada
La fase d'arrencada és la més crítica perquè el sistema ha de superar simultàniament la fricció estàtica i la inèrcia:
T_inici=((M × a + f × M × g) × r) / n
5.3 Parell de funcionament en estat estable-
Amb un funcionament a-velocitat constant, només cal superar la resistència al rodament:
T_constante=(f × M × g × r) / n
6. Anàlisi d'exemples d'enginyeria (càlcul corregit)
Prenent com a exemple una condició de funcionament típica d'un AGV:
M=100 kg
r = 0.015 m
f = 0.05
n = 2
Acceleració objectiu:
a = 0.5 m/s²
6.1 Resistència al rodament
Ff=100 × 9,8 × 0.05=49 N
6.2 Força motriu total
F_total=M × a + f × M × g
F_total=100 × 0.5 + 49=99 N
6.3 Requisit de parell d'una sola roda
T=(F_total × r) / n
T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m
Conclusió d'enginyeria
El resultat anterior demostra que:
El disseny del sistema d'alimentació AGV s'ha de basar en objectius d'acceleració reals
La selecció del motor no pot dependre únicament de la potència del motor o del parell nominal
En cas contrari, es poden produir situacions en què el disseny sembla viable teòricament però falla en condicions de funcionament reals
7. Disseny de selecció de molls amortidors
Durant els processos d'acoblament o anti-col·lisió, els AGV de remolc requereixen sistemes de molla per absorbir l'energia d'impacte.
7.1 Model bàsic (llei de Hooke)
F = k × x
On:
k: Rigidesa de molla
x: Desplaçament de compressió
7.2 Disseny de distribució de càrrega multi-molla
Si el sistema utilitza n_s molles:
Càrrega de molla única:
F_primavera=(M × g) / n_s
Disseny de rigidesa de molla:
k=F_primavera / x
7.3 Principis de disseny
El principi bàsic del disseny del sistema de molla no és "com més rígid, millor", sinó:
La càrrega s'ha de distribuir uniformement
S'ha de garantir una carrera de compressió suficient
S'ha d'evitar la transmissió de l'impacte rígid a l'estructura del vehicle
8. Resum del disseny bàsic
El disseny dels sistemes d'alimentació AGV de remolc ha de seguir els principis següents:
El disseny del sistema de conducció és essencialment un equilibri entre la força de tracció, la resistència i la inèrcia
El radi de la roda r, el parell del motor i la relació de reducció determinen conjuntament el rendiment del sistema
L'acceleració s'ha d'incloure com a objectiu de disseny en lloc d'un simple resultat de verificació
La potència no pot substituir l'anàlisi del parell
Els sistemes d'amortiment s'han de dissenyar estructuralment en funció de la distribució total de la càrrega
