《一种牵引式AGV的总体结构设计与性能计算探析》9200字

总体结构设计2.1电机选择2.1.1驱动电机的设计选型在这里，我们设计并选择了电动机作为1500kg的控制单元。在本设计中，工业车辆的最大V速度应用在35m/min。根据公式N=V/πD式中：N——驱动电机经过减速箱后的转速V——循迹搬运小车的牵引线速度D——驱动轮的直径直径为150mm，可得转速为：N=35*1000/（π*150）≈74.27r/min滚动摩擦系数取0.2，整个工业卡车的重量为700kg，整个履带运输车的滚动摩擦力f=0.2*700*10=1400N，当运输停止时，单驱动轮的力F=1/2*f=700N计算可以得到：M=F*R=700×75/1000=52.5N.M根据公式M=9550×/n其中：M——穿过变速箱后发动机的输出扭矩——电动机的主轴输出功率n——电动机经过减速箱后的输出转速计算得到：=52.5*74.27/9550=0.4083KW≈0.4KW电动机所需的功率：式中：——输送机理论主轴功率——传动装置的总传动效率，取0.95——电动机功率计算得到驱动电机功率在本设计中，整个系统选择的电压为直流，因此可以使用直流伺服机。在这里，我们选择无刷伺服直流电机，然后选择上海伺服电机。伺服电机型号SMC80S-0075-30AAK-3DKH，查阅手册可知电动机的参数，见下表2-1。表2-1SMC系列伺服电机技术参数伺服电机型号SMC60S-0020-30AoK-3DKHSMC60S-0040-30AoK-3DKHSMC80S-0040-30AoK-3DKH适配驱动FD123-LA-000,FD123-CA-000,FD123-CC-000,FD123-EA-000直流母线电压UDC484848连续特性额定功率Pn(W)200400400额定转矩Tn(N.m)0.641.271.27额定转速(rpm)300030003000额定电流In(A)4.6109.6瞬时最大转矩Tm(N.m)1.923.813.81瞬时最大电流Im(A)13.82524极对数333轴承径向力F(N)180180180轴承轴向力F(N)909090重量G(Kg)1.11.62.21.6（带抱闸）2.1（带抱闸）2.8（带抱闸）图2-1伺服电机2.1.2驱动电机减速机的设计选型已知n1为3000rpm，通过齿轮箱后，驱动电机的转速n2为74.27rpm，可得i：i=3000/74.27=40.39≈40选用的型号为SMC80S-0075-30AAK-3DKH，运行功率0.75W，转速n为3000rpm，转速74.27rpm/min。减速机减速时，减速机总传动比为40。如果使用减速机，则需要进行多次拆卸程序，才能获得i=40。考虑到AGV牵引的要求，这种结构简单明了。因此，减速器的体积会减小。在这个设计中，首先使用带有减速器的电机来降低电机本身的速度。减速器的i=1一般来说，单个传动率是8-10。本次设计中，由于履带大回转的功能作用，选用了材料是倾斜的齿轮。当设计过程中齿轮传动距离不变时，增加齿数可以改变铸件的动力学和传动质量，并可以降低齿轮模数，降低高度，减少齿数。切割过程的成本。增加变速箱的稳定性，减少变速箱在行驶过程中的冲击和振动，减少磨损失效。小齿轮Z1的范围是17到20。一般来说，如果在啮合过程中发生腐蚀，则考虑Z1≥17。在这种设计中，齿轮箱中齿轮的工作位置是封闭的，所以取小齿轮Z1=20。因此，我们通过查阅网上的资料，采用的是湖北某公司ZJPX系列的精密行星减速机。减速机的主要性能：1.采用正齿轮传动，输出扭矩比平锥齿轮高30％，噪音小。2.转子是动态平衡的，以确保更稳定的工作。3.组装和安装调试是必需的。连接方式独特，安装简单可靠。4.维护简单，无需更换润滑脂。表2-2ZJPX行星减速机技术参数产品型号符号ZJPX65ZJPX85ZJPX115ZJPX142减速比级数额定输出扭矩13.5399830831级298020560041542110335122级349023067516349023067520174295305641954142422603级441102969008038901953853202252122395512故障停止转矩2倍额定输出转矩表2-3各型号减速器参数产品型号ZJPX65ZJPX85ZJPX115ZJPX142单位级数最大径向力1550305543309480N最大轴向力1220233033006800N平均寿命20000h重量3.36.716.537.0kg1级3.77.518.243.02级4.27.518.540.03级驱动马达在通过减速器后的输出扭矩为90N.M。本文选择两级减速比为40的减速器型号ZJPX115。2.2牵引结构目前，自动牵引车有多种牵引路径，最常见的是搭载、分叉和潜在。在本设计中，牵引式其主要功能是：自动牵引车在高级程序的基础上移动到所选台车下方的位置，然后读取台车底部的二维码信息为确保小车处于良好状态，上传牵引装置，此时小车与牵引托盘连接在一起，指定为预设的运动轨迹。起重牵引系统置于整个台车的中央。该系统的主要组成部分是一个可以完全升降的连杆，当需要拉动小车时，它的连接会被抬起。此时，连杆支撑着小车，牵引车移动时，需要将小车与牵引车分离时，松开连杆，此时连杆与小车分离，小车可以安全移动，到下一站的小车旁待命边。图2-2升降牵引结构本文件中的升降结构包括安装系统、安装支架、连杆、凸轮组件、水压机、导向弹簧、导向板的立柱连杆和升降安装杆。牵引举升机附着在物体上，通过举升系统的拉伸片固定在整个牵引车上。添加到系统升降机维修室的地板上。建议系统的安装过程与系统的主要维护相对，将获得承载系统和导水系统之间的间隙。连杆置于直线系统的开口处，连杆置于直线系统的底部。连杆有一个内孔，可以吸收和储存压缩水，压缩水被放置在弹簧的方向上。水的上部连接固定在连杆上。两个喷雾模式开关安装在固定升降驱动电机的侧面。相机组件通过升降电机的旋转而旋转，并在旋转过程中启动顶部和末端的短暂停止位置的位置变化。立柱导轨，保证连杆连杆板移动平稳。升降牵引装置设计参数：升降杆直径：35mm；电机参数：DC24V，30W，最大转速2500r/min工作电压：9-30V；牵引力：1500kg；升降保护：升降限位开关保护，防止电机烧坏；升降速度：速度25mm/s；外壳材质：普通碳钢由于该机构的关键部件是可自由提升的连杆，因此需要进行分析，并且先前的计算表明，在该设计中，物流车作用在连杆上的力为1500N。通过分析连杆的应力分布，可以看出，连杆施加最大压力的位置和底部的最大压力，影响正确接触。连杆变形造成的闭合和冲击，因此应力集中在连杆的下接触边缘，并且该应力集中可能导致连杆的断裂，这可以有效地改善。连杆材料选择为Q235A。如果查看“机器设计手册”，则可以在室温条件[σ]=235MPa下获得Q235A的屈服强度，该设计的连杆结构符合实际使用要求。2.3驱动方式本文中的驱动结构包括底盘连接板，底盘固定板，驱动轮的固定轴和驱动轮和电动机等结构，如图2-5所示。图2-5驱动结构的组成该机构中，车形外壳由一块2毫米厚的双壁钢板而制成，并通过轻型扳手进行连接到两个电机的另一侧。所有驱动系统的支撑杆都安装在内线承载的模块中，确保顶部和底部牢固固定。驱动系统包括：垂直轴、板装式中心和快速释放系统。在它们之间，垂直杆放置在系统的中心，以确保其重点在末端。转向系统由静止的驾驶员驱动，方向盘通过圆柱销控制。驱动系统的完整设计简单，减震性好，高度低，使整个自动牵引车的稳定性。2.4差速运动自动牵引车的设计参数牵引方式：牵引式导引方式：磁导航行走方向：前进行走驱动方式：双电机驱动前进速度：最大速度35m/min负载能力：1000kg最小转弯半径：700mm驱动电机型号：DC无刷电机功率200W控制方式：PLC控制蓄电池：DC24V，75AH（2组）自动引导车辆拖曳的最大重量。我们每天使用的大多数无人运输车辆的负载范围为50kg至1000kg，其中大部分为中型吨，这种设计的无人运输车辆用于货运，仓库和物流中心的配送等。负担不会轻。在这里，我们使用1000KG作为牵引车重量。2.5本章小结本章主要对牵引式AGV进行硬件部分设计，其中包括了驱动电机与减速器的设计选型，还有升降牵引结构的设计以及差速运动时的参数计算。3牵引式AGV设计过程和结果3.1自动牵引车车体框架的设计3.1.1AGV小车的车体尺寸的设计长度部分是指车身的长宽高。由于无人驾驶车辆有时需要转弯或驶离道路，因此也应考虑无人驾驶车辆的最小转弯半径。转向角是重要的参数。确定自动驾驶汽车转弯半径所需的最大空间。（1）自动牵引车高度的设计已知卡车车架的最低表面高度为70mm，在起重拖曳装置中，起重杆的起升高度范围为0至50mm，并且考虑到在起重吊杆后与物流卡车连接，转移卡车。由于是车架的最低点，非导向方向盘的总高度不应超过100毫米。此处引导的方向盘长度为80毫米。（2）自动牵引车宽度的设计据了解，该车的宽度为560mm，车底还有4个直径为6英寸的铸件，因此铸件的直径为25.4×6=150mm。在物流车中，四个角可以直立移动，也可以旋转。因此，在设计大范围短距离时，会考虑人员的运动类型。一个脚轮的移动范围为150mm。卡车前后都有钻孔，左右有支架，所以卡车的内部只有600mm。（脚轮安装在卡车的四个角上）此处设计的无人运输车的总宽度为560mm，因为有必要让无人运输车自由进出物流卡车的底部。（3）自动牵引车长度的设计车长度为1150mm，根据汽车行业的自动化系统，需要在前端安装安全装置，即传感器。两个电池模块位于车身的后部。用于为无人驾驶的车辆提供动力。从理论的角度来看，有必要增加长度。牵引车，这里我们考虑牵引车行走单元的尺寸，驱动器的总长度设置为1150mm。根据以上分析计算，如果自动牵引车能够满足加工企业和大型仓库经营仓库的需求，AGV牵引车估算为L1150×W560×H80（mm）（长×宽×高）。3.1.2主框架的设计在本文中，车身的主框架由车身，电气室固定板，驱动部件固定板，电池室以及前、后脚轮安装板组成。上面的零件，通过焊接工作进行焊接。全部配备5mm厚度的45钢筋，完整的焊接系统最大限度地发挥自动牵引车的强度。图2-6车身主框架控制箱安装在动力箱的左侧，将牵引车驱动系统放置在驱动器下部的安装板上。在电池仓中安装和修理75AH电池。万向轮放在前面，方向盘放在后面。整个系统配备与前端上部的控制面板组件相同的模块。图2-7主框架尺寸外形图3.1.3副框架的设计车体副框架主要由驱动机构，万向轮、蓄电池和PBS防撞传感器组成。（1）万向轮的设计选型材质：轮面聚氨脂轮子直径：75mm轮宽：38mm安装高度：111mm底板尺寸：101*82mm板厚：5mm厚度安装孔径：最大可穿M10螺丝（2）蓄电池的设计选型电池电芯为DC24V75AH，此线为豪客，电池其他部分为L329×W172×H221（mm）（长×宽×高），并且在电池盒内安装并固定了两节DC24V，75AH电池。（3）障碍物传感器的设计选型选择型号为PBS-03JN-CE，障碍物传感器的参数如下：表2-4障碍物传感器的参数供电电压24VDC（18-30VDC）供电电流<250mA(<100mA,照明关闭），除I/O端子电流和冲流（500mA）激光光源红外线LED2种扫描模式每个区域可单独设置输出发射停止：[输入1,2,3,4]同时为ON；输入响应时间周期：1个扫描时间（100msec）指示灯电源（绿）：故障时闪烁；输出1,2,3（黄）：灯亮表示监测到物体连接线长1m振动双振幅1.5mm10to55Hz,每轴2个小时冲击490m/s2,10次,X,Y,Z方向防护等级IP64(IEC标准)寿命5years（电动机寿命）材料前面：Polycarbonate,后面：ABS重量约500g3.2车体框架结构的焊接工艺在这种设计中，车体的框架结构由牵引车的自动焊接站焊接，而车体框架的各个部分则通过紧固件放置。这些工作装置是气动自动焊接装置，其中一些是手动夹紧在特定位置的。夹具可以完全轻松地拧紧并拆卸。气动装夹为手动装夹，因此工件装夹时间比工件焊接时间短。照明装置放置在照明台上，其固定位置参考与设计参考一致，使工件符合要求，并且设备中的一些零件采用模块化设计。定影装置安装在整个底座上。按照要求设计的材料和固定装置，应采用逆向变形等方法，来消除变形的可能性，以保证符合图纸及刚度强度的要求。框架为钢型材，型材为45#，工作支撑材料为金属支撑，45#热处理，刚度HRC38-42℃，铸件（块）采用T8。整个安装板装在定位器上。在带有固定板的定位器中，整个固定装置旋转，从而可以焊接每一个焊缝，并确保了焊接力和焊接精度。且焊接结构良好，外形美观，无烧伤，焊缝不完整，间隙，气孔，裂纹等缺陷。工作站布局图如图2-8所示：图2-8工作站布局图3.4本章小结通过上一章的总体结构设计，对牵引式AGV进行车体框架设计还有框架结构焊接工艺研究。4动力及其计算分析4.1动力分析AGV正常工作时，AGV的额定驱动力Fe为:（3-1）在车间运行时，地面会有小程度的颠簸。AGV重量与载重量都较大，当AGV行驶在小坡度的地面时，FP将克服的斜率不可忽略。系统时间很短，只要AGV的最大速度满足要求即可。所以，AGV的最大FZ功率为:（3-2）=0.015;m=150kg;M=450kg，额定加速度为0.3m/s2,=3°;而g=9.8m/s2。分别代入公式(3-1)和公式（3-2）中，可得4.2参数计算根据相关指标和要求，计算驱动电机的主要参数为选择电动机的型号提供了重要的基础。下面分别计算各主要参数的大小。（1）额定转矩与峰值转矩计算（3-3）式中，d是0.13m;n=2;取为0.9;i取为20。将Fe和Fz分别代入公式（3-3），可得T额=0.48Nm，T峰=1.04Nm（2）额定转速计算驱动电机的额定转速为:（3-4）其中，v为1m/s2;i=1，为20;d=130mm。则根据公式（3-4）可得电机额定转速为:（3）额定功率计算通过公式可得：综上所述，驱动电机的主要参数要求如表4-1所示。表4-1电机主要参数要求额定转矩峰值转矩额定转速额定功率≧0.48Nm≧1.04Nm≧2938r/min≧148W4.3强度校核钢棒的直径大小会影响整个机构。因此，需要对棒材的总功率进行机试，找出满足所需功率的最小容量。根据式（3-2），AGV卸除负载后的驱动力Fh，可实现：如图4-1所示，可以简化为作用力集中在末端的外伸梁结构。钢棒选用材料为45号钢，其许用应力为。图4-1钢棒受力示意图最大弯矩为：根据公式可得:而钢棒为圆形截面，可得:即钢棒直径需要满足:所以直径需要大于11mm，为了稳定性和安全性，直径选20mm，并且经校核，许用应力是32MPa，小于170MPa，符合要求。4.4本章小结本章主要是对设计的结构进行动力分析还有设计计算，最后进行交合，使其满足强度要求。5总结与展望随着各行业对移动式自动牵引车质量要求的不断提高，牵引式AGV也得到了迅速的开发和应用。牵引式AGV基于车轮运动，与其他无轮移动式自动牵引车相比，具有较高的行驶速度和较高的工作效率，结构简单，易于操作的优点。与其他移动式自动牵引车相比，牵引式AGV的最大优势在于其易用性。行人专用区不需要使用固定设备，例如导轨和支撑框架。凭借速度和效率，可以实现高效率，经济，方便的高级配送仓库无人管理。现在它们已广泛用于自动化物流系统中。牵引AGV的基本工作原理是电动机带动车轮转动，使车轮旋转，车轮将动力传递给整个牵引AGV，使其可以自由运行。然后集成地面控制系统、车辆控制系统、导航引导程序等辅助功能，形成完整的系统。本文通过对牵引式AGV的广泛研究和分析，设计了自动牵引车的驱动结构、起升结构和车身框架的总体设计，然后根据计算参数确定尺寸，最后设计和优化了自动牵引车的导航系统。自动牵引车改进现有自动牵引车的结构。牵引式AGV的应用范围也在不断扩大。但是由于目前掌握知识不多，动手操作能力稍差，仍有许多问题没有被解决，未来我会对自动牵引车的导航还有差速运动作进一步的研究。参考文献[1]李玉琪.基于RFID的磁导航潜伏式AGV设计与实现[D].南昌航空大学,2019.[2]张鹏.托盘式AGV叉式结构设计和稳定性研究[D].安徽理工大学,2019.[3]雷威.一种磁导式AGV设计及控制方法研究[D].湘潭大学,2019.[4]金泽.自动导引小车动力学建模与运动控制系统设计[D].太原理工大学,2019.[5]鲁飒.车间四轮独立转向AGV驱动单元运动稳定性研究[D].华中科技大学,2019.[6]汤红杰.磁导引差速AGV设计与模糊PID控制路径校正[D].山东大学,2018.[7]孙彬彬.叉举式AGV结构设计及稳定性研究[D].河南工业大学,2017.[8]王彪.磁导航AGV车载控制系统的研究与实现[D].桂林电子科技大学,2019.[9]张西磊.多潜伏式AGV物流系统相关技术研究[D].哈尔滨工程大学,2017.[10]王海东.非接触供电AGV的机构设计及动力学分析[D].天津大学,2014.[11]程亚兵.复合导航式AGV及路径跟踪控制方法研究[D].合肥工业大学,2019.[12]惠钊.基于磁导航的AGV叉式控制系统设计与研究[D].西安科技大学,2019.[13]左博文.基于麦克纳姆轮的AGV小车研制及协调控制[D].安徽工程大学,2018.[14]罗雨佳.夹抱搬运型AGV的设计与可靠性分析[D].电子科技大学,2017.[15]凌晗.面向物流分拣的AGV结构设计和运动控制策略研究[D].河南工业大学,2019.[16]卢林芳.面向转向稳定性的差速驱动AGV结构与控制策略研究[D].郑州大学,2019.[17]魏辉.潜伏牵引式双驱双向AGV控制系统设计[D].北京石油化工学院,2