מָבוֹא

גרר AGV נמצא בשימוש נרחב במערכות לוגיסטיקה לייצור חכמות ומחסנים. אחד האתגרים המרכזיים בתכנון שלהם טמון בשאלה האם יכולת המתיחה של מערכת ההנעה תואמת את העומס הכולל של הרכב, והאם מתרחש מומנט לא מספיק במהלך האתחול וההאצה.

ביישומים הנדסיים מעשיים, עיצובים רבים של AGV מותאמים אישית עדיין מסתמכים במידה רבה על שיטות בחירה אמפיריות של מנוע, תוך שימוש רק בהספק מנוע או במומנט מדורג כפנייה. זה מוביל לרוב לבעיות הבאות:

עומס יתר של המנוע במהלך האתחול

משיכה לא מספקת הגורמת לאי גרירת עגלות כראוי

תגובת האצה איטית

השפעה מוגזמת או כשל של מבני חציצה

לכן, יש צורך להקים שיטת מידול וחישוב אחידה לעומס הנעה, התנגדות לתאוצה ומערכות חציצה קפיציות המבוססות על עקרונות מכניקה קלאסית.

2. הגדרת עומס מערכת AGV

הבסיס לחישוב כוח ה-AGV הגרירה הוא מסת המערכת הכוללת:

M=m_AGV + m_load

אֵיפֹה:

m_AGV: משקל עצמי- של AGV

m_load: עגלה נגררת או מסת מטען

M: מסת המערכת הכוללת

עומס הכבידה הכולל של הרכב הוא:

W = M × g

כאשר g=9.8 m/s².

3. ניתוח התנגדות לנהיגה (בסיס עיצוב ליבה)

במהלך תנועה אופקית ישרה, ההתנגדויות העיקריות הפועלות על AGV מורכבות מהתנגדות גלגול והתנגדות אינרציאלית לתאוצה.

3.1 התנגדות גלגול (התנגדות יציבה- ראשונית)

התנגדות גלגול נוצרת על ידי עיוות בין הגלגל למשטח המגע עם הקרקע:

Ff=f × M × g

כאשר f הוא מקדם התנגדות הגלגול, בדרך כלל נע בין 0.03 ל-0.06.

יש לציין שבתנאי סיבוב או משטחי רצפה לא אחידים, התנגדות זו עולה בדרך כלל ב-5%–10%. לכן, יש לשמור מרווח עיצובי מספיק ביישומים הנדסיים כדי למנוע כוח לא מספיק במהלך פניות.

3.2 התנגדות אוויר (זניחה במהירות נמוכה)

במערכות AGV פנימיות, מהירות הפעולה היא בדרך כלל נמוכה, כך שלהתנגדות האוויר יש השפעה מינימלית:

Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²

ברוב החישובים ההנדסיים, מונח זה נזנח בדרך כלל.

3.3 התנגדות אינרציאלית לתאוצה (קריטי במהלך ההפעלה)

במהלך הפעלה או האצה, ה-AGV חייב להתגבר על האינרציה של כל מסת המערכת:

Fj=M × a

אם מתחשבים באינרציה הסיבובית של מנועים, מפחיתים ורכיבים מסתובבים אחרים, ניתן להרחיב את המשוואה כך:

Fj=M × a + Σ(Ji × alpha_i / ri)

עם זאת, בתכנון הנדסי מעשי, המודל הפשוט מקובל לאמץ:

Fj ≈ M × a

3.4 סך כוח ההנעה הנדרש

לכן, כוח המתיחה הכולל הנדרש לפעולת AGV הוא:

F_total=M × a + f × M × g

משוואה זו משמשת כבסיס הליבה לבחירת מערכת הינע.

4. הקשר בין כוח גלגל הנעה ומומנט

גלגל ההנעה הוא המרכיב המרכזי שאחראי להמרת מומנט המנוע לכוח מתיחה של הקרקע.

4.1 קשר מכאני בסיסי

F = T / r

אֵיפֹה:

F: כוח המתיחה של הקרקע

T: מומנט תפוקת גלגל הנעה

r: רדיוס גלגל הנעה

ניתן לראות שרדיוס גלגל קטן יותר מייצר כוח מתיחה גדול יותר באותו מצב מומנט, שהוא כיוון אופטימיזציה חשוב בתכנון AGV קל משקל.

4.2 מערכות גלגל הנעה מרובות-

למערכת עם n גלגלי הנעה:

T_total=n × T_wheel

בהתחשב ביעילות ההילוכים והפחתת תיבת ההילוכים:

T_wheel=(T_motor × i × eta) / n

אֵיפֹה:

i: יחס הפחתת הילוכים

eta: יעילות שידור (בדרך כלל 0.9-0.95)

5. אימות תאוצה ומומנט מנוע

תכנון AGV צריך לא רק לקבוע אם הרכב יכול לנוע, אלא גם לוודא אם הוא יכול להשיג את ביצועי התאוצה היעד.

5.1 נוסחת האצה

החלפת הכוח המניע בחוק השני של ניוטון:

a=(F_total - f × M × g) / M

מורחב יותר:

a = (n × T / r - f × M × g) / M

נוסחה זו משמשת להערכת יכולת ההאצה בפועל של המערכת.

5.2 דרישת מומנט התנעה

שלב האתחול הוא הקריטי ביותר מכיוון שהמערכת חייבת להתגבר בו זמנית על חיכוך ואינרציה סטטיים:

T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n

5.3 מומנט ריצה קבוע-

בפעולה-מתמדת במהירות, יש להתגבר רק על התנגדות גלגול:

T_steady=(f × M × g × r) / n

6. ניתוח דוגמה הנדסית (חישוב מתוקן)

ניקח כדוגמה מצב תפעול טיפוסי של AGV:

M=100 ק"ג

r = 0.015 m

f = 0.05

n = 2

האצת יעד:

a = 0.5 m/s²

6.1 התנגדות גלגול

Ff=100 × 9.8 × 0.05=49 N

6.2 כוח הנעה כולל

F_total=M × a + f × M × g

F_total=100 × 0.5 + 49=99 N

6.3 דרישת מומנט של גלגל בודד

T=(F_total × r) / n

T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m

מסקנה הנדסית

התוצאה לעיל מוכיחה כי:

תכנון מערכת החשמל של AGV חייב להתבסס על יעדי האצה בפועל

בחירת מנוע אינה יכולה להסתמך רק על כוח המנוע או מומנט מדורג

אחרת, עלולים להתרחש מצבים שבהם התכנון נראה בר ביצוע תיאורטית אך נכשל בתנאי הפעלה אמיתיים

7. עיצוב בחירת קפיצי מאגר

במהלך תהליכי עגינה או נגד-התנגשות, גרירת AGVs דורשת מערכות קפיצים כדי לספוג אנרגיית פגיעה.

7.1 מודל בסיסי (חוק הוק)

F = k × x

אֵיפֹה:

k: קשיחות קפיצית

x: תזוזה של דחיסה

7.2 עיצוב חלוקת עומס קפיצים רב-

אם המערכת משתמשת בקפיצי n_s:

עומס קפיץ בודד:

F_spring=(M × g) / n_s

עיצוב קשיחות קפיץ:

k=F_spring / x

7.3 עקרונות עיצוב

עקרון הליבה של עיצוב מערכת קפיצים אינו "כמה שיותר נוקשה, יותר טוב", אלא:

העומס חייב להיות מופץ באופן שווה

יש להבטיח שבץ דחיסה מספיק

יש להימנע מהעברת פגיעה קשיחה למבנה הרכב

8. סיכום עיצוב ליבה

התכנון של גרירת מערכות כוח AGV חייב לפעול לפי העקרונות שלהלן:

עיצוב מערכת ההנעה הוא בעצם איזון בין כוח מתיחה, התנגדות ואינרציה

רדיוס הגלגל r, מומנט המנוע ויחס ההפחתה קובעים יחד את ביצועי המערכת

האצה חייבת להיכלל כיעד עיצובי ולא רק כתוצאת אימות

כוח לא יכול להחליף ניתוח מומנט

מערכות מאגר חייבות להיות מתוכננות מבנית על בסיס חלוקת עומסים כוללת