คำนำ

การแสดงของอันรถนำทางอัตโนมัติ (AGV)หรือหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR)ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยการออกแบบระบบขับเคลื่อน ระบบขับเคลื่อนแบบรวมประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสี่ส่วน:ล้อขับเคลื่อน AGV, เซอร์โวมอเตอร์แรงดันต่ำ, ลดเกียร์, และเซอร์โวไดรฟ์. โดยจะพิจารณาการยึดเกาะของยานพาหนะ การเร่งความเร็ว ความสามารถในการไต่ระดับ ความแม่นยำของตำแหน่ง ความเสถียรในการเคลื่อนที่ และ-ความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานในระยะยาว

ในทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ ปัญหาระบบขับเคลื่อนหลายอย่างไม่ได้เกิดจากกำลังมอเตอร์ไม่เพียงพอ แต่เกิดจากการคำนวณไดนามิกของยานพาหนะที่ไม่สมบูรณ์ การเลือกมอเตอร์โดยพิจารณาจากน้ำหนักบรรทุกเพียงอย่างเดียวโดยมองข้ามความต้านทานการหมุน ความต้านทานต่อความลาดชัน ความเฉื่อยในการเร่งความเร็ว และการยึดเกาะของล้อ- มักทำให้ประสิทธิภาพการออกตัวไม่ดี มอเตอร์โอเวอร์โหลด การลื่นไถลของล้อ และลดประสิทธิภาพในการทำงาน

Plutools เป็นหนึ่งในผู้ผลิตระบบขับเคลื่อนหุ่นยนต์เคลื่อนที่ชั้นนำของจีนมีความเชี่ยวชาญในการพัฒนาและการผลิตของล้อขับเคลื่อน AGV, ล้อขับเคลื่อนด้วยพวงมาลัย, ล้อขับเคลื่อนแบบเฟืองท้าย, เซอร์โวมอเตอร์แรงดันต่ำ, เซอร์โวไดรฟ์ และโซลูชันการขับเคลื่อนแบบรวมสำหรับ AGV และ AMR. จากประสบการณ์ด้านวิศวกรรมที่กว้างขวางและหลักการที่นำเสนอในคู่มือการออกแบบเครื่องกลคู่มือนี้จะอธิบายกระบวนการคำนวณแบบไดนามิกทั้งหมดสำหรับการเลือกระบบขับเคลื่อน AGV โดยให้ข้อมูลอ้างอิงเชิงปฏิบัติสำหรับวิศวกรที่ออกแบบระบบขับเคลื่อนหุ่นยนต์เคลื่อนที่-ประสิทธิภาพสูง

1. การวิเคราะห์ความต้านทานการขับขี่ของยานพาหนะ AGV

สำหรับรถ AGV อุตสาหกรรมที่ทำงานด้วยความเร็วต่ำกว่า1 m/sโดยทั่วไปสามารถละเว้นการลากตามหลักอากาศพลศาสตร์ได้ ระบบขับเคลื่อนจำเป็นต้องเอาชนะแรงต้านสามประเภทเป็นหลัก:

ความต้านทานการหมุน

ความต้านทานความลาดชัน

ต้านทานการเร่งความเร็ว

แรงผลักดันจะต้องตอบสนอง:

Fdrive มากกว่าหรือเท่ากับ Ff + Fθ + Fa

ที่ไหน:

เฉพาะเมื่อแรงฉุดลากที่มีอยู่เกินความต้านทานการขับขี่ทั้งหมดเท่านั้น AGV จึงจะสตาร์ทได้อย่างราบรื่น รักษาการทำงานที่มั่นคง และขึ้นเนินได้อย่างปลอดภัย

2. การคำนวณความต้านทานการหมุน

ความต้านทานต่อการหมุนเกิดจากการเสียรูปแบบยืดหยุ่นระหว่างล้อกับพื้นผิว ทำให้เป็นความต้านทานพื้นฐานที่สุดที่พบในระหว่างการทำงานของ AGV

สูตร

Ff=(f × G) / r

ที่ไหน:

ค่านิยมทางวิศวกรรมทั่วไป

เคล็ดลับทางวิศวกรรม

ข้อมูลอ้างอิงทางวิศวกรรมบางรายการแสดงค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนในเซนติเมตร (ซม.)แทนเมตร (ม.). ควรแปลงหน่วยก่อนการคำนวณทุกครั้งเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่อาจเกิน 100 ครั้ง

3. การคำนวณความต้านทานความลาดชัน

โดยทั่วไปแล้ว AGV อุตสาหกรรมได้รับการออกแบบให้มีความสามารถในการปีนได้ประมาณ2%.

สำหรับทางลาดขนาดเล็ก:

อัตราส่วนความชันของ sinθ asym tanθ asym

ดังนั้น:

Fθ = 0.02 × G

ตัวอย่าง

สำหรับ AGV ขนาด 500 กก.:

น้ำหนักรถ:

G = 500 × 9.81 = 4905 N

ความต้านทานความลาดชัน:

Fθ = 98.1 N

สำหรับทางลาดชัน ควรใช้ฟังก์ชันตรีโกณมิติจริงเพื่อการคำนวณที่แม่นยำยิ่งขึ้น

4. การคำนวณความต้านทานการเร่งความเร็ว

การเร่งความเร็วและการชะลอตัวบ่อยครั้งทำให้เกิดโหลดเฉื่อยที่ต้องพิจารณาในระหว่างการออกแบบระบบขับเคลื่อน

ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน:

ฟ้า=ม × ก

ที่ไหน:

ค่าที่แนะนำ

การเร่งความเร็วที่ต่ำลงจะช่วยลดโหลดสูงสุดและปรับปรุงความน่าเชื่อถือในระยะยาว-ของระบบขับเคลื่อน

5. ตัวอย่างการคำนวณความต้านทานของยานพาหนะ

พารามิเตอร์การออกแบบ

ผลการคำนวณ

คำแนะนำการออกแบบ

ระบบขับเคลื่อนควรมีแรงดึงต่ำสุดประมาณ499 N. ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม กอัตราความปลอดภัย 20–50%แนะนำให้ชดเชยการกระแทกขณะสตาร์ท สภาพพื้นไม่เรียบ และการสึกหรอทางกล-ในระยะยาว

6. การคำนวณแรงบิดเอาท์พุตของล้อขับ

แรงบิดเอาท์พุตของล้อขับเคลื่อน AGV จะได้รับหลังจากแรงบิดของมอเตอร์พิกัดถูกขยายโดยกระปุกเกียร์

สูตร

Twheel=Tmotor × i × η

ที่ไหน:

ประสิทธิภาพกระปุกเกียร์ทั่วไป

กล่องเกียร์ประเภทต่างๆ มีประสิทธิภาพในการส่งผ่านที่แตกต่างกันอย่างมาก การใช้ค่าประสิทธิภาพที่ไม่ถูกต้องอาจส่งผลให้การคำนวณแรงบิดไม่ถูกต้องและการเลือกมอเตอร์ที่ไม่เหมาะสม

7. การคำนวณแรงดึงของล้อขับเคลื่อน

แรงบิดที่ส่งออกจากล้อขับเคลื่อนสามารถแปลงเป็นแรงดึงได้โดยใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

F = T / r

ที่ไหน:

F=แรงฉุด (N)

T=แรงบิดเอาท์พุตของล้อขับเคลื่อน (Nm)

r=รัศมีล้อ (ม.)

สำหรับระบบ AGV แบบไดรฟ์คู่-:

ผลรวม=2 × F

สำหรับการกำหนดค่าไดรฟ์หลาย- แรงฉุดทั้งหมดคือผลรวมของล้อขับเคลื่อนทั้งหมด

ตัวอย่าง

ที่ให้ไว้:

แรงบิดสูงสุดของมอเตอร์: 0.4 นิวตันเมตร

อัตราทดเกียร์: 30

ประสิทธิภาพกระปุกเกียร์: 0.85

รัศมีล้อ: 65 มม. (0.065 ม.)

แล้ว:

แรงบิดขาออก:

ล้อหมุน=0.4 × 30 × 0.85=10.2 นิวตันเมตร

แรงดึงล้อเดียว:

F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N

พารามิเตอร์นี้จะกำหนดโดยตรงว่า AGV สามารถเอาชนะความต้านทานของระบบทั้งหมดได้หรือไม่

8. การคำนวณความเร็วสูงสุดในการทำงาน

ความเร็วสูงสุดตามทฤษฎีของ AGV ถูกกำหนดโดยความเร็วของมอเตอร์และอัตราทดเกียร์:

V = (2 × π × r × n) / i

ที่ไหน:

V=ความเร็วเชิงเส้น (ม./นาที)

r=รัศมีล้อ (ม.)

n=ความเร็วมอเตอร์ (รอบต่อนาที)

ฉัน=อัตราทดเกียร์

ตัวอย่าง

ความเร็วมอเตอร์: 2500 รอบต่อนาที

อัตราทดเกียร์: 30

รัศมีล้อ : 65 มม

โวลต์ หยาบคาย 34 ม./นาที (0.57 ม./วินาที)

หากความเร็วไม่ถึงตามที่ต้องการ สามารถเพิ่มความเร็วของมอเตอร์หรืออัตราทดเกียร์ลดลงได้ อย่างไรก็ตาม แรงบิดและแรงดึงจะต้องได้รับการตรวจสอบอีกครั้ง-ตามนั้น

9. การตรวจสอบกำลังมอเตอร์

หลังจากคำนวณแรงบิดแล้ว จะต้องตรวจสอบกำลังมอเตอร์ด้วย

สูตร

P = (T × n) / 9550

ที่ไหน:

กำลังไฟฟ้า P=(kW)

T=แรงบิด (Nm)

ความเร็ว=(รอบต่อนาที)

ตัวอย่าง

แรงบิด : 0.4 นิวตันเมตร

ความเร็ว: 2500 รอบต่อนาที

พี γ 0.105 กิโลวัตต์

ข้อเสนอแนะทางวิศวกรรม

ปัจจัยด้านความปลอดภัยของแรงบิด:1.2–1.5×

อัตราความปลอดภัยด้านพลังงาน:20–50%

ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะการโหลดที่ต่อเนื่องและสูงสุด-

10. การคำนวณการยึดเกาะของล้อและแรงพรีโหลด

เพื่อหลีกเลี่ยงการลื่นไถลของล้อ จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

μ × FN มากกว่าหรือเท่ากับ F

ดังนั้น:

FN มากกว่าหรือเท่ากับ F / μ

ที่ไหน:

μ=ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างล้อกับพื้น

FN=แรงพรีโหลดปกติ

ตัวอย่าง

แรงดึงล้อเดี่ยว: 157 N

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน: 0.54

แล้ว:

FN γ 291 น

ในการออกแบบเชิงปฏิบัติ กอัตราความปลอดภัย 10%แนะนำให้ใช้สปริงพรีโหลดประมาณ320 Nถูกเลือกมาเพื่อชดเชยความเหนื่อยล้าเมื่อเวลาผ่านไป

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานทั่วไป

11. ขั้นตอนการคัดเลือกระบบขับเคลื่อน AGV

โดยทั่วไปการออกแบบระบบขับเคลื่อน AGV ที่สมบูรณ์จะทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

กำหนดพารามิเตอร์ของยานพาหนะ: น้ำหนัก ความเร็ว ความเร่ง ความชัน เส้นผ่านศูนย์กลางล้อ

คำนวณความต้านทานการหมุน ความลาดชัน และการเร่งความเร็ว

ได้รับความต้านทานในการขับขี่ทั้งหมด

กำหนดแรงฉุดล้อเดียว

คำนวณแรงบิดเอาท์พุตที่ต้องการ

เลือกอัตราทดเกียร์

จับคู่เซอร์โวมอเตอร์แรงดันต่ำ

ตรวจสอบความจุของไดรฟ์เซอร์โว

ตรวจสอบประสิทธิภาพความเร็ว

ตรวจสอบการยึดเกาะของล้อและแรงพรีโหลด

12. ข้อพิจารณาด้านการออกแบบทางวิศวกรรม

ในการพัฒนาระบบ AGV ประสิทธิภาพของไดรฟ์ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ มากกว่ากำลังของมอเตอร์เพียงอย่างเดียว

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ ได้แก่ :

ต้องไม่สับสนระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน เนื่องจากค่าเหล่านี้แสดงถึงความหมายทางกายภาพที่แตกต่างกัน

ประสิทธิภาพของกระปุกเกียร์จะแตกต่างกันอย่างมากระหว่างระบบเฟืองดาวเคราะห์และระบบเฟืองตัวหนอน และจะต้องไม่ถือว่าเป็นค่าคงที่

การเลือกมอเตอร์และเซอร์โวไดรฟ์จะต้องพิจารณารอบการทำงานที่ต่อเนื่อง สภาวะการหยุด-การสตาร์ทบ่อยครั้ง และผลกระทบของโหลดสูงสุด

ระบบล้อหลาย-ต้องแน่ใจว่ามีแรงสัมผัสพื้นเพียงพอเพื่อป้องกันการลื่นไถลและการเบี่ยงเบนตำแหน่ง

บทสรุป

การออกแบบระบบขับเคลื่อน AGV ไม่ใช่แค่การเลือกมอเตอร์ แต่เป็นกระบวนการทางวิศวกรรมที่ครอบคลุมที่เกี่ยวข้องกับไดนามิกของยานพาหนะ ระบบส่งกำลังทางกล การควบคุมไฟฟ้า และการรวมระบบ

ตั้งแต่การสร้างแบบจำลองความต้านทานและการคำนวณแรงดึงไปจนถึงการเลือกเซอร์โวมอเตอร์ การกำหนดค่ากระปุกเกียร์ การจับคู่เซอร์โวไดรฟ์ และการออกแบบล้อขับเคลื่อน ทุกพารามิเตอร์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของระบบและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน