Благодаря трансформации и модернизации производства и быстрому развитию интеллектуальной логистики применение AGV (автоматизированных управляемых транспортных средств) быстро расширилось от традиционных складов с контролируемой средой до все более сложных сценариев, таких как производственные цеха, портовые терминалы и зоны наружного контроля. Расширение сценариев применения и частые переходы между средами, особенно при эксплуатации в помещении-к-наружному пространству, предъявляют гораздо более высокие требования к адаптивности AGV к окружающей среде. Среди этих факторов особенно важна адаптируемость дорожного покрытия.
Рациональная конструкция и выбор амортизирующих плавучих конструкций играют решающую роль в качестве основной механической конструкции, обеспечивающей плавное движение транспортного средства, надежную несущую способность и длительный срок службы приводного агрегата. Для удовлетворения различных схем шасси и требований к нагрузке были разработаны различные типы конструкций плавающей подвески. В этой статье систематически рассматриваются распространенные амортизирующие плавучие конструкции AGV, анализируются их рабочие механизмы, конструктивные ограничения и эксплуатационные характеристики, а также приводятся теоретические ссылки и практические рекомендации по проектированию и выбору систем подвески.
1. Основные функции амортизирующих-плавучих конструкций
Основная задача амортизирующей плавучей конструкции — обеспечение стабильной работы автоматических транспортных средств на неровных и сложных дорожных покрытиях. Эта цель достигается посредством трех тесно связанных механизмов.
(1) Обеспечение согласованного контакта колесной системы с землей.
В конфигурациях много-автомобильных транспортных средств, если ведущее колесо установлено в более выдвинутом положении, чем вспомогательные колеса, чтобы гарантировать тягу, вспомогательные колеса могут потерять контакт с землей. Это приводит к чрезмерной концентрации нагрузки на приводном агрегате, снижая эффективную грузоподъемность и существенно влияя на устойчивость движения.
Обеспечивая упругую свободу посредством пружин подвески, амортизирующая плавающая конструкция-позволяет приводу двигаться вертикально. Под собственным-весом AGV ведущее колесо можно прижать обратно на ту же высоту, что и вспомогательные колеса, что позволяет всем колесам одновременно коснуться земли. Это обеспечивает достаточное сцепление ведущего колеса и позволяет вспомогательным колесам распределять часть нагрузки, что приводит к оптимальному распределению нагрузки по автомобилю.
(2) Адаптация к неровностям дороги и препятствиям
При работе на неровностях дороги без амортизации ведущее колесо может терять сцепление с дорогой в углублениях или жестко подниматься из-за препятствий, вызывая вибрацию, отклонение или нестабильность автомобиля. Благодаря плавающей подвеске пружина позволяет ведущему колесу постоянно повторять профиль дорожного покрытия.
При столкновении с выступом сжатие пружины не позволяет приводному узлу жестко поднять весь автомобиль. При преодолении углубления восстанавливающая сила пружины толкает ведущее колесо вниз, чтобы сохранить контакт с землей. Это обеспечивает постоянную тягу и стабильное поведение при движении в различных дорожных условиях.
(3) Амортизация ударных нагрузок и защита приводного устройства.
Неровности дороги и препятствия создают временные ударные нагрузки, которые передаются непосредственно на двигатель, коробку передач, подшипники и другие важные компоненты. Со временем эти нагрузки ускоряют износ и выход из строя.
Пружина подвески поглощает и амортизирует энергию удара за счет упругой деформации, преобразуя внезапные ударные нагрузки в постепенно высвобождаемую упругую энергию. Это значительно снижает пиковые нагрузки, передаваемые на привод, продлевая срок службы компонентов и снижая затраты на техническое обслуживание.
2. Ограничения проектирования и математическое моделирование (обычный-текстовый формат)
Для надежного достижения вышеуказанных функций амортизирующие-плавучие конструкции должны удовлетворять ряду механических ограничений. Основной конструктивной переменной является точное соответствие жесткости пружины k. На основе трех типичных условий эксплуатации:-ровная поверхность, впадины и выступы-ключевые конструктивные взаимосвязи установлены ниже с использованием инженерно--удобных-текстовых выражений.
Определения ключевых параметров
k: жесткость одной пружины подвески.
лямбда: высота выступа ведущего колеса относительно вспомогательных колес.
дельта : неровности дорожного покрытия (выбоина=+дельта, впадина=-дельта)
Дельта: предварительная нагрузка пружины
n : количество пружин на приводной блок
G: общий вес AGV при полной нагрузке.
mu1: коэффициент трения между ведущим колесом и землей.
mu2 : коэффициент сопротивления качению AGV.
Fmax1, Fmax1_limit: номинальная и предельная нагрузка ведущего колеса.
Fmax2, Fmax2_limit: номинальная и предельная нагрузка вспомогательных колес.
(1) Состояние ровной поверхности (базовый случай)
Это наиболее распространенное рабочее состояние. Все колеса должны сохранять контакт с землей, нагрузки должны оставаться в пределах номинальных значений, необходимо избегать пробуксовки ведущих колес.
Нормальная нагрузка ведущего колеса:
FN1=(Дельта + лямбда) * n * k
Ограничение нагрузки на ведущее колесо:
ФН1<= Fmax1
Вспомогательная нагрузка на колесо FN2 должна удовлетворять:
ФН2<= Fmax2
(Примечание: FN2 получается из равновесия статических сил колесной системы в зависимости от FN1 и общей массы транспортного средства G.)
Условия противо-скольжения:
ФН1*му1 > Г*му2
(2) Плохое состояние дороги
При депрессии на дороге пружина растягивается еще больше, уменьшая нагрузку на ведущее колесо и увеличивая нагрузку на вспомогательное колесо. Для предотвращения потери контакта ведущего колеса должно выполняться следующее геометрическое условие:
лямбда > дельта
Нормальная нагрузка ведущего колеса:
FN1_depressed=(дельта + лямбда - дельта) * n * k
Ограничения нагрузки (допускаются краткосрочные-ограничения):
FN1_депрессия<= Fmax1_limit
FN2_депрессия<= Fmax2_limit
Условия противо-скольжения:
FN1_depressed *mu1 > G * mu2
(3) Выступающая дорога
Когда AGV сталкивается с выступом, пружина еще больше сжимается, и нагрузка на ведущее колесо достигает максимального значения. Усилие пружины не должно поднимать весь автомобиль и приводить к потере контакта вспомогательных колес.
Нормальная нагрузка ведущего колеса:
FN1_bump=(дельта + лямбда + дельта) * n * k
Общее ограничение-контактов
(для типичной четырех-конфигурации AGV):
2 * FN1_bump < G
Ограничение нагрузки (допускается кратковременное-ограничение):
FN1_bump<= Fmax1_limit
(4) Комплексное определение диапазона жесткости
Объединив все ограничения-неравенства из ровных, впадин и выступающих дорог, можно получить допустимый диапазон жесткости пружины k.
В пределах этого допустимого диапазона следует выбирать соответствующие значения дельта преднатяга пружины и лямбда выступа ведущего колеса.
В инженерной практике обычно принято следующее правило:
лямбда=(от 1,5 до 2,0) * дельта
Это обеспечивает достаточный запас прочности при неровностях дорожного покрытия.
3. Распространенные типы AGV-амортизирующих плавучих конструкций-поглощающих удары
(1) шарнирно-сочлененного типа
Приводной блок соединен с шасси посредством шарнирного соединения и может качаться под действием восстанавливающего- крутящего момента, создаваемого пружиной. Эта конструкция обеспечивает механическое усиление, позволяя относительно небольшой силе пружины создавать большую силу контакта с землей. Однако связь между плавающим ходом и сжатием пружины нелинейна.
Хотя адаптивность высока, существуют двунаправленные различия в нагрузках. При движении в гору нагрузка на ведущее колесо значительно возрастает, что требует тщательной проверки прочности конструкции. Этот тип широко используется в тяжелых-автомобильных транспортных средствах, где достаточно места для установки.
(2) Тип вертикальной направляющей стойки
Привод плавает вертикально вдоль линейных направляющих колонн или направляющих втулок, а пружины сжатия обеспечивают амортизацию. Конструкция компактна, экономична-эффективна и проста в обслуживании.
Важнейшим требованием к конструкции является то, что направляющие стойки должны быть расположены симметрично и центрированы относительно точки контакта колеса-с землей. Неправильное выравнивание может создать дополнительные моменты, ведущие к заклиниванию или ненормальному износу. Этот тип подходит для автоматических транспортных средств с легкой- и средней-нагрузкой со строгими ограничениями по высоте.
(3) Тип связи «ножничный»-
Плавающее движение реализуется с помощью ножничного механизма и часто интегрируется с модулями дифференциального рулевого управления для экономии места для установки. Однако когда левое и правое ведущие колеса сталкиваются с разной высотой дороги, конструкция теряет способность-самоадаптироваться и может привести к диагональному подъему шасси.
Этот тип в основном используется в конкретных модулях интегрированного дифференциального привода рулевого управления и обеспечивает относительно плохую адаптацию к обычным неровным дорожным покрытиям.
(4) Тип поворотной-оси
Два колеса жестко закреплены на одной оси, которая может поворачиваться вокруг центрального шарнира. Неровности дороги компенсируются поворотом всей оси, эффективно рассматривая два колеса как одно виртуальное большое колесо.
В многоколесных системах-можно объединить несколько поворотных осей, чтобы свести колесную систему к эквивалентной трехточечной конфигурации-контакта с землей, что фундаментально решает проблемы совместного-заземления. Эта конструкция проста и надежна, что делает ее очень подходящей для много-колесных, тяжелых-автомобильных транспортных средств, предназначенных для работы на открытом воздухе.
(5) Четыре-типа связи
Четырехрычажная-рычажная конструкция, основанная на принципе параллелограмма, обеспечивает вертикальное плавание, сохраняя при этом постоянную ориентацию приводного узла. По сравнению с шарнирно-сочлененными типами поворотов силы остаются коллинеарными, что исключает скручивающие нагрузки во время плавающего движения.
Несмотря на то, что эта конструкция более сложна и-занимает много места, она обеспечивает превосходную устойчивость и хорошо подходит для тяжелых-автомобильных транспортных средств со строгими требованиями к положению колес, например для автоматических транспортных средств вилочного погрузчика-типа с вертикальными ведущими колесами автоматических транспортных средств.
4. Руководство по сравнению и выбору амортизирующих-плавучих конструкций
Сравнение распространенных типов плавучих конструкций
| Тип структуры | Дорожная адаптируемость | Требуемое пространство | Основные преимущества | Ограничения | Типичные применения |
|---|---|---|---|---|---|
| Шарнирно-сочлененный тип поворота | Отличный | Середина | Высокий механический коэффициент усиления, высокая адаптируемость, зрелая технология | Двунаправленная разница нагрузки; потенциальная скручивающая нагрузка на приводной блок | Усиленные-рулевые ведущие колеса; планировки с достаточным пространством |
| Тип вертикальной направляющей колонны | Хороший | Маленький | Компактная конструкция, низкая стоимость, простота обслуживания. | Высокая чувствительность к выравниванию направляющей колонки; риск заклинивания | AGV с легкой- и средней{1}}нагрузкой; приложения со строгими ограничениями по высоте |
| Ножничный-Тип ссылки | Относительно плохо | Большой | Простая интеграция с модулями дифференциального рулевого управления. | Плохая адаптируемость к неровным левым-правым дорожным условиям; большая космическая оккупация | Интегрированные дифференциальные рулевые приводы |
| Тип поворотного-оси | Отлично (много-колесный) | Большой | Простой и надежный принцип; сильный контакт нескольких-колес с землей- | Громоздкая конструкция; большие требования к вертикальному и боковому пространству | Многоколесные-тяжелые-автомобильные транспортные средства для эксплуатации на открытом воздухе; строительная техника типа AGV |
| Четыре-типа связи | Отличный | От среднего до большого | Постоянное положение колес во время плавания; отсутствие дополнительной скручивающей нагрузки; стабильная производительность | Более сложная структура; более высокая стоимость | Высоко-точные, сверхмощные-автомобильные вилочные погрузчики; приложения со строгими требованиями к положению колес |
Краткое изложение рекомендаций по выбору
Компоновка дифференциального привода:
Когда компактность и низкая стоимость являются основными целями, тип вертикальной направляющей колонны является подходящим выбором. Если требуется интеграция рулевого управления и позволяет место для установки, можно рассмотреть вариант ножничного-звена. Для применений с высокими требованиями к адаптируемости к дороге и точности движения рекомендуется шарнирно-сочлененный тип или четырехрычажный тип-.
Компоновка рулевого привода:
Конструкции с вертикальными направляющими колоннами широко используются при легких- и средних-нагрузках. В сценариях с большими-нагрузками основным решением является шарнирно-сочлененный тип поворота. Для AGV вилочного погрузчика-типа, где требуется строгое вертикальное выравнивание ведущего колеса, четырехрычажный тип-рычажного типа дает явные преимущества.
Специальные многоколесные-тяжелые-колеса или компоновки на открытом воздухе:
Тип поворотной-оси или комбинации нескольких поворотных осей представляет собой одно из наиболее эффективных решений для обеспечения надежного контакта с землей на сложной и неровной местности.
5. Заключение
Амортизирующие-плавучие конструкции образуют критически важный интерфейс между автоматическим транспортным средством и землей. Их производительность напрямую определяет работоспособность и надежность автомобиля в сложных условиях. Суть конструкции подвески заключается в точном соответствии параметров пружины конкретным условиям эксплуатации,-включая профили дорог, уровни нагрузки и скорость транспортного средства-, одновременно удовлетворяя множеству ограничений, таких как контакт нескольких-колес с землей, баланс нагрузки, противоскольжение-эффективность и амортизация ударов.
В настоящее время шарнирно-сочлененные конструкции с поворотной колонкой и вертикальной направляющей доминируют в AGV как с дифференциальным-приводом, так и с рулевым-приводом благодаря своим соответствующим преимуществам. Четыре-рычажные конструкции демонстрируют выдающуюся производительность в высокотехнологичных-тяжелых-применениях, а конструкции с поворотной-осью обеспечивают уникальные и эффективные решения для многоколесных тяжелых-автомобильных транспортных средств открытого типа.
Заглядывая в будущее, поскольку сценарии применения AGV продолжают расширяться и углубляться, ожидается, что технологии активной и полу-активной подвески, а также интеллектуальные адаптивные системы подвески, интегрированные с восприятием дороги, станут ключевыми направлениями развития для удовлетворения более высоких требований к динамическим характеристикам и более экстремальных условий эксплуатации.
