Lời nói đầu

Hiệu suất của mộtXe dẫn đường tự động (AGV)hoặc mộtRobot di động tự động (AMR)phần lớn được quyết định bởi thiết kế hệ thống truyền động của nó. Một hệ thống truyền động tích hợp bao gồm bốn thành phần chính:Bánh dẫn động AGV, động cơ servo điện áp thấp, hộp số giảm tốc, Vàổ đĩa servo. Chúng cùng nhau xác định lực kéo của xe, khả năng tăng tốc, khả năng leo dốc, độ chính xác khi định vị, độ ổn định khi chuyển động và độ tin cậy vận hành lâu dài-.

Trong kỹ thuật thực tế, nhiều vấn đề về hệ thống truyền động không phải do công suất động cơ không đủ mà do tính toán động lực học của xe không đầy đủ. Việc chọn một động cơ chỉ dựa vào tải trọng mà không tính đến lực cản lăn, lực cản dốc, quán tính gia tốc và độ bám dính của bánh xe-thường dẫn đến hiệu suất khởi động kém, quá tải động cơ, trượt bánh xe và giảm hiệu quả vận hành.

Plutools là một trong những nhà sản xuất hệ thống truyền động robot di động hàng đầu Trung Quốc, chuyên phát triển và sản xuấtBánh dẫn động AGV, bánh dẫn động lái, bánh dẫn động vi sai, động cơ servo điện áp thấp, dẫn động servo và giải pháp truyền động tích hợp cho AGV và AMR. Dựa trên kinh nghiệm kỹ thuật sâu rộng và các nguyên tắc được trình bày trongSổ tay thiết kế cơ khí, hướng dẫn này giải thích quy trình tính toán động hoàn chỉnh để lựa chọn hệ thống truyền động AGV, cung cấp tài liệu tham khảo thực tế cho các kỹ sư thiết kế hệ thống truyền động rô-bốt di động hiệu suất cao.

1. Phân tích lực cản lái xe AGV

Đối với AGV công nghiệp hoạt động ở tốc độ dưới đây1 m/s, lực cản khí động học nói chung có thể được bỏ qua. Hệ thống truyền động chủ yếu cần vượt qua ba loại lực cản:

Lực cản lăn

Khả năng chống dốc

Khả năng chống tăng tốc

Động lực phải thỏa mãn:

Fdrive Lớn hơn hoặc bằng Ff + Fθ + Fa

Ở đâu:

Chỉ khi lực kéo sẵn có vượt quá tổng lực cản lái thì AGV mới có thể khởi động êm ái, duy trì hoạt động ổn định và leo dốc an toàn.

2. Tính lực cản lăn

Lực cản lăn được tạo ra bởi sự biến dạng đàn hồi giữa bánh xe và bề mặt sàn, khiến nó trở thành lực cản cơ bản nhất gặp phải trong quá trình vận hành AGV.

Công thức

Ff=(f × G) / r

Ở đâu:

Giá trị kỹ thuật điển hình

Mẹo kỹ thuật

Một số tài liệu tham khảo kỹ thuật thể hiện hệ số lực cản lăn trongcm (cm)thay vìmét (m). Luôn chuyển đổi đơn vị trước khi tính toán để tránh sai số có thể vượt quá 100 lần.

3. Tính toán sức cản mái dốc

AGV công nghiệp thường được thiết kế với khả năng leo dốc khoảng2%.

Đối với mái dốc nhỏ:

sinθ ≈ tanθ ≈ hệ số độ dốc

Vì thế:

Fθ = 0.02 × G

Ví dụ

Đối với AGV 500 kg:

Trọng lượng xe:

G = 500 × 9.81 = 4905 N

Khả năng chống dốc:

Fθ = 98.1 N

Đối với các sườn dốc hơn, nên sử dụng các hàm lượng giác thực tế để tính toán chính xác hơn.

4. Tính toán lực cản gia tốc

Việc tăng và giảm tốc thường xuyên sẽ tạo ra tải quán tính phải được xem xét trong quá trình thiết kế hệ thống truyền động.

Theo định luật II Newton:

Pháp=M × a

Ở đâu:

Giá trị được đề xuất

Khả năng tăng tốc thấp hơn giúp giảm tải tối đa và cải thiện-độ tin cậy lâu dài của hệ thống truyền động.

5. Ví dụ tính toán lực cản của xe

Thông số thiết kế

Kết quả tính toán

Khuyến nghị thiết kế

Hệ thống truyền động phải cung cấp lực kéo tối thiểu xấp xỉ499 N. Trong thực hành kỹ thuật, mộtBiên độ an toàn 20–50%được khuyến nghị để bù đắp cho tác động khi khởi động, điều kiện sàn không bằng phẳng và sự hao mòn cơ học lâu dài.

6. Tính mô-men xoắn đầu ra của bánh dẫn động

Mô-men xoắn đầu ra của bánh dẫn động AGV thu được sau khi mô-men xoắn định mức của động cơ được khuếch đại bởi hộp số.

Công thức

Bánh xe quay=Động cơ × i × η

Ở đâu:

Hiệu suất hộp số điển hình

Các loại hộp số khác nhau có hiệu suất truyền khác nhau đáng kể. Sử dụng giá trị hiệu suất không chính xác có thể dẫn đến tính toán mô-men xoắn không chính xác và lựa chọn động cơ không chính xác.

7. Tính lực kéo của bánh dẫn động

Mô-men xoắn đầu ra từ bánh dẫn động có thể được chuyển đổi thành lực kéo theo mối quan hệ sau:

F = T / r

Ở đâu:

Lực kéo F=(N)

T=mô-men xoắn đầu ra của bánh dẫn động (Nm)

r=bán kính bánh xe (m)

Đối với hệ thống AGV{0}}ổ đĩa kép:

Tổng cộng=2 × F

Đối với cấu hình nhiều{0}}truyền động, tổng lực kéo là tổng của tất cả các bánh dẫn động.

Ví dụ

Được cho:

Mô-men xoắn định mức của động cơ: 0,4 Nm

Tỷ số truyền: 30

Hiệu suất hộp số: 0,85

Bán kính bánh xe: 65 mm (0,065 m)

Sau đó:

Mô-men xoắn đầu ra:

Bánh xe quay=0.4 × 30 × 0.85=10.2 Nm

Lực kéo của bánh xe đơn:

F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N

Thông số này trực tiếp xác định liệu AGV có thể vượt qua tổng lực cản của hệ thống hay không.

8. Tính toán tốc độ vận hành tối đa

Tốc độ tối đa theo lý thuyết của AGV được xác định bởi tốc độ động cơ và tỷ số truyền:

V = (2 × π × r × n) / i

Ở đâu:

V=tốc độ tuyến tính (m/phút)

r=bán kính bánh xe (m)

n=tốc độ động cơ (vòng/phút)

tỷ số truyền i =

Ví dụ

Tốc độ động cơ: 2500 vòng/phút

Tỷ số truyền: 30

Bán kính bánh xe: 65 mm

V ≈ 34 m/phút (≈ 0,57 m/s)

Nếu không đạt được tốc độ yêu cầu, tốc độ động cơ có thể tăng lên hoặc giảm tỷ số truyền. Tuy nhiên, mô-men xoắn và lực kéo phải được-xác minh lại cho phù hợp.

9. Xác minh nguồn điện động cơ

Sau khi tính toán mô-men xoắn, công suất động cơ cũng phải được xác minh.

Công thức

P = (T × n) / 9550

Ở đâu:

P=công suất (kW)

T=mô-men xoắn (Nm)

n=tốc độ (vòng/phút)

Ví dụ

Mô-men xoắn: 0,4 Nm

Tốc độ: 2500 vòng/phút

P ≈ 0,105 kW

Khuyến nghị kỹ thuật

Hệ số an toàn mô men xoắn:1.2–1.5×

Biên độ an toàn điện:20–50%

Điều này đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện tải liên tục và{0}}cao điểm.

10. Tính toán lực bám dính và tải trước của bánh xe

Để bánh xe không bị trượt phải thỏa mãn điều kiện sau:

μ × FN Lớn hơn hoặc bằng F

Như vậy:

FN Lớn hơn hoặc bằng F / μ

Ở đâu:

μ=hệ số ma sát giữa bánh xe và sàn

Lực tải trước bình thường FN =

Ví dụ

Lực kéo bánh đơn: 157 N

Hệ số ma sát: 0,54

Sau đó:

Fn ≈ 291 N

Trong thiết kế thực tế, mộtBiên độ an toàn 10%được khuyến nghị, vì vậy tải trước lò xo khoảng320 Nđược chọn để bù đắp cho sự mệt mỏi theo thời gian.

Hệ số ma sát điển hình

11. Quy trình lựa chọn hệ thống truyền động AGV

Thiết kế hệ thống truyền động AGV hoàn chỉnh thường tuân theo các bước sau:

Xác định các thông số của xe: trọng lượng, tốc độ, gia tốc, độ dốc, đường kính bánh xe

Tính toán lực cản lăn, độ dốc và gia tốc

Đạt được tổng lực cản lái xe

Xác định lực kéo của bánh xe đơn

Tính toán mô-men xoắn đầu ra cần thiết

Chọn tỷ số hộp số

Phù hợp với động cơ servo điện áp thấp

Xác minh dung lượng ổ đĩa servo

Kiểm tra hiệu suất tốc độ

Xác nhận độ bám dính của bánh xe và lực tải trước

12. Cân nhắc về thiết kế kỹ thuật

Trong quá trình phát triển hệ thống AGV, hiệu suất truyền động bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố chứ không chỉ riêng công suất động cơ.

Những cân nhắc chính bao gồm:

Không được nhầm lẫn hệ số lực cản lăn và hệ số ma sát vì chúng thể hiện các ý nghĩa vật lý khác nhau.

Hiệu suất hộp số thay đổi đáng kể giữa các hệ thống bánh răng hành tinh và bánh răng trục vít và không được coi là một giá trị không đổi.

Việc lựa chọn động cơ và bộ truyền động servo phải xem xét các chu kỳ hoạt động liên tục, các điều kiện dừng-khởi động thường xuyên và tác động của tải trọng cao điểm.

Hệ thống-nhiều bánh phải đảm bảo đủ lực tiếp xúc với mặt đất để ngăn bánh xe bị trượt và lệch vị trí.

Phần kết luận

Thiết kế của hệ thống truyền động AGV không chỉ đơn giản là lựa chọn động cơ mà là một quy trình kỹ thuật toàn diện liên quan đến động lực học của xe, hộp số cơ khí, điều khiển điện và tích hợp hệ thống.

Từ mô hình lực cản và tính toán lực kéo đến lựa chọn động cơ servo, cấu hình hộp số, khớp dẫn động servo và thiết kế bánh dẫn động, mọi thông số đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hệ thống và độ tin cậy vận hành.