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【深度】AGV车驱动轮打滑情况原因分析与应对措施

公司新闻 6900

前言

对于所有运动的车辆结构来说,减震系统是非常重要的机构。从低端的二八大杠自行车,到轿车卡车,再到特种车辆,都少不了减震系统。

减震系统的主要作用一是保证动力模组和地面的摩擦力,以便提供充足的动力。二是减轻因地面不平时、过沟过坎时、地面突然出现高低落差对车体和货物的冲击,保护车体和货物。

对于AGV车来说,即使没有减震,也可以跑起来,但是对地面平整度要求很高,而且驱动的电机功率也要足够大。实际情况设计了减震的AGV车要比没有减震的AGV车运行状态要好,要稳定。

在实际的应用当中,我们经常遇到AGV车驱动轮打滑的情况,有的是因为没有设计减震,有的设计了减震却仍然出现打滑的情况,在这里我们针对这些情况做一个分析介绍。

AGV车驱动轮打滑主要原因如下:

  1. 悬挂减震方面的问题
  2. 轮子材质与路面的问题
  3. 电机功率小的问题
  4. 负载分布不均的问题

一 悬挂减震方面的问题

对于AGV车来说,设计减震悬挂的情况比较多,我们重点讨论带减震的情况进行分析。

AGV减震的设计原则:

1. 减震机构主要作用是保证动力模组和地面的摩擦力,以便提供较大的动力,保证轮子不打滑。

2. 减震机构可以减轻地面不平时、过沟过坎时、地面突然出现高低落差时、装载货物时,

轮胎承受的冲击力,以免损坏齿轮和包胶轮。

3. 减震机构可以减轻货物在 AGV 运行颠簸时受到的冲击。

4. 减震机构应该尽量考虑在载货和空载时 AGV 车体本身上下浮动范围,越小越好。如果落差太大可能导致平行货物对接失败,装载失败等

减震的常见结构:

  1. 杠杆式
  2. 铰链摆动式
  3. 直导柱式
  4. 四连杆式
  5. 舵轮端减震

下面分别详细介绍常见的减震结构

杠杆式

结构如图所示:

杠杆式特点及设计注意事项:

(1) 结构简单,可靠性高,成本低,体积小,重量轻,车体本体配重小,基本免维护。

(2) 减震主体在 AGV 车体。

(3) 适用路面条件好,起伏落差不大场景。

(4) 缺点是载重量受限动力模组本身的承载限制,最大载荷理论上不超过动力机构最大承载的 4 倍,.实际使用时要考虑到设备冲击和负载偏载,需要预留一定的安全余量。运动时舵轮承受冲击力大。

(5) 设计注意:杠杆和车体连接部分承载部要可靠,回差间隙要小,避免运动时晃动。可以在杠杆两头加小型弹簧,增加一定阻尼,可以加速杠杆回零响应速度和防止维修吊起时,杠杆不受约束的情况下上下晃动,撞击产生意外破坏和伤害。

杠杆式减震机构工作原理:

杠杆原理杠杆⼜分费⼒杠杆、省⼒杠杆和等臂杠杆,杠杆原理也称为“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作⽤在杠杆上的两个⼒矩(⼒与⼒臂的乘积)⼤⼩必须相等。即:动⼒×动⼒臂=阻⼒×阻⼒臂,⽤代数式表⽰为 F1·L1=F2·L2。式中,F1 表⽰动⼒,L1 表⽰动⼒臂,F2 表⽰阻⼒,L2 表⽰阻⼒臂。从上式可看出,要使杠杆达到平衡,动⼒臂是阻⼒臂的⼏倍,阻⼒就是动⼒的⼏倍。

铰链摆动式

结构如图所示:

受力原理图:F1*L=L1*F2

铰链摆动式减震机构特点及设计注意事项:

(1) 结构较简单,可靠性高,成本低,高度低,水平占地面积大,重量轻,AGV 车体可设计载荷大,压力可调整,车体本体配重大,基本免维护。

(2) 减震主体在 AGV 车体或者舵轮上。

(3) 适合路面条件好,起伏落差较小场景。

(4) 缺点:舵轮上下浮动时,舵轮沿铰链为圆心旋转,舵轮触地点相对安装垂直中心偏移,布局位置微变,影响控制计算。车体本体需要较大配重,以便空载时将减震弹簧压制至适合位置,万向轮轻微触地。压力浮动变化较大,在舵轮下沉时,压力损失较大,容易导致舵轮摩擦力急剧减少,导致舵轮打滑。铰链受侧向力时,容易变形,导致晃动加剧,尤其是 AGV 平移时。

(5) 设计注意,铰链结构在侧向运行时,铰链受较大的轴向力,会导导致铰链变形,晃动明显。铰链选用时,材料变形量要小,表面硬度要大,要耐磨,同时直线轴承也要选耐磨产品。

6)减震弹簧在选择时,劲度系数选的要合适,并且做成行程可调,加防脱调节螺栓。选择的原则是,空载时在车体自重的情况下,万向脚轮能刚接触到地面,重量大部分都压载在舵轮上,重载时,舵轮压力产生的摩擦力 F 大于 AGV 运行时的阻力 F1. 弹簧选择时,建议可以选一些行程大,弹簧胡克系数较小,在车体在平地时,弹簧有较大的预压行程 X,这样在路面起伏时,X 变化较大时,弹簧产生的正压力 F 变化小,在舵轮下沉时,舵轮摩擦力损失较小,在舵轮上浮时,舵轮所受正压力不会增加太多,避免超过舵轮最大垂直载荷

垂直导柱式

结构如图所示:

导柱减震机构设计于车体之上

导柱减震机构设计于舵轮端

垂直导柱减震机构特点及设计注意事项:

(1) 结构较为复杂,可靠性高低主要取决于设计合理性和加工装配工艺。成本高,水平面积小,高度高,重量适中,AGV 车体可设计载荷大,压力可调整,车体本体配重大,需要定期维护清理和加润滑剂。

(2) 减震主体在 AGV 车体或者舵轮上。

(3) 适合路面条件不好,起伏落差较大场景。

(4) 缺点是成本高,车体本体需要较大配重,空载时将减震弹簧压制至适合位置,万向轮轻触地。压力浮动变化较大,在舵轮下沉时,压力损失较大,容易导致舵轮摩擦力急剧减少,导致舵轮打滑。导向柱受侧向力时,容易变形,导致上下卡顿,失去减震作用。

(6) 设计注意:垂直导柱住数量不易过多,由于 AGV 车运动时,导向柱受较大的径向力,会导致导向柱变形,卡顿,导向柱越多,卡顿现象越明显。

导向柱要做的较为粗壮,材料变形量要小,表面硬度要大,要耐磨,同时直线轴承也要选耐磨产品。

减震弹簧在选择时,劲度系数选的要合适减震弹簧在选择时,劲度系数选的要合适,并且做成行程可调,加防脱调节螺栓。选择原则是,空载时在车体自重的情况下,万向脚轮能刚接触到地面,重量大部分都压载在舵轮上,重载时,舵轮压力产生的摩擦力 F 大于 AGV 运行时的阻力 F1. 弹簧选择时,建议可以选一些行程大,弹簧劲度系数较小,车体在平地时,弹簧有较大的预压行程 X,这样在路面起伏时,X 变化较大时,弹簧产生的正压力 F 变化小,在舵轮下沉时,舵轮摩擦力损失较小,在舵轮上浮时,舵轮所受正压力不会增加太多,避免超过舵轮最大垂直载荷。

设计工作原理:可以做如下假设,驱动轮正压力完全由减震弹簧提供(前提车体要做配重),车体总重全部分摊于辅助脚轮,按照经验数值驱动轮不打滑的条件是正压力不小0.3-0.5的驱动轮额定载荷,计算之后要保证车子加了负载后弹簧还有一定的压缩行程。

四连杆式

结构如图所示:

四连杆式减震特点及设计注意事项:

(1) 结构复杂,可靠性高,成本高,高度适中,AGV 车体可设计载荷大适用于大载荷车体,压力可调整,车体本体配重大,

(2) 减震主体在 AGV 车体

(3) 提供更大的地面贴紧力,减震适应性较好。

舵轮端减震

结构如图所示:

舵轮端减震特点及设计注意事项:

(1) 车体设计简单,但是需要做配重

(2) 减震主体在 驱动轮上面

(3) 减震行程较小,调节空间小,一般弹簧不能自由调节

4)驱动轮定位精度不高,无法应用于定位精度要求高的场合

很多工程师虽然设计了减震机构,仍然出现驱动轮打滑的情况,那么需要考虑减震的弹簧压力不够,配重是否足够,然后需要进行受力分析和计算,弹簧施加于驱动轮的压力不能小于0.3-0.5倍的驱动轮额定载荷,受力计算方面没有什么问题,则需要考虑其他方面的问题

二、轮子材质与路面

AGV驱动轮的材质一般是聚氨酯和橡胶。

聚氨酯材质的特点硬度高,弹性变形小,承载重量大,耐磨,应用的场合主要是室内平整地面,地面要求无油无水

橡胶材质特点,硬度软,弹性变形大,承载重量小,耐磨性较低,主要应用于户外路况,路面有水有油污也可以使用

根据不同的路面环境选择不同材质的轮子,也可以避免因为环境地面导致的轮子打滑情况

三、电机功率小

电机功率小导致舵轮打滑的情况分两种,一种情况是电机的实际功率选小了,另一种情况,电机实际功率足够,驱动器设置输出功率小导致电机的实际输出功率小了了。

第一种情况在设计选型阶段对于电机的功率选择过小,要么是选型阶段计算错误,要么是没有考虑到启动与爬坡阶段电机需要过载输出

舵轮设计选型的时候建议先咨询研发技术能力强的舵轮厂家,他们有丰富的选型经验和科学的计算工具,例如我们江苏亿控智能装备有限公司。

另外一种情况是电机的实际功率足够,驱动器调试的时候输出的电流过于保守过小,导致电机输出功率不足导致轮子打滑

驱动器重新调试将输出功率上限调高满足要求,按照我们的驱动器选型与调试的经验,驱动器一般最大可以做到3倍的过载输出,但是需要根据驱动器的过载电流上限和过载时间,合理设置输出上限述数值。

四、负载分布不均

双舵轮车体如果出现负载不均匀,负载轻的一端舵轮也可能出现打滑情况,出现这种情况需要重新调整负载位置

总结:AGV车出现舵轮打滑的情况,首先进行问题分析,分析出原因,针对原因进行整改。一般我们优先分析轮子材质与地面的问题这是最容易看到的问题,然后在分析减震方面的问题,分析减震结构是否合理,减震弹簧力是否足够,行程是否足够,以及车体配重是否足够。减震问题排除了,我们就考虑电机的功率以及实际输出功率,最后再考虑负载是否均衡。

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