叉举式AGV结构设计及稳定性研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

随着“工业 4.0”和“中国制造 2025”的提出,企业为提高自身的竞争优势,纷纷把改革的目标转向改善物流运输系统上来。AGV 作为智能化搬运装备的重要组成部分,广泛应用于各大行业之中,在很大程度上提高了生产效率,降低了生产成本。

由于自动化程度较高、无人搬运的特点,AGV 的稳定性问题一直被人们所关注。本文针对叉举式 AGV 从机械结构设计、结构稳定性和抗倾翻稳定性三方面进行研究,具体内容如下:

(1)在机械结构设计方面,通过对 AGV 驱动转向系统和移载系统不同方案的对比,最终确定选用结构紧凑、容易控制的舵轮型驱动转向系统和液压提升系统,并对两大系统进行详细的设计计算,确定 AGV 的主要性能参数,建立 AGV 机械结构三维模型。

(2)在结构稳定性方面,首先利用 ANSYS 软件对叉举式 AGV 的关键零部件进行静力学分析,保证主要受力部位的结构强度满足结构稳定性要求。其次充分考虑 AGV在工作过程中的各种工况,对整体进行静力学分析。分析发现叉举式 AGV 在负载远离载荷中心和货叉偏载这两种特殊工况下,局部受力和整体变形较大,特别是在货叉偏载时,由于两货叉变形量的不同可能会导致货物产生滑动,从而发生安全隐患的可能性更大。再次从 AGV 固有模态方面对 AGV 的关键零部件和整体进行了模态分析,得出前六阶振动频率和振型。可知路面激励不会引起 AGV 的共振,但在 AGV 使用过程中,应尽量避免其他外部振动源对 AGV 造成共振。

(3)在抗倾翻稳定性方面,利用重心法对 AGV 的抗倾翻稳定性进行分析。由于叉举式 AGV 在工作时同时存在横向倾翻和纵向倾翻的可能性,在分析抗倾翻稳定性时,分别对 AGV 的纵向静稳定性、纵向动稳定性、横向静稳定性和横向动稳定性进行分析,最终得出叉举式 AGV 的抗倾翻稳定性满足稳定性要求。

1 绪论

1.1 课题研究的背景

制造业是一个国家的基础性行业,是现代化的原动力,是国家实力的重要支柱。近年来,我国面临着内部人力成本和运营成本的持续上涨,使得 GDP 增长放缓,由过去的高速增长转为中高速增长的新常态。另一方面,消费者的需求日益趋于多元化,对产品质量、创新性等要求高;对服务质量的要求越来越高。

为了提高产品的质量和缩减制造业成本,各大企业纷纷把改革的目光投向高速发展的物流业。据统计,在发达国家中,产品消耗在生产加工阶段的时间不超过 25%,而用于装卸载、运输、存储、等待的环节占据了大部分时间,相应的,物料运输费用在总成本中占用的比重也较高。近年来随着互联网和物联网的崛起,物流业飞速发展,现代物流充分利用现代信息技术,打破了运输环节独立于生产环节之外的行业界限,通过供应链建立起对企业产、供、销全过程的计划和控制,从而实现物流信息化,达到降低成本、提高水平的目的[1,3]。和传统物流相比,现代物流逐渐走向信息化和智能化,这对于制造业生产成本的控制和产品质量的提升起到了很大的推进作用,从总体上提高了企业的竞争优势。

在以上背景下,自动导引小车(Automated Guided Vehicle,AGV)作为现代智能化搬运工具,其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。AGV 是一种自动化物料搬运设备,是智能型移动机器人的一种,能够利用传感器准确地计算出自己的位置,运行过程中不需要人工干预。与其他物流运输设备相比,AGV 的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制[4],具有可靠性好、运输效率高、人工成本低等优势。同时,借助于 AGV 的实时控制,可以减少延迟时间、精确库存量、并能够及时响应。近年来,企业为提高在市场的竞争力,用智能装备去代替劳动力的投入,通过技术进步与劳动力素质的提高来实现企业的转型升级。2015 年的政府工作报告中提出了《中国制造 2025》的发展战略,旨在推进“中国制造”向“中国智造”的转变,AGV作为智能化装备的重要组成部分,已经广泛应用于制造、仓储、医疗卫生、食品、烟草等行业[5,7],它能够把生产的各个环节联系起来,做到实时了解各环节的生产状况,做到合理化分配,以此达到生产可视化、生产效率提高的目的。

伴随着物流技术的成熟发展,AGV 作为智能化发展的一项重要工具得到广泛的应用,物流已从原先的人力作业向自动化和智能化发展,这使得产品质量稳定,生产效率提高,生产成本得以控制。

1.2 课题来源

本课题来源于校企合作项目“自动导引运输车(AGV)系统设计开发”。

1.3 AGV 的研究发展现状

1.3.1 AGV 国内外发展现状

世界上第一台 AGV 小车出现在 20 世纪 50 年代,由美国的 Berrett Electronics 公司改造而成,它利用电磁感应的方式进行路径跟踪,这种路径跟踪方式一直应用到 20 世纪 70 年代初;1955 年,在英国首先把 AGV 系统用于实用的生产线上,用以达到提高生产效率的目的。我国对 AGV 的研究和应用相对较晚,直到 1980 年,上海石化总厂从日本大福公司引进国内第一套 AGV 系统用于涤纶长丝作业;1996 年玉溪卷烟厂引进韩国三星 52 台电磁导引 AGV[8,10]。经过几十年的发展,AGV 技术得到了长远的发展,在应用方面,随着科技的不断进步,物联网和互联网的广泛应用,越来越多的企业开始引进 AGV,用以提高生产效率和产品的质量。目前,按移载方式可以把 AGV 分为:(a)叉举式自动导引车;(b)牵引式自动导引车;(c)搬运型自动导引车;(d)装配型自动导引车。如图 1 所示。

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