基于ANSYS的叉举式AGV货叉稳定性分析

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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,我国制造业与信息技术的联结日益紧密,AGV 作为自动化产业的重要工具日益受到人们重视。文章主要针对叉举式 AGV 的货叉结构进行静力学分析,通过 Ansys 有限元分析软件得到货叉结构应力集中区域和容易出现结构变形的薄弱点,并验证其结构的稳定性和安全性,为其进行结构优化设计提供最重要的参考依据。

随着工业自动化的发展,自动导引小车 (Au-tomated Guided Vehicle,AGV)作为现代自动化搬运工具,越来越受到人们的青睐。目前,AGV 已成为现代物流领域的关键设备,是工厂自动化、柔性制造系统和计算机集成制造系统等先进生产方式中不可或缺的自动化设备[1-2]。无人搬运是 AGV 的重要特点,它可以根据工作需求,按照预先设计的程序,依照传感器确定的位置信号,沿着规定的行驶路线和停靠位置自动行驶。近年来,国内越来越多的企业把目光转向 AGV 研究,国内外学者已从自动控制、运动学以及动力学等方面做出了突出的研究成果[3-7]。货叉作为叉举式 AGV 的重要零部件,其结构强度直接影响着小车的正常工作,特别是在军工用品及易碎品等特殊用品的搬运中,其结构稳定性至关重要。笔者以货叉为研究对象,用有限元方法对货叉的稳定性进行研究,分析货叉在不同载荷下的结构变形,为其结构设计和优化提供依据[8]。

1 建立货叉三维模型

此类货叉焊接成型,由链条拉动货叉上下移动,货叉上安装有四个导轮,在门架导槽中滚动,以承受倾覆力矩。根据 AGV 在实际工作中的需要,货叉需叉举 1 000 mm×1 200 mm 标准川字形托盘,因此确定货叉尺寸为:货叉高度 470 mm,货叉长度 1 060 mm,货叉外宽 690 mm,内宽 290 mm,货叉厚度 76mm,货叉材料用 40Cr,最大起重 2 t,材料参数见表 1。

弹性模量 /MPa 泊松比 许用应力 /Mpa 密度 /kg·m^-3
 2.06×10^5 0.3 331 7850

针对上述参数利用 Pro/E 软件建立三维模型。在建模中对模型进行必要的简化和调整,以减少有限元计算的工作量,提高仿真效率,把三维模型转换成 igs 格式,以方便导入有限元软件。模型建成后见第 116 页图 1。

2 建立有限元模型

有限元分析的关键一步就是网格的划分,网格的质量直接影响计算工作量的大小和计算精度,对于复杂模型,网格的划分尤为困难。Ansys work-bench 提供了多种网格划分方法,用户可以根据自己的需求和模型的复杂程度选择适合自己的网格划分方法。由于该类型货叉焊接成型,形状较复杂,这里采取智能网格划分,网格划分后效果见图 2。

基于ANSYS的叉举式AGV货叉稳定性分析

由于货叉在门架导槽内做上下运动,为了研究货叉的变形量,这里对货叉导轮的四个安装孔进行约束,AGV 工作时货叉的上表面承受货物向下的压力,同时考虑到货叉自身的重力对其结构强度也有一定的影响,就以货叉的上表面为受力对象,同时赋予货叉自身的重力。

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