立体车库自动搬运小车机械结构及控制系统设计

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所属分类:AGV设计资料
摘要

城市私家车数量越来越多,为满足停车需要,出现了很多机械立体车库,很大程度上解决了城市停车困境。以往车库空间有限,搬运系统配套设施复杂,未能充分利用车库空间。为此对改进式辊轮夹持搬运车予以设计和应用,传动机构为蜗杆和蜗轮,增加传感器和PLC,使设备更加自动、精准,设计效果极佳。

在立体车库中设计自动搬运小车,即使无人值守,也能够进行车辆的存放和提取。设计立体车库自动搬运小车机械结构和控制系统时,既要注重其安全性和平稳性,又要兼顾模块化和集约化,确保立体车库的高效化和智能性,使其具备安全、便捷、定位准确等优势。

1  设计分析

小车搬运过程中,由轿车后方,以直线方向,进入底盘下方。分别借助夹持器和 PLC,对轿车前轮进行定位,控制搬运车,对前轮进行加持,使其脱离地面。定位后夹持器,将后轮抬起。夹持机构具备自锁功能,这使得夹持过程更加稳定、可靠。PLC 将脉冲指令发送至车轮电机驱动器,完成搬运工作之后,路标信号被传送至传感器,即时制动,以规避事故问题。恢复夹持器至原位,释放轿车之后,搬运车立刻从轿车底部离开。通常情况下,搬运车限高 12cm,行驶于车底时,限宽 1235.6cm,工作承重和适配车型轴距也有明显规定。以此为背景,该设备优选蜗轮联动的改良辊轮夹持器,并辅之以 PLC、光电传感器、车轮驱动、锥齿轮等设备,实现对机电一体化产品的开发设计,提高立体车库自动搬运小车过程中的精确度。

2  系统设计

2.1  设计夹持机构

该设计选择辊轮机构作为夹持机构,设计原则为调整夹持臂圆柱截面,使之变为直角梯形,两侧斜边则以钝角 V 形槽形式存在,确保轮胎接触性能良好,以免出现损伤情况。将辅助轮设置在夹持臂末端,作为支承存在,从而使夹持臂具备较好的刚度和负载性能,当许用挠度相同时,使夹持臂的许用承载力得到提高。执行夹持操作时,两侧坡面双向夹持力会对轮胎产生影响,沿铅垂方向上移。蜗轮联动夹持臂需要完成直角回转操作,确保在各规格轮胎中的适用性。蜗轮传动比具备很大范围,无论是传动精度,还是效率都非常高,而且使用周期长。青铜蜗轮具备很好的减磨性及抗胶合能力。调制钢蜗杆,对其进行磨削和抛光操作,使其具备极强的承载性能,提升许用相对滑动速度。对青铜蜗轮进行单独铸造,应用螺旋在 45 钢支撑臂上对其进行安装。将轿车重力假定为 G,每个轮胎承受的负载为轿车重力的 1/4,用两支支撑臂对各轮胎进行支撑,故而支撑臂各自对铅锤分力 F1 进行克服,该背景下各轮胎承受的负载相当于铅垂分力的两倍。假定车轮与支撑臂接触点及辅助轮的距离,以及支撑臂两个支撑点间距。杆件最大应力往往产生在 F1受力点部位。以圆柱方式处理支撑臂截面,对支撑臂最大剪力、圆柱截面杆件惯性矩、负载背景下支撑臂的挠度等指标进行计算,倘若计算结果与杆件许用挠度相符合,表明支撑臂的刚度满足系统设计及使用要求。

2.2  选择和传递夹持器动力

因轿车重量产生的负载由夹持器承担,以蜗轮蜗杆和齿轮系为载体,传至伺服电机,并对驱动所需功率予以估计。具体操作过程中,缩小传动比,优选包含减速器的伺服电机,得出较高输出扭矩。如果单级减速传动比在 2 以上,会使低速齿轮齿顶圆超过 Φ100mm,则无法满足底盘高度限制。故而选用二级齿轮传动方式。当齿轮啮合效率、轴承传动效率、联轴器效率等指标已知时,得出二级齿轮传动效率,预估传动比,并以等接触强度为依托,对高、低速级齿轮传动比予以分配。确定齿数之后,对低速级小齿轮分度圆进行计算,保证其强度。齿轮齿顶圆要比轿车底盘高度小,结合材料性能,对齿轮系的弯曲疲劳强度和齿根强度进行验算,并对夹持器上蜗轮蜗杆的使用寿命具备清晰的认识。该过程中,也要借助花键对扭矩进行传递,从而满足动力系统强度要求。

立体车库自动搬运小车机械结构及控制系统设计

图 1  间距调整机构动力传动路线图


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