物流园区AGV车体框架结构设计

摘要随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，自动牵引车已成为制造加工和物流行业必不可少的关键设备，自动牵引车可以分为潜伏式牵引车和叉车式牵引车两种，叉车式牵引车通常情况下是通过车体尾部的货叉来实现牵引货物的，所以其工作时需要占用大量的空间，而潜伏式牵引车恰恰克服了这一技术难题，直接潜入到货物底部来牵引货物，能够更加方便快捷的完成各项任务。潜伏式牵引车相比叉车式牵引车底盘更低，体积更小，更加便于实现现场的使用和货物运输。本篇论文中提出了一种结构巧妙、机动性好、稳定性能高的潜伏式牵引车设计方案，本方案对自动牵引车技术进行深入分析研究，对小车的运动过程整体性能及车体框架结构进行设计，对运动性能进行改进，合理布置其主框架和副框架，潜伏式牵引车作为一种新型的自动牵引车，对此进一步的研究也是不能忽视的。关键词：自动导引车，运动性能，运动系统AbstractWiththecontinuousdevelopmentofChina'sreformandopeningup,China'seconomicconstructionandtechnologyapplicationshavebeenhigh-speedandstabledevelopment,automatictractorhasbecomeamanufacturingandlogisticsindustryessentialessentialequipment,automatictractorcanbedividedintolatenttractorsAndforklifttractortwo,forklifttractorisusuallythroughthetailofthecarbodytoachievethetractionofgoods,soitsworkneedtotakeupalotofspace,andlatenttractorsjusttoovercomethistechnologyDifficulttosneakintothebottomofthegoodstoattractthegoods,tomoreconvenientandquicktocompletethetask.Thelatenttractorislowerandsmallerthantheforklifttractorchassis,makingiteasiertouseon-siteandcargo.Thispaperpresentsadesignschemeoflatenttractorwithhighstructure,goodmaneuverabilityandhighstability.TheschemeanalyzestheautomatictractortechnologyandanalyzestheoverallperformanceandbodystructureofthecarDesignandimprovementoftheperformanceofthevehicle,therationalarrangementofitsmainframeandsub-frame,latenttractorasanewtypeofautomatictractor,thisfurtherstudycannotbeignored.Keywords:AutomaticGuidedVehicle,motionperformance,brakingsystem1绪论1.1引言随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，自动牵引车应用的地方变得越来越多，从单一的生产制造业发展到各行各业，甚至延伸到排爆等危险的具体工作。现在国内外都开始了对自动牵引车的系统研发和设计，而自动牵引车选择何种取货方式是其设计时最重要的考虑点之一。随着自动牵引车行业技术的发展，叉车式自动牵引车由于其结构和操作过于复杂，且应用时通常需要很大的场地，因此并没有得到广泛的使用。而目前市场上的自动牵引车主流仍是叉车式自动牵引车，我们常见的叉车式自动牵引车多像自动叉车的结构形式，该叉车式自动牵引车移动结构简单，适用于平坦的地面，行走过程稳定，但是同样存在着许多缺陷，最大的问题是叉车式自动牵引车对行走地面要求比较高，在有坡度或者是凹凸不平的道路上行走时极容易打滑；且移动转向的时候需要整个叉车牵引车本体转动，转弯半径较大，占用的行走空间较多。我们都知道驱动单元是自动牵引车中极为重要的一个构件，因此在整体设计的时候应该考虑驱动结构的适用性，稳定性和可靠性。为了让潜伏式自动牵引车的各项性能满足其使用要求，我们需要从以下方面要求入手考虑：机动性能好，转弯半径小，牵引能力强，与地面附着力大，稳定可靠性高。本设计中我们选用潜伏式结构作为自动牵引车的总体结构，其既具备叉车式自动牵引车行走结构简单的优点，又具备叉车牵引车移动过程动作稳定、操作简单的优点；潜伏式自动牵引车能够适用于各种环境下的工作，因此对其进一步的研究是不能忽视的。1.2自动导引车的发展概况欧美等国家在自动牵引车的技术研究方面一直处于世界的前端，他们单独设立有专门的自动牵引车技术研究小组，且都在努力将自动牵引车的技术推广到各行各业当中。目前美国的自动牵引车的研发已经取得了突破性的进展，他们成功将该自动牵引车应用到一些危险的环境中实际作业，还有部分自动牵引车甚至开始在战争中崭露头角，比如:iRobot公司的Packbot，Battelle公司的ROCOMP,Remotec公司的MINIAndros等，其中最典型的是:iRobot公司的Packbot。iRobot公司在美国的自动牵引车研究领域处于领先地位，其研发的单兵便携式遥控地面武器机动平台Packhot被美国军方视为轻型无人侦查、战术用机动平台的模板。Packbot为潜伏式自动牵引车，长0.87m，宽0.51m，高0.18m，自重18kg，最大运行速度14km/h，充电一次可以行驶10km，无线遥控移动，具有自主移动能力，设置有5个载荷设施接口，可任意搭载机械手、小型武器或其他装备，主要用于侦察地形、战术实施，如反地道、近距离干扰等。Packbot安装有辅助转臂，所以翻越障碍的能力极强，可以爬60°坡度的楼梯，有多种越障方式，能越过比自身高度大许多的障碍物，可以从任何颠覆状态恢复到正常行驶状态。辅助转臂可以拆卸，方便携带使用。Packbot平台结构稳固，抗冲击能力极强，可经受400G的冲击，从2m高度摔下来也不会损坏，可从窗户或者低空直升机直接抛出。目前国内对移动自动牵引车的技术研究仍然处于初始阶段，对移动自动牵引车的定位传感器、位置导航、运动控制以及主体结构设计等关键层面的研究还远远落后于其他欧美国家。不过现在许多国内研究机构也开始努力开展对移动自动牵引车的研究工作，从最基础的主体机械结构设计及运动控制入手。由于移动自动牵引车在机动性、越障方式等方面与其他自动牵引车有很大不同，因此国内在移动自动牵引车技术研发这条路上还有很长的路程要走。1.3有限元分析的介绍有限元分析是运用电子计算机进行数值模拟的方式，现如今在工程技术领域中的应用十分多，有限元计算答案已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。现在，有限元分析大量应用于解决航空、工业、航天、电子、土木、船舶、能源、化工、核工业、生物、医学及交通运输等众多领域的具体工程问题，尤其是随着计算机技术突飞猛进的高速发展，有限单元法在解决具体问题的规模、区间方面也已经发生了巨大的变革。有限元分析技术可以实现：（1）找到产品潜在的问题以及先天的缺陷，为我们创造更加品质优异的产品。（2）对风险进行评估与预测，提高产品和加工生产的可靠性，降低存在的风险。（3）通过进行对比计算分析，运用改进后的设计方案，降低产品生产加工成本。（4）缩短产品投向市场的时间。（5）降低物理试验次数，对大量实际情况进行快速而有效的模拟实验分析。有限元分析是R.Courant于1943年首先提出的。从提出有限元分析的概念以来，有限元理论及其特殊的应用得到了高速发展。以往不能解决或能解决但解决精度不高的情况，都得到了更好的解决方法。传统的FEM假设：分析域是无限；材质是同样的，甚至在绝大部分的分析中认为材质是各向同性的；对边界环境简化处理。但实际情况往往是分析区域有限、材质各向异性及边界环境难以确定等因素。为了解决这些问题，美国学者发现用CFEM(Gener-alizedFiniteElementMethod)解决分析区域内含有大量孔洞特性的情况；比利时学者也在之间提出了用HSM解决实际开裂情况。FEM在国内的应用也十分广。自从我国成功研制了国内第一个通用有限元分析程序系统JIGFEX后，有限元分析涵盖到工程分析的各个领域中，从我国大型的三峡工程到微米级的器件都运用了FEM进行分析，在我国高速经济发展中拥有很大的发展空间。现在我们在进行大型复杂工程结构中物理场分析时，为了控制并估计偏差，常用后验偏差估计的自适应有限元分析。而基于后处理法的计算偏差，与我们常常使用的传统算法不同，它完美的将网格自适应过程分成均匀化和变密度化两个迭代过程。而均匀化迭代过程中，运用均匀网格尺寸对整体分析区域进行网格划分，便得到一个合适的起始均匀分析网格；而在变密度化迭代过程中只进行网格细化的操作，而且充分运用上一次迭代的答案，在单元所在的曲边三角形区域内部进行局部网格细化工作，保证了全局分析网格尺寸分布的合理性，这样不同尺寸的网格就能够光滑衔接，从而提高网格的整体质量。上述整个方案简单可行，稳定可靠，数次迭代即可快速收敛，生成的网格布局合理，质量水平高。1.4课题研究意义及目的从目前全球市场需求布局来看，欧、美地区成为功能全、结构简洁、质量好、性能稳定的移动自动牵引车的主要销售市场；中东、非洲地区主要选择老款式、简单实用价格便宜的移动自动牵引车；还有以俄罗斯为代表的高寒国家则更喜欢能耐寒，机械结构牢固的移动自动牵引车以适应当地的地理气候条件；日韩则主要关注产品的品质与安全；目前国内的移动自动牵引车整体研究状况还是比较良好，已由原来单一的移动功能，不注重外观，逐渐演变成为实际使用中的艺术品，以外观精美结构巧妙，操作方便，质量安全稳定等特点成为新的发展方向。为进一步适应各行各业的发展，现如今市场上还出现了移动服务自动牵引车。2自动导引车（AGV）简介2.1AGV工作原理现有市场上常见的自动牵引车基本上都是叉车式自动牵引车，其基本工作方式为电动机带动轮子转动，轮子再将动力传递给整个叉车式自动牵引车达到让其自由行走的目的。叉车式自动牵引车主要有以下几个方面的缺点：对行走地面要求比较高，在有坡度或者是凹凸不平的道路上行走时极容易打滑；且移动转向的时候需要整个自动牵引车本体转动，转弯半径较大，占用的行走空间较多；而本设计中的潜伏式自动导引车的工作原理是根据工作要求设置其行走路线，依据其行走轨迹对其进行编程，由数字编码器检测、判断电压信号是否与预先编程的轨迹的位置存在偏差，控制器根据检测出来的位置偏差，通过调节电动机的转速对偏差进行纠正，从而实现，自动导引车沿预先编程的轨迹行走。电池为自动导引车的动力来源。这两种自动牵引车的工作原理截然不同，两者结构不同、实现方式不同，使用方法也不相同。本篇论文中的潜伏式自动牵引车设计运用了巧妙的机械传动结构，利用电动机作为自动牵引车行走的源动力，再通过稳定的减速器和链传动将电动机的动力传递给整个车体，使得自动牵引车可以实现自由的行走，整个运动过程更加平稳。我们在现有的潜伏式自动牵引车的理论基础上改良结构和运动方式，机械结构更加优化，综合材质的选择、结构的简化，让使用者更加方便稳定的使用该移动自动牵引车，这是本篇论文潜伏式自动牵引车的设计初衷。2.2AGV的分类潜伏式AGV系列双向潜伏式AGV小车该车的驱动方式是四轮驱动，可以双向运动潜伏到货车下面，通过升降牵引装置与货车衔接，选择站点停靠，可实现AGV按照两个或者多个站点停靠，完成来回往返的搬运工作。超低