重载AGV机械结构设计

马 越,王永恩，马 睿

(共享智能铸造产业创新中心有限公司，宁夏 银川 750021)

0 引 言

自动导航车(Automated Guided Vehicles，AGV)又名无人搬运车，出现于20世纪50年代，是一种自动化、无人驾驶的智能化搬运设备。最近几年，由于劳动力的减少和成本的增高，AGV 的需求明显的增加，特别是重载AGV 所完成的工作是人工不能做到或很难做到，因此，重载 AGV 的需求存在较大的市场空间[1]。

目前，国内的AGV以轻载为主，载重一般在3 t以下。目前主要为三轮系、四轮系机械结构，要增加载重必须增大轮子直径，但这样会导致整车过于笨重，难以适应工厂的复杂环境。因此，需要设计一种新的机械结构和轮系，占用尽量小的空间但提供较大载荷[2-3]。

1 重载AGV的机械结构设计方案

1.1 轮系设计

由于传统的四轮系结构，如图1所示，只有两个驱动轮，两个支撑轮，四个轮子平均受力，而驱动轮一般所能够承受的最大载荷为2 t左右。这种结构限制导致无法承受大载荷，因此设计增加支撑轮的数量，改为四个支撑轮和两个驱动轮，如图2所示。两个驱动轮位于车体中部，四个支撑轮位于车体四角，这样的结构主要由四个支撑轮承受载荷，驱动轮只要有足够的正压力保证车轮不打滑就可以，解除了驱动轮载荷的限制，增大了整车载荷。

图1 四轮系结构 图2 六轮系结构

1.2 车体结构设计

1.2.1车体机械结构

车体是重载AGV主要承重机构，整车包含两个驱动轮，四个转向轮，安装在车体底部，车体内部有液压装置、电气装置、蓄电池、控制器等设备，在车体四角处有顶升装置，可同步举升、下降，实现取、放货物的功能。

车体整体结构设计如图3所示，AGV内部有很多设备，为节约空间，采用箱式结构设计，空间利用率较高，方便内部零件装配，使整车结构相对紧凑。车体长为2 600 mm，宽1 800 mm，高700 mm。考虑到载重量较大，因此车体由钢板焊接而成，材料选用强度和焊接性能都较好的钢材，整个车体自成一体，增加了结构强度，有利于增大载重，减小变形。

图3 车体结构设计图

1.2.2车体受力仿真分析

车体整体结构设计完成后，需要对其承重能力进行更准确的评估，预估其在最大载重时的受力情况、变形量等数据，判断结构是否安全，并进行细节优化。因此，需要进行有限元分析。

有限元分析是(FEA，Finite Element Analysis)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

SolidWorks中有一款有限元分析工具Simulation，它是一个与 SolidWorks 完全集成的设计分析系统。SolidWorks Simulation 提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。可以通过指定材料、应力、夹具、较精确的模拟零件受力及形变情况，并提供详细的分析云图。

运用该工具进行分析，设定整车外部载荷为10 t，内部装置重量为1 t，自重为3.5 t，用软件对车体的受力进行仿真分析，车体应力和位移的仿真结果云图如图4、5所示。由仿真云图可以看出，在施加10 t的载荷时，最大应力位于车体四角的承重点，轮子安装面受力较大，车体中间部分、侧板和底板受力较小，因此轮子安装面所用钢板选用厚度较大的钢板，其余部分选用厚度较小的钢板，同时在底板和侧板处开孔减重，同时方便走线。

图4 车体应力仿真云图 图5 车体位移仿真云图

经分析得到的具体应力和位移的数据见表1所列，最大应力为钢板安全应力的22%，最大位移0.05 mm，都在材料的许用范围内，且车身整体变形对车的运行和承重没有影响，因此该结构强度安全可靠。

表1 应力和位移的数据

2 结 语

重载AGV多轮系的设计避免了传统结构舵轮承载能力的限制，大大提升了AGV的载重，传统四轮系AGV的载重一般在1 t以下，而文中所述AGV载重量可达10 t以上。要实现更大的载重，可增加驱动轮和支撑轮的数量，为设计更大载重的AGV提供了研发方向。同时，车体的箱式设计使空间利用率大大提高，减小了车体自身的重量和体积，提高了整车的灵活性[4]。

参考文献：

[1] 马新露，鲁德·舒尔兹.AGVS在中国的应用与发展[J].物流技术,2006(12):26-30.

[2] 国家863计划智能机器人专家组.机器人博览[M].北京:中国科学技术出版社,2001.

[3] 张正义.AGV技术发展综述[J].科技资讯，2005(7)：67-73.

[4] 李乐军，施业琼，韦宝秀.关于AGV及其在中国的应用与发展探析[J].科技资讯,2007(34):148-149.