淺析AGV舉升機構和液壓系統(tǒng)的結構設計

宋金時

摘 要：AGV亦即自動導引小車， AGV搬運車就能自動而快速、穩(wěn)定且準確地完成運輸任務，能夠實現(xiàn)生產線無人化、全自動化的目標，在很大程度上降低了企業(yè)的生產成本，提高了企業(yè)的利潤，符合未來企業(yè)向低成本、高效率的方向發(fā)展的要求。由于AGV的優(yōu)秀性能，它被廣泛應用與社會生活中的各方各面。在這樣的情況下，研究AGV的舉升機構和液壓系統(tǒng)在時下的社會中具有特別的意義。從國內外AGV發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，針對當下企業(yè)的要求研究設計出AGV（叉車）的舉升機構和液壓系統(tǒng)，使用SOLIDWORKS建立AGV舉升機構和液壓系統(tǒng)的結構模型，對其進行計算機仿真實驗，分析結構的合理性與機構的性能。

關鍵詞：AGV;叉車;舉升機構;液壓系統(tǒng)

1 AGV叉車舉升機構結構

1.1驅動系統(tǒng)

AGV叉車的驅動系統(tǒng)包括叉車發(fā)動機、傳動裝置和電氣系統(tǒng)。發(fā)動機作為叉車的“心臟”，主要輸出AGV叉車的動力;傳動裝置包括變速器、差速器等，主要作用是將發(fā)動機輸出的動力傳遞給叉車的驅動輪和液壓泵，以完成AGV叉車的行駛和舉升機構的升降;電氣系統(tǒng)主要由蓄電池、LED燈等部分組成，該系統(tǒng)主要起提供電力電能的作用。

1.2控制系統(tǒng)

AGV叉車的控制系統(tǒng)主要由中央處理器、微型pc及各種傳感器組成，它是AGV叉車的“大腦”，負責接收外部指令并以此為根據(jù)進行AGV叉車內部各項職能的分配，AGV叉車是否啟動、舉升機構是否執(zhí)行升降操作、AGV叉車是否變向行駛都是由控制系統(tǒng)決定的。

1.3壓系統(tǒng)

AGV叉車的液壓系統(tǒng)包括油箱、液壓泵、舉升油缸等部件，這一部分一般與叉車的舉升結構相連，用以實現(xiàn)叉車貨叉的升降功能。

1.4舉升機構

這部分通常包括AGV叉車的貨叉、叉架、內外門架、提升鏈條、輪系等。舉升機構的作用是實現(xiàn)對貨物的運輸、升降，是AGV叉車的核心執(zhí)行裝置。

2 AGV叉車液壓系統(tǒng)設計

2.1選擇起升形式的方案

常見的起升形式有許多種，但它們大致可分為電機驅動、氣壓傳動和液壓傳動三種類別。

電機傳動顧名思義即是以伺服電機作為起升的動力來源，以絲桿和皮帶作為執(zhí)行部件，具有較高的精度，常用于回轉機構的驅動。并且，由于電機驅動使用的是電力，它釋放的污染更少，噪音也比較低。盡管電機驅動的優(yōu)點很多，但它相對氣壓和液壓傳動的執(zhí)行速度更慢，功率也更低，不適用舉升較重的載荷。

氣壓傳動是以空氣作為工作的介質，并且介質再使用后無需進行處理就可以直接排放到空氣中，不會對環(huán)境造成污染。但由于空氣的可壓縮性質，在氣壓傳動過程中可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，存在一定的隱患，且重載情況下的氣壓傳動對裝置的要求比較高，成本也比較大。

液壓傳動使用的工作介質是液壓油。由于流體的性質，液壓傳動的執(zhí)行速度很快，調速范圍也比較大。液壓傳動裝置的結構較緊湊，體積也較小，成本較低而且可以靈活布局，可以和控制系統(tǒng)結合使用，操作簡單快捷，更容易實現(xiàn)自動化。液壓傳動使用的液壓油的密度很高，對比其它介質而言不易被壓縮，適用于需要承受重載的機構。液壓傳動中所用的大量部件都已經(jīng)標準化，可以根據(jù)不同的場合進行調整，可變性很高。不過，液壓油在工作過程

中存在泄漏現(xiàn)象，流動時也會產生邊沿損失和局部損失，因此不適用遠距離的傳動。

但本次設計的是AGV叉車的舉升機構，結構緊湊，承受負載大，傳動距離較短，需要良好的傳動穩(wěn)定性。對比三種傳動方案，選擇穩(wěn)定性更好，傳動效率更高的液壓傳動作為起升的動力。

2.2液壓系統(tǒng)的組成和工作原理

液壓系統(tǒng)主要由液壓油缸、液壓動力單元和約束液壓油流動路徑的高壓油管組成。液壓動力單元包括電機、油泵、濾油器、閥門等元件。液壓系統(tǒng)以電機驅動油泵抽取油箱中的油進入油管，之后對液壓油的流速控制基本依靠系統(tǒng)中的各種閥門來進行。

當要求液壓系統(tǒng)驅動貨叉起升時，電機工作驅動油泵抽出油箱中的油，液壓油經(jīng)過過濾器之后被油泵加壓變成高壓油，高壓油再經(jīng)過節(jié)流閥的調速后通過三位四通換向閥推動起升油缸運動，實現(xiàn)貨叉的起升。貨叉舉升貨物達到最大高度時，高壓油不再推動油缸繼續(xù)上升，而是在維持其最大行程的同時通過溢流閥溢流重新回到油箱中。當貨叉需要下降時，程序控制三位四通換向閥進行換向，液壓油從有桿腔進油，驅動活塞桿下降，從而使貨叉實現(xiàn)下降功能。

3 舉升機構的仿真運動

3.1 SolidWorks motion簡介

SolidWorks motion 運動仿真是隸屬于SolidWorks的一個運動仿真插件。它是一個虛擬的仿真分析的工具，能夠對復雜的機械機構進行動力和運動學仿真分析，得到仿真樣機的作用力、速度和加速度等信息，并通過圖表、數(shù)據(jù)等方式顯示出來，因此備受工程師們的青睞。通過SolidWorks motion 進行運動仿真，可以了解設計機構的運動特性，在實際生產之前就能了解該機構是否出現(xiàn)錯誤，大大節(jié)約了企業(yè)的生產成本。

SolidWorks motion 作為SolidWorks的插件，具有即插即用的特性，并且與運動算例相結合，在設計模型并完成裝配工作后，不需要退出設計的界面，也不需要轉換成其它格式就能夠直接進入SolidWorks motion 的界面，在仿真過程中出現(xiàn)錯誤即可隨時進行添加或刪減約束、改變載荷量、調整模型的參數(shù)等操作，極大地方便了設計工作，提高了設計機構的效率。

3.2舉升機構仿真

整個舉升機構大致分為“內門架”“外門架”、“叉腳升降機構”、“鏈輪鏈條組合”以及“起升油缸”五部分，根據(jù)前面的設計過程得到的各個零件的參數(shù)，在SolidWorks中繪制出各個零件，再分別按照這五部分進行簡單地裝配，最后將這五部分裝配起來就得到設計的舉升機構的三位模型，建立好模型后，選擇插入motion仿真插件，開始進行運動仿真。

需要對舉升機構進行干涉檢查，直到得到機構不發(fā)生干涉的結果之前都需要對機構進行微調，以免導致仿真運動出現(xiàn)錯誤的結果。接著按照實際情況下活塞桿的輸出速度，模擬實況給活塞桿設置線性馬達，速度設置為20mm/s，按照運動過程中可能發(fā)生的接觸設置好各零件之間的接觸。最后設置仿真時間為9s，設置每秒仿真的步數(shù)為25步。點擊開始進行仿真運動，得到相應的圖表。由圖活塞桿、貨叉的位移-時間變化曲線可以知道，隨著活塞桿以0.02m/s的速度勻速推動門架系統(tǒng)上升，貨叉沿著垂直方向的線性位移基本是一條曲線，即貨叉趨于勻速上升，且上升過程基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生不良反應，說明本次設計的結構是合理且良好的。

結論：

本次設計以AGV叉車作為研究設計的對象，對現(xiàn)下發(fā)展十分迅速的AGV叉車的舉升機構和液壓系統(tǒng)進行了相應結構的簡單設計。托盤式AGV叉車相較于其它類型的AGV叉車，具有較獨特的一些結構，故而對其相關結構的設計時 需要大量的文獻作為基礎，本文在查閱了較多有關AGV叉車的結構設計和仿真運動分析的文獻的基礎上，對AGV叉車的研究發(fā)展歷程和相應的成果進行了總結，并利用SolidWorks motion軟件對有關的重要機構進行仿真運動分析，保證舉升機構舉升貨物的穩(wěn)定性。

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