淺析AGV舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

宋金時

摘 要：AGV亦即自動導(dǎo)引小車， AGV搬運(yùn)車就能自動而快速、穩(wěn)定且準(zhǔn)確地完成運(yùn)輸任務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線無人化、全自動化的目標(biāo)，在很大程度上降低了企業(yè)的生產(chǎn)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(yīng)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(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)在時下的社會中具有特別的意義。從國內(nèi)外AGV發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對當(dāng)下企業(yè)的要求研究設(shè)計出AGV（叉車）的舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，使用SOLIDWORKS建立AGV舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，對其進(jìn)行計算機(jī)仿真實驗，分析結(jié)構(gòu)的合理性與機(jī)構(gòu)的性能。

關(guān)鍵詞：AGV;叉車;舉升機(jī)構(gòu);液壓系統(tǒng)

1 AGV叉車舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

1.1驅(qū)動系統(tǒng)

AGV叉車的驅(qū)動系統(tǒng)包括叉車發(fā)動機(jī)、傳動裝置和電氣系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)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(jī)輸出的動力傳遞給叉車的驅(qū)動輪和液壓泵，以完成AGV叉車的行駛和舉升機(jī)構(gòu)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(fù)責(zé)接收外部指令并以此為根據(jù)進(jìn)行AGV叉車內(nèi)部各項職能的分配，AGV叉車是否啟動、舉升機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)相連，用以實現(xiàn)叉車貨叉的升降功能。

1.4舉升機(jī)構(gòu)

這部分通常包括AGV叉車的貨叉、叉架、內(nèi)外門架、提升鏈條、輪系等。舉升機(jī)構(gòu)的作用是實現(xiàn)對貨物的運(yùn)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(shè)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(jī)驅(qū)動、氣壓傳動和液壓傳動三種類別。

電機(jī)傳動顧名思義即是以伺服電機(jī)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動。并且，由于電機(jī)驅(qū)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(jī)驅(qū)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(zhì)，并且介質(zhì)再使用后無需進(jìn)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(zhì)，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(zhì)是液壓油。由于流體的性質(zhì)，液壓傳動的執(zhí)行速度很快，調(diào)速范圍也比較大。液壓傳動裝置的結(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)而言不易被壓縮，適用于需要承受重載的機(jī)構(gòu)。液壓傳動中所用的大量部件都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可以根據(jù)不同的場合進(jìn)行調(diào)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(chǎn)生邊沿?fù)p失和局部損失，因此不適用遠(yuǎn)距離的傳動。

但本次設(shè)計的是AGV叉車的舉升機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，承受負(fù)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(jī)、油泵、濾油器、閥門等元件。液壓系統(tǒng)以電機(jī)驅(qū)動油泵抽取油箱中的油進(jìn)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(jìn)行。

當(dāng)要求液壓系統(tǒng)驅(qū)動貨叉起升時，電機(jī)工作驅(qū)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(diào)速后通過三位四通換向閥推動起升油缸運(yùn)動，實現(xiàn)貨叉的起升。貨叉舉升貨物達(dá)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(dāng)貨叉需要下降時，程序控制三位四通換向閥進(jìn)行換向，液壓油從有桿腔進(jìn)油，驅(qū)動活塞桿下降，從而使貨叉實現(xiàn)下降功能。

3 舉升機(jī)構(gòu)的仿真運(yùn)動

3.1 SolidWorks motion簡介

SolidWorks motion 運(yùn)動仿真是隸屬于SolidWorks的一個運(yùn)動仿真插件。它是一個虛擬的仿真分析的工具，能夠?qū)?fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力和運(yùn)動學(xué)仿真分析，得到仿真樣機(jī)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(jìn)行運(yùn)動仿真，可以了解設(shè)計機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，在實際生產(chǎn)之前就能了解該機(jī)構(gòu)是否出現(xiàn)錯誤，大大節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

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

3.2舉升機(jī)構(gòu)仿真

整個舉升機(jī)構(gòu)大致分為“內(nèi)門架”“外門架”、“叉腳升降機(jī)構(gòu)”、“鏈輪鏈條組合”以及“起升油缸”五部分，根據(jù)前面的設(shè)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(jìn)行簡單地裝配，最后將這五部分裝配起來就得到設(shè)計的舉升機(jī)構(gòu)的三位模型，建立好模型后，選擇插入motion仿真插件，開始進(jìn)行運(yùn)動仿真。

需要對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行干涉檢查，直到得到機(jī)構(gòu)不發(fā)生干涉的結(jié)果之前都需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，以免導(dǎo)致仿真運(yùn)動出現(xiàn)錯誤的結(jié)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(shè)置線性馬達(dá)，速度設(shè)置為20mm/s，按照運(yùn)動過程中可能發(fā)生的接觸設(shè)置好各零件之間的接觸。最后設(shè)置仿真時間為9s，設(shè)置每秒仿真的步數(shù)為25步。點擊開始進(jìn)行仿真運(yùn)動，得到相應(yīng)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(yīng)，說明本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)是合理且良好的。

結(jié)論：

本次設(shè)計以AGV叉車作為研究設(shè)計的對象，對現(xiàn)下發(fā)展十分迅速的AGV叉車的舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的簡單設(shè)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(jié)構(gòu)，故而對其相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計時 需要大量的文獻(xiàn)作為基礎(chǔ)，本文在查閱了較多有關(guān)AGV叉車的結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真運(yùn)動分析的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對AGV叉車的研究發(fā)展歷程和相應(yīng)的成果進(jìn)行了總結(jié)，并利用SolidWorks motion軟件對有關(guān)的重要機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真運(yùn)動分析，保證舉升機(jī)構(gòu)舉升貨物的穩(wěn)定性。

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