自動(dòng)導引車(chē)動(dòng)力學(xué)分析及仿真

陳猛,等:自動(dòng)導引車(chē)動(dòng)力學(xué)分析及仿真設施與設備do:10.3969/sn.1005-152X2009.11.069自動(dòng)導引車(chē)動(dòng)力學(xué)分析及仿真陳猛’,劉俊(1昆明船舶設備集團公司技術(shù)中心,云南昆明65001:2重慶市燃氣集團公司技術(shù)裝備部,重慶4000[摘要]自動(dòng)導引小車(chē)動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)劣直接影響到自動(dòng)化立庫的可靠性和效率傳統的經(jīng)驗設計方法很難掌握其動(dòng)力學(xué)特性變化規律。以昆船集團研發(fā)的自動(dòng)導引車(chē)為例進(jìn)行了合理的幾何結構簡(jiǎn)化與有限元網(wǎng)格劃分建立了自動(dòng)導引車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型。按照小車(chē)的實(shí)際受力情況完成載荷與邊界條件的加載,利用 MSC/Nastran進(jìn)行了分析計算得到了小車(chē)在加速行走和急停過(guò)程中的結構應力變形以及疲勞壽命。[關(guān)鍵詞]自動(dòng)導引車(chē);動(dòng)力學(xué);有限元;仿真中圖分類(lèi)號F2539[文獻標識碼A文章編號]005-152X(2009)10215-02Dynamics Analysis and Simulation of AGV(1. Technical Center. Kunming Shipbuilding Equipment Group, Kunming 650051;2. Dept, of Technologies& Equipment, Chongqing Gas Group, Chongqing 400020, China)simplified and meshed, a finite elements model of the AGV is built. Applying MSC FEA software and through the dynamical response simula-tion of the elevating table in the process of speedup and abrupt stop, both the stress distribution and deformation are acquired and the life cir-cle is also discovered. Therefore, an effective and feasible analysis way for the aGv design is provided.Keywords: AGV; dynamics; FEA; simulati1引言在建立AGv的動(dòng)力學(xué)模型時(shí),考慮到AGV的運行路面自動(dòng)導引小車(chē) (automated guided vehicle)通常稱(chēng)作AGV。般比較平整,AGV的速度在車(chē)輛建模時(shí)依然屬于低速范疇因AGV是一種無(wú)人駕駛搬運車(chē),它可以按照監控系統下達的指此限定了加速度而不會(huì )發(fā)生明顯的車(chē)體“上跳運動(dòng)研究前作令,根據預先設計的程序依照車(chē)載傳感器確定的位置信號,沿如下假設:AGV平行于路面運動(dòng),無(wú)垂直方向運動(dòng);車(chē)速屬于著(zhù)規定的行駛路線(xiàn)和?？课恢米詣?dòng)行駛。ACV廣泛應用在倉低速范圍忽略空氣阻力和切向力庫、碼頭、工廠(chǎng)、機場(chǎng)等自動(dòng)化倉儲系統柔性加工、柔性裝配系ACV結構的離散化必須反映其主要的力學(xué)特征又要盡可統中,以實(shí)現物流和生產(chǎn)的自動(dòng)化。ACv的運動(dòng)學(xué)模型被研究能地采用較少的單元和簡(jiǎn)單的單元形態(tài)以縮小解題規模。分得較多而動(dòng)力學(xué)建模一直被忽視隨著(zhù)AGV應用范圍的逐漸析模型與實(shí)際力學(xué)特性的相符程度是決定計算結果可信度的擴大對AGⅤ的建模提出了更高要求。本文通過(guò)對昆船集團研關(guān)鍵。ACV車(chē)體是一個(gè)復雜的空間薄壁板梁、實(shí)體混合結構發(fā)的AGV進(jìn)行受力分析,建立車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型,應用根據多年的計算經(jīng)驗本文認為以下方法在其結構有限元建模MSC/Nastra,獲得了小車(chē)在加速和急停過(guò)程中的結構應力變方面是行之有效的:①在UGNX3下裝配模型去除零散形及疲勞壽命從而為自動(dòng)導引車(chē)的結構設計提供了一條行之件保留主體框架作為有限元分析的幾何模型;②幾何簡(jiǎn)化時(shí)有效的分析方法。刪除小的倒角和圓孔;③模型以 Parasolid格式導入MSC/Patran,將其中的薄板件結構抽取中面用四邊形單元進(jìn)行面網(wǎng)格2AGV動(dòng)力學(xué)模型劃分;④用MPC模擬實(shí)際的固定連接;⑤貨物簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)單元均布在4個(gè)支撐臺上。建立的AGV有限元模型如圖1所示。中國煤化工[收稿日期]2009-08-09基金項目云南省省院省?？萍己献鲗?zhuān)項經(jīng)費資助(206YX40)CNMHG作者簡(jiǎn)介陳猛(1972-),男,四川武勝人,博士,高級工程師,主要研究方向為 CADICAES215-設施與設備物流技術(shù)2009年第28卷第11期(總第206期)圖1AGV有限元模型3AGV結構動(dòng)態(tài)分析圖3AGV在5s時(shí)所受的應力云圖ss Tensor v結構動(dòng)力響應研究構件在各種隨時(shí)間變化的動(dòng)載荷(包Node 54233 Stess Tengor vo括運動(dòng)物體受到的動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)力與加速度,結構承受的地震和沖擊波引起的加速度激勵)作用下的應力位移等響應特性。由動(dòng)態(tài)響應計算得出結構模型的動(dòng)應力、動(dòng)應變等,然后就能夠進(jìn)一步分析結構疲勞特性等。在A(yíng)CV車(chē)體動(dòng)態(tài)響應分析中,應用了以下幾個(gè)技術(shù):(1)用MSC/ Patran建立一個(gè)位移“非空間場(chǎng)”,以反應車(chē)體在整個(gè)加速行走和急停過(guò)程中行走輪的位移變化規律。圖2表示車(chē)體在全過(guò)程的速度變化。圖4節點(diǎn)54190節點(diǎn)54233的應力時(shí)間歷程因此有必要考慮結構的疲勞壽命問(wèn)題4.1分析方案材料或結構受到多次重復變化的載荷作用后,應力值雖然始終沒(méi)有超過(guò)材料的強度極限,甚至比彈性極限還低的情時(shí)間(s)況下可能發(fā)生破壞,這種在交變載荷持續作用下材料或結構圖2車(chē)體的速度變化的破壞現象叫疲勞破壞。如果交變載荷是隨機的疲勞與壽命分析應該在頻域上進(jìn)行,反之則是在時(shí)域上進(jìn)行的由于(2)選用 MSC/Nastran的瞬態(tài)響應分析作為分析類(lèi)型。AGⅴ是在電機帶動(dòng)下進(jìn)行的周期性振動(dòng),所以屬于時(shí)域范疇。(3)用模態(tài)疊加法求解設置時(shí)間步為50步步長(cháng)為0ls,用 MSC/Fatigue計算升降臺疲勞壽命分為兩步:①計算振動(dòng)應以計算一個(gè)完整的運動(dòng)狀態(tài)內AGv的應力應變時(shí)間歷程力應變變化歷程,這是 MSC/Nastran動(dòng)態(tài)響應分析的主要任(4)根據經(jīng)驗結構阻尼取值為006務(wù);②一旦獲得應力應變響應,結合材料性能參數,應用不同邊界條件及載荷的施加:①行走輪處約束x、方向;②載的疲勞損傷模型進(jìn)行壽命計算。疲勞壽命的理論預測精度既重280kg;③整車(chē)負y方向上的重力;④行走輪處y施加隨時(shí)依賴(lài)于應力應變響應的正確模擬,也依賴(lài)于損傷模型的合理間變化的位移場(chǎng)使用。需要什么樣的應力應變響應往往取決于使用哪一種疲通過(guò)對AGV加速與急停過(guò)程的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以得勞損傷模型。對于基于名義應力的壽命計算方法N方法),彈出下面的結論:AGV所受最大應力為2M,位于車(chē)架與行性的應力應變響應即可滿(mǎn)足需要;而基于局部應變的壽命計走輪的連接處沒(méi)超過(guò)所用材料的許用屈服極限23 Mpao AGV算方法卻需要彈塑性應力應變結果。在A(yíng)CV疲勞分析方案時(shí)在5時(shí)所受的應力云圖如圖3,圖4是升降臺根部2節點(diǎn)的確定了以下幾個(gè)原則:應力時(shí)間歷程曲線(xiàn)。(1)AGⅤ材料為Q235,振動(dòng)載荷為周期循環(huán)材料的循環(huán)應力結構疲勞分析中國煤化工分析;CNMHG面節點(diǎn)進(jìn)行疲勞壽命由于A(yíng)GⅤ運行時(shí),結構承受著(zhù)不對稱(chēng)的交變載荷作用(3)為了獲得較明顯的計算效果把實(shí)際(下轉第232頁(yè)216-軍事物流物流技術(shù)2009年第28卷第11期(總第206期)息的時(shí)間,因此,網(wǎng)絡(luò )的復雜性必須作為一個(gè)負面度量因素加g(C)越大,“負影響"也就越大。那么這里將信息過(guò)載帶來(lái)以考慮。將信息復雜性抽象為供應鏈中節點(diǎn)全部連接數的函數,的“負影響”,即處理時(shí)間增加因子進(jìn)一步描述為即保障行動(dòng)節點(diǎn)全部入度的函數,設C表示供應鏈網(wǎng)絡(luò )中全將前面所述三方面因素結合,得出基于網(wǎng)格的軍事供應部連接數那么鏈效能度量函數C=∑H,=∑=n1根據常識,對于較小的C值來(lái)說(shuō),復雜性影響可以忽略不1-g(C∑m[a-k)y計,而在一定范圍內,它將迅速地增加隨后穩定在信息過(guò)載點(diǎn)。設g代表復雜性因素C與g)之間嚴格的函數關(guān)系我們不得而知,但C和復雜性因素之間的邏輯關(guān)系展示了其合理4結束語(yǔ)性,可以考慮用近似的曲線(xiàn)來(lái)模擬這一關(guān)系,這里選用描述事物演變的復雜規律的“生長(cháng)曲線(xiàn)”。假設網(wǎng)絡(luò )復雜性帶來(lái)的影對基于網(wǎng)格的軍事供應鏈進(jìn)行效能度量實(shí)際上是一項龐響是C的一個(gè)非線(xiàn)性函數,用最典型的 Logistics函數來(lái)描述大的系統丁程,本文主要嘗試從時(shí)間T角度進(jìn)行了定量分析這樣的影響關(guān)系,g(C)=給參數ab賦值后具有這僅相當于整個(gè)效能度量的冰山一角,在后續工作中進(jìn)一步l+e“+k如圖1所示曲線(xiàn)從其他角度、利用其他參數對其進(jìn)行效能度量,才可使度量的結果吏加真實(shí)可靠。[參考文獻][劉鵬,王立華走向軍事網(wǎng)格時(shí)代北京解放軍出版社,200[2]劉云,周慶忠陳明群軍隊供應鏈管理績(jì)效評估研究小物流技術(shù)2006,(2):90933王宗喜徐東軍事物流學(xué)M]北京:清華大學(xué)出版社,200714李柔剛余志鋒,趙寶“網(wǎng)絡(luò )中心戰”中行動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的性能度量研究2007,(2):109-11l1用 Logistics函數模擬網(wǎng)絡(luò )復雜性(上接第216頁(yè))50次振動(dòng)循環(huán)作為1個(gè)疲勞循環(huán)壽命單位,上面的壽命計算假定了應力狀態(tài)是單向的,但是ACV在某些因此實(shí)際壽命是計算結果的50倍。位置多軸應力狀態(tài)可能占優(yōu)。所以在接受計算結果之前應當42分析結果應用MsC/ Fatigue軟件中的應力雙向性評價(jià)功能進(jìn)行一下應ACV表面的疲勞壽命分布如圖5所示,圖中的壽命單位力狀態(tài)檢查。檢查結果表明盡管主應力軸隨著(zhù)時(shí)間發(fā)生了為加載重復塊數目不同的顏色深度代表了不同的壽命范圍。定程度的旋轉但是高主應力值的方向基本保持不變表明危由圖5可以看出:AGV最可能發(fā)生疲勞失效的位置為其的根險點(diǎn)的應力狀態(tài)幾乎是單軸的。根據雙向性分析結果可以認部,其壽命為:50×7.00×107=35×10為疲勞壽命計算時(shí)所作的單軸應力狀態(tài)假定是近似正確的,基本上可以接受。參考文獻]]徐格寧,徐晶自動(dòng)化倉庫巷道堆垛機的計算機輔助設計U物流技術(shù)與應用19942)5-82馬維金熊詩(shī)波自動(dòng)化立體倉庫巷道堆垛機的振動(dòng)測試與工作模態(tài)分析門(mén)中國機械T程20044(15)287-289B3陳猛張家毅袁林德HT槽體結構動(dòng)態(tài)仿真分析門(mén)機槭設計與研究,2007,1(23):110-1124廖伯瑜周新民尹志宏著(zhù)現代機械動(dòng)力學(xué)及其在工程中應用M北京機械丁業(yè)出版社2004188-192.圖5AGv疲勞壽命云圖應仿真分析起重運輸中國煤化工因此可以認為該壽命是無(wú)限壽命不會(huì )引起疲勞斷裂,[6陳丬CNMHG仿真分析物流技術(shù)其機械結構部分的動(dòng)態(tài)性能是安全可靠的。但值得注意的是,