自动导引车动力学分析及仿真

陈猛,等:自动导引车动力学分析及仿真设施与设备do:10.3969/sn.1005-152X2009.11.069自动导引车动力学分析及仿真陈猛’,刘俊(1昆明船舶设备集团公司技术中心,云南昆明65001:2重庆市燃气集团公司技术装备部,重庆4000[摘要]自动导引小车动态性能的优劣直接影响到自动化立库的可靠性和效率传统的经验设计方法很难掌握其动力学特性变化规律。以昆船集团研发的自动导引车为例进行了合理的几何结构简化与有限元网格划分建立了自动导引车的动力学模型。按照小车的实际受力情况完成载荷与边界条件的加载,利用 MSC/Nastran进行了分析计算得到了小车在加速行走和急停过程中的结构应力变形以及疲劳寿命。[关键词]自动导引车;动力学;有限元;仿真中图分类号F2539[文献标识码A文章编号]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的动力学模型时,考虑到AGV的运行路面自动导引小车 (automated guided vehicle)通常称作AGV。般比较平整,AGV的速度在车辆建模时依然属于低速范畴因AGV是一种无人驾驶搬运车,它可以按照监控系统下达的指此限定了加速度而不会发生明显的车体“上跳运动研究前作令,根据预先设计的程序依照车载传感器确定的位置信号,沿如下假设:AGV平行于路面运动,无垂直方向运动;车速属于着规定的行驶路线和停靠位置自动行驶。ACV广泛应用在仓低速范围忽略空气阻力和切向力库、码头、工厂、机场等自动化仓储系统柔性加工、柔性装配系ACV结构的离散化必须反映其主要的力学特征又要尽可统中,以实现物流和生产的自动化。ACv的运动学模型被研究能地采用较少的单元和简单的单元形态以缩小解题规模。分得较多而动力学建模一直被忽视随着AGV应用范围的逐渐析模型与实际力学特性的相符程度是决定计算结果可信度的扩大对AGⅤ的建模提出了更高要求。本文通过对昆船集团研关键。ACV车体是一个复杂的空间薄壁板梁、实体混合结构发的AGV进行受力分析,建立车辆动力学模型,应用根据多年的计算经验本文认为以下方法在其结构有限元建模MSC/Nastra,获得了小车在加速和急停过程中的结构应力变方面是行之有效的:①在UGNX3下装配模型去除零散形及疲劳寿命从而为自动导引车的结构设计提供了一条行之件保留主体框架作为有限元分析的几何模型;②几何简化时有效的分析方法。删除小的倒角和圆孔;③模型以 Parasolid格式导入MSC/Patran,将其中的薄板件结构抽取中面用四边形单元进行面网格2AGV动力学模型划分;④用MPC模拟实际的固定连接;⑤货物简化为质点单元均布在4个支撑台上。建立的AGV有限元模型如图1所示。中国煤化工[收稿日期]2009-08-09基金项目云南省省院省校科技合作专项经费资助(206YX40)CNMHG作者简介陈猛(1972-),男,四川武胜人,博士,高级工程师,主要研究方向为 CADICAES215-设施与设备物流技术2009年第28卷第11期(总第206期)图1AGV有限元模型3AGV结构动态分析图3AGV在5s时所受的应力云图ss Tensor v结构动力响应研究构件在各种随时间变化的动载荷(包Node 54233 Stess Tengor vo括运动物体受到的动态或瞬态力与加速度,结构承受的地震和冲击波引起的加速度激励)作用下的应力位移等响应特性。由动态响应计算得出结构模型的动应力、动应变等,然后就能够进一步分析结构疲劳特性等。在ACV车体动态响应分析中,应用了以下几个技术:(1)用MSC/ Patran建立一个位移“非空间场”,以反应车体在整个加速行走和急停过程中行走轮的位移变化规律。图2表示车体在全过程的速度变化。图4节点54190节点54233的应力时间历程因此有必要考虑结构的疲劳寿命问题4.1分析方案材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然始终没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情时间(s)况下可能发生破坏,这种在交变载荷持续作用下材料或结构图2车体的速度变化的破坏现象叫疲劳破坏。如果交变载荷是随机的疲劳与寿命分析应该在频域上进行,反之则是在时域上进行的由于(2)选用 MSC/Nastran的瞬态响应分析作为分析类型。AGⅴ是在电机带动下进行的周期性振动,所以属于时域范畴。(3)用模态叠加法求解设置时间步为50步步长为0ls,用 MSC/Fatigue计算升降台疲劳寿命分为两步:①计算振动应以计算一个完整的运动状态内AGv的应力应变时间历程力应变变化历程,这是 MSC/Nastran动态响应分析的主要任(4)根据经验结构阻尼取值为006务;②一旦获得应力应变响应,结合材料性能参数,应用不同边界条件及载荷的施加:①行走轮处约束x、方向;②载的疲劳损伤模型进行寿命计算。疲劳寿命的理论预测精度既重280kg;③整车负y方向上的重力;④行走轮处y施加随时依赖于应力应变响应的正确模拟,也依赖于损伤模型的合理间变化的位移场使用。需要什么样的应力应变响应往往取决于使用哪一种疲通过对AGV加速与急停过程的瞬态动力学分析可以得劳损伤模型。对于基于名义应力的寿命计算方法N方法),弹出下面的结论:AGV所受最大应力为2M,位于车架与行性的应力应变响应即可满足需要;而基于局部应变的寿命计走轮的连接处没超过所用材料的许用屈服极限23 Mpao AGV算方法却需要弹塑性应力应变结果。在ACV疲劳分析方案时在5时所受的应力云图如图3,图4是升降台根部2节点的确定了以下几个原则:应力时间历程曲线。(1)AGⅤ材料为Q235,振动载荷为周期循环材料的循环应力结构疲劳分析中国煤化工分析;CNMHG面节点进行疲劳寿命由于AGⅤ运行时,结构承受着不对称的交变载荷作用(3)为了获得较明显的计算效果把实际(下转第232页216-军事物流物流技术2009年第28卷第11期(总第206期)息的时间,因此,网络的复杂性必须作为一个负面度量因素加g(C)越大,“负影响"也就越大。那么这里将信息过载带来以考虑。将信息复杂性抽象为供应链中节点全部连接数的函数,的“负影响”,即处理时间增加因子进一步描述为即保障行动节点全部入度的函数,设C表示供应链网络中全将前面所述三方面因素结合,得出基于网格的军事供应部连接数那么链效能度量函数C=∑H,=∑=n1根据常识,对于较小的C值来说,复杂性影响可以忽略不1-g(C∑m[a-k)y计,而在一定范围内,它将迅速地增加随后稳定在信息过载点。设g代表复杂性因素C与g)之间严格的函数关系我们不得而知,但C和复杂性因素之间的逻辑关系展示了其合理4结束语性,可以考虑用近似的曲线来模拟这一关系,这里选用描述事物演变的复杂规律的“生长曲线”。假设网络复杂性带来的影对基于网格的军事供应链进行效能度量实际上是一项庞响是C的一个非线性函数,用最典型的 Logistics函数来描述大的系统丁程,本文主要尝试从时间T角度进行了定量分析这样的影响关系,g(C)=给参数ab赋值后具有这仅相当于整个效能度量的冰山一角,在后续工作中进一步l+e“+k如图1所示曲线从其他角度、利用其他参数对其进行效能度量,才可使度量的结果吏加真实可靠。[参考文献][刘鹏,王立华走向军事网格时代北京解放军出版社,200[2]刘云,周庆忠陈明群军队供应链管理绩效评估研究小物流技术2006,(2):90933王宗喜徐东军事物流学M]北京:清华大学出版社,200714李柔刚余志锋,赵宝“网络中心战”中行动网络的性能度量研究2007,(2):109-11l1用 Logistics函数模拟网络复杂性(上接第216页)50次振动循环作为1个疲劳循环寿命单位,上面的寿命计算假定了应力状态是单向的,但是ACV在某些因此实际寿命是计算结果的50倍。位置多轴应力状态可能占优。所以在接受计算结果之前应当42分析结果应用MsC/ Fatigue软件中的应力双向性评价功能进行一下应ACV表面的疲劳寿命分布如图5所示,图中的寿命单位力状态检查。检查结果表明尽管主应力轴随着时间发生了为加载重复块数目不同的颜色深度代表了不同的寿命范围。定程度的旋转但是高主应力值的方向基本保持不变表明危由图5可以看出:AGV最可能发生疲劳失效的位置为其的根险点的应力状态几乎是单轴的。根据双向性分析结果可以认部,其寿命为:50×7.00×107=35×10为疲劳寿命计算时所作的单轴应力状态假定是近似正确的,基本上可以接受。参考文献]]徐格宁,徐晶自动化仓库巷道堆垛机的计算机辅助设计U物流技术与应用19942)5-82马维金熊诗波自动化立体仓库巷道堆垛机的振动测试与工作模态分析门中国机械T程20044(15)287-289B3陈猛张家毅袁林德HT槽体结构动态仿真分析门机槭设计与研究,2007,1(23):110-1124廖伯瑜周新民尹志宏著现代机械动力学及其在工程中应用M北京机械丁业出版社2004188-192.图5AGv疲劳寿命云图应仿真分析起重运输中国煤化工因此可以认为该寿命是无限寿命不会引起疲劳断裂,[6陈丬CNMHG仿真分析物流技术其机械结构部分的动态性能是安全可靠的。但值得注意的是,