Conception de suspension de roue motrice AGV : -structures flottantes absorbant les chocs pour des conditions routières inégales

Avec la transformation et la modernisation de l'industrie manufacturière et le développement rapide de la logistique intelligente, l'application des AGV (véhicules à guidage automatique) s'est rapidement étendue des entrepôts traditionnels avec des environnements contrôlés à des scénarios de plus en plus complexes tels que les ateliers de fabrication, les terminaux portuaires et les zones d'inspection extérieures. L'expansion des scénarios d'application et les transitions fréquentes entre les environnements, en particulier le fonctionnement intérieur-vers-extérieur, imposent des exigences beaucoup plus élevées en matière d'adaptabilité environnementale des AGV. Parmi ces facteurs, l’adaptabilité du revêtement routier est particulièrement critique.

En tant que structure mécanique de base garantissant un mouvement fluide du véhicule, une portance de charge fiable et une longue durée de vie de l'unité d'entraînement, la conception rationnelle et la sélection des structures flottantes-amortissantes jouent un rôle décisif. Pour répondre aux différentes configurations de châssis et exigences de charge, différents types de structures de suspension flottantes ont été développés. Cet article passe systématiquement en revue les structures flottantes courantes d'absorption des chocs des AGV-, analyse leurs mécanismes de fonctionnement, leurs contraintes de conception et leurs caractéristiques de performance, et fournit des références théoriques et des conseils pratiques pour la conception et la sélection des systèmes de suspension.

1. Fonctions de base des structures flottantes absorbant les chocs

L'objectif fondamental d'une structure flottante-amortissante est de garantir un fonctionnement stable de l'AGV sur des surfaces routières inégales et complexes. Cet objectif est atteint grâce à trois mécanismes étroitement liés.

(1) Assurer un contact au sol coordonné du système de roues

Dans les configurations AGV à plusieurs-roues, si la roue motrice est installée dans une position plus saillante que les roues auxiliaires pour garantir la traction, les roues auxiliaires peuvent perdre le contact avec le sol. Cela entraîne une concentration excessive de la charge sur l'unité d'entraînement, réduisant la capacité de charge utile effective et affectant considérablement la stabilité de conduite.

En introduisant une liberté élastique grâce aux ressorts de suspension, la structure flottante-amortissante permet à l'unité d'entraînement de se déplacer verticalement. Sous le poids propre de l'AGV, la roue motrice peut être repoussée à la même hauteur que les roues auxiliaires, permettant à toutes les roues de toucher le sol simultanément. Cela garantit une traction suffisante pour la roue motrice tout en permettant aux roues auxiliaires de partager une partie de la charge, ce qui entraîne une répartition optimisée de la charge sur le véhicule.

(2) Adaptation aux irrégularités et obstacles de la route

Lors d'une conduite sur des surfaces routières inégales sans absorption des chocs, la roue motrice peut perdre de la traction dans les dépressions ou être soulevée de manière rigide par des obstacles, provoquant des vibrations, une déviation ou une instabilité du véhicule. Avec une suspension flottante, le ressort permet à la roue motrice de suivre en permanence le profil de la surface de la route.

Lorsqu'elle rencontre une saillie, la compression du ressort empêche l'unité d'entraînement de soulever de manière rigide l'ensemble du véhicule. Lors du passage sur une dépression, la force de rappel du ressort pousse la roue motrice vers le bas pour maintenir le contact avec le sol. Cela garantit une traction continue et un comportement de conduite stable dans diverses conditions routières.

(3) Amortissement des charges d'impact et protection de l'unité d'entraînement

Les irrégularités de la route et les obstacles génèrent des charges d'impact transitoires qui sont transmises directement au moteur, à la boîte de vitesses, aux roulements et à d'autres composants critiques. Au fil du temps, ces charges accélèrent l’usure et la défaillance.

Le ressort de suspension absorbe et amortit l'énergie d'impact par déformation élastique, convertissant les charges de choc soudaines en énergie élastique progressivement libérée. Cela réduit considérablement les charges de pointe transmises à l'unité d'entraînement, prolongeant ainsi la durée de vie des composants et réduisant les coûts de maintenance.

2. Contraintes de conception et modélisation mathématique (format texte brut-)

Pour réaliser de manière fiable les fonctions ci-dessus, les structures flottantes-amortissantes doivent satisfaire une série de contraintes mécaniques. La variable de conception principale est l’adaptation précise de la rigidité du ressort k. Sur la base de trois conditions de fonctionnement typiques : -sol plat, dépressions et saillies-les relations de conception clés sont établies ci-dessous à l'aide d'expressions en texte brut-conviviales pour l'ingénierie-.

Définitions des paramètres clés

k : raideur d'un seul ressort de suspension
lambda : hauteur de saillie de la roue motrice par rapport aux roues auxiliaires
delta : irrégularité de la chaussée (bosse=+delta, dépression=-delta)
Delta : précharge du ressort
n : nombre de ressorts par unité d'entraînement
G : poids total de l'AGV à pleine charge
mu1 : coefficient de frottement entre la roue motrice et le sol
mu2 : coefficient de résistance au roulement de l'AGV
Fmax1 , Fmax1_limit : charge nominale et ultime de la roue motrice
Fmax2 , Fmax2_limit : charge nominale et ultime des roues auxiliaires

(1) État du sol plat (cas de référence)

Il s'agit de la condition de fonctionnement la plus courante. Toutes les roues doivent rester en contact avec le sol, les charges doivent rester dans les limites nominales et le patinage des roues motrices doit être évité.

Charge normale de la roue motrice :

FN1=(Delta + lambda) * n * k

Contrainte de charge pour la roue motrice :

FN1<= Fmax1

La charge auxiliaire sur roue FN2 doit satisfaire :

FN2<= Fmax2

(Remarque : FN2 est obtenu à partir de l'équilibre des forces statiques du système de roues en fonction de FN1 et du poids total du véhicule G.)

Condition antidérapante- :

FN1 * mu1 > G * mu2

(2) État des routes déprimé

Dans une dépression de route, le ressort s'étend davantage, réduisant la charge sur la roue motrice et augmentant la charge sur la roue auxiliaire. Pour éviter la perte de contact des roues motrices, la condition géométrique suivante doit être remplie :

lambda > delta

Charge normale de la roue motrice :

FN1_depressed=(Delta + lambda - delta) * n * k

Contraintes de charge (limites-à court terme autorisées) :

FN1_déprimé<= Fmax1_limit
FN2_déprimé<= Fmax2_limit

Condition antidérapante- :

FN1_depressed * mu1 > G * mu2

(3) État de la route saillante

Lorsque l'AGV rencontre une saillie, le ressort est davantage comprimé et la charge sur la roue motrice atteint sa valeur maximale. La force du ressort ne doit pas soulever l’ensemble du véhicule et provoquer une perte de contact des roues auxiliaires.

Charge normale de la roue motrice :

FN1_bump=(Delta + lambda + delta) * n * k

Terrain d'entente-contrainte de contact
(pour une configuration AGV-à quatre roues typique) :

2 * FN1_bump

Contrainte de charge (limite à court terme-autorisée) :

FN1_bump<= Fmax1_limit

(4) Détermination complète de la plage de rigidité

En combinant toutes les contraintes d'inégalité des conditions de route plates, déprimées et saillantes, une plage réalisable pour la rigidité du ressort k peut être obtenue.

Dans cette plage réalisable, des valeurs appropriées de précharge du ressort Delta et de saillie lambda de la roue motrice doivent être sélectionnées.

Dans la pratique de l’ingénierie, la ligne directrice suivante est communément adoptée :

lambda=(1,5 à 2,0) * delta

Cela offre une marge de sécurité suffisante pour les irrégularités de la chaussée.

3. Types courants de structures flottantes absorbant les chocs AGV

(1) Type de balançoire articulée

L'unité d'entraînement est reliée au châssis via une articulation pivotante et peut pivoter sous l'effet du couple de rappel généré par un ressort-. Cette structure fournit une amplification mécanique, permettant à une force de ressort relativement faible de générer une force de contact au sol importante. Cependant, la relation entre la course flottante et la compression du ressort n'est pas linéaire.

Bien que l’adaptabilité soit forte, des différences de charge bidirectionnelles existent. En montée, la charge sur les roues motrices augmente considérablement, ce qui nécessite une vérification minutieuse de la résistance structurelle. Ce type est largement utilisé dans les AGV lourds-où l'espace d'installation est suffisant.

(2) Type de colonne de guidage vertical

L'unité d'entraînement flotte verticalement le long de colonnes de guidage linéaires ou de manchons de guidage, avec des ressorts de compression assurant l'absorption des chocs. La structure est compacte,-rentable et facile à entretenir.

Une exigence de conception essentielle est que les colonnes de guidage doivent être disposées symétriquement et centrées par rapport au point de contact de la roue-avec le sol. Un mauvais alignement peut générer des moments supplémentaires, conduisant à un blocage ou à une usure anormale. Ce type convient aux AGV à charge légère- à moyenne-avec des contraintes de hauteur strictes.

(3) Type de lien en ciseaux-

Le mouvement flottant est réalisé grâce à un mécanisme de liaison à ciseaux et est souvent intégré à des modules de direction différentielle pour économiser de l'espace d'installation. Cependant, lorsque les roues motrices gauche et droite rencontrent des hauteurs de route différentes, la structure manque d'auto-adaptabilité et peut provoquer un soulèvement diagonal du châssis.

Ce type est principalement utilisé dans des modules spécifiques d'entraînement de direction différentielle intégrés et offre une adaptabilité relativement médiocre aux surfaces routières généralement inégales.

(4) Type d'essieu oscillant-

Deux roues sont montées rigidement sur un seul essieu pouvant pivoter autour d'une charnière centrale. Les irrégularités de la route sont compensées en faisant pivoter l'essieu entier, traitant ainsi les deux roues comme une seule grande roue virtuelle.

Dans les systèmes à plusieurs-roues, plusieurs essieux oscillants peuvent être combinés pour réduire le système de roues à une configuration équivalente à trois-points de contact avec le sol, résolvant fondamentalement les problèmes de co-mise à la terre. Cette structure est simple et robuste, ce qui la rend parfaitement adaptée aux AGV à plusieurs-roues, lourds-et extérieurs.

(5) Quatre-types de liaison

Basée sur le principe de liaison par parallélogramme, la structure à quatre-liaison permet un flottement vertical tout en maintenant une orientation constante de l'unité d'entraînement. Par rapport aux types de balançoires articulées, les forces restent colinéaires, éliminant les charges de torsion lors du mouvement flottant.

Bien que structurellement plus complexe et plus encombrant-, cette conception offre une stabilité supérieure et est bien adaptée aux AGV lourds-avec des exigences strictes en matière d'attitude des roues, tels que les AGV de type chariot élévateur-utilisant des roues motrices AGV verticales.

4. Guide de comparaison et de sélection des structures flottantes absorbant les chocs-

Comparaison des types de structures flottantes courantes

Résumé des recommandations de sélection

Dispositions d'entraînement différentiel :
Lorsque la structure compacte et le faible coût sont les principaux objectifs, le type à colonne de guidage verticale constitue un choix approprié. Si l'intégration de la direction est requise et que l'espace d'installation le permet, le type de lien en ciseaux-peut être envisagé. Pour les applications ayant des exigences élevées en matière d'adaptabilité à la route et de précision des mouvements, le type à balançoire articulée ou le type à quatre-liaison est recommandé.

Dispositions de la direction :
Les structures de colonnes de guidage verticales sont largement utilisées dans les applications à charge légère- à moyenne-. Dans les scénarios de charge lourde-, le type de balançoire articulée est la solution principale. Pour les AGV de type chariot élévateur-où un alignement vertical strict de la roue motrice est requis, le type à quatre-attelages offre des avantages évidents.

Aménagements spéciaux à plusieurs-roues lourdes-ou en extérieur :
Le type d'essieu oscillant-, ou une combinaison de plusieurs essieux oscillants, représente l'une des solutions les plus efficaces pour garantir un contact au sol fiable sur des terrains complexes et irréguliers.

5. Conclusion

Les structures flottantes-absorbant les chocs constituent l'interface critique entre un AGV et le sol. Leurs performances déterminent directement la capacité opérationnelle et la fiabilité du véhicule dans des environnements complexes. Le cœur de la conception de la suspension réside dans l'adaptation précise des paramètres du ressort à des conditions de fonctionnement spécifiques-y compris les profils de route, les niveaux de charge et la vitesse du véhicule-tout en satisfaisant simultanément plusieurs contraintes telles que le contact avec le sol de plusieurs-roues, l'équilibre de charge, les-performances antidérapantes et l'amortissement des chocs.

À l'heure actuelle, les structures de colonnes articulées pivotantes et de guidage vertical dominent les AGV à entraînement différentiel-à entraînement différentiel et à direction-en raison de leurs avantages respectifs. Quatre-structures de liaison démontrent des performances exceptionnelles dans les-applications lourdes haut de gamme-, tandis que les structures à essieux oscillants-offrent des solutions uniques et efficaces pour les AGV extérieurs à plusieurs-roues lourdes-.

À l'avenir, à mesure que les scénarios d'application AGV continuent de s'étendre et de s'approfondir, les technologies de suspension active et semi-active, ainsi que les systèmes de suspension adaptative intelligents intégrés à la perception de la route, devraient devenir des orientations de développement clés pour répondre aux exigences de performances dynamiques plus élevées et aux environnements d'exploitation plus extrêmes.