Introduction
Les AGV de remorquage sont largement utilisés dans les systèmes intelligents de logistique de fabrication et d’entrepôt. L'un des principaux défis de leur conception réside dans la question de savoir si la capacité de traction du système d'entraînement correspond à la charge totale du véhicule et si un couple insuffisant se produit lors du démarrage et de l'accélération.
Dans les applications d'ingénierie pratiques, de nombreuses conceptions d'AGV personnalisées s'appuient encore largement sur des méthodes empiriques de sélection de moteur, en utilisant uniquement la puissance du moteur ou le couple nominal comme références. Cela conduit souvent aux problèmes suivants :
Surcharge du moteur au démarrage
Traction insuffisante entraînant l’incapacité de remorquer correctement les chariots
Réponse à l'accélération lente
Impact excessif ou défaillance des structures tampons
Par conséquent, il est nécessaire d’établir une méthode unifiée de modélisation et de calcul pour les systèmes de charge d’entraînement, de résistance à l’accélération et d’amortissement à ressort, basée sur les principes mécaniques classiques.
2. Définition de la charge du système AGV
La base du calcul de la puissance de remorquage de l'AGV est la masse totale du système :
M=m_AGV m_charge
Où:
m_AGV : poids propre de l'AGV-
m_load : Chariot remorqué ou masse de charge utile
M : masse totale du système
La charge gravitationnelle totale du véhicule est :
W = M × g
Où g=9.8 m/s².
3. Analyse de la résistance à la conduite (base de conception de base)
Lors d'un mouvement horizontal rectiligne, les principales résistances agissant sur un AGV sont constituées de la résistance au roulement et de la résistance inertielle à l'accélération.
3.1 Résistance au roulement (résistance primaire à l'état stable-)
La résistance au roulement est générée par la déformation entre la roue et la surface de contact avec le sol :
Ff=f × M × g
Où f est le coefficient de résistance au roulement, généralement compris entre 0,03 et 0,06.
Il convient de noter que dans des conditions de virage ou sur des surfaces de sol inégales, cette résistance augmente généralement de 5 à 10 %. Par conséquent, une marge de conception suffisante doit être réservée dans les applications d'ingénierie pour éviter une puissance insuffisante dans les virages.
3.2 Résistance de l'air (négligeable à basse vitesse)
Dans les systèmes AGV intérieurs, la vitesse de fonctionnement est généralement faible, la résistance de l’air a donc une influence minime :
Fw=0.5 × rho × Cd × A × v²
Dans la plupart des calculs techniques, ce terme est généralement négligé.
3.3 Résistance à l'inertie à l'accélération (critique lors du démarrage)
Lors du démarrage ou de l'accélération, l'AGV doit vaincre l'inertie de l'ensemble de la masse du système :
Fj=M × une
Si l'inertie de rotation des moteurs, des réducteurs et d'autres composants rotatifs est prise en compte, l'équation peut être développée comme suit :
Fj=M × une + Σ (Ji × alpha_i / ri)
Cependant, dans la conception technique pratique, le modèle simplifié est couramment adopté :
Fj ≈ M × une
3.4 Force motrice totale requise
Par conséquent, la force de traction totale requise pour le fonctionnement de l’AGV est :
F_total=M × a f × M × g
Cette équation sert de base essentielle à la sélection du système d’entraînement.
4. Relation entre la force de la roue motrice et le couple
La roue motrice est l’élément clé responsable de la conversion du couple moteur en force de traction au sol.
4.1 Relation mécanique de base
F = T / r
Où:
F : Force de traction au sol
T : Couple de sortie de la roue motrice
r : Rayon de la roue motrice
On peut voir qu'un rayon de roue plus petit génère une plus grande force de traction dans les mêmes conditions de couple, ce qui constitue une direction d'optimisation importante dans la conception d'AGV légers.
4.2 Systèmes de roues motrices multiples{{1}
Pour un système à n roues motrices :
T_total=n × T_roue
Compte tenu de l’efficacité de la transmission et de la réduction de la boîte de vitesses :
T_wheel=(T_moteur × je × eta) / n
Où:
i : rapport de réduction
êta : efficacité de transmission (généralement 0,9 à 0,95)
5. Vérification de l’accélération et du couple moteur
La conception de l'AGV doit non seulement déterminer si le véhicule peut se déplacer, mais également vérifier s'il peut atteindre les performances d'accélération cibles.
5.1 Formule d'accélération
Remplacement de la force motrice dans la deuxième loi de Newton :
une=(F_total - f × M × g) / M
Développé davantage :
a = (n × T / r - f × M × g) / M
Cette formule est utilisée pour évaluer la capacité d'accélération réelle du système.
5.2 Exigence de couple de démarrage
La phase de démarrage est la plus critique car le système doit simultanément vaincre les frottements statiques et l’inertie :
T_start=((M × a + f × M × g) × r) / n
5.3 Couple de fonctionnement en régime permanent-
En fonctionnement à vitesse constante-, seule la résistance au roulement doit être surmontée :
T_steady=(f × M × g × r) / n
6. Analyse d'un exemple d'ingénierie (calcul corrigé)
En prenant comme exemple une condition de fonctionnement typique d’un AGV :
M = 100 kg
r = 0.015 m
f = 0.05
n = 2
Accélération cible :
a = 0.5 m/s²
6.1 Résistance au roulement
Ff=100 × 9,8 × 0.05=49N
6.2 Force motrice totale
F_total=M × a f × M × g
F_total=100 × 0.5 + 49=99 N
6.3 Exigence de couple pour une seule roue
T=(F_total × r) / n
T = (99 × 0.015) / 2 = 0.7425 N·m
Conclusion d'ingénierie
Le résultat ci-dessus démontre que :
La conception du système électrique AGV doit être basée sur des objectifs d’accélération réels
La sélection du moteur ne peut pas reposer uniquement sur la puissance du moteur ou le couple nominal
Sinon, des situations peuvent survenir dans lesquelles la conception semble théoriquement réalisable mais échoue dans des conditions d'exploitation réelles.
7. Conception de sélection du ressort tampon
Lors des processus d'amarrage ou d'anti-collision-, les AGV de remorquage nécessitent des systèmes à ressorts pour absorber l'énergie d'impact.
7.1 Modèle de base (loi de Hooke)
F = k × x
Où:
k : rigidité du ressort
x : déplacement en compression
7.2 Conception de distribution de charge à ressorts multiples
Si le système utilise des ressorts n_s :
Charge à ressort unique :
F_ressort=(M × g) / n_s
Conception de la rigidité du ressort :
k=F_ressort / x
7.3 Principes de conception
Le principe de base de la conception des systèmes à ressorts n’est pas « plus c’est rigide, mieux c’est », mais plutôt :
La charge doit être uniformément répartie
Une course de compression suffisante doit être garantie
La transmission d'impact rigide à la structure du véhicule doit être évitée
8. Résumé de la conception de base
La conception des systèmes électriques de remorquage des AGV doit suivre les principes ci-dessous :
La conception du système d'entraînement repose essentiellement sur un équilibre entre la force de traction, la résistance et l'inertie.
Le rayon de roue r, le couple moteur et le rapport de réduction déterminent conjointement les performances du système
L'accélération doit être incluse comme objectif de conception plutôt que comme simple résultat de vérification.
La puissance ne peut pas remplacer l’analyse du couple
Les systèmes tampons doivent être structurellement conçus en fonction de la répartition totale de la charge.
