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基于ANSYS的户外AGV车辆结构设计及疲劳寿命分析

朱本辉  
【摘要】:户外AGV(Automated Guided Vehicle)是一种用于户外物料运输的自动运送装置,它具有承载能力强、能适应路径多变、能自动装卸物料、行走速度快且稳定的优点,在国外广泛应用于中长距离的物料配送当中。然而,我国的各大港口物料配送中心、物流园区,户外AGV的使用量并不大,且使用的AGV大都存在成本高、功能不全、速度慢、承载量小及使用寿命不长的缺点,本课题立足于改善国内现有户外AGV存在的以上缺点,结合轻量化设计、结构优化设计与疲劳寿命设计的方法,设计一种低成本、额定承载量1t、最高时速15km/h、转弯半径小、使用寿命长的AGV以满足企业的需要。本课题的主要研究内容及成果总结如下:(1)对现役户外AGV的结构形式、驱动转向模式、移载装置类型进行研究,提出参照AGV现有结构并结合小型载货汽车的结构去设计一种新型的AGV的方法,提出四轮转向的转向模式,提出将辊道式移载用于户外AGV的物料自动装卸中。(2)根据给定的AGV参数与设计要求,确定AGV整个结构的尺寸大小,对安装在AGV上的各大总成进行总体布置,并通过运动校核验证布置的合理性。(3)利用Pro/E建立了AGV车架、悬架系统、车轮总成及移载装置的三维实体模型,基于ANSYS对车架进行了刚度分析、强度分析、模态分析及拓扑优化,并对优化前后车架的性能进行了比较,对后悬架钢板弹簧进行刚度、强度验算,最后完成了车体总的装配模型。(4)设计一种通过四个轮毂电机直接驱动车轮的驱动系统,通过电子差速四轮联动转向的转向系统,建立了四轮联动转向系统的数学模型,基于MATLAB/Simulink对AGV转向运行轨迹与转向横摆角速度响应进行了仿真分析。(5)以车架结构为研究对象,在ADAMS中模拟车架的受载情况,获取了车架的载荷-时间历程,通过雨流计数法得到车架的应力-时间历程,结合疲劳累积损伤理论,在ANSYS/FE-SAFE中建立了疲劳分析模型,对车架进行疲劳寿命分析。在开展本课题的过程中完成了对车体结构的三维建模;通过对车体结构进行拓扑优化设计,实现了车体结构的轻量化,减少了AGV的生产成本;设计了四轮驱动的驱动系统,解决了可能存在的驱动力不足的问题;通过对转向系统进行动力学仿真研究,得到了参考点运行轨迹与横摆角速度响应特性图,解决了转弯半径大、转向稳定性不足的问题;通过对车架结构进行疲劳寿命分析,发现了车架结构的薄弱环节,解决了户外AGV疲劳寿命不足的问题,为后续的改进提供参考。


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