AGV智能运输车悬架竖直放置的垂向振动力学模型

飞机零部件在拥挤厂房内的周转运输一直是难题，采用传统的运输及吊装方式需要较大的工作空间和消耗大量的劳动力，而且采用传统的运输方式最大的缺点是运输机的运动性能差而且运动精度很低，大大地降低运输效率。因此传统的运输方式已经无法满足现代飞机制造高质量、高效率的要求。基于这种实际需求，基于Mecanum轮全方位驱动技术的AGV智能运输车被研制出来，样机如图2-37所示，其采用两端支撑Mecanum结构，车轮半径为110 mm，半车长为600 mm，半车宽为450 mm，整车的设计承载能力是300 kg。

图2-37　AGV智能运输车样机

AGV智能运输车在运输飞机零件过程中，为了减少车体振动造成飞机零件损坏以及车体振动影响AGV智能运输车的精确控制进而位置发生偏差而造成意外事故，因此必须设计悬架系统来降低AGV智能运输车的车体振动。悬架系统是AGV智能运输车的重要组成部分之一，它把AGV智能运输车的车身与车轴弹性地连接起来，并承受作用在车轮和车身之间的作用力，用悬架系统来缓冲因振动导致的冲击载荷和衰减各种动载荷引起车身的振动，以确保AGV智能运输车的车身输出加速度在给定工况输入下不超过一定界限值，并保证其在运输飞机零件的过程中车体保持稳定，防止损坏飞机零部件，造成不必要的损失。悬架系统按其导向机构特点分为非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架主要用于大客车或者载重较大的货车，其弹性元件主要是螺旋弹簧、空气弹簧、纵置钢板弹簧、扭杆弹簧等。独立悬架主要包括双横臂式独立悬架、扭杆悬架、麦弗逊悬架、改进的麦弗逊悬架、多连杆悬架等集中结构。图2-37中的样机采用由螺旋弹簧和筒式阻尼器构成的非独立悬架减振器来实现减振，如图2-38所示。悬架减振器一端与AGV智能运输车车身连接，另一端与车轮架相连，当随机路面的不平度等因素引起AGV智能运输车的车轮产生振动时，这种振动通过悬架系统传给悬挂质量——车体或货物，这样就可以通过悬架来减少车身的振动。方案设计时，在车体与车轮架中间用铰链连接，这样当车轮所受路面激励不一样的时候，车轮架可以绕车架转动。

图2-38　AGV智能运输车减振系统

为了对AGV智能运输车进行垂向振动动力学建模，首先必须要建立一个符合AGV智能运输车实际的振动力学模型。由于AGV智能运输车是一个极其复杂的多自由度系统，建立它的整车振动力学模型时，自由度取得越多，理论上就能更精确地分析它的振动规律。随着选取自由度的增多，计算时所需要测定的几何参数也将增多，但是由于受测量仪器、设备精度的局限，会导致测定的几何参数存在大量误差。因此，建立一个比较理想的垂向振动力学模型是定量分析AGV智能运输车振动动力学的关键。

本章节从实际出发，根据问题的需要，对AGV智能运输车的垂向振动系统进行适当的模型简化。在建立模型的过程中，研究其主要因素，忽略其次要因素，使问题既简单又符合实际，把AGV智能运输车简化成空间五自由度模型，由于AGV智能运输车的车架与车轮架存在铰链，故车身只有一个侧倾自由度，没有上下振动和俯仰振动，同时加上各个Mecanum车轮垂向跳动的四个自由度，以四个车轮不同路面随机激励作为系统输入。为了建立AGV智能运输车的力学模型，对AGV智能运输车做以下假设：

（1）在AGV智能运输车整车系统模型中，除了悬架中的螺旋弹簧、筒式减振器被当做弹性元件，其余零部件全部当做刚体来处理，不考虑它们的弹性变形。

（2）假设AGV智能运输车的车身在平衡位置附近做微幅摆动，悬架中的弹簧是其位移的线性函数，阻尼力是其速度的线性函数，从而把它当成一个线性系统来处理。

（3）在建立AGV智能运输车的垂向振动模型时，将车架和装载货物当做悬架质量来处理，电机、减速器、Mecanum轮等作为非悬挂质量处理。

（4）假设AGV智能运输车在理想水平面上做匀速直线运动。

（5）因为Mecanum轮的聚氨酯阻尼很小，理论上可以忽略它对整车振动的影响，建模时将聚氨酯简化成一个弹簧。

基于上面的五个假设，便可以将AGV智能运输车简化成空间五自由度振动系统力学模型，如图2-39所示。建立整车的力学模型时，取AGV智能运输车的整车前进方向为Y轴，垂直于地面向上取为Z轴，车身右侧为其X轴。(www.xing528.com)

图2-39　AGV智能运输车振动力学模型

图2-39上所示，O-XYZ为AGV智能运输车的车体坐标系，O点与AGV智能运输车体质心相重合，整车运动时O-XYZ坐标系随AGV智能运输车平动。

图中各个符号意义如下：

m：为车身质量，也即为AGV智能运输车簧载质量；

φ：车身相对于Y轴的转角，即为侧倾角；

Jy：簧载质量绕Y轴的转动惯量；

L：AGV智能运输车整车长度的一半；

l：AGV智能运输车整车宽度的一半；

mi（1，2，3，4）：各个非簧载质量（包括AGV智能运输车的驱动系统和Mecanum轮等）；

ki（1，2，3，4）：AGV智能运输车各个悬挂系统的弹簧刚度；

ci（1，2，3，4）：AGV智能运输车各个悬挂系统的阻尼；

ki（5，6，7，8）：AGV智能运输车各个轮子上聚氨酯的刚度；

qi（1，2，3，4）：路面对各个轮子的激励。