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全方位移动搬运车的机械与电气设计优化

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:牵引电机驱动器厂家已把CAN总线作为驱动器的标准配置,并使用规范的CANopen协议,因此,在此类全方位移动搬运车的电气系统设计中采用CAN总线技术应是必然选择。

全方位移动搬运车的机械与电气设计优化

1.悬挂技术

由于在这类使用场景中的一般载重量较大,车体运动平稳性要求高,车架与车轮的悬挂设计显得更加重要。悬挂技术除了常用的弹簧支撑悬挂机构设计方案外,还可采用气动悬挂技术,即气囊减震。

气囊减震器是一种充气型减震器,是利用气压阻力来防震动的产品,车辆上采用的空气弹簧可以大致分为自由膜式、混合式、袖筒式和囊式空气弹簧,其橡胶囊结构与无内胎轮胎相似,由内胶层(气密层)、外胶层、帘布增强层及钢丝圈组成,其载荷主要由帘线承受,帘线的材质是空气弹簧的耐压性和耐久性的决定性因素,一般采用高强度的聚酯帘线或尼龙帘线,帘线层数一般为2层或4层,层层交叉并且和囊的经线方向成一角度布置。气囊减震器与金属弹簧相比,具有质量小、舒适性好、耐疲劳、使用寿命长等优点,同时具有减震和消音作用。其广泛用于汽车火车冲床等各种机械上。

气囊减震器和空气弹簧的优点:

(1)空气弹簧具有非线性特性,可以根据需要将它的特性线设计成比较理想的曲线。

(2)空气弹簧的刚度随载荷而变,因而在任何载荷下自震频率不变。

(3)吸收高频震动和隔声的性能好。

(4)通过高度控制阀,可使空气弹簧的工作高度在任何载荷下保持一定,也可使弹簧在同一载荷下具有不同的高度,因此,有利于适应多种结构的要求。

(5)同一空气弹簧,能同时承受轴向和径向载荷,也能传递扭矩,而通过内压力的调整,还可以得到不同的承载能力,因此能适应多种载荷的需要。(www.xing528.com)

(6)在空气弹簧本体和附加空气室之间设一节流孔,可优化减震效果。

2.电机与驱动选择

这类搬运车一般在固定场地内使用,人工操作,其电机选择可以参照电动叉车或电瓶车,选择相同类型的牵引电机及相应的电机驱动器。随着电力电子技术的发展,目前电动叉车和电瓶车的牵引电机选择中,交流牵引电机已逐步取代直流牵引电机,成为新研发搬运车的主流。虽然目前交流牵引电机的控制性能尚不够完美,但在人工操作的Mecanum轮全方位运动控制中,已可以满足大多数使用需要。

随着交流变频调速技术的日益成熟,可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速,调速范围可达1∶1 000,比直流调速范围更大,尤其是没有了直流电机换向器的存在,克服了直流电机的许多弊端。交流牵引电机与直流电机相比,结构简单可靠、体积小、重量轻,更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求,更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽(0~5 000 r/min左右)、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电20%~30%等优点,成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。

3.控制技术

目前,Mecanum轮全方位移动搬运车的控制只能采用电控协调技术,采用CAN总线的控制系统是目前电动车的主流技术。牵引电机驱动器厂家已把CAN总线作为驱动器的标准配置,并使用规范的CANopen协议,因此,在此类全方位移动搬运车的电气系统设计中采用CAN总线技术应是必然选择。

CANopen是一种架构在控制局域网络(Control Area Network,CAN)上的高层通信协议,包括通信子协议及设备子协议常在嵌入式系统中使用,也是工业控制常用到的一种现场总线。CANopen由非营利组织CiA(CAN in Automation)进行标准的起草及审核工作,基本的CANopen设备及通信子协议定义在标准草案CiA 301中。针对个别设备的子协议以CiA 301为基础再进行扩充。如针对I/O模组的CiA 401及针对运动控制的CiA 402。表9-1是一个标准的CANopen通信帧:

表9-1 标准CANopen通信帧

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