高建東,項士江,李亞鋒

（1.沈陽工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院，撫順，113122；2.沈陽工學(xué)院機(jī)器人研究所，撫順，113122）

0 引言

AGV是一種以電池為動力，裝有電磁導(dǎo)引設(shè)備或光學(xué)導(dǎo)引設(shè)備，能夠自動沿著預(yù)定軌道行駛?cè)S自動化智能車輛，是一種在工控機(jī)控制下精準(zhǔn)地行駛并準(zhǔn)確?？磕繕?biāo)點(diǎn)的輪式機(jī)器人。AGV小車車體機(jī)械機(jī)構(gòu)的好壞關(guān)系著AGV整車的性能。因此，AGV小車的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理、可靠是關(guān)鍵性因素。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)校核運(yùn)用的是經(jīng)典力學(xué)理論進(jìn)行分析計算，其缺點(diǎn)：計算復(fù)雜、耗時較長；應(yīng)用功能完善的分析軟件，如ANSYS12.0對AGV下車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將大大縮短分析時間，降低成本，完成對AGV下車體結(jié)構(gòu)的校核任務(wù)，確保AGV小車下車體結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性、合理性及可靠性，提高小車的研發(fā)效率。

1 有限元分析方法基本思想

有限元思想是一種將連續(xù)的求解域離散成為有限個單元組合，這些離散單元按照一定的排列方式互相聯(lián)接在一起，來逼近原來連續(xù)的求解域，從而實現(xiàn)將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解。

2 AGV下車體模型的分析過程

（1）創(chuàng)建分析模型

有限元分析模型的創(chuàng)建只要有三種方法：直接建模法、實體建模法及輸入實體法。本文采用輸入實體法將CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建的AGV小車下車體模型直接導(dǎo)入ANSYS12.0中，考慮小車運(yùn)行過程中最大應(yīng)力值得部位只要集中在該部位，故取下車體為分析研究對象。

（2）定義單元類型

在分析過程中，依據(jù)分析對象特征定義適當(dāng)?shù)膯卧愋?。單元類型主要由連續(xù)體單元、桿單元、梁單元、殼單元、剛體單元以及薄壁單元等。本小車下車體選擇Solid45單元，該單元有3個自由度，分別為UX,UY,UZ。

（3）有限元模型網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分類型主要分為掃略網(wǎng)格、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和自由網(wǎng)格三種。網(wǎng)格劃分方法決定網(wǎng)格質(zhì)量，進(jìn)而決定分析精度。AGV下車體是承載應(yīng)力最大區(qū)域，應(yīng)劃分較密的網(wǎng)格。

（4）定義材料屬性

根據(jù)ANSYS軟件分析流程，結(jié)合實際情況，對AGV小車下車體 進(jìn)行靜力分析。該小車下車體材料屬性參數(shù)如表1所示。

表1 AGV小車下車體材料屬性表Table 1 The material properties table of AGV lower body

（5）施加約束和載荷

該AGV小車搬運(yùn)最大貨物要求不超過500kg，AGV小車自身重量200kg,對該小車四輪進(jìn)行全約束，考慮其受力特點(diǎn)，均勻施加載荷7000N。施加載荷受力如圖4所示。

圖1 下車體實物圖Fig.1 The solid model of the blade root section

圖2 下車體網(wǎng)格模型Fig.2 The mesh model of the body under load chat

圖3 下車體施加載荷圖Fig.3 Applied to the body under load chart

圖4 等效應(yīng)力分布圖Fig.4 Equivalent sought

（6）結(jié)果分析

從AGV小車下車體的等效應(yīng)力分布圖可以非常明顯地看出AGV小車下車體的應(yīng)力集中在后輪支撐架位置，結(jié)合實際可知小車前部是控制箱，后部是載貨臺，載貨臺部位的后輪支撐架是所受應(yīng)力最大的位置，最大值為213.86MPa，小于45號鋼的許用應(yīng)力值235MPa，因此該結(jié)構(gòu)滿足應(yīng)力要求。

3 結(jié)語

AGV是智能搬運(yùn)機(jī)器人的一種，AGV小車優(yōu)越的性能與AGV小車車體機(jī)械結(jié)構(gòu)密不可分。AGV小車車體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、科學(xué)性、可靠性是小車整車性能優(yōu)越性能夠?qū)崿F(xiàn)的重要前提保證。本文采用輸入實體法建立了AGV小車下車體有限元分析模型，運(yùn)用ANSYS 12.0軟件對AGV小車下車體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)分析及應(yīng)變分析，通過分析驗證了AGV小車下車體機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

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