浅析AGV举升机构和液压系统的结构设计

宋金时

摘 要：AGV亦即自动导引小车， AGV搬运车就能自动而快速、稳定且准确地完成运输任务，能够实现生产线无人化、全自动化的目标，在很大程度上降低了企业的生产成本，提高了企业的利润，符合未来企业向低成本、高效率的方向发展的要求。由于AGV的优秀性能，它被广泛应用与社会生活中的各方各面。在这样的情况下，研究AGV的举升机构和液压系统在时下的社会中具有特别的意义。从国内外AGV发展现状的基础上，针对当下企业的要求研究设计出AGV（叉车）的举升机构和液压系统，使用SOLIDWORKS建立AGV举升机构和液压系统的结构模型，对其进行计算机仿真实验，分析结构的合理性与机构的性能。

关键词：AGV;叉车;举升机构;液压系统

1 AGV叉车举升机构结构

1.1驱动系统

AGV叉车的驱动系统包括叉车发动机、传动装置和电气系统。发动机作为叉车的“心脏”，主要输出AGV叉车的动力;传动装置包括变速器、差速器等，主要作用是将发动机输出的动力传递给叉车的驱动轮和液压泵，以完成AGV叉车的行驶和举升机构的升降;电气系统主要由蓄电池、LED灯等部分组成，该系统主要起提供电力电能的作用。

1.2控制系统

AGV叉车的控制系统主要由中央处理器、微型pc及各种传感器组成，它是AGV叉车的“大脑”，负责接收外部指令并以此为根据进行AGV叉车内部各项职能的分配，AGV叉车是否启动、举升机构是否执行升降操作、AGV叉车是否变向行驶都是由控制系统决定的。

1.3压系统

AGV叉车的液压系统包括油箱、液压泵、举升油缸等部件，这一部分一般与叉车的举升结构相连，用以实现叉车货叉的升降功能。

1.4举升机构

这部分通常包括AGV叉车的货叉、叉架、内外门架、提升链条、轮系等。举升机构的作用是实现对货物的运输、升降，是AGV叉车的核心执行装置。

2 AGV叉车液压系统设计

2.1选择起升形式的方案

常见的起升形式有许多种，但它们大致可分为电机驱动、气压传动和液压传动三种类别。

电机传动顾名思义即是以伺服电机作为起升的动力来源，以丝杆和皮带作为执行部件，具有较高的精度，常用于回转机构的驱动。并且，由于电机驱动使用的是电力，它释放的污染更少，噪音也比较低。尽管电机驱动的优点很多，但它相对气压和液压传动的执行速度更慢，功率也更低，不适用举升较重的载荷。

气压传动是以空气作为工作的介质，并且介质再使用后无需进行处理就可以直接排放到空气中，不会对环境造成污染。但由于空气的可压缩性质，在气压传动过程中可能会出现不稳定现象，存在一定的隐患，且重载情况下的气压传动对装置的要求比较高，成本也比较大。

液压传动使用的工作介质是液压油。由于流体的性质，液压传动的执行速度很快，调速范围也比较大。液压传动装置的结构较紧凑，体积也较小，成本较低而且可以灵活布局，可以和控制系统结合使用，操作简单快捷，更容易实现自动化。液压传动使用的液压油的密度很高，对比其它介质而言不易被压缩，适用于需要承受重载的机构。液压传动中所用的大量部件都已经标准化，可以根据不同的场合进行调整，可变性很高。不过，液压油在工作过程

中存在泄漏现象，流动时也会产生边沿损失和局部损失，因此不适用远距离的传动。

但本次设计的是AGV叉车的举升机构，结构紧凑，承受负载大，传动距离较短，需要良好的传动稳定性。对比三种传动方案，选择稳定性更好，传动效率更高的液压传动作为起升的动力。

2.2液压系统的组成和工作原理

液压系统主要由液压油缸、液压动力单元和约束液压油流动路径的高压油管组成。液压动力单元包括电机、油泵、滤油器、阀门等元件。液压系统以电机驱动油泵抽取油箱中的油进入油管，之后对液压油的流速控制基本依靠系统中的各种阀门来进行。

当要求液压系统驱动货叉起升时，电机工作驱动油泵抽出油箱中的油，液压油经过过滤器之后被油泵加压变成高壓油，高压油再经过节流阀的调速后通过三位四通换向阀推动起升油缸运动，实现货叉的起升。货叉举升货物达到最大高度时，高压油不再推动油缸继续上升，而是在维持其最大行程的同时通过溢流阀溢流重新回到油箱中。当货叉需要下降时，程序控制三位四通换向阀进行换向，液压油从有杆腔进油，驱动活塞杆下降，从而使货叉实现下降功能。

3 举升机构的仿真运动

3.1 SolidWorks motion简介

SolidWorks motion 运动仿真是隶属于SolidWorks的一个运动仿真插件。它是一个虚拟的仿真分析的工具，能够对复杂的机械机构进行动力和运动学仿真分析，得到仿真样机的作用力、速度和加速度等信息，并通过图表、数据等方式显示出来，因此备受工程师们的青睐。通过SolidWorks motion 进行运动仿真，可以了解设计机构的运动特性，在实际生产之前就能了解该机构是否出现错误，大大节约了企业的生产成本。

SolidWorks motion 作为SolidWorks的插件，具有即插即用的特性，并且与运动算例相结合，在设计模型并完成装配工作后，不需要退出设计的界面，也不需要转换成其它格式就能够直接进入SolidWorks motion 的界面，在仿真过程中出现错误即可随时进行添加或删减约束、改变载荷量、调整模型的参数等操作，极大地方便了设计工作，提高了设计机构的效率。

3.2举升机构仿真

整个举升机构大致分为“内门架”“外门架”、“叉脚升降机构”、“链轮链条组合”以及“起升油缸”五部分，根据前面的设计过程得到的各个零件的参数，在SolidWorks中绘制出各个零件，再分别按照这五部分进行简单地装配，最后将这五部分装配起来就得到设计的举升机构的三位模型，建立好模型后，选择插入motion仿真插件，开始进行运动仿真。

需要对举升机构进行干涉检查，直到得到机构不发生干涉的结果之前都需要对机构进行微调，以免导致仿真运动出现错误的结果。接着按照实际情况下活塞杆的输出速度，模拟实况给活塞杆设置线性马达，速度设置为20mm/s，按照运动过程中可能发生的接触设置好各零件之间的接触。最后设置仿真时间为9s，设置每秒仿真的步数为25步。点击开始进行仿真运动，得到相应的图表。由图活塞杆、货叉的位移-时间变化曲线可以知道，随着活塞杆以0.02m/s的速度匀速推动门架系统上升，货叉沿着垂直方向的线性位移基本是一条曲线，即货叉趋于匀速上升，且上升过程基本稳定，没有发生不良反应，说明本次设计的结构是合理且良好的。

结论：

本次设计以AGV叉车作为研究设计的对象，对现下发展十分迅速的AGV叉车的举升机构和液压系统进行了相应结构的简单设计。托盘式AGV叉车相较于其它类型的AGV叉车，具有较独特的一些结构，故而对其相关结构的设计时 需要大量的文献作为基础，本文在查阅了较多有关AGV叉车的结构设计和仿真运动分析的文献的基础上，对AGV叉车的研究发展历程和相应的成果进行了总结，并利用SolidWorks motion软件对有关的重要机构进行仿真运动分析，保证举升机构举升货物的稳定性。

参考文献：

[1]杨荣. AGV车载控制器设计与研究[D].西安科技大学，2020.

[2]吴科奇. 玻璃基板运输自动导引小车（AGV）设计[D].西安石油大学，2020.

[3]卢静雪. AGV系统设计与关键技术研究[D].青岛理工大学，2019.

[4]王云飞. 电控液驱重载AGV设计研究[D].山东大学，2020.