Arukates tootmislogistikasüsteemides sõltub AGV-de (Automated Guided Vehicles) pidev ja stabiilne töö otseselt akusüsteemi teaduslikul valikul. Hästi läbimõeldud-akulahendus ei taga mitte ainult katkematut tööd tootmistakti aja jooksul, vaid vähendab oluliselt ka kogu kasutusiga-tsükli maksumust, minimeerib laadimise seisakuid ja pikendab aku kasutusiga.
Põhinedes reaalsetel projektiandmetel (taktaeg 15 JPH, nimivõimsus 6000 W, nimipinge 48 V) esitleb see artikkel süstemaatiliselt täielikku tehnilist metoodikat AGV akude valikuks, mis hõlmab kogu protsessi teoreetilisest modelleerimisest praktilise rakendamiseni. Eesmärk on pakkuda inseneridele korduvkasutatavat ja kontrollitavat tehnilist raamistikku.
Tehniline hoiatus
AGV aku valimine ei ole lihtne{0}}võimsuse sobitamise harjutus. See on süsteemi-tasandi inseneriülesanne, mis ühendab mehaanilise dünaamika, elektrokeemia, termodünaamika ja tootmise ajakava. Vale valik võib kaasa tuua ootamatu toitekadu töö ajal või liigse võimsuse koondamise, mis suurendab kulusid ilma jõudlust parandamata. Tööstusstatistika näitab, et ligikaudu 30 protsenti AGV töö- ja hooldusprobleemidest tulenevad valest aku valikust esialgses projekteerimisetapis.
1. AGV energiatarbimise füüsiline modelleerimine
Automaatsõiduki koguenergiatarbimine võrdub kõigi alamsüsteemide kombineeritud energiatarbimisega ja peab sisaldama asjakohast ohutusvaru. Järgnev tuletus põhineb klassikalisel mehaanikal ja elektrilistel aluspõhimõtetel.
1.1 Veojõu arvutamine: mehaanilise energiatarbimise allikas
Liikumise ajal peab AGV ületama maapinnast tuleneva veeretakistuse. Nõutav tõmbejõud arvutatakse järgmiselt:
F=(M_koormus + M_kandja + M_sõiduk) × g × μ
Kus
F on tõmbejõud njuutonites
M_load on kandevõime mass, 1200 kg
M_carrier on kanduri mass, 0 kg, kuna AGV-l on integreeritud kandekonstruktsioon
M_vehicle on AGV{1}}mass, 1600 kg
g on gravitatsioonikiirendus 9,8 m/s²
μ on veerehõõrdetegur, mis on valitud sileda betoonpõranda jaoks 0,06
Projekti arvutamise näide
F = (1200 + 0 + 1600) × 9.8 × 0.06 ≈ 1646.4 N
Tehniline märkus
Hõõrdetegur tuleb valida vastavalt tegelikele põrandatingimustele. Tüüpilised väärtused on siledate betoonpõrandate puhul 0,05 kuni 0,07, epoksüpõrandate puhul 0,04 kuni 0,06 ja karedate pindade puhul 0,08 kuni 0,12. 10-protsendine kõrvalekalle μ-des toob kaasa sarnase hälbe järgmistes võimsuse arvutamises.
1.2 Töövõimsuse arvutamine: mehaanilise energia muundamine elektrienergiaks
Püsiva liikumise ajal vajalik töövõimsus arvutatakse järgmiselt:
P_run=F × v / 60
Kus
P_run on töövõimsus vattides
v on AGV sõidukiirus, 30 meetrit minutis
Koormatud seisund
P_tööstus=1646.4 × 30/60 ≈ 823,2 W
Tühja seisukord
Kui kasulik koormus on null, muutub veojõud:
F_unloaded=1600 × 9,8 × 0,06 ≈ 940,8 N
P_unloaded=940.8 × 30/60 ≈ 470,4 W
1.3 Töövoolu arvutamine
Töövool tuletatakse põhilise elektrilise suhte abil:
I = P / V
Kus
I on töövool amprites
V on AGV alalisvoolu nimipinge, 48 V
Koormatud seisund
I_loaded=823.2 / 48 ≈ 17,15 A
Tühja seisukord
I_unloaded=470.4 / 48 ≈ 9,8 A
Nimivoolu kontrollimine
AGV nimivõimsus on 6000 W. Vastav nimivool on:
Ma_hinnan=6000 / 48=125 A
See väärtus on tegelikust töövoolust oluliselt kõrgem, mis näitab piisavat konstruktsioonivaru, et rahuldada mööduvaid suuri{0}}energiavajadusi, nagu käivitamine, kiirendamine ja tõstetoimingud.
1.4 Mitme allsüsteemi integreeritud energiatarbimine
1.4.1 Ajamisüsteemi energiatarve tsükli kohta
Ühe sõidu sõiduaeg määratakse vahemaa ja kiiruse järgi.
t_run=sõidukaugus / sõidukiirus
t_run=30 meetrit / 30 meetrit minutis=1 minutit
Ühe tsükli energiakulu arvutatakse järgmiselt:
Q_run=I × t_run / 60
Koormatud seisund
Q_run=17.15 × 1/60 ≈ 0,2858 Ah
Tühja seisukord
Q_run=9.8 × 1/60 ≈ 0,1633 Ah
1.4.2 Juhtimissüsteemi energiatarbimine
Juhtsüsteemi voolutarve on 50 W 24 V juures. Energiatarve tsükli kohta on:
Q_control=(50/24) × 1 ≈ 2,0833 Ah
1.4.3 Tõstemehhanism Energiatarbimine
Tõstemehhanismi võimsus on 2000 W. Tõste tööaeg tsükli kohta on 3 minutit. Süsteemi pinge on 48 V.
Q_lift=(2000/48) × 3/60 ≈ 2,0833 Ah
1.4.4 Energia kogutarbimise ja ohutustegur
Kogu energiatarbimine tsükli kohta arvutatakse järgmiselt:
Q_kokku=(Q_run + Q_control + Q_lift) × k_safety
Ohutustegur k_safety valitakse tavaliselt vahemikus 1,2 kuni 1,5. Selles projektis rakendatakse väärtust 1,2.
Koormatud seisund
Q_kogu=(0.2858 + 2.0833 + 2.0833) × 1,2 ≈ 5,337 Ah
Tühja seisukord
Q_kogu=(0.1633 + 2.0833 + 2.0833) × 1,2 ≈ 5,195 Ah
Inseneritöö kogemus
Tasase sisekeskkonna jaoks piisab ohutustegurist 1,2. Kuni 5-kraadise kaldega või sagedaste käivitus-seiskamistsüklite puhul on soovitatav kasutada väärtusi vahemikus 1,3–1,4. Välistingimustes või karmides tingimustes on tavaliselt vaja väärtusi vahemikus 1,4–1,5.
2. Aku mahutavuse valiku tehniline meetod
2.1 Aku kasutusmäära määramine
Aku kasutusmäär, mida tähistatakse kui η, arvestab tühjenemissügavuse piire, vananemise halvenemist ja temperatuuri mõjusid. Liitiumakude puhul on maksimaalne soovitatav tühjenemise sügavus tavaliselt 80 protsenti. Arvestades kolme-aastast kasutusiga ja keskkonnategureid, on selle projekti puhul kasutusmäär 80 protsenti.
Nõutav aku nimimaht arvutatakse järgmiselt:
C_nõutav=Q_kokku / η
Projekti näide
C_required=5.337 / 0,8 ≈ 6,671 Ah
2.2 Aku mahutavuse ümardamispõhimõtted
Teoreetilised arvutused peavad olema vastavuses müügilolevate aku spetsifikatsioonidega. Rakendatakse järgmisi põhimõtteid:
Piisava varu tagamiseks tuleks maht alati ülespoole ümardada
Eelistada tuleks standardset turuvõimsust
Tuleb tagada pinge sobitamine 48 V süsteemiga, mis koosneb tavaliselt neljast järjestikku ühendatud 12 V akumoodulist
Lõplik valik
Valitud on 120 Ah, 48 V liitiumaku süsteem.
Teoreetiline toetatud tsüklite arv:
120 / 5,337 ≈ 22 tsüklit
Taktiajal 15 JPH on pidev tööaeg:
22/15 ≈ 1,47 tundi
See konfiguratsioon pakub piisavat varu, et kohaneda tulevase kasuliku koormuse suurenemise, aku vananemise ja ebatavaliste töötingimustega.
2.3 Akutehnoloogiate võrdlus
Plii-happeakud pakuvad tavaliselt madalat energiatihedust ja piiratud tööiga, samas kui liitiumraudfosfaatakud pakuvad oluliselt suuremat energiatihedust, pikemat kasutusiga ja kiiremat laadimisvõimet.
Tehnilise ja{0}}elutsükli kulude vaatenurgast sobivad liitiumraudfosfaatakud paremini mootorsõidukite jaoks, eriti süsteemides, mis nõuavad võimalust laadimist ja kõrget kättesaadavust.
Valitud liitiumaku toetab maksimaalset laadimiskiirust 2C, mis annab kriitilise tehnilise aluse kiirlaadimissüsteemide{1}}konstrueerimiseks.
3. Laadimissüsteemi projekteerimine ja arvutamine
3.1 Laadimisvoolu valik
Laadimiskiiruse ja aku eluea tasakaalustamiseks valitakse laadimiskiirus 1C.
I_charge=120 A
Otsus kasutada 2C laadimise asemel 1C-d põhineb järgmistel kaalutlustel:
Laadimisaeg jääb vastuvõetavatesse piiridesse
Aku vananemine väheneb
Mõju tehase elektrivõrgule on minimaalne
Laadimisseadmete maksumus on madalam
3.2 Täpne laadimisaja arvutamine
Laadimisaeg arvutatakse järgmise seose abil:
t_charge=Q_required / (I_charge × n_ stations) × 60
Kus
Q_required on tsükli kohta vajalik energia, 5,337 Ah
I_charge on laadimisvool, 120 A
n_jaamad on laadimisjaamade arv, 2
Projekti arvutamine
t_charge ≈ 1,33 minutit
See näitab, et pärast ühe umbes 3-minutilise töötsükli läbimist vajab AGV tarbitud energia täiendamiseks vaid umbes 1,33 minutit laadimist, mis rahuldab täielikult 15 JPH takti nõude.
3.3 Laadimisjaama koguse optimeerimine
Laadimisjaamade arv tuleb määrata AGV koguse, laadimisaja, tööaja, vaba ruumi ja maksumuse alusel.
Ühe laadimisjaama puhul on maksimaalne toetatud tsüklite arv tunnis:
60 / (t_charge + t_operation)
60 / (1.33 + 3) ≈ 13,85 tsüklit tunnis
Kahe laadimisjaamaga on kogu teenindusvõimsus ligikaudu 27,7 tsüklit tunnis.
Maksimaalne toetatud AGV-de arv on:
27.7 / 15 ≈ 1.85
See tulemus ümardatakse 2 AGV-ni.
Järeldus
Kahest laadimisjaamast piisab kahe AGV pideva töö toetamiseks. Suuremate autoparkide jaoks on vaja täiendavaid laadimisjaamu või suuremaid laadimisvoolusid.
4. Peamised tehnilised riskid ja tehnilised vastumeetmed
Peamised riskid hõlmavad mahtuvuse arvutamise kõrvalekaldeid, laadimisohutust, temperatuuri mõju ja aku vananemist.
Soovitatavad vastumeetmed hõlmavad tegelikku -energiatarbimise testimist, konservatiivset võimsusvaru disaini, integreeritud BMS-iga akude kasutamist, mitme-tasemega laadimiskaitset, keskkonnaseiret ja aku kogu tööea-tsükli andmete jälgimist.
5. Tehnilise valideerimise ja optimeerimise soovitused
5.1 Tehniline kinnitamine
Valitud lahenduse teostatavuse kontrollimiseks on soovitatav läbi viia järgmised testid:
Staatilise võimsuse testimine kontrollitud tühjenemise tingimustes
Pidev töökatsetus 15 JPH juures kaheksa tundi
Laadimise tõhususe testimine, et kontrollida, kas tõhusus on üle 90 protsendi
5.2 Pideva optimeerimise soovitused
Arukat energiahaldussüsteemi saab kasutada reaalajas -energia- ja akuandmete kogumiseks, laadimisstrateegiate dünaamiliseks optimeerimiseks ja aku seisundi ennustamiseks.
Laadimisülesanded tuleks integreerida AGV sõiduplaanisüsteemi, et saavutada laadimisjaamade koormuse tasakaalustamine ja eelistada madalat -seisundit--laetud sõidukit.
Pikemas perspektiivis võib süsteemi tõhususe edasiseks parandamiseks kaaluda hübriidenergia salvestuslahendusi, mis ühendavad superkondensaatorid ja liitiumakud, juhtmevaba laadimistehnoloogiad ja tehisintellekti{0}}põhised optimeerimisalgoritmid.
Järeldus
AGV aku valik on multidistsiplinaarne süsteemitehniline ülesanne. Projekti tegelike andmete põhjal luuakse selles artiklis täielik tehniline tee, mis hõlmab energiatarbimise modelleerimist, võimsuse arvutamist, laadimissüsteemi konfigureerimist ja riskide maandamist.
Lõplik lahendus, mis koosneb 120 Ah, 48 V liitiumakusüsteemist ja kahest 120 A laadimisjaamast, on insenertehniliste arvutustega kinnitatud ja on täielikult võimeline toetama pidevat AGV tööd taktiajaga 15 JPH.
AGV süsteemiinseneride jaoks ei taga selle struktureeritud ja teadusliku valikumetoodika valdamine mitte ainult seadmete töökindlust, vaid parandab ka üldist logistilist efektiivsust ja majanduslikku tulemuslikkust, pakkudes kindlat tehnilist tuge intelligentsete tootmissüsteemide edukaks kasutuselevõtuks.
