كيفية تحسين عمر بطارية AGV وسعة الحمولة باستخدام محركات مؤازرة DC ذات الجهد المنخفض؟

بالنسبة للمركبات الموجهة الآلية الحديثة (AGVs) والروبوتات المتنقلة المستقلة (AMRs) ، هناك دائمًا مقياسان للأداء مرتبطان بشكل وثيق:

وقت تشغيل البطارية وسعة الحمولة.

السيارة التي تستهلك الكثير من الطاقة تحتاج إلى بطارية أكبر. لكن البطارية الأكبر حجمًا تضيف أيضًا وزنًا، مما يقلل من كمية الحمولة التي يمكن أن تحملها السيارة.

ولهذا السبب يستحق نظام الجر اهتمامًا دقيقًا.

يمكن المصمم بشكل صحيح لنظام محرك سيرفو DC ذو الجهد المنخفض أن يساعد مصنعي AGV على تحسين:

• كفاءة الطاقة

• وقت تشغيل البطارية

• بدء وتسلق عزم الدوران

• نسبة الحمولة إلى وزن السيارة

• دقة الحركة

• الكبح المتجدد

• الاستقرار الحراري

• الكفاءة الشاملة لنظام الدفع

بالنسبة لمشاريع AGV الأمريكية، يجب أيضًا مراعاة اختيار المحرك ضمن الإطار الأوسع لسلامة الماكينة. تتضمن المراجع الحالية ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 و ANSI/ITSDF B56.5-2024.

حلول المحركات المؤازرة AGV DC

تحتاج أنظمة محرك AGV إلى أكثر من مجرد دوران المحرك البسيط. يجب أن يوفر محرك القيادة عزم دوران متحكمًا، وتنظيمًا دقيقًا للسرعة، وتسارعًا سلسًا، وردود فعل موثوقة أثناء العمل من نظام بطارية DC ذات الجهد المنخفض. لهذا السبب، فإن المحركات المؤازرة DC، والمحركات المؤازرة DC المتكاملة، والمحركات المؤازرة ذات التروس DC، والمحركات المؤازرة STO، والمحركات المحورية AGV شائعة الاستخدام في بنيات القيادة AGV وAMR.

توفر JKONGMOTOR العديد من تكوينات محرك سيرفو DC التي يمكن مطابقتها لمتطلبات حمل AGV المختلفة والسرعة والمساحة والحماية والسلامة.

مجموعة منتجات محرك سيرفو AGV DC

Jkongmotor حركات محرك سيرفو مخصصة

مزود حلول محرك مؤازر DC متكامل وقفة واحدة

1. محرك سيرفو DC متكامل

يجمع محرك DC المؤازر المتكامل بين المحرك ومحرك المؤازرة وجهاز التشفير في مبيت واحد مدمج. تعمل هذه البنية على تقليل الأسلاك الخارجية وتوفير مساحة التثبيت، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص لهيكل AGV وAMR المدمج.

وهو يدعم التحكم في الحركة ذات الحلقة المغلقة للسرعة والموضع وعزم الدوران ، بينما تعمل الإلكترونيات المدمجة على تبسيط الاتصال بين المحرك ووحدة التحكم في السيارة. تُستخدم البنى المؤازرة المتكاملة على نطاق واسع حيث تعتبر مساحة الهيكل وكفاءة الأسلاك من الاعتبارات المهمة في التصميم.

تطبيقات AGV النموذجية:

• مستودع AGVs

• عجلات قيادة AMR

• الروبوتات المستقلة للتعامل مع المواد

• فرز الروبوتات

• الروبوتات المحمولة المدمجة

2. محرك سيرفو DC ذو تروس كوكبية

يجمع محرك سيرفو DC ذو التروس الكوكبية بين محرك سيرفو DC وعلبة تروس كوكبية لزيادة عزم الدوران الناتج مع الحفاظ على مجموعة نقل الحركة المدمجة.

يكون هذا التكوين مناسبًا عندما تتطلب AGV عزم دوران أقوى للعجلات لبدء التشغيل أو التسارع أو تسلق المنحدرات أو حمل حمولات أثقل . يسمح صندوق التروس أيضًا للمحرك بالعمل بسرعة أعلى مع توفير خرج بسرعة أقل على العجلة.

التطبيقات النموذجية:

• مركبات AGV للخدمة الشاقة

• مركبات نقل المستودعات

• روبوتات التعامل مع المنصات

• معدات مناولة المواد المتنقلة

• تتطلب عجلات القيادة AGV عزم دوران عاليًا

3. محرك سيرفو DC ذو تروس دودية

يدمج محرك سيرفو Worm Geared DC علبة التروس الدودية مع محرك سيرفو DC. إن نسبة التخفيض العالية تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب عزم دوران عاليًا وحركة منخفضة السرعة يتم التحكم فيها.

يمكن أن يوفر صندوق التروس الدودي أيضًا خصائص مفيدة لحمل الحمولة، اعتمادًا على تصميم صندوق التروس وظروف التشغيل. وهذا يجعلها قابلة للتطبيق على آليات AGV حيث تكون الحركة الخاضعة للتحكم والإمساك الميكانيكي أمرًا مهمًا.

التطبيقات النموذجية:

• أنظمة قيادة AGV ذات الحمولة الثقيلة

• آليات الرفع وتحديد المواقع

• معدات نقل الناقل

• الروبوتات المتنقلة الصناعية

• أنظمة المناولة الآلية

4. محرك سيرفو DC المتكامل للفرامل

يجمع محرك سيرفو DC المتكامل للفرامل بين المحرك المؤازر والمشفر والمحرك والفرامل الكهرومغناطيسية في مجموعة واحدة.

تكون الفرامل مفيدة بشكل خاص عندما يتعين على آلية AGV أن تظل في موضعها بعد إزالة طاقة المحرك . يمكن أخذه في الاعتبار بالنسبة لمحاور الرفع، والآليات الرأسية، والمعدات المائلة، والتطبيقات التي يجب فيها منع الحركة الميكانيكية غير المنضبطة.

التطبيقات النموذجية:

• آليات رفع AGV

• أنظمة النقل العمودية

• معدات المناولة الآلية

• آليات القيادة المائلة

• الروبوتات المتنقلة مع متطلبات القابضة

5. محرك سيرفو DC متكامل IP65

تم تصميم محرك سيرفو DC المتكامل IP65 لتطبيقات AGV حيث قد يواجه المحرك الغبار أو رش الماء أو الظروف الصناعية الصعبة.

تجمع بنيتها المتكاملة للمحرك والقيادة بين التركيب المدمج مع حماية معززة للحاوية. وهذا يجعلها مفيدة للوجستيات المستودعات، والآلات المتنقلة، والمعدات ذات القدرة الخارجية، ومركبات AGV الصناعية حيث تعد حماية البيئة من المواصفات المهمة. تدرج JKONGMOTOR حماية IP65 كتكوين متاح لمنصة محرك سيرفو المتكاملة الخاصة بها.

التطبيقات النموذجية:

• مركبات AGV ذات قدرة خارجية

• الروبوتات اللوجستية

• سيارات نقل المصانع

• معدات مناولة المواد المتنقلة

• البيئات الصناعية المعرضة للغبار

6. محرك سيرفو AGV STO DC

تم تصميم محرك سيرفو AGV STO DC لأنظمة AGV وAMR حيث يعد إيقاف عزم الدوران الآمن (STO) جزءًا من بنية أمان التحكم في الحركة.

يقوم STO بتعطيل قدرة محرك الأقراص على توليد عزم دوران المحرك عند تنشيط وظيفة الأمان. ولذلك فهو يختلف عن أمر الحركة العادية: يمنع STO توليد عزم الدوران بدلاً من مجرد توجيه السيارة إلى التباطؤ.

التطبيقات النموذجية:

• الروبوتات المتنقلة المستقلة

• مناطق المستودعات التي يمكن الوصول إليها من قبل الإنسان

• الأنظمة اللوجستية الذكية

• التعامل الآلي مع المواد

• تتطلب مركبات AGV وظائف القيادة المتعلقة بالسلامة

7. محرك محور AGV

يقوم محرك AGV Hub بدمج محرك الدفع في العجلة أو مجموعة المحور، مما يؤدي إلى إنشاء حل مدمج للدفع بالعجلات.

بالمقارنة مع الترتيب التقليدي للمحرك بالإضافة إلى علبة التروس، يمكن للمحرك المحوري تقليل مكونات ناقل الحركة الميكانيكي والاستفادة بشكل أفضل من مساحة الهيكل المحدودة. وهو ذو صلة بشكل خاص بمركبات AGV المدمجة، وAMRs، وروبوتات النقل المستقلة، والمنصات المتنقلة ذات الأرضية المنخفضة . يجب اختيار بنية المحرك المحوري وفقًا لقطر العجلة، وحمل السيارة، وعزم الدوران المطلوب، والسرعة، والظروف الحرارية.

لماذا تختار محرك سيرفو DC متكامل لمركبات AGV؟

الميزة الرئيسية هي التكامل على مستوى النظام بدلاً من مجرد الأداء الحركي.

تركيب مدمج

يمكن دمج المحرك والمشفر وإلكترونيات القيادة في مجموعة واحدة، مما يقلل الحاجة إلى موضع تركيب محرك مؤازر منفصل.

الأسلاك المبسطة

يمكن أن تقلل بنية المؤازرة المتكاملة من توجيه كابل المحرك والتشفير بين المحرك ومحرك الأقراص الخارجي، مما يساعد على تبسيط التصميم الكهربائي لـ AGV.

التحكم في الحركة بحلقة مغلقة

تمكن ردود فعل التشفير التحكم الدقيق في سرعة العجلة وموضعها، وهو أمر مهم للملاحة AGV وتشغيل العجلة المتزامنة.

اتصالات مرنة

اعتمادًا على التكوين، يمكن لأنظمة مؤازرة AGV دعم طرق الاتصال مثل CANopen، وRS485/Modbus، وEtherCAT . تُستخدم هذه الواجهات بشكل شائع لدمج محاور المؤازرة مع وحدات تحكم AGV.

تكوينات ميكانيكية متعددة

تسمح علب التروس الكوكبية وعلب التروس الدودية والفرامل والأغطية المقاومة للماء وهياكل محرك المحور بمطابقة المحرك مع بنيات AGV المختلفة.

منصة واحدة لتصميمات محركات AGV المختلفة

تغطي منصة المؤازرة المتكاملة من JKONGMOTOR تكوينات ميكانيكية وتحكمية متعددة، بما في ذلك أنظمة 24V/48V DC، وخيارات علبة التروس، وتكوينات الفرامل، وردود فعل التشفير، والمبيتات ذات تصنيف IP، وواجهات Pulse وRS485 وCANopen وEtherCAT . تسرد صفحة حلول AGV الخاصة بالشركة تكوينات سلسلة IDC60 وIDC80 ونطاق طاقة يمتد من 26 وات إلى 1000 وات.

يتيح ذلك لمصنعي AGV اختيار بنية المحرك وفقًا للتصميم الفعلي للمركبة بدلاً من استخدام تكوين محرك واحد لكل تطبيق.

بالنسبة لمشاريع OEM AGV، يمكن تقييم عزم دوران المحرك وحجم العجلة ووزن السيارة والسرعة وجهد البطارية ونسبة علبة التروس ونوع التشفير وبروتوكول الاتصال وتقييم الحماية ومتطلبات السلامة معًا لتطوير حل محرك مؤازر DC مناسب.

لماذا تعد المحركات المؤازرة ذات الجهد المنخفض ذات الجهد المستمر أمرًا بالغ الأهمية لعمر بطارية AGV وسعة الحمولة؟

يقوم محرك الجر بتحويل طاقة البطارية إلى عزم دوران العجلة الذي يحرك AGV بالفعل.

ولهذا السبب، فإن كفاءة المحرك لها تأثير مباشر على مقدار الطاقة التي تستهلكها السيارة خلال كل دورة نقل.

على عكس محرك الحلقة المفتوحة البسيط، يقوم نظام مؤازر التيار المستمر ذو الحلقة المغلقة بمراقبة موضع المحرك وسرعته بشكل مستمر من خلال ردود الفعل وضبط الإخراج وفقًا لحالة التشغيل الفعلية.

وهذا أمر ذو قيمة خاصة لأن مركبات AGV نادراً ما تعمل بحمل ثابت واحد.

ظروف التشغيل النموذجية AGV

قد يحتاج AGV بشكل متكرر إلى:

ابدأ ← تسريع ← رحلة بحرية ← تباطؤ ← توقف ← انعطف ← عكسي ← إعادة التشغيل

يمكن أن يتغير عزم الدوران المطلوب بشكل كبير بين كل مرحلة.

يمكن لنظام مؤازر تم اختياره بشكل صحيح أن يستجيب بسرعة لهذه المتطلبات المتغيرة بدلاً من العمل بمخرج ثابت.

ترتبط كفاءة البطارية ووزن السيارة

العلاقة الأساسية هي:

الطاقة الكهربائية = جهد البطارية × التيار × زمن التشغيل

يمكن أن يؤدي تقليل التيار غير الضروري إلى تقليل إجمالي استهلاك الطاقة مع الحفاظ على عزم دوران العجلة المطلوب.

وفي الوقت نفسه، يساهم نظام نقل الحركة نفسه في زيادة كتلة السيارة.

علاقة الحمولة الأساسية هي:

صافي الحمولة = الوزن الإجمالي المسموح به للمركبة − الوزن الفارغ للمركبة

وهذا يخلق فرصة تصميم هامة.

قد يؤدي استخدام محرك أكثر إحكاما أو محرك أقراص متكامل أو علبة تروس مُحسّنة إلى تقليل وزن النظام وتوفير سعة إضافية للشحن.

لماذا يهم التكامل

قد يجمع محرك سيرفو متكامل حديث ما يلي:

المحرك + التشفير + محرك سيرفو + إلكترونيات التحكم

في تجميعة واحدة مدمجة.

هذا يمكن أن يقلل:

• تعقيد الأسلاك

• مساحة مجلس الوزراء

• مكونات محرك الأقراص الخارجي

• وقت التثبيت

• البصمة الإجمالية لنظام الدفع

بالنسبة لتصميمات هيكل AGV ذات المساحة المحدودة، يمكن أن يكون لهذه التفاصيل تأثير مفيد على البنية النهائية للمركبة.

كيف تعمل محركات مؤازرة التيار المستمر ذات الجهد المنخفض على تمديد وقت تشغيل بطارية AGV من خلال الكبح عالي الكفاءة والتجدد؟

لا ينبغي تقدير وقت تشغيل البطارية من خلال قوة لوحة المحرك وحدها.

القياس الأكثر فائدة هو الطاقة المستهلكة خلال دورة عمل AGV الحقيقية.

التقريب العملي هو:

طاقة البطارية المستخدمة ≈ متوسط ​​طاقة إدخال التيار المستمر × وقت التشغيل

نظرًا لأن مركبات AGV تتسارع وتتباطأ باستمرار، فقد يختلف متوسط ​​الطاقة بشكل كبير عن قوة المحرك المقدرة.

عملية عالية الكفاءة

يمكن للمحرك الذي يتم التحكم فيه مؤازرًا ضبط عزم الدوران وفقًا للطلب الفعلي.

أثناء السير الثابت، قد يكون عزم الدوران المطلوب منخفضًا نسبيًا.

أثناء التسارع، قد يحتاج النظام مؤقتًا إلى عزم دوران أعلى بكثير.

يسمح هذا التحكم الديناميكي لمجموعة نقل الحركة بمطابقة المدخلات الكهربائية بشكل أفضل مع الطلب الميكانيكي.

الكبح المتجدد

يوفر الكبح المتجدد آلية أخرى محتملة لتوفير الطاقة.

أثناء التباطؤ، يمكن للمحرك أن يعمل كمولد. بدلاً من تحويل كل الطاقة الحركية إلى حرارة من خلال الاحتكاك أو مقاومة الكبح، يمكن إرجاع جزء من تلك الطاقة إلى ناقل التيار المستمر.

قد تكون الطاقة المستردة بعد ذلك:

عاد إلى البطارية

أو

تستخدم في مكان آخر على حافلة DC

اعتمادا على بنية النظام.

ومع ذلك، يجب تصميم الكبح المتجدد بشكل صحيح.

أثناء التباطؤ، يمكن أن يرتفع جهد ناقل التيار المستمر بسرعة. ولذلك يحتاج النظام إلى طريقة مناسبة للتعامل مع الطاقة المتجددة، مع الأخذ في الاعتبار قبول البطارية، وحالة الشحن، وحدود وحدة التحكم، ودرجة الحرارة، وتردد الكبح.

حيث يوفر الكبح المتجدد أكبر قيمة

يعد الكبح المتجدد ذا أهمية خاصة لمركبات AGV ذات الحالات التالية:

• توقف

• يبدأ

• تغييرات الاتجاه

• أحداث التباطؤ

• دورات نقل قصيرة

• الحركة العمودية أو الهبوطية

بالنسبة لهذه التطبيقات، غالبًا ما يكون Wh لكل دورة مكتملة مؤشر أداء رئيسيًا أكثر فائدة من كفاءة المحرك النظرية.

كيف يؤدي التصميم عالي الكثافة للطاقة لمحركات التيار المستمر إلى زيادة الحمولة الصافية لـ AGV بشكل مباشر؟

تعد سعة الحمولة في المقام الأول مشكلة في مجموعة نقل الحركة وكتلة السيارة.

يجب أن تولد AGV قوة جر كافية للتغلب على:

مقاومة التدحرج + مقاومة الدرجة + قوة التسارع + الخسائر الميكانيكية الأخرى

العلاقة المبسطة هي:

عزم دوران العجلة = قوة الجر × نصف قطر العجلة

ولهذا السبب لا يمكن فصل اختيار المحرك عن قطر العجلة أو نسبة علبة التروس أو وزن السيارة أو متطلبات التسارع.

كثافة عزم الدوران مهمة أكثر من حجم المحرك وحده

يمكن للمحرك الأكبر أن يوفر المزيد من عزم الدوران، لكنه يضيف أيضًا:

• وزن

• مقدار

• يكلف

• الحمل الحراري

• الطلب على البطارية

عادة ما يكون هدف التصميم الأفضل هو كثافة عزم الدوران الأعلى القابلة للاستخدام.

بعبارة أخرى:

أداء عجلة أكثر عملية من خلال كتلة وحجم أقل للمحرك

يمكن لنظام مؤازر مدمج أن يساعد في تحقيق هذا التوازن.

عزم الدوران البداية مهم بشكل خاص

قد تتطلب مركبة AGV التي تحمل حمولتها القصوى عزمًا كبيرًا بسرعة منخفضة جدًا.

وهذا صحيح بشكل خاص عندما تكون السيارة:

• يبدأ من الراحة

• يحمل أحمالاً ثقيلة

• يصعد المنحدرات

• يتسارع بسرعة

• تعمل على الأرضيات ذات المقاومة العالية

لهذا السبب، يجب تقييم المحرك باستخدام عزم الدوران المستمر وعزم الدوران الأقصى ، وليس فقط قوته الكهربائية المقدرة.

المعلمات الرئيسية لنظام الدفع

الهدف ليس مجرد تركيب أكبر محرك ممكن.

الهدف هو تحقيق السرعة المطلوبة وعزم الدوران والتسارع والقدرة على التسلق والهامش الحراري بأقل وزن عملي للنظام.

كيفية اختيار الحق نظام مؤازر التيار المستمر منخفض الجهد لتلبية معايير السلامة والصناعة الخاصة بشركة AGV الأمريكية؟

إن اختيار المحرك فقط لأن جهده الاسمي يتوافق مع البطارية ليس كافيًا.

يجب أن يقوم مشروع AGV الأمريكي بتقييم السيارة بأكملها وبنية السلامة الخاصة بها.

تشمل مراجع الصناعة الحالية سلسلة ANSI/A3 R15.08 للروبوتات المتنقلة الصناعية و ANSI/ITSDF B56.5-2024 للمركبات الصناعية ذاتية التوجيه والمركبات الصناعية الموجهة آليًا.

اعتمادًا على المنتج والتطبيق، قد يتم أيضًا تطبيق معايير ومتطلبات أخرى.

عوامل الاختيار الهامة

التوافق الكهربائي

تحقق من جهد البطارية الاسمي وكذلك الحد الأدنى والحد الأقصى لجهد التشغيل.

يمكن لنظام البطارية الاسمي 24 فولت تيار مستمر أو 48 فولت تيار مستمر أن يواجه اختلافًا كبيرًا في الجهد أثناء الشحن والتفريغ.

الذروة الحالية

قد يؤدي التسارع وظروف الحمولة الثقيلة إلى إنتاج تيار أعلى بكثير من الإبحار العادي.

يجب أن تتحمل البطارية والأسلاك ووحدة التحكم وأجهزة الحماية التيار المتوقع.

تعليق

يجب أن يوفر المشفر الدقة ونوع التغذية الراجعة وواجهة الاتصال التي تتطلبها بنية التحكم.

وظائف السلامة

يجب تقييم التوقف في حالات الطوارئ، والاستجابة للخطأ، وسلوك الكبح، وإزالة عزم الدوران، والضوابط المتعلقة بالسلامة كجزء من نظام AGV الكامل.

حماية البيئة

يجب أن يتطابق المحرك مع البيئة الحقيقية، بما في ذلك:

• تراب

• رُطُوبَة

• درجة حرارة

• صدمة

• اهتزاز

• التعرض للدخول

التكامل الميكانيكي

يفحص:

• أبعاد التركيب

• تكوين رمح

• واجهة علبة التروس

• اتصال العجلة

• توجيه الكابل

• مساحة الهيكل المتاحة

تمييز حاسم

امتثال المحرك ليس هو نفسه امتثال نظام AGV.

يجب تصميم الآلة بالكامل وتقييم المخاطر وحمايتها والتحقق من صحتها وفقًا للمتطلبات المطبقة على الاستخدام المقصود.

كيف يمكن لمصنعي المعدات الأصلية ومشغلي الأساطيل ترقية محركات AGV القديمة إلى أنظمة مؤازرة التيار المستمر ذات الجهد المنخفض?

يجب أن تبدأ ترقية AGV الحالي من محرك أقراص قديم إلى بنية مؤازرة ببيانات التشغيل ، وليس الافتراضات.

يجب أن يسجل التقييم التحديثي العملي ما يلي:

العمارة التحديثية النموذجية

قد يبدو نظام الجر الحديث كما يلي:

البطارية ← حماية التيار المستمر ← محرك سيرفو ← محرك سيرفو تيار مستمر ← علبة التروس ← عجلة القيادة

يقوم جهاز التشفير بتغذية معلومات التشغيل مرة أخرى إلى وحدة التحكم.

يقوم نظام التحكم AGV بعد ذلك بإدارة أوامر مثل:

السرعة ← الاتجاه ← التسارع ← التباطؤ ← الاستجابة للخطأ

يمكن أيضًا دمج الاتصالات الصناعية من خلال واجهات مثل CANopen أو EtherCAT أو RS-485/Modbus أو بروتوكول آخر مدعوم.

يمكن أن يؤدي التحديث المرحلي إلى تقليل المخاطر

النهج العملي هو التحقق من صحة وحدة الجر أولاً.

يمكن بعد ذلك تقييم النموذج الأولي من أجل:

الاستهلاك الحالي

تسريع

الكبح

الأداء الحراري

عملية الحمولة الكاملة

وقت تشغيل البطارية

موثوقية الاتصالات

السلوك الخاطئ

بمجرد أن تلبي النتائج المقاسة هدف التصميم، يمكن نشر نفس البنية عبر مركبات إضافية.

كيف تمنع الإدارة الحرارية الفائقة في أجهزة التيار المستمر التدهور المبكر لبطارية AGV؟

غالبًا ما يتم الاستهانة بالإدارة الحرارية عند مقارنة محركات AGV.

يمكن للمحرك الذي يقترب بشكل متكرر من الحد الحراري أن ينتج عنه خسائر كهربائية أعلى وينقل حرارة إضافية إلى مجموعة نقل الحركة المحيطة.

يمكن أن تكون النتيجة تفاعل متسلسل:

خسائر أعلى ← المزيد من الحرارة ← ارتفاع درجة الحرارة ← ضغط أكبر على المكونات

درجة حرارة البطارية مهمة أيضًا.

يتأثر عمر بطارية ليثيوم أيون بدرجة الحرارة وحالة الشحن وظروف الشحن وملف التشغيل. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع عملية التدهور في ظل العديد من ظروف التشغيل.

وهذا يعني أن كفاءة نظام نقل الحركة لا تتعلق فقط بتوفير الكهرباء.

ويمكن أن يساعد أيضًا في التحكم في البيئة الحرارية المحيطة بالبطارية والإلكترونيات.

مصادر الحرارة الرئيسية في مجموعة نقل الحركة AGV

يمكن أن يأتي الحمل الحراري الإجمالي من:

• خسائر النحاس

• خسائر الحديد

• تحمل الاحتكاك

• خسائر تبديل وحدة التحكم

• خسائر علبة التروس

• خسائر الإطارات والدحرجة

لذلك يجب اختيار محرك ذو حجم مناسب وفقًا لمتطلبات التشغيل المستمر ، وليس فقط ذروة الأداء على المدى القصير.

يجب أن يأخذ التصميم الحراري في الاعتبار النظام بأكمله

تشمل المتغيرات المهمة ما يلي:

درجة الحرارة المحيطة

دورة العمل

تردد ذروة الحمل

عزم الدوران المستمر

تركيب المحرك

تصميم الضميمة

تدفق الهواء

نقل الحرارة إلى الهيكل

الهدف هو درجة حرارة تشغيل مستقرة عبر نظام الجر بأكمله.

ما هو التخفيض القابل للقياس لعائد الاستثمار والتكلفة الإجمالية للملكية عند نشر أجهزة التيار المستمر ذات الجهد المنخفض في المستودعات الأمريكية؟

يجب قياس القيمة المالية لترقية المؤازرة من بيانات الأسطول الفعلية.

إن سعر شراء المحرك البسيط لا يمثل التكلفة الحقيقية للملكية.

نموذج عملي للتكلفة الإجمالية للملكية AGV

التكلفة الإجمالية للملكية = الأجهزة + الطاقة + الصيانة + وقت التوقف عن العمل + البطارية + الاستبدال + البنية التحتية للشحن

يمكن لنظام مؤازر التيار المستمر منخفض الجهد أن يؤثر على العديد من هذه المتغيرات في وقت واحد.

استهلاك الطاقة

يقيس:

كيلووات ساعة لكل ساعة تشغيل

لكن مؤشر الأداء الرئيسي التشغيلي الأقوى هو:

Wh لكل دورة نقل مكتملة

يتيح ذلك مقارنة تقنيات القيادة المختلفة ضمن نفس المسار وظروف الحمولة.

استخدام البطارية

يمكن أن يؤدي انخفاض استهلاك الطاقة إلى زيادة وقت التشغيل القابل للاستخدام بين دورات الشحن، اعتمادًا على:

• كيمياء البطارية

• استراتيجية الشحن

• الحمولة

• مسافة السفر

• بيئة التشغيل

• دورة العمل

صيانة

يمكن أن توفر محركات الأقراص ذات الحلقة المغلقة بيانات تشخيصية إضافية.

اعتمادًا على النظام، قد تقوم فرق الصيانة بمراقبة:

أخطاء التشفير

التيار الزائد

ارتفاع درجة الحرارة

أخطاء في الاتصالات

حالة المحرك

قيادة الإنذارات

يمكن أن تساعد التشخيصات الأفضل في تقليل وقت استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

التوقف

بالنسبة للمستودعات الآلية، يمكن أن يكون لوقت التوقف عن العمل تأثير مالي أكبر من سعر شراء المحرك نفسه.

قد يوفر نظام الجر الذي يسهل تشخيصه واستبداله وصيانته قيمة تتجاوز تكلفة الأجهزة الأولية.

إنتاجية الحمولة

وينبغي قياس الحمولة جنبا إلى جنب مع استهلاك الطاقة.

بدلاً من السؤال فقط:

'كم عدد الكيلوغرامات التي يمكن أن تحملها مركبة AGV؟''

قد يكون المقياس التشغيلي الأكثر فائدة هو:

'كم عدد الكيلوجرامات التي يمكن لمركبة AGV نقلها لكل شحنة بطارية؟''

تتضمن مؤشرات الأداء الرئيسية المفيدة الأخرى ما يلي:

كجم يتم نقلها لكل ساعة تشغيل

البعثات المكتملة لكل تهمة

واط لكل طن كيلومتر

أحداث الشحن لكل وردية

تمنح هذه المقاييس مشغلي الأساطيل صورة أوضح عن الإنتاجية الحقيقية لنظام نقل الحركة.

كيفية تحسين عمر بطارية AGV وسعة الحمولة باستخدام محركات مؤازرة ذات جهد منخفض تعمل بالتيار المستمر: دراسة حالة لإعادة تصميم AMR بقدرة 1.5 طن

ركز مشروع إعادة التصميم هذا على مركبة AGV / AMR غاطسة للخدمة الشاقة بوزن 1.5 طن تم تطويرها من قبل شركة تصنيع أتمتة لوجستية داخلية أوروبية.

واجه العميل ثلاث مشاكل عملية:

كان وزن الهيكل الثقيل يقلل من سعة الحمولة الفعالة.

كان وقت تشغيل البطارية أقل من هدف التشغيل المطلوب وهو 8 ساعات.

كانت مساحة الهيكل المحدودة والأسلاك المفرطة تجعل التكامل الكهربائي صعبًا بشكل متزايد.

كان الحل هو استبدال بنية المحرك والقيادة التقليدية المنفصلة بهندسة مزدوجة محركات مؤازرة مدمجة ذات جهد منخفض تعمل بالتيار المستمر بقدرة 48 فولت ، تجمع بين المحرك وإلكترونيات القيادة في وحدات دفع العجلات المدمجة مع اتصال CANopen/EtherCAT.

نتائج إعادة التصميم

النتيجة الرئيسية: خفضت AGV المعاد تصميمها كتلة نظام الدفع بمقدار 7.3 كجم ، وزيادة القدرة على التحمل التشغيلي من 7.5 إلى 10.2 ساعة ، ورفع الحمولة الفعالة من 1000 كجم إلى 1250 كجم باستخدام نفس حزمة بطارية الليثيوم 48 فولت/100 أمبير.

تصميم AGV الأصلي وقيوده

استخدمت السيارة الأصلية بنية تقليدية لسائق المحرك المنفصل.

تم تركيب المحركات بالقرب من عجلات القيادة، بينما تم تركيب محركات المؤازرة بشكل منفصل داخل الحجرة الكهربائية الرئيسية.

خلقت هذه البنية العديد من التحديات في AMR المدمجة للخدمة الشاقة.

1. الوزن الزائد لمجموعة نقل الحركة

بلغ الوزن الإجمالي للمحركين، ومحركات الأقراص المؤازرة الخارجية، وأحزمة الكابلات، والموصلات، والدرع، ومكونات التثبيت حوالي 18.5 كجم.

بالنسبة للمركبة ذات حد الوزن الإجمالي الثابت، فإن هذه الكتلة الإضافية تقلل بشكل مباشر من كمية البضائع التي يمكن أن تحملها AGV بشكل قانوني وميكانيكي.

2. يعمل الكابل الطويل عالي التيار

تتطلب بنية القيادة المنفصلة كابلات محرك عالية التيار للانتقال بين العلبة الكهربائية المركزية ومجموعات الدفع بالعجلات.

في AMR صغير الحجم، تستهلك هذه الكابلات مساحة تثبيت قيمة وتعقد التوجيه.

يمكنهم أيضًا تقديم خسائر كهربائية إضافية من خلال مقاومة الكابلات.

3. مساحة داخلية محدودة

يتطلب محركان مؤازران خارجيان خزانة مخصصة ومساحة تركيب على سكة DIN.

أدى هذا إلى تقليل المساحة المتاحة لـ:

مكونات البطارية

PLC و I/O

أجهزة السلامة

معدات الاتصالات

مكونات الإدارة الحرارية

الوصول إلى الخدمة

4. وقت تشغيل البطارية أقل من الهدف

حقق النظام الأصلي حوالي 7.5 ساعة من التشغيل باستخدام بطارية ليثيوم 48 فولت/100 أمبير.

بالنسبة للمركبة الثقيلة التي من المتوقع أن تدعم عمليات المستودعات الممتدة، لم يترك هذا سوى هامش تشغيل ضئيل.

الحل المتكامل 48V DC Servo

ولمعالجة المشاكل الثلاث في وقت واحد، استبدل العميل نظام القيادة المقسمة باثنين محركات مؤازرة DC متكاملة ذات جهد منخفض 48 فولت.

تدمج البنية الجديدة المحرك وإلكترونيات القيادة مباشرة في وحدة الدفع بالعجلات.

بنية نقل الحركة الجديدة

بطارية 48 فولت

↓

وحدة تحكم AGV الرئيسية / PLC

↓

CANopen / EtherCAT حافلة الاتصالات

↓

محركات مؤازرة تيار مستمر مزدوجة 48 فولت

↓

عجلات القيادة

وهذا يقلل بشكل كبير من كمية المعدات المثبتة في الخزانة الكهربائية المركزية.

ويدعم الحل الجديد أيضًا ذروة عزم الدوران الزائد ، والتحكم في الحلقة المغلقة، والاتصالات القائمة على الناقل.

كيف أدى نظام مضاعفات التيار المستمر المتكامل إلى زيادة عمر البطارية

جاء التحسن في وقت تشغيل البطارية من عدة تغييرات هندسية وليس من توسيع البطارية.

تقليل خسائر الكابلات

في النظام الأصلي، كانت كابلات المحرك ذات التيار العالي تربط إلكترونيات المحرك المركزي بمحركات الجر.

يمكن تقريب فقدان الطاقة الكهربائية في الموصل باستخدام:

ف = أنا²ر

أين:

• P = فقدان الطاقة

• أنا = الحالي

• R = مقاومة الكابل

ومن خلال نقل إلكترونيات المحرك مباشرة إلى مجموعة المحرك، يصبح اتصال التيار العالي قصيرًا للغاية.

في هذا المشروع، تم تقليل مسافة سلك الطور من السائق إلى المحرك إلى أقل من 5 سم.

وكانت النتيجة انخفاضًا كبيرًا في الخسائر المرتبطة بالكابلات وبنية طاقة أنظف.

عملية 48 فولت انخفاض الطلب الحالي

قامت عملية إعادة التصميم أيضًا بترحيل بنية الطاقة AGV من 24 فولت إلى 48 فولت تيار مستمر.

لنفس طاقة الإخراج الميكانيكية:

أنا = ف / ش

تؤدي زيادة جهد النظام إلى تقليل التيار المطلوب لمستوى طاقة معين.

التيار المنخفض يمكن أن يسمح بما يلي:

مقاطع عرضية أصغر للكابل

خسائر مقاومة أقل

انخفاض تسخين الكابل

المزيد من الأسلاك المدمجة

يعد هذا مفيدًا بشكل خاص في المعدات المحمولة عالية الطاقة حيث يمكن أن تصبح مسارات الكابلات الطويلة جزءًا مهمًا من التصميم الكهربائي.

الكبح المتجدد

تعمل وحدات التحكم المؤازرة المدمجة أيضًا على تحسين الكبح المتجدد.

أثناء التباطؤ أو الهبوط، يمكن لمحركات الجر أن تعمل كمولدات.

بدلاً من تبديد كل الطاقة الحركية المتاحة كحرارة، يقوم النظام بإعادة توجيه الطاقة القابلة للاسترداد مرة أخرى نحو نظام الناقل والبطارية بجهد 48 فولت ، مع مراعاة حدود قبول البطارية ووحدة التحكم.

يصبح هذا ذا قيمة خاصة في مركبات AGV للخدمة الشاقة لأن المركبة التي يبلغ وزنها 1.5 طن تحمل طاقة حركية كبيرة أثناء الحركة.

كلما زادت وتيرة تسارع السيارة وتباطؤها، أصبحت استعادة الطاقة المتجددة أكثر أهمية.

التحكم في ناقلات الأمراض FOC

يستخدم نظام المؤازرة المتكامل التحكم الميداني (FOC) لتنظيم تيار المحرك وعزم الدوران.

ومن خلال التحكم في المجال المغناطيسي للمحرك وتيار إنتاج عزم الدوران بشكل أكثر دقة، يمكن للنظام أن يعمل بالقرب من نقطة التحميل المطلوبة.

الأهداف العملية هي:

إنتاج عزم دوران مستقر

كفاءة الاستخدام الحالي

خفض التدفئة غير الضرورية

التسارع والتباطؤ على نحو سلس

تحسين التحكم في السرعة المنخفضة

بالنسبة إلى AMR للخدمة الشاقة التي تعمل بشكل مستمر عبر نوبات عمل متعددة، يمكن أن تؤثر هذه الخصائص على كل من استهلاك الطاقة والاستقرار الحراري.

التحسينات الفنية الرئيسية وبيانات عائد الاستثمار

الغوص العميق في الهندسة: كيف تحل أجهزة DC المتكاملة التحدي المزدوج

1. زيادة عمر البطارية

• القضاء على فقدان النحاس في الكابلات: تعمل تصميمات AGV التقليدية على توجيه كابلات الطور عالي التيار من صناديق التحكم المركزية إلى عجلات القيادة. تقوم أجهزة DC المدمجة ذات الجهد المنخفض بدمج السائق مباشرة في الطرف الخلفي لمشفر المحرك، مما يؤدي إلى تقصير مسافة سلك الطور إلى أقل من 5 سم.
• تحسين الكبح المتجدد: تعمل وحدات التحكم المدمجة على التقاط الطاقة الحركية أثناء حركات التباطؤ والانحدار على المنحدرات، مما يؤدي إلى تغذية التيار المستمر مباشرةً مرة أخرى إلى حزمة بطارية 48 فولت.
• التحكم في ناقلات FOC عالي الكفاءة: تعمل خوارزميات التحكم الموجهة ميدانيًا على إبقاء درجات حرارة التشغيل منخفضة تحت الحمل المستمر، مما يحافظ على سحب التيار في دورات العمل المثالية.

2. زيادة سعة الحمولة

• تقليل وزن الهيكل: يؤدي التخلص من حاويات المحرك الخارجية وكابلات الحماية الثقيلة وتركيبات قضبان DIN إلى تحرير ما يقرب من 7.3 كجم من الوزن الساكن. كل كيلوغرام يتم توفيره في كتلة الهيكل يُترجم مباشرةً إلى معدل حمولة أعلى.
• سعة عزم دوران عالية للحمل الزائد: تتعامل أجهزة الماكينة المدمجة ذات الجهد المنخفض التي تعمل بالتيار المستمر مع ما يصل إلى 3X من عزم الدوران المقدر أثناء التسارع الأولي للأحمال الثقيلة وتسلق المنحدرات (حتى 5 درجات من المنحدرات)، مما يمنع أخطاء التوقف دون الحاجة إلى محركات كبيرة الحجم.

3. خطوات التنفيذ

1. ترحيل نظام الطاقة: ترقية ناقل النظام من 24 فولت إلى 48 فولت تيار مستمر. يقلل الجهد العالي من تيار التشغيل الإجمالي ( I = P/U )، مما يقلل متطلبات المقطع العرضي للكابل والتبديد الحراري.

2. الوحدات الميكانيكية لوحدة القيادة: قم بتركيب أجهزة DC مدمجة مزدوجة 48 فولت مباشرة على عجلات القيادة التفاضلية أو مجموعات عجلات التوجيه.

3. طوبولوجيا ناقل الاتصالات: قم بربط كابل سلسلة CANopen/EtherCAT محمي واحد بين وحدة التحكم الرئيسية AGV PLC وكلا المحركين المدمجين، لتحل محل أكثر من 16 سلك تحكم منفصل.

قياس النتائج قبل وبعد

أنتجت عملية إعادة التصميم تحسينات قابلة للقياس عبر الرئيسية مؤشرات أداء AGV ، بما في ذلك وزن نظام الدفع والمساحة الداخلية والكفاءة وتحمل البطارية وسعة الحمولة.

النتيجة الإجمالية: من خلال دمج محركات الأقراص المؤازرة التي تعمل بالتيار المستمر مباشرةً في وحدات العجلات، حققت AGV وزنًا أقل لمجموعة نقل الحركة، ومتطلبات مساحة داخلية أقل، وكفاءة أعلى للنظام، وتحملًا أطول للبطارية، وقدرة حمولة صافية أكبر.

تظهر هذه النتائج أن إعادة التصميم أدت إلى تحسين أداء البطارية وقدرة الحمولة في وقت واحد من خلال مزيج من تكامل نظام الدفع، وتقليل فقد الأسلاك، وتحسين التحكم في المحرك، وانخفاض كتلة السيارة.

ملاحظات العملاء

'من خلال التحول إلى محركات مؤازرة مدمجة ذات جهد منخفض تعمل بالتيار المستمر بقدرة 48 فولت، قمنا بتقليل وقت تجميع AGV بنسبة 40% بسبب توجيه مجموعة الأدوات المبسطة. والأهم من ذلك، حقق عملاؤنا تغطية تشغيلية كاملة بثلاث نوبات (24 ساعة) مع مرتين فقط من عمليات الشحن القصيرة في اليوم.'

— رئيس قسم البحث والتطوير لحلول مقاومة مضادات الميكروبات الصناعية

ما يوضحه إعادة تصميم AMR بوزن 1.5 طن

يسلط هذا المشروع الضوء على العديد من الدروس المهمة لمصنعي مركبات AGV وAMR للخدمة الشاقة.

يعد عمر البطارية مشكلة في نظام نقل الحركة

إن زيادة سعة البطارية ليست الطريقة الوحيدة لتحقيق وقت تشغيل أطول.

يمكن أن يساهم تقليل الخسائر الكهربائية، وتحسين التحكم في المحرك، واستعادة طاقة الكبح، وتقليل كتلة السيارة في زيادة القدرة على التحمل القابلة للاستخدام.

تتأثر الحمولة بكل كيلوغرام من كتلة السيارة

يستهلك المحرك والمحرك والخزانة وأجهزة التثبيت ووزن الكابل جزءًا من ميزانية الوزن الإجمالي للمركبة.

وبالتالي، يمكن لبنية الجر الأكثر تكاملاً إنشاء سعة حمولة إضافية دون زيادة حجم المحرك ببساطة.

أصبحت بنية 48 فولت جذابة بشكل متزايد مع ارتفاع الطاقة

يمكن أن يؤدي ارتفاع جهد النظام إلى تقليل التيار لمتطلبات طاقة معينة، مما يساعد مصنعي AGV على إدارة حجم الكابل، وفقدان المقاومة، والتحميل الحراري.

تعمل بنية المؤازرة المتكاملة على تبسيط أجهزة AMR المدمجة

يمكن أن يؤدي الجمع بين المحرك والمحرك في وحدة واحدة إلى التخلص من خزانات المحرك الخارجية وتقصير الأسلاك ذات التيار العالي.

هذا يمكن أن يحسن كلا من التغليف الميكانيكي وكفاءة التجميع.

يعد عزم الدوران الأقصى أمرًا بالغ الأهمية للمركبات الثقيلة

تحتاج سيارة AGV بوزن 1.5 طن إلى عزم دوران أكثر من كافٍ للانطلاق.

ويجب أيضًا أن تتسارع من السكون، وأن تحمل أقصى قدر من الحمولة، وأن تتسلق المنحدرات، وأن تتعامل مع الأحمال الزائدة قصيرة المدة.

وهذا يجعل قدرة عزم الدوران القصوى وأداء التحميل الزائد معايير اختيار مهمة.

ملخص النتائج النهائية

بالنسبة للمركبات الثقيلة AGVs وAMRs، يمكن أن توفر بنية مؤازرة التيار المستمر المدمجة ذات الجهد المنخفض مسارًا عمليًا نحو حمولة أعلى، ووقت تشغيل أطول، وأسلاك أنظف، وتكامل أكثر إحكاما لنظام الجر عندما يتطابق المحرك بشكل صحيح مع دورة العمل الحقيقية للمركبة.

كيف نقترب تصميم محرك مؤازر DC منخفض الجهد لمركبات AGV

بالنسبة لمصنعي OEM AGV، لا يكون المحرك القياسي كافيًا دائمًا.

قد يكون لـ AGVs المختلفة متطلبات مختلفة تمامًا من أجل:

الحمولة

قطر العجلة

وزن السيارة

سرعة السفر

تسريع

المنحدر

جهد البطارية

دورة العمل

بروتوكول التحكم

الظروف البيئية

ولذلك يجب اعتبار المحرك وعلبة التروس وجهاز التشفير ووحدة التحكم والعجلة بمثابة نظام جر متكامل.

الوجبات الجاهزة النهائية لمصنعي المعدات الأصلية AGV

لا يقتصر تحسين عمر بطارية AGV وسعة الحمولة على مجرد تركيب بطارية أكبر أو محرك عالي الطاقة.

النهج الأكثر فعالية هو تحسين نظام الجر بأكمله.

يمكن المصمم بشكل صحيح لمحرك سيرفو DC منخفض الجهد أن يساهم من خلال:

عملية عالية الكفاءة

عزم دوران حلقة مغلقة والتحكم في السرعة

الكبح المتجدد

كثافة عزم دوران عالية

التكامل المدمج

تحسين الأداء الحراري

تشخيص أفضل

عندما تتم مطابقة هذه الخصائص بشكل صحيح مع علبة التروس والعجلة والبطارية ووحدة التحكم ودورة عمل AGV، يمكن أن تكون النتيجة تحسينات قابلة للقياس في:

وقت تشغيل البطارية + استغلال الحمولة + كفاءة الطاقة + الاستقرار الحراري + إنتاجية الأسطول

بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية ومشغلي المستودعات، فإن السؤال الأكثر أهمية ليس ببساطة هو 'أي محرك يتمتع بقدرة أكبر؟'

السؤال الأفضل هو:

'ما هو نظام نقل الحركة الذي يمكنه توفير عزم الدوران المطلوب وأداء الحركة للعجلات مع استخدام أقل قدر ممكن من الطاقة والوزن والمساحة والصيانة؟'

يوفر هذا النهج على مستوى النظام أساسًا أقوى لتصميم منصات جر AGV فعالة وموثوقة وقابلة للتطوير.