EMS驱动小车结构设计浅析

EMS驱动小车结构设计浅析

刘滕，陈晓青（通讯作者）

山东协和学院 山东省济南市 250107

摘要

本文针对工厂物流系统中的轻型EMS小车进行了设计研究。作为电气单轨系统的核心传送装备,EMS小车通过高效可靠的悬挂式运输机制,在提高物流效率、确保运输安全、降低成本等方面展现出显著优势。本文分析了悬挂式EMS小车相对于地面式运输小车的优势,并通过比较两车组和三车组EMS小车的特点,确定采用两车组方案。在此基础上,论文对EMS小车的关键参数进行了设计计算,包括运行机构驱动、轴强度校核、均衡梁受力分析等。在总体结构设计方面,详细阐述了EMS小车的组成,并对主小车、副小车、均衡梁以及尾积放装置的结构设计进行了说明。通过系统的结构设计和优化,所设计的轻型EMS小车能够满足工厂物流自动化、智能化的需求,在提升物料搬运效率的同时,具有安全可靠、维护方便等优点。本设计可为类似的工业物流系统提供参考,对推动现代物流技术的发展具有一定的指导意义。

关键字：EMS小车  物流系统  结构设计  悬挂式运输  电气单轨

在现代工业生产中,高效、灵活的物流系统是提高生产效率、降低成本的关键。EMS小车作为电气单轨系统的核心传送装备,通过悬挂在单轨上运行,实现高效精准的取送货作业,在自动化立体仓库、生产线配送、智能制造等领域得到广泛应用。相比地面运输系统,EMS小车具有更高的空间利用率、运输速度和灵活性,能够有效避免地面障碍物和交通拥堵,提高物流效率。

随着工业自动化、智能制造的深入发展,对EMS小车的功能和性能提出了更高要求,如更大的载重量、更快的运行速度、更灵活的轨道布局、更智能的调度控制等。因此,开展EMS小车的优化设计研究,对于提升其性能水平、拓展应用领域具有重要意义。本文针对某工厂物流系统中的轻型EMS小车,开展了系统的结构设计和参数分析,旨在进一步提升其在工厂物流中的应用价值。

1.悬挂式EMS小车与地面式运输小车比较

在工厂物流系统中,悬挂式EMS小车和地面式运输小车是两种主要的传送装备形式。悬挂式EMS小车采用悬挂在空中的轨道,通过车体上的驱动装置在轨道上运行;而地面式运输小车则在地面上铺设轨道或采用自由导航的方式移动。两种运输方式各有特点,选择时需根据具体应用场景权衡。

相比地面式运输小车,悬挂式EMS小车具有以下优势:

(1)安全性更高。EMS小车运行于空中轨道,与地面作业人员和设备保持一定距离,大大降低了碰撞风险,提高了运输安全性。

(2)运输速度更快。悬挂式轨道布置灵活,减少了地面障碍物的影响,EMS小车在轨道上能够以更高的速度运行,提高了物流效率。

(3)安装灵活性更强。相比地面轨道,悬挂式轨道安装灵活,可根据厂房空间合理布置,适应不同的生产布局,便于集成和改造。

(4)节省地面空间。EMS小车利用厂房上方空间,减少了对宝贵的地面空间的占用,提高了空间利用率,尤其适用于空间狭小、地面拥挤的工况。

在实际应用中,EMS小车可根据载重、布线、成本等因素选择两车组或三车组方案。经分析比较,两车组方案在满足轻型物流搬运需求的同时,具有结构简单、转弯半径小、能耗低等优点,更适合本文所设计的工厂物流系统。因此,本设计选用两车组悬挂式EMS小车方案。

2 EMS小车参数设计计算

为确保EMS小车安全、高效、可靠运行,需要对其关键参数进行系统的设计计算,主要包括运行机构驱动、轴强度校核、均衡梁受力分析等。

根据物流系统的实际需求,设计EMS小车的额定载重量为300kg,运行速度为40m/min。通过计算分析,确定驱动电机功率为0.21kW,转速为79rpm,选用SEW减速电机,型号为HS40DT63L4/BMG/79rpm/B,能够满足小车运行的动力需求。

在起升机构设计中,选用德马克1N-2F型号电动葫芦,额定起重量500kg,主起升速度4m/min,完全满足小车的起重性能要求。电动葫芦采用紧凑型设计,安装方便,运行平稳可靠。

EMS小车在运行过程中,转弯半径的大小直接影响到轨道布置的灵活性和物流通道的设计。通过运动学分析和受力计算,确定EMS小车在1000mm最小转弯半径下,均衡梁长度不宜超过1885mm,综合考虑强度、刚度和布置等因素,选取均衡梁长度为1400mm。

为保证EMS小车的运行安全和可靠,需要对其传动系统的关键零部件进行强度校核。通过对副小车传动轴的受力分析,确定其危险截面位置,计算抗弯截面系数,验算强度满足设计要求。同时,对均衡梁进行了静力学分析,根据弯矩分布确定最大弯曲应力,并与材料许用应力对比,确保均衡梁的强度和刚度满足使用需求。

通过系统的参数设计计算和校核分析,确定了EMS小车的各项关键参数,为后续的结构设计和制造提供了重要依据,确保小车能够安全、高效、可靠地运行。、

3.EMS小车主要部件设计

EMS小车由运行机构、起升机构、均衡装置等部分组成,各部分相互配合,共同完成物料的悬挂运输作业。

主小车是EMS小车的动力源,采用轻量化的铝合金型材焊接而成的车体,配备电机减速机、车轮、导轮和制动装置。其中,驱动车轮采用聚氨酯包胶,导向轮采用调心球轴承,制动装置采用弹簧加压式制动器,确保运行平稳可靠。

副小车作为从动部分,同样采用铝合金型材焊接的车体,配备轴承座和车轮。副小车通过均衡梁与主小车铰接,运行同步。紧凑的结构设计使得副小车重量轻,便于装配和维护。

均衡梁采用中空矩形截面的铝合金型材制成,通过铰接机构连接主副小车。有限元分析和试验验证优化了均衡梁的设计,在满足强度和刚度要求的同时,尽量减轻重量。均衡梁中部设有吊耳,方便与起升机构连接。

在EMS小车尾部设计了简洁实用的尾积放装置,用于在小车停止时阻挡和限位后续小车,提高输送灵活性和效率。

通过系统设计和优化,EMS小车实现了轻量化和模块化,提高了运行性能,降低了制造和使用成本,便于维护和更换。

4.结论

本研究通过对智能物流同步带直线驱动机构的设计研究,提出了一种高效、稳定、可靠的驱动机构设计方案。该方案采用了先进的设计方法和精确的计算,优化了电机、同步带、齿轮、轴和轴承等关键部件的设计,充分考虑了实际使用中的维护便利性和成本效益。本研究成果不仅为智能物流同步带直线驱动机构的设计提供了具体的解决方案,还为相关领域的研究提供了有益的参考。未来,随着智能物流技术的不断发展,该驱动机构设计方案将得到进一步的应用和推广,为物流行业的智能化升级和可持续发展提供有力支持。

参考文献

[1] 金政,金宏平.自行小车悬挂输送系统无线定位算法[J].湖北汽车工业学院学报,2022,36(01):58-62.

[2] 赵海伦.基于ANSYS的EMS小车结构分析和优化设计[J].智能制造,2021,(03):124-128.

[3] 饶王飞,丁勇杰.自行小车输送线无线网络技术的应用[J].电气技术,2020,21(06):122-126.

[4] 何琪,魏阳.自行小车输送机应用[J].起重运输机械,2018,(05):126-130.