前言

在智能制造与自动化物流系统中，自动导引车（AGV，Automated Guided Vehicle）的动力系统设计直接关系到设备运行效率、安全性能以及长期可靠性。其中，驱动电机与刹车系统的选型是AGV整车设计中的核心环节，其合理性不仅影响整车动力性能，也决定了系统在紧急制动、坡道运行以及高精度定位等复杂工况下的安全稳定性。

在实际工程应用中，AGV动力系统的选型往往受到多种因素的共同影响，包括负载质量、运行速度、定位精度、地面条件以及运行环境等。如果仅依赖经验选型，容易出现电机功率冗余或动力不足的问题，进而影响系统效率和设备寿命。

本文从工程力学计算依据、选型决策矩阵以及特殊工况处理三个维度，对AGV刹车电机与驱动电机的选型方法进行系统分析，并结合实际工程经验提出标准化选型流程，为AGV系统设计人员提供具有工程指导意义的技术参考。

一、刹车电机选型标准：安全优先的决策体系

刹车系统是AGV安全控制体系中的关键执行单元，其主要作用是在紧急停车或断电情况下快速建立制动力，确保车辆在规定距离内停止，并防止设备在坡道或载荷变化条件下产生溜车现象。

刹车系统是否配置以及刹车力矩大小，通常需结合负载等级与AGV结构类型进行综合判定，其基本原则是保证紧急制动时的停车距离满足系统安全要求。

1.1 基础选型矩阵

核心判定逻辑

随着负载质量增加，系统惯性力线性增长：

F = m × a

其中：

F = 惯性力 (N)m = AGV总质量 (kg)a = 减速度 (m/s²)

因此刹车系统配置阈值通常与负载等级呈正相关。

对于高精度定位AGV（±10 mm），由于停车精度要求更高，通常需要配置刹车系统。

1.2 强制配置条件

在以下工况下，无论AGV负载大小，均必须配置刹车系统：

安全急停需求

例如激光避障或安全光栅触发，需要快速停车。

停车距离要求

例如停车距离 ≤300 mm。

坡道运行

当坡度 >2° 时，为防止溜车必须配置刹车。

运输危险或精密货物

例如电子设备、玻璃、化学品等。

1.3 刹车力计算依据

刹车系统需满足动力学平衡：

Fb ≥ (m_agv + m_load) × g × (μ × cosθ + sinθ)

其中：

Fb = 刹车力 (N)m_agv = AGV自重 (kg)m_load = 负载质量 (kg)g = 重力加速度 (9.81 m/s²)μ = 地面摩擦系数 (0.6–0.8)θ = 地面坡度角

工程设计通常采用安全系数：

F_design = 1.5 ~ 2.0 × Fb

以确保在负载变化或摩擦系数变化时仍满足安全制动要求。

二、驱动电机功率选型：基于能量平衡的计算方法

驱动电机功率选型需综合考虑：

AGV总质量运行速度启动加速度地面摩擦阻力传动效率

常规选型适用于运行速度 30–60 m/min 的AGV。

2.1 常规选型矩阵

减速机速比计算

输出扭矩公式：

T_out = T_motor × i × η

其中：

T_out = 输出扭矩T_motor = 电机额定扭矩i = 减速比η = 传动效率 (0.9–0.95)

2.2 功率计算模型

基础运行功率

P1 = (F × v) / η

其中：

P1 = 基础驱动功率 (kW)F = 运行阻力 (N)v = 运行速度 (m/s)η = 传动效率

坡道功率

P2 = (m_agv + m_load) × g × v × sinθ

启动加速功率

P3 = (m_agv + m_load) × v² / (2 × t)

其中：

t = 加速时间 (通常 3–5 s)

电机总功率需求

P_motor ≥ K × (P1 + P2 + P3)

其中：

K = 功率安全系数 (1.2–1.5)

三、非常规工况处理

以下情况不适用标准选型表，必须进行专项计算。

牵引式AGV

料车长度 >3 m料车宽度 >1.5 m牵引数量 >5 台

需考虑车列惯性与牵引力分布。

负载特性

负载 >2 t重心偏移 >200 mm

需计算倾覆力矩。

高速运行

运行速度 >80 m/min加速时间 <2 s

需考虑冲击电流。

极端环境

坡度 >5°环境温度 < −10°C 或 >50°C高粉尘或高湿环境

需考虑功率降额与防护等级。

四、工程应用与验证

4.1 标准选型流程

1 工况定义明确AGV类型、负载、速度和环境。

2 初步选型根据选型表确定电机功率。

3 力学计算验证实际功率需求。

4 特殊工况分析判断是否需要专项计算。

5 最终方案确定综合技术与成本确定配置。

4.2 性能验证测试

电机选型完成后需进行以下测试：

额定负载测试

连续运行4小时，监测温升。

超载测试

1.2倍负载运行1小时。

刹车测试

急停距离要求：

S ≤ v / 20

其中：

S = 停车距离 (m)v = 运行速度 (m/min)

耐久测试

循环启停 ≥1000 次。

五、结论与工程建议

AGV驱动系统选型是一项典型的机电系统工程，需要在安全性、可靠性与经济性之间取得平衡。

工程实践中建议遵循以下原则：

安全优先原则刹车系统配置应适当保守。

计算驱动原则避免经验选型造成动力不足或功率浪费。

非常规工况专项分析原则

实验验证原则

通过建立标准化选型流程，可以显著提升AGV系统设计的可靠性与工程一致性，为智能制造物流系统提供稳定可靠的动力基础。