Technical Support

导读： 本文基于亿控智能装备承接的10吨级重载AGV项目实际经验整理，涵盖动力计算、差速轮组选型、液压举升替代丝杆举升的决策过程、以及现场调试中遇到的典型问题。供从事重载AGV开发的技术人员参考。

一、项目基本情况

我们接到一家重型机械制造企业的需求：需要研发一台额定承载10吨的AGV，用于大型结构件在焊接车间与机加工车间之间的柔性转运。

客户原来的方案是用轨道式有轨车，路线固定、无法避障，而且每次对接都需要人工辅助定位，效率很低。他们希望这次能做到全向柔性运输，并且对接精度要达到±1mm，配合自动上下料。

初步沟通后确定的设计基准参数如下：

车体高度定在400mm，比常见的重载AGV已经矮了不少。原因有两个：一是客户部分工位下方有检修平台，净空有限；二是低重心对10吨级的稳定性有利。

二、驱动方案选型：为什么采用差速轮组？

方案阶段我们对比了两种技术路线：

路线A：分散式驱动（电机+减速机+驱动轮各自独立采购组装）

• 优点：选型灵活，各部件可单独替换

• 缺点：装配累积误差控制难度大，电机轴与减速机输入轴同轴度、减速机输出轴与轮轴的同轴度都需要现场反复调整；后期维护需要分别对接不同供应商

路线B：一体化差速轮组（行走电机+减速机+驱动轮+编码器集成于一体）

• 优点：出厂即完成所有传动链的装配和精度标定，现场安装只需螺栓固定和电气接线；结构紧凑，节省底盘空间

• 缺点：选型阶段就需要确定所有参数，后期调整空间小

考虑到客户要求的±1mm对接精度，分散式方案要达到这个精度，现场调试工作量会非常大。最终我们推荐了路线B。

具体选用了2组亿控TEC-240重载差速轮组，单组额定承载4000kg，两组并联刚好覆盖10吨负载（实际满载13.5吨，安全余量充足，下面会有附着校核数据）。

TEC-240差速轮组的核心参数：

三、行走牵引力与功率校核

3.1 阻力计算

滚动阻力：

F_roll = m × g × μ = 13500 × 9.81 × 0.015 = 1986.5 N

坡度阻力（2%）：

F_slope = m × g × i = 13500 × 9.81 × 0.02 = 2648.7 N

加速阻力：

加速度 a = (30/60) / 3 = 0.1667 m/s²

F_acc = m × a = 13500 × 0.1667 = 2250 N

峰值总牵引力（最严苛工况：爬坡+加速）：

F_total = F_roll + F_slope + F_acc = 1986.5 + 2648.7 + 2250 = 6885.2 N

匀速水平行驶牵引力（日常工况）：

F_steady = F_roll = 1986.5 N

3.2 功率校核

峰值驱动总功率（传动效率η取0.85）：

P_peak = (F_total × v_max) / η = (6885.2 × 0.5) / 0.85 = 4050 W = 4.05 kW

（注：v_max = 30 m/min = 0.5 m/s）

每组TEC-240差速轮组配置2台TEC系列750W伺服电机，单组总功率1.5kW，两组合计3.0kW持续功率。考虑到伺服电机的短时过载能力（通常可达2~3倍），峰值输出完全可以覆盖4.05kW的需求。实际项目中我们通过驱动器限流保护，将单组峰值功率控制在2.2kW以内，留有充分安全边界。

3.3 附着条件校核

这个环节需要确认驱动轮不会在重载起步或爬坡时打滑。

2组TEC-240差速轮组共4个驱动轮。在重载AGV中，驱动轮通常承担约60%的总重（剩余40%由随动轮承担）：

单驱动轮垂直载荷 W_wheel = (13500 × 9.81 × 0.6) / 4 = 19865 N

PU轮对环氧地坪的附着系数μ_att一般在0.5~0.7之间，我们按较保守的0.6取值：

单轮最大附着牵引力 F_max = W_wheel × μ_att = 19865 × 0.6 = 11919 N

而单轮实际所需牵引力仅为：

F_wheel = F_total / 4 = 6885.2 / 4 = 1721.3 N

11919 N >> 1721.3 N ✓ 附着安全系数接近7倍，意味着即使地面存在油污或潮湿，也不会出现打滑问题。实际使用中也验证了这一点——客户车间地坪保洁后刚拖完地，AGV满载起步依然平稳。

四、举升方案：为什么放弃丝杆转向液压？

客户最初的方案里写了滚珠丝杆电动举升：4根SFU4010丝杆四角布置，每根配一台伺服电机+减速机+抱闸。

我们在方案评审时提出改为集成在差速轮组上的液压举升。理由如下：

最终客户接受了液压方案。 实际使用时，举升速度5mm/s，100mm行程约20秒，平稳性优于丝杆方案（丝杆在低速大推力工况下容易出现爬行现象）。

举升力与缸径计算

举升总力（按10吨负载）：

F_lift = m_load × g = 10000 × 9.81 = 98100 N

四角布置4个举升点，单点受力：

F_point = F_lift / 4 = 98100 / 4 = 24525 N

液压系统工作压力设定为18 MPa，单点所需缸径：

A = F_point / P = 24525 / 18 = 1362.5 mm²

d = 2 × √(A / π) = 2 × √(1362.5 / 3.14) = 41.7 mm

理论上缸径42mm就够用，但我们留了余量，选了缸径80mm的规格。实际工作压力降至：

P_actual = F_point / (π × (80/2)²) = 24525 / 5024 = 4.88 MPa

考虑到管路损失和偏载情况，系统最终设定压力为12 MPa，系统发热和泄漏风险都更低，密封件寿命也更长。

五、电控与电池配置

5.1 电池容量

整车峰值总功率（行走+举升同时发生的极端情况）：

P_total = 4.05 + 0.7 = 4.75 kW

但实际作业中，举升和行走很少同时满载运行。按占空比40%估算平均功率：

P_avg = P_total × 0.4 = 4.75 × 0.4 = 1.9 kW

系统电压选择48V（安全电压，无需高压电工证即可维护）：

I_avg = P_avg / U = 1900 / 48 = 39.6 A

按8小时续航、放电深度80%计算：

C = I_avg × t / DOD = 39.6 × 8 / 0.8 = 396 Ah

最终配置了48V/400Ah磷酸铁锂电池组，实际续航测试在满载连续转运工况下约为7.5小时，基本达标。如果客户后续需要延长续航，可以考虑增加第二组电池或设置自动换电站。

5.2 驱动控制系统

每台TEC-240差速轮组配2台TEC系列配套伺服驱动器（EtherCAT总线型），4台驱动器通过EtherCAT总线与主控PLC通讯，同步周期1ms。

主控制器选用倍福CX5140，主要考虑其EtherCAT主站性能和丰富的运动控制功能库。

实际调试时遇到的典型问题是差速转向时的轮速匹配。由于两组差速轮组分布在车体前后两端，转向时的瞬时线速度需要根据转向半径分别解算。我们在PLC里做了运动学模型，将转向指令分解为4个驱动轮的独立速度指令，实测转向过程中无明显拖拽或侧滑。

六、项目交付后的几点体会

1. 差速轮组在重载场景的优势比预想更大

之前我们做分散式方案比较多，这次用了一体化差速轮组，最大的感受是现场调试时间大幅压缩。传统方案需要花一到两周调整传动链的同轴度和齿轮啮合间隙，这次TEC轮组到场后直接螺栓固定、插上动力线和编码器线就开始跑程序，三天完成基本行走调试。

2. 液压举升的稳定性确实优于丝杆

低速大推力工况下丝杆容易出现“爬行”（stick-slip），特别是负载不均衡时更为明显。液压举升依靠液体的不可压缩性，出力均匀，没有这个问题。客户反映满载举升时平台姿态平稳，对接定位一次成功，不再需要人工微调。

3. 安全余量比计算值更重要

我们的阻力计算是基于理想路面的，但实际车间里可能有油污、地坪接缝、轻微坑洼等。最终选型时驱动功率和附着都留了较大余量，事后看来是明智的——客户后来反映有一次地面刚做完养护还没干透，AGV满载通过时仍能正常起步加速，没有打滑报警。

4. 48V电压平台对于10吨级是够用的

项目初期客户曾担心48V平台能否驱动10吨车，实际运行证明电流在合理范围内（峰值约120A，持续约40A）。采用48V的好处是电池、线缆、接触器等配件选择面广，成本可控，而且维护安全性高。

5. 需注意随动轮的载荷分配

这是本项目中后期才暴露的问题。最初我们只配了4个随动轮，结果发现由于底盘刚性有限，载荷在随动轮上分布不均匀，个别轮子过载导致异响。后来改成6个随动轮并增加了摇摆梁平衡结构，问题解决。建议同类项目中优先考虑6轮随动布局，并在底盘设计时预留轮压调节机构。