Eindrapport AGV. Blok H2.2. Projectgroep WH21b2. Maarten Huisman. Rob van der Ploeg. Simon Visser. Freerk Wiarda. Mark Jos Gerritsen

Blok H2.2

Eindrapport AGV Projectgroep WH21b2

Maarten Huisman Rob van der Ploeg Simon Visser Freerk Wiarda Mark Jos Gerritsen Bob van Heijningen Chris van Leeuwen Tom Phillips Rolf Oosterveer 05-01-2010 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

1

Samenvatting Dit rapport behandeld het tot stand komen van de AGV. AGV staat voor automatic guided vehicle. Dit betekend een voertuig wat geheel zelfstandig door een ruimte (fabriek) kan bewegen, naar bepaalde punten te rijden en daar een last op te halen. De AGV die ontworpen is wordt door een tandwielen fabriek in gebruik genomen. Het project bestond uit 2 opdrachten. De hoofdopdracht, het ontwerpen van de AGV, en de deelopdracht, een onderzoek naar laad en lossystemen. De achtereenvolgende hoofdstukken gaan in op de diverse aspecten van het ontwerpen van de AGV en de deelopdracht, zoals;   

Eisen en wensen vaststellen; Functieanalyse, morfologie en uiteindelijke conceptkeuze; Het uitwerken van het gekozen concept, onderdelen kiezen, frame doorrekenen en het tekenen van het concept in inventor.

De conclusie is dat aan het einde van dit project een AGV tot stand is gekomen. Deze AGV is uit de volgende onderdelen opgebouwd. Constructie Frame: Last overbrenging: Remmen:

Kokerprofiel frame Rollenbaan Trommelrem

Aandrijving Motor: Overbrenging:

DC-Motor Ketting

Besturing Stuurwiel: Navigatie: Obstakeldetectie:

Enkel aangedreven stuurwiel Raster in de vloer Sensoren

Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

2

Voorwoord Onze projectgroep bestaat uit negen tweedejaars studenten van de Haagse Hogeschool te Delft. Waar wij allen de opleiding Werktuigbouwkunde volgen. De projectgroep bestaat uit acht personen die een MBO vooropleiding hebben afgerond en één komt van het VWO, daarnaast heeft hij een jaar rechten aan de universiteit van Utrecht gevolgd. Dit eindrapport is geschreven in het kader van de enkelstuks projectopdracht van blok H2.2. De rol die je hierbij vervult is die van projectleider – ontwerper – constructeur bij een pro-ductiebedrijf voor enkelstuks- en kleinseriefabricage. Projectleider – ontwerper – constructeur zijn voorbeelden van de 6 beroepsrollen die we bij de opleiding werktuigbouwkunde behandelen

Inhoudsopgave


3

Inleiding ................................................................................................................................................... 7 1

Opdracht formulering...................................................................................................................... 8 1.1.1

Ontwerp opdracht ............................................................................................................. 8

1.1.2

Aanvullende opdracht ....................................................................................................... 8

2

Projectgrenzen ................................................................................................................................ 9

3

Eisen pakket..................................................................................................................................... 9

3.1 Vaste eisen ............................................................................................................................. 9 3.2 Minimale eisen ....................................................................................................................... 9 3.3 Wensen ................................................................................................................................ 10 4 Project opzet ................................................................................................................................. 10 5

Concepten ..................................................................................................................................... 10

5.1 Functieanalyse ..................................................................................................................... 10 5.2 Morfologie ........................................................................................................................... 11 5.3 Conventioneel (standaard AGV) .......................................................................................... 12 5.4 Fluid (hydraulische AGV) ...................................................................................................... 12 5.5 Hyper (hitech AGV) .............................................................................................................. 12 6 Concept keuze ............................................................................................................................... 13 7

Omschrijving gekozen concept...................................................................................................... 14

7.1 Wielen .................................................................................................................................. 14 7.2 Frame ................................................................................................................................... 14 7.3 Aandrijving ........................................................................................................................... 14 7.4 Elektrische voorziening ........................................................................................................ 15 7.5 Overbrenging ....................................................................................................................... 15 7.6 Besturing .............................................................................................................................. 15 7.7 Sensoren .............................................................................................................................. 15 7.8 Rollendek ............................................................................................................................. 16 7.9 Remmen ............................................................................................................................... 16 7.10 Navigatie .............................................................................................................................. 16 8 Besturing ....................................................................................................................................... 16 8.1 Omschrijving/onderbouwing ............................................................................................... 17 8.2 berekeningsmethode ........................................................................................................... 17 9 Beplating AGV................................................................................................................................ 17 9.1 Omschrijving/onderbouwing ............................................................................................... 17 9.2 berekeningsmethode ........................................................................................................... 17 10 Hoofdaandrijfmotor ................................................................................................................. 18 10.1 Eisen ..................................................................................................................................... 18 10.2 Extra eisen ............................................................................................................................ 18 10.3 Schematische tekening AGV ................................................................................................ 18 10.4 Gegevens.............................................................................................................................. 19 10.5 De berekeningen .................................................................................................................. 19 10.6 Motor ................................................................................................................................... 20 11 Aandrijving ............................................................................................................................... 21 11.1

Omschrijving/onderbouwing ............................................................................................... 21


4

11.2 Berekeningsmethode ........................................................................................................... 21 12 Wielophanging ......................................................................................................................... 21 12.1 Voorwiel ............................................................................................................................... 21 12.1.1 Omschrijving/onderbouwing ...................................................................................... 21 12.1.2

Berekeningsmethode .................................................................................................. 22

12.2 Achterwielen ........................................................................................................................ 22 12.2.1 Omschrijving/onderbouwing ...................................................................................... 22 12.2.2

Berekeningsmethode .................................................................................................. 22

13

Remmen ................................................................................................................................... 22

14

Rollentafel ................................................................................................................................ 24

14.1 Omschrijving/onderbouwing ............................................................................................... 24 14.2 Berekeningsmethode ........................................................................................................... 24 14.2.1 Motor berekening ....................................................................................................... 24

15

14.2.2

Berekening profiel voor rol ......................................................................................... 27

14.2.3

Lagerberekening .......................................................................................................... 27

Navigatie en sensoren .............................................................................................................. 30

15.1 Navigatie .............................................................................................................................. 30 15.2 Sensoren .............................................................................................................................. 31 16 Accu’s ....................................................................................................................................... 32 16.1 Omschrijving/onderbouwing accu en omvormer ................................................................ 32 16.2 Berekeningsmethode ........................................................................................................... 33 17 Kosten....................................................................................................................................... 34 18

Deelopdracht ............................................................................................................................ 34

19

Projectgrenzen deelopdracht ................................................................................................... 34

19.1 Het productie proces van een tandwiel............................................................................... 35 19.2 Uitwerking van het verplaatsingssysteem ........................................................................... 36 19.3 Conclusie deelopdracht ....................................................................................................... 37 20 Machinerichtlijn ....................................................................................................................... 37 21

terugkoppeling op PVE ........................................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.

22

Conclusie .................................................................................................................................. 38

23

Aanbevelingen .......................................................................................................................... 39

24

Evaluatie project....................................................................................................................... 39

25

Bronnen .................................................................................................................................... 39

Bijlagen .................................................................................................................................................. 40 TPD .................................................................................................................................................... 40 Tekeningen ........................................................................................................................................ 40 Concepten rapport ............................................................................................................................ 40 Project planning ................................................................................................................................ 40


5


6

Inleiding Om tussen verschillende productie processen een zo snel mogelijke geautomatiseerde distributie te krijgen, wordt er steeds meer gebruik gemaakt van een AGV (Automatic guided vehicle). Doordat productieprocessen steeds sneller, groter en zwaarder worden, is het niet meer mogelijk de producten met de hand te vervoeren en zullen er AGV’s toegepast moeten worden. Een bedrijf op het gebied van machines voor de voedselverwerkende industrie wil zich gaan toeleggen op de fabricage en marketing van material handling systemen. In dit verband heeft het bedrijf contact gezocht met een fabrikant van tandwielkasten. Daarbij is voorgesteld om de materiaalstroom binnen dit bedrijf te automatiseren. Omdat hier sprake is van een complexe opdracht, hebben de bovengenoemde twee bedrijven besloten om een nieuwe fabriek op te richten met de naam MHS Machinefabrieken. MHS Machinefabrieken zal zich vooral toeleggen op de ontwikkeling van Autmatic Guided Vehicles - AGV’s. Tevens zal de ontwikkelingsafdeling studies verrichten naar magazijnsystemen en laad- en lossytemen voor de bewerkingsmachines. De opdracht voor de automatisering van de materiaalstroom in de fabriek van tandwielkasten bestaat uit de volgende opdrachten: 1. een ontwerpopdracht 2. een aanvullende opdracht. De ontwerpopdracht bestaat uit een ontwerp van een praktijkoplossing voor een AGV. De deelprodukten bestaan uit een ontwerp in de vorm van een 3-D tekeningen. Tevens worden in dit verslag de belangrijkste machineonderdelen zoals de assen, lagers en tandwielen op sterkte en levensduur berekend. Verder wordt er uitgebreid aandacht besteed aan het ontwerp van de elektrische aandrijving. De aanvullende opdracht bestaat uit een vrij te keizen opdracht in de vorm een studie of literatuuronderzoek. Hierbij is gekozen voor opdracht C deze is uitgewerkt en in het verslag geplaatst. c. Een onderzoek naar een laad- en losstation bij de bewerkingsmachines in combinatie met een handlingsysteem voor het laden en lossen van de bewerkingsmachines. Hierbij kan vooral worden gedacht aan de inzet van een industriële robot.


7

1

Opdracht formulering

Een bedrijf op het gebied van machines voor de voedselverwerkende industrie wil zich gaan toeleggen op de fabricage en marketing van materiaal handeling systemen. Twee verschillende bedrijven hebben vanwege de complexiteit van de automatisering, van de materiaal stroom binnen een bedrijf besloten om samen een nieuw bedrijf op te zetten genaamd MHS machinefabrieken. Dit bedrijf zal zich vooral toeleggen op de ontwikkeling van AGV’s.

1.1.1 Ontwerp opdracht De ontwerpopdracht bestaat uit een ontwerp van een praktijkoplossing voor een AGV. Waaruit de deelproducten bestaan uit een ontwerp in de vorm van tekeningen. In deze tekeningen dienen de belangrijkste machineonderdelen zoals de assen, lagers en tandwielen te worden gedimensioneerd en op sterkte en levensduur te worden berekend. Verder dient er aan de elektrische aandrijving uitgebreid aandacht te worden besteed.

1.1.2 Aanvullende opdracht De aanvullende opdracht bestaat uit een vrije opdracht in de vorm van een studie of literatuur onderzoek. Hierbij is een keuze gemaakt uit een van de volgende drie onderdelen. a. Het ontwerp van de fabriek voor tandwielkasten in de vorm van een lay-out waarbij de loop van de AGV’s en de verschillende laad en losstations zijn aangegeven. b. Een studie naar de uitvoering van het magazijn voor halffabricaten met een oplossing voor het laad en lossysteem van de AGV. c. Een onderzoek naar een laad en losstation bij de bewerkingsmachines in combinatie met een handelingsysteem voor het laden en lossen van de bewerkingsmachines. Hierbij kan vooral worden gedacht aan de inzet van een industriële robot. De voorkeur voor de aanvullende opdracht gaat uit naar opdracht C, deze zal dan ook worden onderzocht en uitgewerkt.


8

2

Projectgrenzen

De projectgrenzen worden bepaald om aan het begin van een project inzichtelijk te maken wat er binnen het project valt en wat er buiten valt. Dit om overbodig werk te voorkomen. AGV Voor het ontwerp van de AGV wordt er voornamelijk gekeken naar de hardware van de AGV. En niet naar de software en de elektrotechniek .

3

Eisen pakket

Pakket van eisen en wensen (PVE) voor een Automatic Guided Vehicle (AGV). Hierin staan de verschillende eisen waar het ontwerp van de AGV aan moet en mag voldoen. De PVE is onderverdeeld in vaste eisen, minimale eisen en wensen.

3.1

Vaste eisen

Hieraan moet voldaan worden. - De AGV dient elektrisch aangedreven te zijn. De elektromotor krijgt zijn energie in de vorm van elektriciteit, die in het voertuig opgeslagen wordt in elektrische accu’s. - Het laadvermogen van de AGV dient 1000 kg te bedragen. - De AGV moet in staat zijn om europallets met een grootte van 80x120 cm te dragen. - De AGV dient automatisch aangestuurd te worden.

3.2

Minimale eisen

Ook hieraan moet voldaan worden, maar bij overschrijding aan de gunstige kant wordt de waarde van het product verhoogd. - De elektrische aandrijving mag niet direct aan het wiel zitten. Er moet een overbrenging plaatsvinden. - De AGV moet stoppen zodra deze een ongeprogrammeerd voorwerp tegen komt. Dit om botsingen te vermijden. - Het voertuig wordt uitgerust met 4 wielen en een 5e wiel waarmee de sturing wordt verricht. - Draaiende delen moeten afgeschermd worden. Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

9

-

3.3

De buitenkant van de AGV moet voorzien zijn van een noodstop/noodrem, waarmee het apparaat mee stilgezet kan worden. De maximale rijsnelheid van de AGV is 5 km/h. De AGV moet zelfstandig kunnen laden en lossen. De accu wordt opgeladen door een oplaadstation die gebruikt maakt van het algemene elektriciteitsnet. De route die de AGV volgt moet zonder te hoge kosten aangepast kunnen worden.

Wensen

Hieraan hoeft niet perse aan tegemoet gekomen te worden. Bij tegemoetkomen wordt het product wel meer waard. - De AGV dient te beschikken over een eenvoudig uitwisselbare accubak. - De accu moet tenminste 8 uur werk (een werkdag) volhouden. - Akoestische geluiden en/of lichtsignalen om aan personeel aan te duiden waar de AGV zich bevindt. - Markering op de vloer om het rijvlak van de AGV aan te geven. - De last moet binnen 10 seconden op de AGV geladen zijn.

4

Project opzet

Om het project tot een goed einde te brengen is een duidelijke projectopzet vereist. Het project wordt op de volgende manier opgezet op basis van de volgende handelingen. Onderzoeksfase - Opstellen van een plan van aanpak - Functie analyse van een AGV (afbeelding….) - Zoeken van functie vervullers en plaatsen in morfologie Conceptfase - Kiezen van drie verschillende concepten op basis van de morfologie - Omschrijving van de drie concepten - Conceptkeuze met behulp van kesselringmethode Uitwerking ontwerp - Verdere uitwerking gekozen concept - Uitwerken keuzeopdracht

5 5.1

Concepten Functieanalyse

De gekregen opdracht is het verplaatsen van een last in een ruimte. Deze opdracht kan in drie groepen verdeeld worden, het dragen van de last, het bepalen van de plaats en het verplaatsen van de last. Om deze groepen te kunnen realiseren zijn er verschillende acties nodig. Deze zijn achter de groepen opgesomd. Het gehele product moet al deze acties uit kunnen voeren om aan de opdracht te voldoen. Al deze acties zullen in het morfologisch overzicht gezet worden met de mogelijke actievervullers.


10

5.2

Morfologie


11

5.3

Conventioneel (standaard AGV)

Dit concept is grotendeels gebaseerd op al bestaande agv’s. Hierdoor zitten er weinig verassende keuzes in de morfologie. De AGV wordt aangedreven door 1 enkel stuurwiel. Dit stuurwiel krijgt zijn rotatie van een Servomotor. Deze Servomotor werkt op accu’s. Verder wordt het wiel aangedreven door een DC-motor. De overbrenging tussen de aandrijfmotor en het aandrijf wiel geschiet door middel van een ketting. Om het pallet op de AGV te krijgen is deze uitgerust met een aangedreven rollenbaan. De AGV remt met behulp van trommelremmen. Om de AGV door de fabriek te navigeren zit er een magnetisch raster in de grond. Door middel van een coördinaten stelsel navigeert deze door de fabriek. Om eventuele obstakels te detecteren maakt het systeem gebruik van sonar. Voordelen - vertrouwde techniek - lage kosten Nadelen - geen vernieuwing

5.4

Fluid (hydraulische AGV)

Bij dit concept is er gekozen om de hele agv zo veel mogelijk op een hydraulisch systeem te laten functioneren. Dit betekend dat de AGV stuurt met behulp van hydraulische cilinders. Het Stuurwiel wordt nog wel aangedreven door een hydromotor en de overbrenging tussen de motor en het stuurwiel geschiet door hydraulische slangen. De navigatie en obstakeldetectie gebeurd met behulp van inductie. In plaats van een Rollendek is er gekozen voor een Vork. Verder zijn de Wielen, het stuurwiel en de trommelrem hetzelfde gebleven. Voordelen - makkelijke verplaatsing energie door de AGV - een methode van aandrijving (hydraulisch) Nadelen - milieubelasting door hydraulicavloeistof - alsnog een elektromotor nodig om druk aan het systeem te voorzien.

5.5

Hyper (hitech AGV)

In dit concept is gekozen voor een zo geavanceerde AVG als mogelijk binnen het morfologie schema. Dit om aan te tonen of de kosten zouden kunnen opwegen tegen de baten t.o.v. het standaard concept (rood en zwart). Deze AGV wordt gestuurd dmv een tandriem. Verder zijn de banden onafhankelijk gestuurd. De wielen van deze AGV zijn wielen met lucht en rubber. De overbrengen tussen aandrijving en wielen geschiet met behulp van tandwieloverbrengingen. De navigatie en objectdetectie gebeurd met behulp van laser. De remmen van deze AGV zijn blokremmen. De Rollenbaan en DC-motor zijn hetzelfde gebleven. Voordelen - gebruik van Electronic mapping - een methode van aandrijving (hydraulisch) Nadelen - duur in aanschaf


12

6

Concept keuze

De keuze van welk concept wordt uitgewerkt is gedaan met behulp van kesselring. Functioneel (gebruik) eisen

Waardering

Ideaal 1

Gewicht Onderhoud Kosten Hanteerbaarheid Wendbaarheid Nauwkeurigheid Veiligheid Totaal x Totaal % x

3 1 3 2 2 3 3 17 81%

2 1 3 2 1 2 3 1 13 61%

3 2 2 1 2 3 3 2 15 71%

3 3 3 3 3 3 3 21 100%

Fabricage eisen Waardering

Ideaal 1

Eenvoud Montage Kosten Milieu Totaal y Totaal % y

3 3 3 3 12 100%

2 2 2 2 1 7 58%

3 1 1 1 2 5 41%


3 3 3 3 12 100%

13

7 7.1

Omschrijving gekozen concept Wielen

Aandrijfwiel en achterwielen De wielkern bestaat uit gietijzer, het loopvlak is gegoten polyurethaan. De boring is met een spiebaan. De wielen hebben elk een statisch draagvermogen van 2400kg en een wieldiameter van 250mm, met een bandbreedte 50 mm. Zwenkwielen De zwenkwielen zijn tegen het kantelen, ze zitten er dus extra op. De wielen raken de grond niet, ze zweven 5mm boven de grond. Het dynamisch draagvermogen van de wielen is 350kg, de wieldiameter is 160mm. De zwenk kop heeft een dubbele kogeldraaikrans. De wielkern is van polyamide met loopvak van gespoten polyurethaan.

7.2

Frame

Het frame bestaat uit vierkante kokerprofielen met de afmetingen 50x50x3,2 mm. Uit berekeningen is gebleken dat deze profielen de belastingen op de AGV op kunnen nemen zonder plastisch te vervormen.

7.3

Aandrijving

De AGV wordt aangedreven door een elektromotor. De gekozen motor draait op 12 volt gelijkspanning, met een vermogen van 560 W en een koppel van 3,5 Nm.


14

7.4

Elektrische voorziening

Voor de elektrische voorziening zijn vier loodaccu’s van 12 volt gekozen. Deze accu’s worden onder het rollendek geplaatst. Worden in serie en parallel geschakeld zodat er aan het eind van de schakeling 24 volt en 460 Ah. Hierop kan de aandrijfmotor 6,2 uur achtereen draaien. Indien de accu’s leeg zijn worden de accu’s in een keer omgewisseld bij een laad en losstation voor volle accu’s. De lege accu’s worden vervolgens daar weer opgeladen. Het totale gewicht van de accu’s is 244kg.

7.5

Overbrenging

Het vermogen van de aandrijfmotor wordt overgebracht naar het wiel doormiddel van een ketting. De verhouding is 1:1. De assen van de kettingwielen zijn gelagerd door wentellagers.

7.6

Besturing

Gebeurt door een servomotor die een wormwiel aandrijft. Dit wormwiel laat vervolgens de hele aandrijving roteren, hierdoor kan de AGV bestuurd worden. Het besturingsysteem is gelagerd door tonlagers. Het wormwiel is gelagerd door twee Y-lagers.

7.7

Sensoren

Er is gekozen voor een ultrasoon detectie systeem, om te zorgen dat de AGV nergens tegen aan botst. Dit systeem werkt met sensoren die reageren op terugkaatsing van obstakels, dit is dus een passieve reflector.


15

7.8

Rollendek

Het rollendek bestaat uit 14 rollen met een diameter van 88,9 mm en een wanddikte van 3,2 mm. Verder zit er een 24 volt gelijkstroom motor bij voor de aandrijving van de rollen. De overbrenging wordt gedaan door een vertragingskast (op de motor) en kettingen met kettingwielen (op de rollen). De rollen worden ondersteund door lagers in lagerhuizen, die op het frame zijn gemonteerd.

7.9

Remmen

De remmen zijn schijfremmen die remmen door luchtdruk. Dit is een veiliger systeem dan gebruikelijke hydraulische remmen; als daar de druk wegvalt dan remt hij niet meer. Met lucht wordt de rem juist open gehouden door de druk, i.p.v. sluiten door de druk; als de druk wegvalt dan wordt er juist geremd. Het systeem bestaat uit een luchttank, een kleine compressor, een luchtdruk regelaar, leidingen en een remdrukverdeler .

7.10 Navigatie De AGV navigeert zich door de fabriekshal/ werkplaats doormiddel van een magneet raster dat in de vloer is aangebracht. Dit is een coördinaten systeem waardoor de AGV weet waar het zich bevindt en langs welke coördinaten hij moet rijden om bij de bestemming moet komen.

8

Besturing

Om de besturing van de AGV goed te laten verlopen is er gekozen voor een PLC computersysteem. Dit systeem wordt vaak gebruikt bij complexe transportensystemen. Dit systeem stuurt zowel de elektronica, beveiligingen, als de motoren aan. Dit houdt in: -

Remmen Rollenbaan motor Stuurmotor Aandrijfmotor Navigatie Botssensoren Verlichting Beveiligingssensoren Controlesysteem

Als leverancier van het besturingssysteem is er gekozen voor Armac industrial automation. Het besturingssysteem is een geïntegreerd PLC besturingssysteem. Dit bedrijf zal zowel de hardware als software verzorgen. Het controlesysteem bestaat uit drie belangrijke onderdelen: - Locator-paneel - CRT-kleurenscherm - Centrale logging/rapportage Het locator-paneel is een bedieningspaneel dat vanaf een andere locatie ingelogd kan worden op de AGV zodat gezien kan worden waar de AGV zich op dat moment bevindt. Als de AGV te lang in een gebied is kan dit betekenen dat deze is vastgelopen of een storing heeft. Er kan een timer ingesteld worden waardoor een melding wordt gemaakt wanneer de AGV zich te lang in een gebied bevindt. CRT kleurenscherm toont in real-time de unieke identificatiecode van de AGV, de accuspanning en mogelijke obstakels. Op het scherm kan direct een probleem ontdekt worden, specifieke voertuigen herkend worden en toont de locatie van eventuele storingen. Er is ook te zien of de AGV beweegt,


16

stilstaat, geblokkeerd, geladen of leeg is. Zo kunnen de operators snel ter plekke zijn om verstoppingen, vertragingen of corrigerende maatregelen te treffen. Cenrale logging/ rapportage is een systeembeheer programma waarmee het hoogste niveau van controle mogelijk is. Het systeem is ontwikkeld om optimale prestaties uit de AGV te halen. Er kan met dit systeem gekeken worden naar de gegevens van de bewegingen en prestaties van de AGV. Periodiek kunnen de gegevens worden gerapporteerd waarna de operators met behulp van de gegevens aanpassingen kunnen doen aan de AGV. Prestatiegegevens kunnen nuttig zijn voor werken op het hoogste niveau en het hoogste rendement uit de AGV te halen. Er kunnen gegevens bekeken worden van de bewegingen, laad/lostijd, laad/losgewicht, en andere prestatiegegevens van de AGV.

Aandrijfmotor

Navigatie

Verlichting

Rollenbaan motor

PLC besturingssysteem Veiligheidssensoren

Stuurmotor

Botssensoren

Frame

9

Frame

9.1

Omschrijving/onderbouwing

9.2

berekeningsmethode

10 Beplating AGV 10.1 Omschrijving/onderbouwing 10.2 berekeningsmethode


17

11 Hoofdaandrijfmotor Het vermogen van de motor moet ervoor zorgen dat de AGV met de benodigde snelheid op de plaats van bestemming kan komen. Voor het berekenen van dat vermogen is het belangrijk om alle krachten, ook die van de last, mee te nemen in de berekeningen. Ook geld dat de massa van de AGV meespeelt bij de berekening. Op de AGV werkt een weerstand tegen bereken die als volgt opgedeeld kunnen worden. Er is rolwrijving, die de kracht weergeeft die door de ondergrond wordt uitgeoefend op het voertuig. Dan is er de luchtweerstand, die de kracht weergeeft die opgewekt wordt door de lucht die tegen het frontale oppervlak van de AGV werkt. Ook is er de wrijving in de lagers, die een weerstand geven tegen het draaien van de wielen. Alles bij elkaar opgeteld vormt de totaalweerstand.

11.1 Eisen Hieronder volgt een opsomming van de belangrijkste eisen uit het pakket van eisen, die betrekking hebben tot de keuze van de elektromotor. - De maximale rijsnelheid van de AGV is 5 km/h. - Het laadvermogen van de AGV dient 1000 kg te bedragen. - De elektrische aandrijving mag niet direct aan het wiel zitten. Er moet een overbrenging plaatsvinden. - De AGV dient elektrisch aangedreven te zijn. De elektromotor krijgt zijn energie in de vorm van elektriciteit, die in het voertuig opgeslagen wordt in elektrische accu’s.

11.2 Extra eisen Voor het kiezen van een motor zijn er nog een aantal eisen bijgekomen, om zo tot een zo goed mogelijk ontwerp te komen. Levensduur van de elektromotor bedraagt minimaal 10 jaar. De elektromotor moet zo licht mogelijk zijn. Zo laag mogelijke geluidsproductie. Verhoudingsgewijs een betaalbare motor kiezen. Lage onderhoudsklasse. Geen grotere afmeting dan 500(L) x 500 (B) x 500 (H). Regelbare snelheid. Het laadvermogen van de AGV dient 1000 kg te bedragen.

11.3 Schematische tekening AGV Om een beeld te krijgen over het verloop van de snelheid met tegenwerkende weerstand, is er hieronder een tekening gemaakt. Hierin is de snelheid weergegeven, de luchtweerstand, de rolweerstand en de lagerwrijving.


18

11.4 Gegevens De gegevens die gebruikt zijn, zijn in een tabel neergezet zodat alles overzichtelijk is. De meeste gegevens zijn opgezocht, voor de waarde van sommige gegevens is een schatting gemaakt omdat de gegevens (nog) niet bekend zijn. Gegevens Gewicht Frame Accu's Motoren Overig Lading Totale massa Maximale snelheid [V] Wrijvingscoefficient wiel statisch Gravitatieconstante aarde [g] Weerstandfactor ondergrond [frw] Weerstandfactor lagers [fbw] Weerstandcoefficient [Cw] Frontaal oppervlag AGV [A] Luchtdichtheid [plucht] Straal van het wiel [r]

Waarde 50 300 50 100 1000 1500 1,39 0,9 9,81

Eenheid kg kg kg kg kg kg m/s-1 m/s-2

0,016 0,0015 1,5 1,4 1,3 125

m-2 kg/m3 m

11.5 De berekeningen Rolweerstand [Frw] De formule voor de rolweerstand luidt: Frw = frw*m*g = 235 N Luchtweerstand [Flw] De formule voor de luchtweerstand luidt: Flw = 0,5*Cw*A*plucht*v^2 = 3 N Lagerweerstand [Fbw] De formule voor de lagerweerstand luidt: Fbw = fbw*m*g = 22 N Totale weerstand [Ftot] De totale weerstand werkend op de AGV is de rol-, lucht- en lagerweerstand bij elkaar opgeteld. De formule voor de totale weerstand luidt: Ftot = Frw+Flw+Fbw = 260 N Koppel [T] Nu de totale weerstand bekend is kan met de diameter van het wiel, de koppel berekend worden. De formule voor de koppel luidt: T = F*r = 32,5 Nm Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

19

Versnelling AGV [a] De formule om de versnelling van de AGV mee te berekenen, luidt: a = F/m = 0,17 m/s^2 Aandrijfvermogen [P] Met de totale weerstand op de AGV is het aandrijfvermogen te berekenen. De formule voor het aandrijfvermogen luidt: P = F*v = 316 W ≈ 0,32 kW Theoretisch is nu het aandrijvermorgen berekend, maar het motorvermogen moet een hogere waarde hebben dan het berekende aandrijfvermogen. Dit komt omdat er nog geen rekening is gehouden met de verliezen die er plaats vinden. Dit zijn motoren overbrengingsverliezen. Door het rendement van de motor en de overbrenging te gebruiken is het werkelijke motorvermogen te berekenen.

11.6 Motor De gekozen motor komt van de fabrikant Rotomag vandaan, zij zijn gespecialiseerd in gelijkstroom motoren met permanente magneten erin (schijfanker type). Deze motoren staan bekend om hun hoge koppel. Hieronder is te zien welke motor gekozen is met bijbehorende specificaties. De motor heeft een vrij pittig koppel waardoor de kans op het slippen van de wielen groter is. Wel is de motor laagtoerig (1500 rpm max.) wat een helpt tegen het slippen en tevens wordt ervoor gezorgd dat er een dusdanige vertraging wordt gekozen dat de wielen niet zullen slippen en dat de juiste maximale snelheid niet overschreden wordt.

De formule voor het motorrendement luidt: ηmotor = mechanisch vermogen [Pm] / Elektrisch vermogen [Pe] = Pm/(U*I) Uitwerking 560W motor Pm = (36*9,81/100)/(1/(2*))*(1500/60) = 554,74 W ηmotor = 554,74/(12*58) = 0,797 ≈ 0,8 Uitwerking controle 361*(1/(0,8*0,98)) = 460 W < 560 W, dus voldoet de 560W,12V,58A motor van Rotomag. Pagina | 20 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

Overbrenging verhouding [i] Omdat de motor 1500omw/min draait is er een reductie nodig tussen de wielen en de motor, anders dan rijd de AGV te snel. De maximale snelheid van de AGV bedraagt i.v.m. veiligheid 5km/h (1,39 m/s). Overbrengingsverhouding [i] i = n in/n uit = 14,12

12 Aandrijving Zoals beschreven is in het concepten rapport wordt het vermogen van de motor overgebracht op de wielen door middel van een ketting aandrijving. In het boek Machineonderdelen staat beschreven hoe een kettingoverbrenging berekend wordt. Voor deze berekening is het wel van belang hoe de constructie er uit komt te zien. Daarom is er eerst met Inventor bepaald waar de kettingwielen geplaatst worden. Verder wordt de aandrijving gestuurd door middel van een wormwiel overbrenging. De worm wordt aangedreven door een Servomotor. Zo draait de hele aandrijving, inclusief motor en kettingoverbrenging op tonlagers in het frame.

12.1 Omschrijving/onderbouwing Aangezien de as diameter al bepaald is door de gekozen wielen hebben de kettingwielen een minimale diameter nodig. Deze diameter is voldoende om een goede kettingoverbrenging te krijgen. Verder hebben de tonlagers constructietechnisch zulke grote diameters gekregen dat deze zeer ver boven de benodigde levensduur zitten. Ditzelfde geldt ook voor het wormwiel.

12.2 Berekeningsmethode Nadat de kettingoverbrenging in Inventor is bepaald kon deze ook gelijk in dit programma doorberekend worden. In deze berekening kwam de volgende formule naar voren.

Voor de lagering van de aandrijfas zijn dezelfde lagers gekozen als bij het wiel. Op deze lagers komt veel minder kracht. Dus de ketting ISO606:2004 08B-1-90 Rollenketting volstaat.

13 Wielophanging Het is belangrijk dat de ophanging van de wielen een solide en goed doordacht ontwerp krijgen. Zeker gezien het feit de AGV een last zal moeten transporteren is het belangrijk dit onderdeel goed uit te werken. In de volgende hoofdstukken komen zowel het voorwiel en bijbehorende ophanging als de achterwielophanging aan de orde.

13.1 Voorwiel Omdat er is gekozen voor zowel voor zowel een aandrijving als een sturing via het voorwiel zal voor het voorwiel een apart ontwerp worden gemaakt.

13.1.1 Omschrijving/onderbouwing Het ontwerp begint bij het berekenen wat de reactiekrachten zullen zijn die op het wiel werkt. Met deze kennis kan een wiel worden gekozen. Er is voor dit ontwerp gekozen voor Tente heavy duty wielen, het type is Tente FTB250x50-Ø35 H7. Deze wielen kunnen per stuk een statische kracht van 2400 kg hebben en een dynamische kracht van 1400 kg. Pagina | 21 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

Zoals in de berekening is te zien dat de wielen extreem zijn ruimschoots boven het minimale zijn gekozen. Op deze manier sluiten we doorzakking van de wielen uit. Vervolgens zijn hier lagers bij gezocht welke voldoen en een lange levensduur zullen hebben. Hierna is de aandrijving ontwerpen om de AGV te kunnen voorstuwen. Deze aandrijving bestaat uit een elektromotor die is verwerkt op de stuurunit. Door middel van een wormwiel overbrenging is deze gehele unit te sturen. Hiervoor is gekozen voor een servomotor, het voordeel van een servomotor is dat deze nauwkeurig is af te lezen en op deze manier nauwkeurig kan worden gestuurd.

13.1.2 Berekeningsmethode De berekeningen die nodig zijn om de lagers te bepalen en de wielen zijn verwerkt in het TPD. De uitkomsten hiervan staan hieronder vermeld: Berekening lengte levensduur: L10h=106x70.04/60x2 = 583x106 uur

13.2 Achterwielen De achterwielen zijn dezelfde als welke voor het voorwiel zijn gebruikt.

13.2.1 Omschrijving/onderbouwing De wielen die zijn gekozen zijn net zoals het aandrijfwiel de Tente FTB250x50-Ø35 H7.

13.2.2 Berekeningsmethode De berekening die is gemaakt voor de achterwielen staat hieronder weergegeven. De keuze voor de as waarop de wielen zullen worden bevestigd τ = F/A, F = 6,5 kN/2 (twee achterwielen). τ = 746MPa 746MPa= 3300N/A Minimaal diameter 0.22mm Omdat de as van RVS is gekozen komt hier een kleine diameter uit. Echter zal er ruimschoots groter worden gekozen, namelijk diameter 35 mm. Deze dikte hangt samen met de dikte van het gat dat in de wielen zit. Bovendien zit hier een spiebaan in en is de dikte daarom nodig.

14 Remmen De remmen moeten ervoor zorgen dat de AGV op de gewenste plaats tot stilstand komt. Bij de keuze voor de juiste remschijven is het belangrijk om naar het totale gewicht van de AGV te kijken. Het totale gewicht van de AGV houdt in het gewicht van de AGV inclusief de last. Een eis met betrekking tot de remmen is dat de AGV een maximale snelheid van 5 km/h zal behalen. De keuze van de remmen is dus afgestemd op een last van 1,5 ton (gewicht AGV+last) en een maximum snelheid van 5 km/h. Remweg berekening: Pagina | 22 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

Reactieafstand: 5 km/h : 10 = 0,5

0,5 x 3 = 1,5 meter

Remweg: 5 km/h : 10 = 0,5

0,5 x 0,5 =0,25

0,25 : 2 = 0,125 meter

Totale stopafstand: 1,5 + 0,125 = 1,625 meter

14.1 Keuze Bij de AGV is er gekozen voor schijfremmen op luchtdruk. Er is gekozen voor schijfremmen omdat deze zeer gebruiksvriendelijk zijn. De remblokken en schijven zijn makkelijk te verwisselen bij onderhoud en onderhoudsarm. Er is gekozen voor luchtdruk omdat dit veiliger is als hydraulische remdruk. De werking is eenvoudig, een compressor bouwt luchtdruk op in de remleidingen. Die luchtdruk zorgt ervoor dat de remblokken loskomen van de remschijven. Het remmen gebeurt dus door lucht te laten ontsnappen, waardoor de luchtdruk afneemt en de remblokken tegen de remschijven aankomen. Hierdoor is het systeem veiliger ten opzichte van hydraulische druk. Bij een lekke leiding luchtdruk remt het geheel, maar bij een hydraulisch systeem gebeurt het omgekeerde. Onderdelen luchtremsysteem - Compressor Compressor Airpress HLO 215-25 (olievrij) De compressor is een luchtpomp die lucht aanzuigt en de lucht door het hele systeem verspreidt. - Drukregelaar Campbell Hausfeld drukregelaar Als de druk in de compressor en het systeem te hoog oploopt wordt deze overtollige lucht door de drukregelaar meteen naar buiten geblazen. Op deze manier houdt de drukregelaar de luchtdruk tussen de 7,2 en de 8,1 bar. Als de luchtdruk onder de 7,2 bar zakt, gaat de compressor via de drukregelaar extra lucht leveren aan het systeem. - Luchtdroger CompAir C 20 P De luchtdroger droogt de aangezogen lucht die binnenkomt en voert deze via de ontluchting af. - Luchtketel TEVU luchtketel staal 20 liter De luchtketel zorgt ervoor dat het systeem een voorraad lucht heeft, dit zodat de AGV verschillende keren kan remmen zonder dat de compressor telkens aan hoeft te slaan. - Automatische remkrachtregelaar OEM W208 R170 Brake Drukregelaar Er is meer remkracht nodig om de beladen AGV af te remmen dan alleen een lege AGV af te remmen. De automatische remkrachtregelaar pas de remkracht aan de beladingstoestand van de AGV aan. - Schijfremmen EBC BrakeDiscs GD001 De schijf zit vastgemaakt op het wiel, de schijf draait rond en wordt afgeremd door dat de remblokken tegen de schijf aan lopen. Pagina | 23 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

- Remcilinders EBC luchtremsysteem GD003 Universeel De remcilinders bedienen de remblokken of remschoenen van het remsysteem

15 Rollentafel 15.1 Omschrijving/onderbouwing In het pakket van eisen staat dat de AGV europallets moet kunnen vervoeren. Deze hebben een afmeting van 80x120 cm, dus het rollerdek moet een minimalen afmeting van 80x120 cm hebben. Verder moet het rollerdek een gewicht van maximaal 1000kg kunnen dragen, hierdoor is het nodig om de rollen elektrisch aan te drijven zodat de last gemakkelijk op en van het rollerdek afgeschoven kan worden. Verder is de wens om de last binnen 10 seconde op de AGV te hebben. Dit omdat hierdoor de snelheid niet te groot wordt zodat de last van 1000kg kan gaan slippen op de rollen, en toch snel genoeg om het proces niet te lang stil te laten staan. Voor de rollen is er gekozen voor de volgende maten: Buitendiameter rol: 90mm Lengte rol: 100cm Tussenruimte rollen: 10mm Afmetingen rollerdek: Lengte: Breedte:

140cm 100cm

Hieruit blijkt dus dat er gebruik wordt gemaakt van 14 rollen om de last op en van de AGV af te rollen. Voor het aandrijven van de rollen wordt gebruik gemaakt van een elektrische motor en tandwiel overbrenging. Deze drijft de eerste roller op het rollerdek aan welke op zijn beurt weer de volgende rol aandrijft dit wordt roller op roller aandrijving genoemd. Deze afmetingen worden gebruikt omdat er gebruik gemaakt wordt van een europallet waar de last op geplaatst is, hierdoor is er aan de zijkanten 10cm speling om de europallet op de AGV te plaatsen. De diameter van de rol is gekozen zodat er gebruik gemaakt kan worden van een standaard profiel van 88,9mm en omdat er een grote kracht op komt te staan moet het raakvlak van de europallet op de rollen niet te klein zijn omdat er anders slip kan optreden.

15.2 Berekeningsmethode 15.2.1 Motor berekening De last van 1000kg wordt vanaf de machine door middel van een rollerdek richting de AGV verplaatst. Ook deze rollerdek is aangedreven d.m.v. een elektrische motor en roller op roller aandrijving. De europallet is 120cm lang hieruit blijkt dus dat de europallet met daarop de last van maximaal 1000kg altijd in contact is met 12 rollen. Dus een rol moet dus 1/12 deel van de maximale last kunnen verplaatsen. De wens is dat de last in 10 seconde op de AGV geplaatst is. De afstand die de last moet afleggen is dan 130cm, omdat een pallet 120cm lang is en het rollerdeck 140cm is. De wrijvingscoëfficiënt van de stalen rollen op houten pallet ligt tussen de 0,2 en 0,5.

Pagina | 24 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

Figuur 1 - Diamter rol

Snelheid 

afgelegdeweg[m] 1,3[m]   0,13m / s tijd [ s] 10[ s]

Omtrek   Diamter   0, 09[m]  0, 282[m] Aantalrondjes 

afgelegdeweg 1,3[m]   4, 61 omtrek 0, 282[m]

F=10Kn/12

Fw

Fn

Figuur 2 - VLS krachtenspel rol

Met de onderstaande formule kan de wrijvingskracht berekend worden die optreed bij het verplaatsten van de last van 1000kg.

Fw   Fn Fw  0, 4 (10 Kn /12)  333,33N Uit bovenstaande berekening blijkt dat een rol 4,61 rondjes in de tijd dat de last op zijn plek staat Dit gebeurd in 10 seconde dus het toerental van de rol is:

4,61 6  27,66omw / min De hoekfrequentie is dan:



2 27, 66  2,9rad / s 60

Het vermogen die de motor moet hebben om de last te kunnen verplaatsten is:

P  Fw r   333,33 0, 045 2,9 P  43,5W Dus per rol moet de motor een vermogen kunnen leveren van 43,5 W de pallet is altijd in contact met 12 rollen dus moet er een de motor een vermogen hebben van: Pagina | 25 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

P 12  Motorvermogen 43,5 12  522W Het rendement van een tandwiel ketting overbrenging ligt rond de 96% dus het motorvermogen moet met 4% verhoogd worden om het juiste motor vermogen te krijgen. Dit komt dus neer om een vermogen van rond de 0,6 kW. De benodigde motor voor het verplaatsen van de last van 1000kg is een DC motor van 24 volt met een vermogen van 0,6 kW.

Figuur 3 - DC motor 24 volt met vertragingskast

Omdat deze motortjes een toerental hebben van 3000 omw/min dient deze uitgevoerd te worden met vertragingskast. Om de last in 10 seconde op de AGV te krijgen moet het toerental 27,66 omw/min zijn. Dus de vertraging moet 108,46/1 zijn.


15.2.2 Berekening profiel voor rol Om gewicht en geld te besparen van de AGV is er gekozen voor een hol buizen profiel voor het dragen van de last. Om te bepalen welk profiel de last van 1000kg kan dragen is er een momenten berekening uitgevoerd. Hieruit blijkt dat een profiel van 88,9x3,2mm voldoet en dus gebruikt gaat worden. Uit de formule

M  F r

blijkt dat het grootste buigent moment dat optreed in de rol

115,8Nm is Profiel 88,9x3,2mm van het staal soort S235 de massa van dit profiel komt neer op 6,76kg/m en Wy van dit profiel is: Wy= 17,82*10³

Mb  Wb  b

 b  staal  235 N / mm2 Mb  115,8  Wb  492, 76mm3 Om te bepalen of dit profiel voldoet moet de Wb gedeeld worden door Wy van het profiel wanneer de uitkomst kleiner dan 1 is voldoet het profiel en kan deze gebruikt of eventueel kleiner gekozen worden voor de AGV. Bij dit profiel voldoet hij.

15.2.3 Lagerberekening

Er wordt gebruik gemaakt van groefkogellagers. Toerental van de rol n=27,66 omw/min Het berekenen van de grootste kracht die op het lager komt te staan kan met de volgende formule

F L2 L F  1000kg 9,81  9810 N Fa 

L2=550mm L=1100mm Hieruit komt een Fa van 4,9kN Omdat de last in het midden van de rol staat geldt: Fa  Fb  4,9kN Binnendiameter van het lager is dt=40mm Draaggetal = 08 Er wordt gebruik gemaakt van een tandwieloverbrenging dus uit tabel 14-7 blijkt L10h = 20.000 uur Uit tabel 14-5 blijkt levensduurfactor fl = 3,5 Uit tabel 14-4 blijkt toerentalfactor fn = 1 Pagina | 27 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

Het dynamische draaggetal volt uit de formule

P fL f Waarin: P  Fa  4,9kN C

Dit komt neer om een dynamisch draaggetal van 17,15 in de tabel 14-2 wordt dit naar beneden afgerond dit kan omdat het lager een erg lag toerental heeft en dus niet maximaal belast wordt. Uit tabel 14-2 blijkt dus een groefkogellager 6008 te voldoen aan het dynamische draaggetal dit komt dus neer op: D= 68mm, B=15mm, d=40mm Het lager dat gebruikt gaat worden is Din616-6008



16 Navigatie en sensoren 16.1 Navigatie Voor de positionering en de geleiding van de AGV naar zijn bestemming is gekozen voor een magnetisch raster welke hieronder verder wordt toegelicht. De keuze voor een magnetisch navigatie systeem is te onderbouwen door zijn gemakkelijke uitbreidbaarheid en aanpassingsvermogen van de route. Dit geschiedt namelijk door een aanpassing van de route te verwerken in de computer van de AGV. Werking magneetraster. In de fabriek zijn magnetische punten aangebracht onder het vloeroppervlak. De punten zijn maximaal 20 cm. van elkaar verwijderd. De AGV zal over de vloer rijden en door middel van de magneetstrip de tegenpolen in de grond detecteren. Door een computer in de AGV en een ingesteld beginpunt kan de AGV zijn positie bepalen. De AGV kan dus op deze manier zijn eindbestemming vinden.


Voorbeeld raster

16.2 Sensoren Voor het detecteren van obstakels die de AGV mogelijk tegenkomt is gekozen voor een ultrasoon sensorsysteem. De sensor zendt een ultrasone frequentie uit en vangt deze na terugkaatsing van voorwerpen (passieve reflectoren) weer op. De maximale detectieafstand van de sensoren is 5 meter. Voor dit systeem is gekozen omdat dit een betrouwbaar systeem is, waardoor de veiligheid wordt gewaarborgd. Daarnaast zijn de sensoren gemakkelijk in te bouwen in de AGV. Sensor type: Microsonic WMS-501/RT strans-o-prox


17 Accu’s 17.1 Omschrijving/onderbouwing accu en omvormer Voor de AGV zijn er vier lood accu’s gekozen, elk van het type Dynac Semi-tractie accu 12V 230 ah.

Samen leveren de accu’s als ze geschakeld zijn als afbeelding…. 24 volt en 460 Ah. Dit is voldoende om de AGV voor 6.3 uur op vol vermogen te laten draaien. Omdat de rollenband van de AGV nooit permanent draait en de AGV ook niet permanent op vol vermogen draait, wordt er van uitgegaan dat de AGV voor acht uur kan functioneren voordat de accu’s moeten worden vervangen.

Overige informatie Gewicht: 244 kg Volume vier accu’s: 1026x528x242 Omvormer Voor de 12 voltmotor moet een omvormer worden toegepast. De rendement verliezen van de omvormer zijn mee genomen in de schatting van de stroom vraag


Voor de omvormer naar 12 volt is de volgende omvormer gekozen. Omdat er geen omvormer kon worden gevonden van 58 Ampère worden twee van deze omvormer in parallel toegepast.

17.2 Berekeningsmethode Voor het bepalen van de accu’s is een lijst gemaakt van stroomvragers in de AGV met hun gevraagde wattage en als bekend het gevraagde voltage. Gevraagd vermogen Aandrijf motor AGV

- 560W,12V Stuur motor Servo. - 100 watt en 24 Volt. Aandrijfmotor rollenbaan

- 24 volt met een vermogen van 600 Watt. Besturingssysteem en overige (remcompressor enz.) - 500 Watt Dit is vervolgens opgeteld als 24 volt en 1.76 kW. Hiermee kan vervolgens de gevraagde ampere/uur uit worden berekend met de volgende Formule. P=U*I Het benodigde Ampère is berekend op 73.3 Ampère vermenigvuldigt met 8 uur komt dat neer op dat er 586.6 Ampère/uur in de accu’s beschikbaar moet zijn.


18 Kosten De kosten van de totale AGV zijn voor de ontworpen onderdelen geschat. Voor de kooponderdelen zijn de prijzen gebaseerd op prijslijsten van de fabrikanten of winkels. Onderdeel Frame hoofdmotor Wielophanging Wielen Remmen Rollentafel Navigatie en sensoren Besturing Accu’s Omvormers Beplating Totaal

Geschatte kosten (Euro) 500 450 2500 300 800 6500 5500 926.80 308 17784.8

19 Deelopdracht De aanvullende opdracht bestaat uit een onderzoek naar een laad- en losstation bij de bewerkingsmachines in deze machinefabriek die tandwielen produceert. De bewerkingsmachines in de machinefabriek kunnen langer produceren als na de bewerking die ze uitgevoerd hebben, het product gelost kan worden en een nieuw halffabricaat of grondstof geladen wordt. Dit laden en lossen kan door personeel gedaan worden, maar ook door machines in te zetten. De nadelen van het gebruik van personeel zijn loonkosten, werktijden, een relatief laag gewicht die ze mogen verplaatsen en de snelheid en precisie waarmee ze producten kunnen verplaatsen. Daarom wordt er bij deze opdracht gedacht aan een mechanisme dat deze arbeid kan uitvoeren, zoals een industriële robot. Mede door aspecten als grote flexibiliteit, hoge betrouwbaarheid en nauwkeurigheid zal de omstel periode van de productielijn verkort worden en zal er minder uitval zijn terwijl de productie processen sneller worden. Een investering in een robotsysteem is dan ook vaak snel terugverdiend. De robots vinden hun toepassing vooral in machines of productielijnen waar flexibiliteit, compacte afmetingen, snelheid, en betrouwbaarheid sleutelfactoren zijn.

20 Projectgrenzen deelopdracht


20.1 Het productie proces van een tandwiel Het begint met het voordraaien van het basis materiaal (wij gaan uit van staal). Vervolgens wordt het halffabricaat naar de cnc freesmachine verplaatst door ons verplaatsingssysteem, waar het wordt opgespannen en voor gefreesd. De volgende stap is het harden van het tandwiel. Dit gebeurt door het carboneren, niteren of door middel van inductie harding. Ook hier kan gebruik worden gemaakt van de AGV in combinatie met het verplaatsingssysteem. Nadat de tandwielen zijn gehard volgt het nadraaien van het tandwiel. Dit geschiedt met een 5-assige cnc-machine, bij dit proces is een zeer hoge nauwkeurigheid haalbaar zodat de tandwielen niet op elkaar hoeven worden afgestemd. De tandwielen zijn nu nauwkeurig op maat met de juiste tolerantie. Door deze nauwkeurigheid zullen de tandwielen straks soepel en met weinig wrijving draaien. De slijtage bij het in elkaar lopen zal minimaal zijn door de verminderde wrijving. Door een cnc machine met pallet wisselaar te gebruiken ontstaat er een vrijwel continu proces. Op deze wisselaar zitten 2 opspan dorren waardoor er tijdens productie van het ene tandwiel een volgend half fabricaat buiten de machine kan worden opgespannen. Zodra een tandwiel klaar is met de cnc bewerking zal de wisselaar 180˚ draaien, hierdoor kan het proces opnieuw beginnen en dus het product buiten de machine worden vervangen door een nieuw halffabricaat. Om hoge kwaliteit te garanderen worden alle overige passingen geslepen op een cnc gestuurde rond slijpbank. Tot slot worden alle producten nagemeten met een 3D meet machine.

Voordraaien

Frezen

Links product, rechts halffabricaat

Nadraaien/frezen

Rond slijpbank

3D meet machine


20.2 Uitwerking van het verplaatsingssysteem Elektromagnetische robotarm Om de halffabricaten op te pakken kan er gebruik worden gemaakt van een elektromagnetische arm omdat deze voorwerpen van staal worden gemaakt. Doordat de grijper van de robotarm magnetisch wordt geladen zal het voorwerp blijven ‘plakken’ aan de grijper. Voordelen:  Minder last van vuil  Meer verschillende oppervlakten Nadelen:  Alleen magnetisch geleidende materialen  Duur in aanschaf Oppakken door middel van vacuüm De tandwielen kunnen ook door middel van zuignappen welke aan de grijparm zijn bevestigd worden opgepakt en verplaatst. Hier is het wel van beland dat de zuignappen niet over het gat in de tandwielen worden geplaatst. Als oplossing hiervoor dienen er meerdere zuignappen rond het gat worden geplaatst. Voordelen:  Goedkoper in aanschaf  Elk materiaal Nadelen:  Alleen vlakke oppervlakte  Lekkage  Onderhoud compressor


20.3 Conclusie deelopdracht Als conclusie voor de deelopdracht adviseren wij een elektromagnetische grijper. Deze toepassing is voor veel verschillende vormen toepasbaar. Hierdoor kan hij gebruikt worden op een standaard pick and place systeem. Waardoor precisie gewaarborgd is. Waar het systeem van vacuüm zuignappen altijd een vlak oppervlak nodig heeft hoeft dat bij de elektromagnetisch grijper niet. Het systeem van de elektromagnetische grijper is betrouwbaar omdat de technische delen intern zijn geplaatst en dus worden beschermd. Bij de zuignappen is eer een grotere kans op het vallen van het product. Dit kan gebeuren door schade aan de zuignap of slangen, waardoor de zuigkracht mogelijk weg kan vallen. Enige voetnoot is dat er materiaal gebruikt moet worden dat magnetiseerbaar is.

21 Machinerichtlijn Om te analyseren of de AGV aan de gewenste veiligheidseisen voldoet, kunnen de volgende stappen doorlopen worden.  Waar zitten de risico’s  Wat is de aard van de risico’s  Assamblageproces  Milieu aspecten  Betrouwbaarheid  Risicoanalyse  Betrouwbaarheid  Mechanische aspecten  Aanwezigheid van handleiding Als deze punten doorlopen zijn kan er bepaald worden of de machine bepaalde onderdelen heeft welke onder gedimensioneerd zijn of extra risico’s met zich mee brengen. Hiermee kan dan rekening gehouden worden en eventueel onderdelen kunnen herontworpen worden. Wanneer de aanpassingen doorlopen zijn en de machine aan de veiligheidseisen voldoet kan er opdracht gegeven worden om een CE keurmerk te laten plaatsen door een gespecialiseerd bedrijf. Er zijn verschillende bedrijven die gespecialiseerd zijn in het verschaffen van CE keurmerken. Wanneer er een machine op de markt wordt gebracht is het van belang dat deze voorzien is van een CE keurmerk om de te voorkomen dat de producent aansprakelijk wordt gesteld voor ongelukken die gebeuren door het gebruik van deze machine.


Figuur 4 – Analysetools

22 Conclusie terugkoppeling op PVE Doelstelling van het project De doelstelling van dit project was het ontwerpen van een AGV die zelfstandig door de fabriekshal kan rijden zonder ongelukken te veroorzaken. Door middel van een raster in de vloer en een sensoren kan de AGV zijn plaats bepalen, en zo zijn route bepalen. Met behulp van sensoren op de AGV detecteert hij obstakels en voorkomt de AGV dat hij ergens tegen aan rijd. De AGV wordt beladen met behulp van een rollenbaan. De aandrijving geschiet met behulp van een DC-motor die zijn stroom uit een accu haalt. De overbrenging tussen deze aandrijving en het aangedreven stuurwiel geschiet met behulp van een ketting. De besturing van het stuurwiel gebeurd met behulp van een servomotor. De servomotor drijft een wormwiel aan, die uiteindelijk het stuurwiel roteert. Om de AGV af te remmen zijn er trommelremmen aangebracht. Dit alles wordt geregeld door een centrale computer in de AGV. De uiteindelijk AGV is opgebouwd uit de volgende componenten: Constructie Frame: Kokerprofiel frame Last overbrenging: Rollenbaan Remmen: Trommelrem Aandrijving Motor: Overbrenging:

DC-Motor Ketting

Besturing Stuurwiel: Navigatie: Obstakeldetectie:

Enkel aangedreven stuurwiel Raster in de vloer Sensoren

Eisen en wensen De AGV voldoet aan alle aan het begin van het project gestelde grenzen. Pagina | 38 Eindrapport AGV H2.2 Projectgroep Wh21b2

23 Aanbevelingen 24 Evaluatie project Project Het project werd door de groep als uitdagend ervaren, maar de opdrachtstelling was te open. Daardoor was niet duidelijk tot hoever wij bepaalde onderdelen van de AGV moesten uitwerken. Door het project in het begin af te bakenen hebben wij het voor onszelf makkelijker kunnen maken. Wij vonden de extra opdracht weinig toevoegen aan het project. Projectgroep Het projectverloop ging niet zo vlot doordat verschillende projectleden te laat waren met hun op te leveren producten. Dit zorgde voor de nodige oponthoud en frustraties. Begeleiding Wij vonden als projectgroep dat er goede begeleiding was tijdens het project. De begeleider had technisch inzicht dat hulpvol was bij het project. Er werden zaken naar voren gebracht waar wij zelf nog niet aan gedacht hadden. Verder kon hij ook nog tips geven over het groepsproces.

25 Bronnen Rollendek http://www.pih.be/opleiding/ipo/vakken/flexpro-automat/hst%2012%20-%20dynamica.pdf http://www.spit.nl/index.php?id=97 http://www.werktuigbouw.nl/abc/cof.htm http://www.materialflow.com/global/images/part_class_images/full/251cdlr-heavy-duty-chaindriven-live-roller-conveyor1917-14300.jpg http://www.transtecno.com/media/news/attachment/Transtecno-DC-Catalogue-2010LOW________.pdf Accu’s http://www.omvormer.nu www.advitek.nl http://www.landportbv.com/ 1 http://www.frog.nl/Producten/AGV_Componenten/Magneet_Liniaal_MMS_L2.html


Bijlagen TPD Tekeningen Concepten rapport Project planning



Eindrapport AGV. Blok H2.2. Projectgroep WH21b2. Maarten Huisman. Rob van der Ploeg. Simon Visser. Freerk Wiarda. Mark Jos Gerritsen

Recommend Documents