摘 要

码头重载无人驾驶电动集装箱运输车为码头运输注入了活力，高效的自动化运输，相对低廉的运输管理成本，让码头重载集装箱AGV成为了各大运输集团炙手可热的产品。现如今的港口要实现自动化、智能化都要大力发展重载AGV。传统AGV运载质量较小，因此针对码头集装箱AGV重载的特征，设计一款能满足动力性能要求的驱动系统变得尤为重要。

通过借助UG、CATIA、SolidWorks等建模软件设计了一款码头重载无人驾驶电动集装箱运输车的电驱动系统（包括盘式电机、行星齿轮减速器和弧齿锥齿轮减速器等），并借助ANSYS软件对行星齿轮减速器的行星架进行了有限元分析，确保设计满足强度和刚度需求。研究和设计结果为重载集装箱运输AGV电驱动系统提供了一种可行的设计方案。本设计的特色：选用盘式电机和行星齿轮减速器使得设计结构紧凑，以达到轻量化设计的目的。

关键词：电驱动系统；行星齿轮减速器；弧齿锥齿轮减速器；CATIA；

Abstract

The heavy-duty unmanned electric container transporter has been putting vitality into the wharf transportation. Because of the efficient automated transportation and the comparatively low management costs, the heavy-duty unmanned electric container transporter attracts many groups and companies of transportation. Nowadays ports need to develop heavy-duty AGV in order to automation and intelligence. For the reason that the traditional AGV has a relatively low carrying capacity, so it’s important to design a drive system that can meet the dynamic performance requirements for the heavy-duty AGV according to the heavy-duty feature.

This paper designs a electric drive system (include disk motor, planetary gear retarder, spiral bevel gear retarder) for a heavy-duty unmanned electric container transporter with the aided of modeling software like UG,CATIA,SolidWorks etc. Then conducts finite element analysis on planet carrier to test the strength and stiffness in order to meet the design requirements by ANSYS. This design results provide a feasible design scheme for electric drive system of heavy-duty AGV. The distinguishing feature of this design: The use of a disk motor and a planetary gear retarder makes the design structure compact to achieve lightweight goals.

Key Words：electric drive system, planetary gear retarder, spiral bevel gear retarder, CATIA

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 重载无人驾驶电动集装箱AGV国内外发展现状 1

1.2.1 国外发展现状 1

1.2.2 国内发展现状  2

1.3 论文的主要研究内容 2

第二章 电驱动系统参数匹配设计 3

2.1 电驱动系统布置形式 3

2.2 电驱动系统参数设计 5

2.2.1 整车目标参数和性能指标 5

2.2.2 驱动电机参数设计 6

2.2.3 驱动电机选型 6

2.2.4 动力电池组参数设计 8

2.3 本章小结 8

第三章 电驱动系统传动部件设计 9

3.1 行星齿轮减速器设计 9

3.1.1 主要参数计算 10

3.1.2 强度校核 15

3.1.2 行星齿轮减速器参数 16

3.2 弧齿锥齿轮减速器设计 16

3.2.1 主减速器齿轮类型的选择 16

3.2.2 减速器主动锥齿轮的支承方式 17

3.2.3 计算载荷的确定 18

3.2.4 基本参数选择 19

3.2.5 几何参数计算 20

3.2.6 强度校核 27

3.3 差速器设计 28

3.3.1 主要参数选择 29

3.3.2 差速器齿轮的几何参数计算 31

3.3.3 强度校核 33

3.4 本章小结 34

第四章 重要零件有限元分析 35

4.1 电驱动系统三维模型的建立 35

4.2 行星架三维模型导入 35

4.3 边界条件和添加载荷 36

4.4 划分网格和提交作业 36

4.5 有限元分析结果 36

4.6 本章小结 37

第五章 总结与展望 38

5.1 全文总结 38

5.2 展望 38

参考文献 38

致 谢 40

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

现如今国际贸易愈发频繁，进出口贸易所依赖的港口码头在扮演着越来越重要的角色。而在这其中，集装箱码头更是大型港口的标配，集装箱运输过程中体现出的便利性，使得集装箱码头发展越来越迅速。

集装箱码头吞吐量正在逐步增长，国际海运业之中的中国港口正成为一颗冉冉之星，正在逐步扩大其在国际海港贸易市场上的比重。在这一背景下，港口的发展模式已经开始逐步发生改变，由原来的更多地注重港口的规模大小转变为提升质量建设（包括港口服务质量的提升、港口物流运输效率的提升、临港产业链的完备等）。当前背景下，航运经济正在悄然复苏，我国集装箱码头的吞吐量增速稳定提升，成为一个航运大国明日可期。由于货物装卸数量随着国际贸易规模增大和交易频繁而的持续稳定增长，所以港口作业要实现作业方式的优化并且革新技术，使用新型自动化运输设备来取代传动产能效率低下的老旧运输设备，进而满足货物的装卸需求。

通过分析当前的主要的码头运输工具种类，可以发现，以目前绿色发展理念来看，柴油机拖头污染和油耗表现都十分糟糕，进而面临被企业所淘汰的危险。而跨运车受堆高能力所限，很难成为国际市场的主流码头运输工具。至于目前正在盐田港所使用的液化天然气拖头，由于其并没有实现自动化以及无人驾驶，是一种简单的环保运输车产品。从长远的角度分析，具有高度智能化、自动化特性的港口电动集装箱运输AGV将会是时代的“弄潮儿”，它是所有集装箱智能码头所不可或缺的水平运输工具。由于预期码头重载电动集装箱AGV所将占据的市场份额最高，因此企业若能率先研发出高度智能化集装箱运输AGV，该企业将能占据主动地位。而纵观以往，AGV通常被应用于工厂车间，采用的是传统的电磁导航原理，依靠识别在行驶路径上埋设的金属线来实现导航，而且载重量有限，不能满足集装箱的运输要求。因此，发展码头重载AGV能有效提高码头的运输效率，减少传统内燃机车的污染和能耗和码头的管理成本，是实现自动化集装箱码头的必由之路^[1]。