Summary
Vi byggede en simuleringsmodel til at evaluere pumpeflowegenskaber og ydeevne for enkeltakselkoaksialmotorpumpeenheden i elektrohydrostatiske aktuatorer og undersøge den samlede effektivitet under et bredt sæt arbejdsforhold i motorpumpeenheden eksperimentelt.
Abstract
En elektrohydrostatisk aktuator (EHA) kan være det mest lovende alternativ sammenlignet med de traditionelle hydrauliske servoaktuatorer for dens høje effekttæthed, lette vedligeholdelse og pålidelighed. Som den centrale kraftenhed, der bestemmer EHA's ydeevne og levetid, skal motorpumpeenheden samtidig have et bredt hastigheds-/trykområde og en høj dynamisk respons.
Dette papir præsenterer en metode til at teste motorpumpeenhedens ydeevne gennem simulering og eksperimentering. Flowudgangsegenskaberne blev defineret gennem simulering og analyse af enheden i begyndelsen af eksperimentet, hvilket førte til konklusionen om, hvorvidt pumpen kunne opfylde kravene i EHA. En række ydelsestest blev udført på motorpumpeenheden via en pumpetestbænk i hastighedsområdet 1.450-9.000 o / min og trykområdet 1-30 MPa.
Vi testede motorpumpeenhedens samlede effektivitet under forskellige arbejdsforhold efter at have bekræftet overensstemmelsen mellem testresultaterne af flowudgangsegenskaberne og simuleringsresultaterne. Resultaterne viste, at samlingen har højere samlet effektivitet, når den arbejder ved 4.500-7.000 o / min under tryk på 10-25 MPa og ved 2.000-2.500 o / min under 5-15 MPa. Samlet set kan denne metode anvendes til på forhånd at afgøre, om motorpumpeenheden opfylder kravene i EHA. Desuden foreslår dette papir en hurtig testmetode for motorpumpeenheden under forskellige arbejdsforhold, som kan hjælpe med at forudsige EHA-ydeevne.
Introduction
EHA er kendt som en typisk integreret aktuator med høj effekttæthed og har brede udsigter inden for områder som luftfart, luftfart, entreprenørmaskiner og robotik 1,2. EHA består hovedsageligt af en servomotor, pumpe, cylinder, trykbeholder, ventilblok, tilstandsreguleringsventiler, modulreguleringsventiler og sensorer, der udgør et højt integreret, pumpestyret, lukket hydraulisk system. Det skematiske diagram og den fysiske model er vist i figur 1 3,4,5,6,7. Motorpumpeenheden er kernekraften og kontrolkomponenten, og den bestemmer EHA7's statiske og dynamiske ydeevne.
Den konventionelle motorpumpeenhed består af en separat motor og pumpe, hvis aksler er forbundet med en akselkobling8. Denne struktur har betydelige negative virkninger på EH's ydeevne og levetid. For det første vil både motoren og pumpen bære en relativt stor vibration på grund af monteringsnøjagtigheden, især ved høj hastighed5. Vibrationer vil ikke kun påvirke pumpens udgangsegenskaber, men også fremskynde slid på friktionsgrænsefladerne i pumpen, hvilket fører til svigt i motorpumpeenheden9. For det andet skal tætninger indstilles ved pumpens akselender, hvilket ikke grundlæggende kan forhindre lækage. I mellemtiden falder motorpumpeenhedens mekaniske effektivitet med stigende friktionsmodstand10. For det tredje vil den hyppige vending af motorpumpeenheden fremskynde koblingens slid og øge muligheden for træthedsbrud, hvilket reducerer systempålideligheden af EHA11,12.
Således blev der udviklet en enkeltakslet koaksial motorpumpeenhed i et delt hus for at undgå disse mangler. Strukturen er vist i figur 2. Et design uden kobling er vedtaget i denne komponent, hvilket samtidig kan øge motorens og pumpens dynamiske ydeevne og smørestatus. Dette enkeltakselkoaksiale design sikrer justeringen af de to rotorer og forbedrer dynamisk balance under højhastighedsforhold. Desuden eliminerer delt hus fundamentalt akselendelækage.
Test af outputegenskaberne for EHA-motorpumpeenheden er af stor betydning for optimering og forbedring af EHA-ydeevnen. Der er dog relativt få undersøgelser af ydeevnetest af motorpumpeenheden, især for EHA'er. Derfor gennemførte vi en testmetode til at kombinere simulering og eksperimenter. Denne metode er velegnet til test af motorpumpesamlinger med en bred vifte af driftsforhold, især EHA-pumper.
Der er to hovedudfordringer: Den første er at opbygge en nøjagtig simuleringsmodel til at analysere motorpumpens udgangsstrømningsegenskaber og yde hjælp til det optimale design af motorpumpeenheden. Vi har etableret en simuleringsmodel af motorpumpeenheden gennem hierarkisk modellering og realiseret simuleringsanalysen af outputflowet ved at ændre forskellige parametre. Det andet er kavitationen af testelementet forårsaget af høj hastighed, hvilket er det vigtigste aspekt, der adskiller det fra almindelige pumper. Derfor fokuserede vi mere på designet af olieforsyningssystemet, da vi designede testsystemet for at realisere testen under forskellige arbejdsforhold.
I denne protokol blev der etableret en endimensionel simuleringsmodel for at simulere pumpens strømningsegenskaber i første omgang ved at bedømme, om pumpens strømningsegenskaber opfylder kravene i EHA. Derefter blev flowegenskaberne og den samlede effektivitet eksperimentelt testet på en dedikeret testbænk og opnåede det samlede effektivitetskort, der ikke kan simuleres nøjagtigt ved simulering. Endelig blev pumpens flowegenskaber sammenlignet med de eksperimentelle resultater for at verificere nøjagtigheden af simuleringsresultaterne. I mellemtiden blev det samlede effektivitetskort opnået for at evaluere ydeevnen for enkeltakselkoaksialmotorpumpeenheden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Simulering af pumpens strømningsegenskaber
- Byg simuleringsmodellen af motorpumpeenheden. Åbn AMESim-simuleringsplatformen , og gå ind i SKETCH-tilstand .
- Byg simuleringsmodellen for et enkelt stempel i henhold til den kinematiske matematiske model og fordelingskurven (figur 3). Indkapsle enkeltstempelmodellen som en superkomponent (figur 4).
BEMÆRK: Den vigtigste kinematiske matematiske model af stemplet (Eq (1)) giver:
(1)
I denne ligning er x den absolutte forskydning af stemplet, β er hældningsvinklen på vaskepladen, φ er stemplets fasevinkel, R f er cylinderblokkens fordelingsradius, df er cylinderblokkens fordelingsdiameter. - Byg pumpemodellen under hensyntagen til ventilpladens lækage og friktion (figur 4). For at opbygge ventilplademodulet skal du primært fokusere på den viskøse friktion og gasspjældseffekt af stempel / cylinderblokgrænsefladen og tøflen / swash-pladegrænsefladen.
- Byg motormodellen via et ideelt momentmodul (figur 4). Brug et ideelt momentmodul til at simulere motoren, ignorere jerntab, kobbertab og omrøringstab af motoren.
- Byg simuleringsmodellen for et enkelt stempel i henhold til den kinematiske matematiske model og fordelingskurven (figur 3). Indkapsle enkeltstempelmodellen som en superkomponent (figur 4).
- Indstil hovedparametrene for motorpumpemonteringsmodellen.
- Indstil parametrene for motorpumpeenheden i henhold til tabel 1. Gå ind i PARAMETER-tilstanden , og indstil hovedparametrene ved at dobbeltklikke på den specifikke komponent i simuleringsmodellen. Rotationshastigheden og prøvningstrykket indstilles i henhold til tabel 2.
- Indstil modellens prerun-parametre : Starttid: 0 s, Sidste tid: 1 s, Udskriftsinterval: 1 ms.
- Forløb simuleringen for at opnå steady state.
- Kør simuleringen, og kontroller, om systemet når steady state i slutningen af simuleringen. Hvis systemet når steady state, skal du kontrollere indstillingen Brug gamle endelige værdier i vinduet Kør parametre . Hvis ikke, skal du nulstille den endelige tid i trin 1.2.1 til 2 s eller endnu længere og gentage trin 1.2.2, indtil systemet når steady state.
- Indstil modelens kørselsparametre: Starttid: 0 s, Sidste gang: 0,2s, Udskriftsinterval: 0,002 ms.
- Kør simuleringen, og gem simuleringsdataene.
BEMÆRK: Gentag trin 1.2.1-1.2.4 for en bestemt arbejdstilstand; gem dataene efter simuleringen. - Eksportér simuleringsdataene, og plot den flowkarakteristiske kontur af motorpumpeenheden i OriginPro. Beregn værdien af pumpeflowet som gennemsnittet af pumpeflowet registreret inden for 0,2 s.
- Bestemmelse af udgangsstrømningsegenskaber
- Motorpumpeenhedens udgangsstrømkurve afbildes ved den maksimale hastighed under forskellige trykforhold.
- Beregn pumpens krævede udgangsstrømningshastighed i henhold til den specifikke EHA-maksimale hastighed, og afbild den krævede udgangsstrømningshastighedskurve ved forskellige trykforhold.
- Sørg for, at den krævede strømningshastighedskurve for EHA er omsluttet af motorpumpeenhedens udgangsstrømningshastighedskurve.
(1)2. Etablering af forsøgsplatformen
- Etabler testbænken.
- Der forberedes hydrauliske komponenter på prøvebænken i henhold til tabel 3. Sørg for, at nøgleparametrene for hver komponent opfylder kravene i tabel 3.
- Design og fremstilling af hydrauliske ventilblokke og byg et hydraulisk system i henhold til det hydrauliske skematiske diagram (figur 5). Sørg for, at komponenternes relative positioner er de samme som det viste skematiske diagram, og tryksensorerne og temperatursensorerne er placeret så tæt på testpunktet som muligt.
BEMÆRK: Denne serie af eksperimenter blev udført på en dedikeret testbænk til simulering af højhastigheds- og højtrykspumpebelastning, som vist i figur 6. - Design og fremstilling af værktøjs- og testventilblokke. Sørg for, at designværktøjet er i overensstemmelse med den specifikke grænseflade mellem den testede pumpe og testbænken.
- Installation af de mekaniske grænseflader (figur 7)
- Tilslut motorpumpeenhedens endeflade med testventilblokken. Brug mindst 4 skruer for at sikre en god tætningsevne.
- Motorpumpeenheden og testventilblokken fastgøres på prøvebænkens arbejdsbord (figur 8). Tilslut motorpumpeenheden og testventilblokken til det dedikerede værktøj med fire skruer og værktøjet til arbejdsbordet med 2 skruer.
BEMÆRK: Sørg for, at de to skruer er tilstrækkeligt stærke, så der ikke opstår vibrationer under udførelsen af testen. - Installer to grupper af tryk- og temperatursensorer i port A og port B på testventilblokken. Tilslut disse sensorer direkte til lækageporten til lækageovervågning.
BEMÆRK: Det er nødvendigt at designe og fremstille forskellige værktøjer til forskellige testede motorpumpesamlinger for at fuldføre eksperimentet.
- Tilslutning af de hydrauliske grænseflader (figur 7)
- Tilslut pumpekildens to højtryksolieporte med port A eller B i testventilblokken.
- Tilslut den tryksatte olieport med pumpens lækageolieport.
- Luftudtømning af motorpumpeenheden
- Sørg for, at aflastningsventilen i olieforsyningssystemet er i losningstilstand. Kør olieforsyningsmotoren i 3 minutter for at udtømme luften i testsystemet og varme den.
BEMÆRK: Den specifikke driftstid bestemmes i henhold til testbænkens specifikke forhold. Hovedformålet med dette trin er at sikre, at olien strømmer fuldt ud ind i hver komponent i testkredsløbet, og overfladetemperaturen på den testede pumpe er tæt på olietemperaturen.
- Sørg for, at aflastningsventilen i olieforsyningssystemet er i losningstilstand. Kør olieforsyningsmotoren i 3 minutter for at udtømme luften i testsystemet og varme den.
- For at kontrollere for lækager i motorpumpeenheden skal du slukke for olieforsyningssystemets aflastningsventil. Juster olieforsyningstrykket til 2 MPa i mere end 1 min.
BEMÆRK: Dette vil hjælpe med at finde ud af, om der er nogen åbenlys lækage i testsystemet, såsom lækage forårsaget af O-ringens svigt.- Se efter lækage i motorpumpeenheden. Hvis det lækker, skal du først lukke hydrauliksystemet og udskifte tætningen og derefter gentage trin 2.3 og 2.4. Hvis der ikke er lækage, skal du åbne aflastningsventilen i olieforsyningssystemet.
- Tilslutning af de elektriske grænseflader (figur 9)
- Tilslut strømforsyningsgrænsefladen og rotationssignalgrænsefladen til motorpumpemonteringsdriveren.
- Tilslut driveren til controlleren via RS 442, der arbejder i fuld duplekstilstand.
- Tilslut driveren til 270 VDC-strøm.
- Inspektion uden belastning af motorpumpeenheden
- Kør olieforsyningspumpen, og hold aflastningsventilerne i olieforsynings- og lastesystemerne i losningstilstand. Tænd for føreren og controlleren, og kontroller, om motorpumpeenheden kan modtage kontrolkommandoen normalt.
BEMÆRK: Motorpumpeenhedens indløbsport kan sættes under tryk via en olieforsyningspumpe, hvilket forhindrer komponenten i kavitation. - Indstil en instruktion på 2.000 o / min frem til motorpumpeenheden. Overhold motorpumpeenhedens arbejdstilstand, og kontroller, om der er lækage ved ventilblokken (se trin 2.5).
- Indstil en instruktion på 2.000 o / min omvendt til motorpumpeenheden. Overhold motorpumpeenhedens arbejdstilstand, og kontroller, om der er lækage ved ventilblokken (se trin 2.5).
- Kør olieforsyningspumpen, og hold aflastningsventilerne i olieforsynings- og lastesystemerne i losningstilstand. Tænd for føreren og controlleren, og kontroller, om motorpumpeenheden kan modtage kontrolkommandoen normalt.
3. Pumpeflow og samlet effektivitetstest af motorpumpeenheden
- Indstilling af olieforsyningssystemet
- Kør olieforsyningspumpen, og skift aflastningsventilerne i olieforsyningssystemet og lastesystemet til belastningstilstand.
- Juster olieforsyningsaflastningsventilen til det minimale olieforsyningstryk psmin på 0,6 MPa. Følg trin 3.1.2.1-3.1.2.3 for at vælge psmin.
BEMÆRK: psmin er trykket i indløbsporten på motorpumpeenheden for at undgå kavitation.- Juster olieforsyningstrykket til 1 MPa eller mere, hvilket bestemmes af den testede motorpumpeenhed.
- Juster rotationshastigheden for den testede motorpumpeenhed til 9.000 o / min, og sørg for, at pumpeflowet er lig med det teoretiske pumpeflow. Ellers øges olieforsyningstrykket for at undgå kavitation.
- Reducer olieforsyningstrykket langsomt, og registrer ændringen af pumpestrømmen. Afbild det relative pumpeflow versus olieforsyningstrykket, og find pumpestrømmens bøjningspunkt - olieforsyningstrykket på dette punkt er det mindste olieforsyningstryk psmin.
- Juster aflastningsventilen til psmin.
- Tænd for temperaturstyringssystemet, og juster olietemperaturen til 30 °C.
- Tænd for det termiske kamera for at registrere overfladetemperaturen på motorpumpeenheden.
- Send betjeningsvejledning til motorpumpeenheden for at få den til at køre kontinuerligt med en bestemt hastighed (tabel 2).
- Juster belastningsaflastningsventilen, og øg belastningstrykket gradvist til en bestemt værdi (tabel 2). Hold i 4 s ved hvert kritisk målt tryk.
BEMÆRK: Vær meget opmærksom på motortemperaturen under eksperimentet. Sørg for, at temperaturen på motorpumpens samlingsoverflade er lavere end 100 °C. - Når trykket når den specifikke værdi af hastigheden, skal du justere belastningsaflastningsventilen tilbage til 1 MPa.
- Trin 3.3 og 3.4 gentages, indtil egenskaberne for alle kritiske trykmålepunkter er afprøvet i henhold til tabel 2.
- Eksportér de eksperimentelle flowdata, og plot det karakteristiske kort over pumpeflowet for motorpumpeenheden.
- Beregn motorpumpeenhedens samlede effektivitet under forskellige arbejdsforhold, og plot det samlede effektivitetskort.
BEMÆRK: Motorpumpeenhedens samlede effektivitet er givet ved Eq (2):
. (2)
Hvor Po er udgangseffekten for motorpumpeenheden, Pi er førerens indgangseffekt, Q-pumpen er pumpestrømmen; Δp er pumpens trykforskel; U-effekt er strømforsyningens udgangsspænding; Istrøm er strømforsyningens udgangsstrøm.
. (2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Simuleringsresultatet af udledningsflowet (figur 10A) viste, at udledningsstrømmen faldt lidt med stigningen i belastningstrykket, når hastigheden var konstant. Desuden steg udgangsstrømningshastigheden lineært med stigende hastighed, når trykket er konstant, at dømme ud fra den samme båndbredde. For direkte at evaluere motorpumpeenhedens ydeevne under forskellige arbejdsforhold plottede vi dens volumetriske effektivitetsdiagram (figur 11A). Det viste, at pumpens volumetriske effektivitet var højere, mens trykket og hastigheden var relativt lav. Da hastigheden var 3.000 o / min, var det maksimale udgangstryk for volumetrisk effektivitet på 95% 5 MPa; når hastigheden var 8.000 o / min, steg denne værdi hurtigt til 23 MPa.
Figur 10B viser de eksperimentelle resultater af udledningsstrømmen, som falder godt sammen med simuleringen. Den lille forskel mellem de eksperimentelle resultater og simuleringsresultaterne er, at når hastigheden er højere end 5.000 o / min, falder udgangsstrømmen først og stiger derefter med det stigende tryk. Figur 11B viser eksperimentets volumetriske effektivitet. De eksperimentelle resultater adskiller sig fra simuleringsresultaterne, især når motorpumpeenheden arbejder ved høj hastighed og lavt tryk. Når trykfaldet er lavere end 10 MPa, falder den volumetriske effektivitet med stigningen i rotationshastighed.
Figur 12 viser forskellene i volumetrisk effektivitet og pumpeflow mellem de simulerede og eksperimentelle resultater. Det fremgår af denne figur, at simuleringsresultaterne af pumpeflowet er i god overensstemmelse med de eksperimentelle resultater. Desuden holdes volumeneffektivitetsfejlen også inden for 10%. Når hastigheden er højere end 4.000 o / min, kan fejlen styres inden for 4%. Figur 13 viser motorpumpeenhedens samlede effektivitet. Når motorpumpeenheden arbejder under arbejdsforholdene med lav hastighed og højt tryk eller høj hastighed og lavt tryk, er dens samlede effektivitet relativt lav, især ved høj hastighed og lavt tryk, når dens samlede effektivitet falder til ~ 10%. Når trykfaldet ligger i området fra 5 til 15 MPa, og hastigheden er 2.000-8.000 o / min, kan dens samlede effektivitet nå op til 60%.
Figur 1: Struktur og skematisk diagram over EHA. Det øverste billede af modellen er EHA's 3D-model, og det nederste billede er det skematiske diagram. Forkortelse: EHA = elektrohydrostatisk aktuator. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Struktur af enkeltakslet koaksialmotorpumpeenhed. Denne figur viser den indvendige struktur af en motorpumpeenhed, der består af hus, aksel, rotor, statorspole, encoder, bagendeplade, vaskeplade, stempel, cylinderblok og ventilplade. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Simuleringsmodel af et enkelt stempel. Denne figur viser sammensætningen af en enkeltstempelmodel, herunder en stempelvolumenhulrumsmodel, en flowfordelingsmodel og en tøffelmodel. Funktionen f(x,y) angiver friktionseffekttabet i grænsefladen mellem vaskeplade og tøfler, og funktionen f(x,y,z) angiver det viskøse friktionseffekttab i stempel/cylinderblokgrænsefladen. Tallene i denne figur angiver grænsefladerne for superkomponenten i simuleringsmodellen med enkelt stempel. Forkortelser: PCI = Grænseflade mellem stempel og cylinderblok; SSI = Swash plade / Slipper interface; P = tryk; V = hastighed; μ = friktionskoefficient; Q = flow; A, B = porte på motorpumpeenheden; M = masse; F = kraft Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Simuleringsmodel af motorpumpeenheden. Motorpumpemonteringsmodellen består hovedsageligt af 9 enkeltstempelmodeller med forskellige fasevinkler, en ideel motormodel og en ventilpladefriktionsmodel. Funktionen f(x,y) angiver pumpens kværnende tab, den øvre funktion f(x,y,z) angiver volumeneffekttabet i cylinderblokkens/ventilpladegrænsefladen, og den nederste angiver friktionseffekttabet i cylinderblokkens/ventilpladegrænsefladen. Tallene i denne figur angiver grænsefladerne for superkomponenten i simuleringsmodellen med et enkelt stempel. Forkortelser: CVI = Cylinderblok / ventilpladegrænseflade; P = tryk; V = hastighed; μ = friktionskoefficient; Q = flow; A, B = porte på motorpumpeenheden; M = masse; F = kraft. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Hydraulisk skematisk diagram over eksperimenterne. Denne figur viser eksperimentets hydrauliske skema. Et brokredsløb bestående af fire kontraventiler bruges til at skifte strømningsretninger. Forkortelser: D = driver af olieforsyningspumpen; P = tryk; T = temperatur; I = sensor. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Testbænkens strukturelle sammensætning. Dette billede viser testbænkens sammensætning: kontrolpanelet, hydrauliksystemet, oliekøleren og testkortet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Installation af motorpumpeenheden. Dette fotografi viser installationstilstanden for motorpumpeenheden og layoutet af tryk- og temperatursensorerne. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Tilslutning af værktøjet. Dette billede viser forbindelsen mellem motorpumpeenheden og testventilblokken med værktøjet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 9: Tilslutning af de elektriske grænseflader. Dette fotografi viser forbindelsen mellem motorpumpeenheden, føreren og controlleren. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 10: Simulering og eksperimentelle resultater af pumpeflowet. (A) Konturlinjen viser de simulerede resultater af pumpeflowet. Resultaterne indikerer en god liner, der er karakteristisk for udledningsstrømmen. (B) Konturlinjen viser de eksperimentelle resultater af pumpestrømmen. Eksperimentresultaterne er i overensstemmelse med simuleringsresultaterne. Farvebjælken angiver pumpeflowet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 11: Simulering og eksperimentelle resultater af volumetrisk effektivitet. (A) Konturlinjen viser de simulerede resultater af den volumetriske effektivitet. Ifølge simuleringsresultaterne er motorpumpeenhedens volumetriske effektivitet relativt høj, undtagen når motorpumpeenheden arbejder i en tilstand med højt tryk og lav hastighed. (B) Konturlinjen viser de eksperimentelle resultater af den volumetriske effektivitet. De eksperimentelle resultater adskiller sig fra simuleringsresultaterne, især ved højhastigheds- og lavtryksarbejdsforhold. Farvebjælken angiver den procentvise volumetriske effektivitet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 12: Effektivitet og pumpestrøm af forskellige hastigheder under trykfaldet på 15 MPa. Den faste sorte linje repræsenterer de eksperimentelle resultater for volumetrisk effektivitet, og den røde linje repræsenterer simuleringsresultaterne. Den volumetriske effektivitet øges med stigende hastighed, og simuleringsresultaterne er tættere på de eksperimentelle resultater, når hastigheden er højere. Den stiplede sorte linje repræsenterer de eksperimentelle resultater af pumpeflowet og den røde linje simuleringsresultaterne. Det fremgår af figuren, at simuleringsresultaterne næsten falder sammen med de eksperimentelle resultater i hastighedsområdet 3.500-9.000 omdr./min. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 13: Eksperimentelle resultater af den samlede effektivitet. Konturlinjen viser den samlede effektivitet af motorpumpeenheden. Når motorpumpeenheden fungerer under ekstreme forhold, er den samlede effektivitet relativt lav. Farvebjælken angiver den samlede effektivitet i %. Klik her for at se en større version af denne figur.
| Parameter | Symbol | Enhed | Værdi | ||
| Cylinderblokkens fordelingsdiameter | df | Mm | 29.3 | ||
| Hældningsvinkel på plade | β | ° | 9 | ||
| Stemplets diameter | dz | Mm | 7.5 | ||
| Stempel nummer | Z | - | 9 | ||
| Længde af stempelkuglehovedhul | lqt | Mm | 7.3 | ||
| Diameter af stempelkuglehovedhul | dqt | Mm | 1 | ||
| Ugyldigt volumen af stempelhulrum | Vd | mm3 | 392.69 | ||
| Oliefilmtykkelsen af grænsefladen mellem stempel og cylinderblok | hp | μm | 3 | ||
| Diameter af tøffelhullet | ds | Mm | 0.4 | ||
| Længde af tøffelhullet | ls | Mm | 1.5 | ||
| Udvendig diameter af tøflens tætningsbælte | dsso | Mm | 8.8 | ||
| Indvendig diameter på tøffeltætningsbæltet | dSSI | Mm | 6.3 | ||
| Oliefilmtykkelsen på grænsefladen til tøflen / vaskepladen | H.S. | μm | 5 | ||
| Indvendig diameter af ventilpladens indvendige tætningsbælte | dci | Mm | 12.05 | ||
| Ydre diameter af ventilpladens indvendige tætningsbælte | Dci | Mm | 13.15 | ||
| Indvendig diameter af ventilpladens outtertætningsbælte | dco | Mm | 16.15 | ||
| Yderdiameter af ventilpladens ydre tætningsbælte | Dco | Mm | 17.3 | ||
| Oliefilmtykkelsen af cylinderblokken / ventilpladegrænsefladen | hc | μm | 10 | ||
| Diameter af cylinderblokken | dc | Mm | 41.7 | ||
| Længde af cylinderblokken | lc | Mm | 27.8 | ||
Tabel 1: Simuleringsparametre. Denne tabel viser de vigtigste parametre for motorpumpemonteringssimuleringsmodellen.
| Kritisk hastighed (omdr./min.) | Kritisk belastning Trykforskel til simulering (MPa) | Kritisk belastning Trykforskel for eksperimentel test (MPa) | ||
| 1,450 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 2,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 3,500 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 4,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6,9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 5,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 | ||
| 6,500 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 | ||
| 8,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15 | ||
| 9,500 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12 | ||
Tabel 2: Motorpumpeenhedens specifikke hastighed og tryk. Denne tabel viser de kritiske arbejdspunkter for motorpumpemonteringseksperimenterne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ved udførelse af disse eksperimentelle trin er det vigtigt at sikre, at trykmålepunkterne er tæt nok på pumpens olieport, hvilket i høj grad vil påvirke de eksperimentelle resultater. Derudover skal du være opmærksom på trykket på motorpumpeenhedens indløbsport for at sikre, at der ikke findes kavitation, især ved højhastighedsarbejdsforhold.
Denne metode muliggør en dynamisk justering af olieforsyningstrykket og realiserer en nøjagtig simulering af forskellige arbejdsforhold.
En begrænsning af denne metode er, at den samlede effektivitet af motorpumpeenheden ikke kan opnås nøjagtigt ved simulering. I simuleringsmodellen er pumpens tre vigtigste friktionsoverflader under fuld oliefilmsmøring, hvilket betyder, at der kun findes tyktflydende friktion i grænsefladen. Den faktiske situation er imidlertid, at oliefilmens tilstand skifter mellem fuld oliefilmsmøring og grænsesmøring, som ikke kan simuleres af simuleringsmodellen. Derfor fokuserer vi på at bruge en simuleringsmodel til at simulere pumpen, hvilket har fordelene ved lave omkostninger og hurtig hastighed uden at være begrænset til prototypens faktiske parametre. I mellemtiden kompenserer vi for denne begrænsning gennem eksperimentelle metoder.
En anden begrænsning er, at metoden ikke simulerer de termiske egenskaber ved motorpumpeenheden til EHA særlig godt. Da EHA er et stærkt integreret system, er motorpumpeenheden tæt forbundet med aktiveringscylinderen og trykbeholderen, hvilket fører til en kompleks termisk situation. Metoden kan således kun teste motorpumpeenhedens ydeevne under en bestemt temperaturforhold, mens det faktiske temperaturvariationsområde er bredt.
Motorpumpeenhedens forbedrede ydeevne har spillet en afgørende rolle med hensyn til at fremme EHA's popularitet. Baseret på de resultater, der er rapporteret i dette papir, er der stadig plads til forbedring af motorpumpeenhedens samlede effektivitet. Sammenlignet med de eksisterende metoder kan motorpumpemonteringsegenskaber undersøges mere effektivt under en lang række arbejdsvilkår ved at vedtage denne protokol. Denne metode skal danne grundlag for optimering af motorpumpeenheden og give en stærk garanti for den hurtige udvikling af EHA. Derudover er det af stor betydning for test af motorpumpens ydeevne og dermed realisering af motorpumpens positive design.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen interessekonflikter.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af Chinese Civil Aircraft Project [Nr. MJ-2017-S49] og China Postdoctoral Science Foundation [No.2021M700331].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AmeSim simulation platform | Siemens | Amesim 16 | |
| DAQ card | Advantech | PCI1710 | |
| Flowmeter | KRACHT | VC0.04E1RS, 0.02-4 L/min | |
| Flowmeter | KRACHT | VC0.4E1RS, 0.2-40 L/min | |
| Industrial Computer | Advantech | 610H | |
| Oil supply motor | Siemens | 1TL0001-1BB23-3JA5 | |
| Oil supply pump | Kangbaishi | P222RF01DT | |
| OriginPro | OriginLab Corporation | OriginPro 2021 (64-bit) 9.8.0.200 | |
| Pressure sensor | Feejoy | PI131G(0-5 MPA)F4MCAH5C | |
| Proportional relief valve | Huade hydraulic | DBE10-30B/50YV | |
| Proportional relief valve | Huade hydraulic | DBE10-30B/315YV | |
| Spindle motor | HAOZHI | DGZX-18020 / 22A2-KFHWVJLS | Max speed: 18,000 rpm; Power: 22 kW |
| Temperature sensor | Feejoy | TI-A42M1A180/30+F1 |
References
- Yu, B., Wu, S., Jiao, Z., Shang, Y. Multi-objective optimization design of an electrohydrostatic actuator based on a particle swarm optimization algorithm and an analytic hierarchy process. Energies. 11 (9), 2426 (2018).
- Chao, Q., et al. Load-sensing pump design to reduce heat generation of electro-hydrostatic actuator systems. Energies. 11 (9), 2266 (2018).
- Zhao, J., et al. Experimental research on tribological characteristics of TiAlN coated valve plate in electro-hydrostatic actuator pumps. Tribology International. 155, 106782 (2021).
- Zhao, J., et al. Review of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: Theoretical models, experimental investigations, and optimal design. Chinese Journal of Aeronautics. 34 (1), 111-134 (2021).
- Chao, Q., Zhang, J., Xu, B., Huang, H., Pan, M. A review of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps in aerospace applications: challenges and solutions. Journal of Mechanical Design. 141 (5), 050801 (2019).
- Fu, Y., et al. Design and performance analysis of position-based impedance control for an electrohydrostatic actuation system. Chinese Journal of Aeronautics. 31 (3), 584-596 (2018).
- Alle, N., Hiremath, S. S., Makaram, S., Subramaniam, K., Talukdar, A. Review on electro hydrostatic actuator for flight control. International Journal of Fluid Power. 17 (2), 125-145 (2016).
- Chakraborty, I., Mavris, D. N., Emeneth, M., Schneegans, A. A methodology for vehicle and mission level comparison of More Electric Aircraft subsystem solutions: Application to the flight control actuation system. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 229 (6), 1088-1102 (2014).
- Zhang, T., He, D. A reliability-based robust design method for the sealing of slipper-swash plate friction pair in hydraulic piston pump. IEEE Transactions on Reliability. 67 (2), 459-469 (2018).
- Guo, S., Chen, J., Lu, Y., Wang, Y., Dong, H. Hydraulic piston pump in civil aircraft: current status, future directions and critical technologies. Chinese Journal of Aeronautics. 33 (1), 16-30 (2020).
- Habibi, S., Goldenberg, A. Design of a new high-performance electrohydraulic actuator. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 5 (2), 158-164 (1999).
- Xu, B., Hu, M., Zhang, J., Mao, Z. Distribution characteristics and impact on pump's efficiency of hydro-mechanical losses of axial piston pump over wide operating ranges. Journal of Central South University. 24 (3), 609-624 (2017).
