Summary
Vi bygde en simuleringsmodell for å evaluere pumpestrømningsegenskaper og ytelsen til koaksialmotorpumpeenheten med én aksel i elektrohydrostatiske aktuatorer og undersøke den totale effektiviteten i et bredt sett med arbeidsforhold for motor-pumpe-enheten eksperimentelt.
Abstract
En elektrohydrostatisk aktuator (EHA) kan være det mest lovende alternativet sammenlignet med de tradisjonelle hydrauliske servoaktuatorene for sin høye effekttetthet, enkle vedlikehold og pålitelighet. Som kjernekraftenheten som bestemmer ytelsen og levetiden til EHA, bør motorpumpeenheten samtidig ha et bredt hastighets- / trykkområde og en høy dynamisk respons.
Dette papiret presenterer en metode for å teste ytelsen til motor-pumpe montering gjennom simulering og eksperimentering. Strømningsutgangsegenskapene ble definert gjennom simulering og analyse av monteringen i begynnelsen av eksperimentet, noe som førte til konklusjonen om pumpen kunne oppfylle kravene til EHA. En serie ytelsestester ble utført på motorpumpeenheten via en pumpetestbenk i hastighetsområdet 1,450-9,000 o / min og trykkområdet 1-30 MPa.
Vi testet den totale effektiviteten til motor-pumpeenheten under forskjellige arbeidsforhold etter å ha bekreftet konsistensen mellom testresultatene av strømningsutgangsegenskapene med simuleringsresultatene. Resultatene viste at forsamlingen har høyere total effektivitet ved arbeid ved 4,500-7,000 o / min under trykket på 10-25 MPa og ved 2,000-2,500 o / min under 5-15 MPa. Samlet sett kan denne metoden brukes til å avgjøre på forhånd om motorpumpemonteringen oppfyller kravene til EHA. Videre foreslår dette papiret en rask testmetode for motorpumpemonteringen under forskjellige arbeidsforhold, noe som kan bidra til å forutsi EHA-ytelse.
Introduction
EHA er kjent som en typisk integrert aktuator med høy effekttetthet, og har brede utsikter innen områder som luftfart, luftfart, anleggsmaskiner og robotikk 1,2. EHA består hovedsakelig av en servomotor, pumpe, sylinder, trykkreservoar, ventilblokk, modusreguleringsventiler, modulreguleringsventiler og sensorer, som utgjør et høyt integrert, pumpestyrt, lukket hydraulisk system. Det skjematiske diagrammet og den fysiske modellen er vist i figur 1 3,4,5,6,7. Motorpumpeenheten er kjernekraften og kontrollkomponenten, og den bestemmer den statiske og dynamiske ytelsen til EHA7.
Den konvensjonelle motorpumpeenheten består av en separat motor og pumpe, hvis aksler er forbundet med en akselkobling8. Denne strukturen har betydelige negative effekter på ytelsen og levetiden til EHA. For det første vil både motoren og pumpen bære en relativt stor vibrasjon på grunn av monteringsnøyaktigheten, spesielt ved høy hastighet5. Vibrasjon vil ikke bare påvirke pumpens utgangsegenskaper, men også akselerere slitasjen på friksjonsgrensesnittene i pumpen, noe som fører til svikt i motorpumpeenheten9. For det andre må tetninger settes på akselenden av pumpen, noe som ikke fundamentalt kan forhindre lekkasje. I mellomtiden reduseres den mekaniske effektiviteten til motorpumpeenheten med økende friksjonsmotstand10. For det tredje vil den hyppige reverseringen av motorpumpeenheten akselerere slitasjen på koblingen og øke muligheten for tretthetsbrudd, noe som reduserer systempåliteligheten til EHA11,12.
Dermed ble det utviklet en koaksial motorpumpe med én aksel i et delt hus for å unngå disse manglene. Strukturen er vist i figur 2. En ikke-koblingsdesign er vedtatt i denne komponenten, noe som samtidig kan øke den dynamiske ytelsen og smørestatusen til motoren og pumpen. Denne koaksiale designen med én aksel sikrer justeringen av de to rotorene og forbedrer dynamisk balanse under høyhastighetsforhold. Videre eliminerer delte boliger fundamentalt lekkasje av akselenden.
Testing av utgangsegenskapene til EHA-motorpumpeenheten er av stor betydning for optimalisering og forbedring av EHA-ytelsen. Imidlertid er det relativt få studier på ytelsestesting av motorpumpeenheten, spesielt for EHAer. Derfor gjennomførte vi en testmetode for å kombinere simulering og eksperimenter. Denne metoden er egnet for testing av motorpumpeenheter med et bredt spekter av driftsforhold, spesielt EHA-pumper.
Det er to hovedutfordringer: Den første er å bygge en nøyaktig simuleringsmodell for å analysere utgangsstrømningsegenskapene til motorpumpen og gi hjelp til optimal utforming av motorpumpeenheten. Vi har etablert en simuleringsmodell av motorpumpeenheten gjennom hierarkisk modellering og realisert simuleringsanalysen av utgangsstrømmen ved å endre forskjellige parametere. Den andre er kavitasjonen av testelementet forårsaket av høy hastighet, som er det viktigste aspektet som skiller det fra vanlige pumper. Derfor fokuserte vi mer på utformingen av oljeforsyningssystemet når vi designet testsystemet for å realisere testen under ulike arbeidsforhold.
I denne protokollen ble det etablert en endimensjonal simuleringsmodell for å simulere pumpestrømningsegenskapene i utgangspunktet, og bedømme om pumpestrømningsegenskapene oppfyller kravene til EHA. Deretter ble strømningsegenskapene og den totale effektiviteten eksperimentelt testet på en dedikert testbenk, og oppnådde det totale effektivitetskartet som ikke kan simuleres nøyaktig ved simulering. Til slutt ble pumpestrømningsegenskapene sammenlignet med de eksperimentelle resultatene for å verifisere nøyaktigheten av simuleringsresultatene. I mellomtiden ble det samlede effektivitetskartet oppnådd for å evaluere ytelsen til koaksialmotorpumpeenheten med en aksel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Simulering av pumpestrømningsegenskaper
- Bygg simuleringsmodellen for motorpumpeenheten. Åpne AMESim-simuleringsplattformen og gå inn i SKETCH-modus .
- Bygg simuleringsmodellen for et enkelt stempel i henhold til den kinematiske matematiske modellen og fordelingskurven (figur 3). Innkapsle enkeltstempelmodellen som en superkomponent (figur 4).
MERK: Den viktigste kinematiske matematiske modellen av stempelet (Eq (1)) gir:
(1)
I denne ligningen er x den absolutte forskyvningen av stempelet, β er hellingsvinkelen på vaskeplaten, φ er stempelets fasevinkel, R f er sylinderblokkens fordelingsradius, df er sylinderblokkens fordelingsdiameter. - Bygg pumpemodellen med tanke på ventilplatens lekkasje og friksjon (figur 4). For å bygge ventilplatemodulen fokuserer du hovedsakelig på den viskøse friksjons- og gasseffekten av stempel / sylinderblokkgrensesnittet og glatt / vaskeplategrensesnitt.
- Bygg motormodellen via en ideell momentmodul (figur 4). Bruk en ideell dreiemomentmodul for å simulere motoren, ignorere jerntap, kobbertap og røretap av motoren.
- Bygg simuleringsmodellen for et enkelt stempel i henhold til den kinematiske matematiske modellen og fordelingskurven (figur 3). Innkapsle enkeltstempelmodellen som en superkomponent (figur 4).
- Still inn hovedparametrene til motorpumpemonteringsmodellen.
- Still parametrene for motorpumpeenheten i henhold til tabell 1. Gå inn i PARAMETER-modus og angi hovedparametrene ved å dobbeltklikke på den spesifikke komponenten i simuleringsmodellen. Still inn rotasjonshastigheten og testtrykket i henhold til tabell 2.
- Angi prerun-parametrene til modellen: Starttid: 0 s, Sluttid: 1 s, Utskriftsintervall: 1 ms.
- Prerun simuleringen for å oppnå steady state.
- Kjør simuleringen og kontroller om systemet vil nå steady state på slutten av simuleringen. Hvis systemet når steady state, sjekk alternativet bruk gamle endelige verdier i vinduet Kjør parametere . Hvis ikke, tilbakestill den endelige tiden i trinn 1.2.1 til 2 s eller enda lenger og gjenta trinn 1.2.2 til systemet når steady state.
- Angi kjøreparametrene til modellen: Starttid: 0 s, Sluttid: 0.2s, Utskriftsintervall: 0.002 ms.
- Kjør simuleringen og lagre simuleringsdataene.
MERK: Gjenta trinn 1.2.1-1.2.4 for en bestemt arbeidstilstand; lagre dataene etter simuleringen. - Eksporter simuleringsdataene og plott den strømningskarakteristiske konturen til motor-pumpe-enheten i OriginPro. Beregn verdien av pumpestrømmen som gjennomsnittet av pumpestrømmen registrert innen 0,2 s.
- Bestemmelse av utgangsstrømningsegenskaper
- Plott utgangsstrømningskurven til motorpumpeenheten ved maksimal hastighet under forskjellige trykkforhold.
- Beregn den nødvendige utgangsstrømningshastigheten til pumpen i henhold til den spesifikke EHA-maksimale hastigheten, og plott den nødvendige utgangsstrømningshastighetskurven ved forskjellige trykkforhold.
- Forsikre deg om at den nødvendige strømningshastighetskurven til EHA er omsluttet av utgangsstrømningshastighetskurven til motorpumpeenheten.
(1)2. Etablering av den eksperimentelle plattformen
- Etabler testbenken.
- Forbered hydrauliske komponenter på testbenken i henhold til tabell 3. Sørg for at nøkkelparametrene for hver komponent oppfyller kravene som er oppført i tabell 3.
- Design og produser de hydrauliske ventilblokkene og bygg et hydraulisk system i henhold til det hydrauliske skjematiske diagrammet (figur 5). Sørg for at de relative posisjonene til komponentene er de samme som det skjematiske diagrammet som vises, og at trykksensorene og temperatursensorene er plassert så nær testpunktet som mulig.
MERK: Denne serien av eksperimenter ble utført på en dedikert testbenk for høyhastighets- og høytrykkspumpebelastning, som vist i figur 6. - Design og produksjon av verktøy- og testventilblokkene. Sørg for at designverktøyet er i henhold til det spesifikke grensesnittet til den testede pumpen og testbenken.
- Installasjon av de mekaniske grensesnittene (figur 7)
- Koble endesiden av motorpumpeenheten med testventilblokken. Bruk minst 4 skruer for å sikre god tetningsytelse.
- Fest motorpumpeenheten og testventilblokken på arbeidsbenken på testbenken (figur 8). Koble motorpumpeenheten og testventilblokken til det dedikerte verktøyet med fire skruer og verktøyet til arbeidsbenken med 2 skruer.
MERK: Forsikre deg om at de to skruene er tilstrekkelig sterke slik at det ikke oppstår vibrasjoner mens du utfører testen. - Installer to grupper av trykk- og temperatursensorer i port A og port B på testventilblokken. Koble disse sensorene direkte til lekkasjeporten for lekkasjeovervåking.
MERK: Det er nødvendig å designe og produsere forskjellige verktøy for forskjellige testede motorpumpeenheter for å fullføre eksperimentet.
- Tilkobling av hydrauliske grensesnitt (figur 7)
- Koble de to høytrykksoljeportene til pumpekilden med port A eller B på testventilblokken.
- Koble trykkoljeporten til pumpens lekkasjeoljeport.
- Luftutmattende motorpumpe
- Forsikre deg om at avlastningsventilen til oljeforsyningssystemet er i lossetilstand. Kjør oljetilførselsmotoren i 3 minutter for å tømme luften i testsystemet og varm den opp.
MERK: Den spesifikke kjøretiden bestemmes i henhold til de spesifikke forholdene til testbenken. Hovedformålet med dette trinnet er å sikre at oljen strømmer fullt ut inn i hver komponent i testkretsen og overflatetemperaturen til den testede pumpen er nær oljetemperaturen.
- Forsikre deg om at avlastningsventilen til oljeforsyningssystemet er i lossetilstand. Kjør oljetilførselsmotoren i 3 minutter for å tømme luften i testsystemet og varm den opp.
- For å se etter lekkasjer i motorpumpeenheten, slå av avlastningsventilen til oljeforsyningssystemet. Juster oljetilførselstrykket til 2 MPa i mer enn 1 min.
MERK: Dette vil bidra til å finne ut om det er noen åpenbar lekkasje i testsystemet, for eksempel lekkasje forårsaket av feil i O-ringen.- Se etter lekkasje i motorpumpeenheten. Hvis det lekker, må du først slå av hydraulikksystemet og erstatte tetningen, og gjenta deretter trinn 2.3 og 2.4. Hvis det ikke er lekkasje, åpner du avlastningsventilen til oljeforsyningssystemet.
- Tilkobling av de elektriske grensesnittene (figur 9)
- Koble strømforsyningsgrensesnittet og det roterende signalgrensesnittet til motorpumpeenheten.
- Koble driveren til kontrolleren via RS 442, som arbeider i full dupleksmodus.
- Koble driveren til 270 VDC-strøm.
- Inspeksjon uten belastning av motor-pumpe-enheten
- Kjør oljeforsyningspumpen og hold avlastningsventilene til oljeforsynings- og lastesystemene i lossetilstand. Slå på føreren og kontrolleren, og kontroller om motorpumpeenheten kan motta kontrollkommandoen normalt.
MERK: Innløpsporten til motorpumpeenheten kan trykksettes via en oljeforsyningspumpe, slik at komponenten ikke kan kaviteres. - Sett en instruksjon på 2,000 o / min fremover til motorpumpeenheten. Vær oppmerksom på arbeidstilstanden til motorpumpeenheten og kontroller om det er lekkasje ved ventilblokken (se trinn 2.5).
- Sett en instruksjon på 2,000 o / min omvendt til motorpumpeenheten. Vær oppmerksom på arbeidstilstanden til motorpumpeenheten og kontroller om det er lekkasje ved ventilblokken (se trinn 2.5).
- Kjør oljeforsyningspumpen og hold avlastningsventilene til oljeforsynings- og lastesystemene i lossetilstand. Slå på føreren og kontrolleren, og kontroller om motorpumpeenheten kan motta kontrollkommandoen normalt.
3. Pumpestrøm og total effektivitetstest av motor-pumpe-enheten
- Innstilling av oljeforsyningssystemet
- Kjør oljeforsyningspumpen og sett avlastningsventilene til oljeforsyningssystemet og lastesystemet til lastetilstanden.
- Juster oljetilførselsventilen til minimum oljeforsyningstrykk psmin på 0,6 MPa. Følg trinn 3.1.2.1-3.1.2.3 for å velge psmin.
MERK: psmin er trykket i innløpsporten til motorpumpeenheten for å unngå kavitasjon.- Juster oljetilførselstrykket til 1 MPa eller mer, som avgjøres av den testede motorpumpeenheten.
- Juster rotasjonshastigheten til den testede motorpumpeenheten til 9 000 o / min, og sørg for at pumpestrømmen er lik den teoretiske pumpestrømmen. Ellers øker du oljeforsyningstrykket for å unngå kavitasjon.
- Reduser oljeforsyningstrykket sakte og registrer endringen av pumpestrømmen. Plott den relative pumpestrømmen versus oljeforsyningstrykket, og finn bøyningspunktet for pumpestrømmen - oljeforsyningstrykket til dette punktet er det minsteoljeforsyningstrykket p smin.
- Juster lastavlastningsventilen til psmin.
- Slå på temperaturkontrollsystemet og juster oljetemperaturen til 30 °C.
- Slå på termisk bildeapparat for å oppdage overflatetemperaturen til motorpumpeenheten.
- Send kontrollinstruksjoner til motorpumpeenheten for å få den til å kjøre kontinuerlig med en bestemt hastighet (tabell 2).
- Juster lastavlastningsventilen og øk lasttrykket gradvis til en bestemt verdi (tabell 2). Hold i 4 s ved hvert kritisk målt trykk.
MERK: Vær nøye med motortemperaturen under forsøket. Forsikre deg om at temperaturen på motorpumpens monteringsflate er lavere enn 100 ° C. - Etter at trykket når den spesifikke verdien av hastigheten, juster lastavlastningsventilen tilbake til 1 MPa.
- Gjenta trinn 3.3 og 3.4 til egenskapene til alle kritiske trykkmålepunkter er testet i henhold til tabell 2.
- Eksporter eksperimentelle strømningsdata og plott pumpestrømningskarakteristikkkartet for motor-pumpeenheten.
- Beregn den totale effektiviteten ηo for motorpumpeenheten under forskjellige arbeidsforhold og plott det totale effektivitetskartet.
MERK: Den totale effektiviteten til motorpumpeenheten er gitt av Eq (2):
. (2)
Hvor Po er utgangseffekten til motorpumpeenheten, Pi er inngangseffekten til føreren, Q-pumpen er pumpestrømmen; Δp er pumpens trykkforskjell; U-strøm er strømforsyningens utgangsspenning; Istrøm er strømforsyningens utgangsstrøm.
. (2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Simuleringsresultatet av utslippsstrømmen (figur 10A) indikerte at utslippsstrømmen avtok noe med økningen i belastningstrykket når hastigheten var konstant. Videre økte utgangsstrømningshastigheten lineært med økende hastighet når trykket er konstant, dømme fra samme beltebredde. For å evaluere ytelsen til motorpumpeenheten direkte under forskjellige arbeidsforhold, plottet vi det volumetriske effektivitetsdiagrammet (figur 11A). Det viste at pumpens volumetriske effektivitet var høyere mens trykket og hastigheten var relativt lav. Når hastigheten var 3,000 o / min, var det maksimale utgangstrykket for volumetrisk effektivitet på 95% 5 MPa; når hastigheten var 8,000 o / min, steg denne verdien raskt til 23 MPa.
Figur 10B viser de eksperimentelle resultatene av utslippsstrømmen, som sammenfaller godt med simuleringen. Den lille forskjellen mellom de eksperimentelle resultatene og simuleringsresultatene er at når hastigheten er høyere enn 5000 o / min, reduseres utgangsstrømmen først og øker deretter med det stigende trykket. Figur 11B viser eksperimentets volumetriske effektivitet. De eksperimentelle resultatene skiller seg fra simuleringsresultatene, spesielt når motor-pumpe-enheten fungerer ved høy hastighet og lavt trykk. Når trykkfallet er lavere enn 10 MPa, reduseres den volumetriske effektiviteten med økningen i rotasjonshastigheten.
Figur 12 indikerer forskjellene i volumetrisk effektivitet og pumpestrøm mellom de simulerte og eksperimentelle resultatene. Det er vist i denne figuren at simuleringsresultatene av pumpestrømmen er i god overensstemmelse med de eksperimentelle resultatene. Videre holdes volumeffektivitetsfeilen også innenfor 10%. Når hastigheten er høyere enn 4,000 o / min, kan feilen kontrolleres innen 4%. Figur 13 viser den totale effektiviteten til motorpumpeenheten. Når motorpumpeenheten fungerer under arbeidsforholdene med lav hastighet og høyt trykk eller høy hastighet og lavt trykk, er den totale effektiviteten relativt lav, spesielt ved høy hastighet og lavt trykk når den totale effektiviteten faller til ~ 10%. Når trykkfallet ligger i området 5 til 15 MPa, og hastigheten er 2,000-8,000 o / min, kan den totale effektiviteten nå opptil 60%.
Figur 1: Struktur og skjematisk diagram over EHA. Det øvre bildet av modellen er 3D-modellen til EHA, og det nedre bildet er det skjematiske diagrammet. Forkortelse: EHA = elektrohydrostatisk aktuator. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Strukturen til koaksialmotorpumpen med én aksel . Denne figuren viser den indre strukturen til en motorpumpeenhet, som består av hus, aksel, rotor, statorspole, koder, bakre endeplate, vaskeplate, stempel, sylinderblokk og ventilplate. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Simuleringsmodell av et enkelt stempel. Denne figuren viser sammensetningen av en enkeltstempelmodell, inkludert en stempelvolumhulemodell, en strømningsfordelingsmodell og en tøffelmodell. Funksjonen f(x,y) indikerer friksjonseffekttapet til spyleplaten/tøffelgrensesnittet, og funksjonen f(x,y,z) indikerer det viskøse friksjonseffekttapet til stempel-/sylinderblokkgrensesnittet. Tallene i denne figuren indikerer grensesnittene til superkomponenten i enkeltstempelsimuleringsmodellen. Forkortelser: PCI = Stempel / sylinderblokkgrensesnitt; SSI = Swash plate / Slipper grensesnitt; P = trykk; V = hastighet; μ = friksjonskoeffisient; Q = flyt; A, B = porter på motorpumpeenheten; M = masse; F = kraft Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Simuleringsmodell av motorpumpeenheten. Motorpumpemonteringsmodellen består hovedsakelig av 9 enkeltstempelmodeller med forskjellige fasevinkler, en ideell motormodell og en ventilplatefriksjonsmodell. Funksjonen f(x,y) indikerer pumpens churning-tap, den øvre funksjonen f(x,y,z) indikerer volumeffekttapet til sylinderblokken/ventilplategrensesnittet, og den nedre indikerer friksjonseffekttapet til sylinderblokken/ventilplategrensesnittet. Tallene i denne figuren indikerer grensesnittene til superkomponenten i enkeltstempelsimuleringsmodellen. Forkortelser: CVI = Sylinderblokk / ventilplategrensesnitt; P = trykk; V = hastighet; μ = friksjonskoeffisient; Q = flyt; A, B = porter på motorpumpeenheten; M = masse; F = kraft. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Hydraulisk skjematisk diagram over forsøkene. Denne figuren skildrer eksperimentets hydrauliske skjema. En brokrets bestående av fire tilbakeslagsventiler brukes til å bytte strømningsretninger. Forkortelser: D = driver av oljeforsyningspumpen; P = trykk; T = temperatur; I = sensor. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Strukturell sammensetning av testbenken. Dette bildet viser sammensetningen av testbenken: kontrollpanelet, hydraulikksystemet, oljekjøleren og testbrettet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Installasjon av motorpumpeenheten. Dette bildet viser installasjonstilstanden til motorpumpeenheten og utformingen av trykk- og temperatursensorene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: Tilkobling av verktøyet. Dette bildet viser tilkoblingen av motorpumpeenheten og testventilblokken med verktøyet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 9: Tilkobling av de elektriske grensesnittene. Dette bildet viser tilkoblingen til motorpumpeenheten, føreren og kontrolleren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 10: Simulering og eksperimentelle resultater av pumpestrømmen. (A) Konturlinjen viser de simulerte resultatene av pumpestrømmen. Resultatene indikerer en god liner karakteristisk for utslippsstrømmen. (B) Kotelinjen viser de eksperimentelle resultatene av pumpestrømmen. Eksperimentresultatene er i tråd med simuleringsresultatene. Fargelinjen indikerer pumpestrømmen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 11: Simulering og eksperimentelle resultater av volumetrisk effektivitet . (A) Konturlinjen viser de simulerte resultatene av den volumetriske effektiviteten. I følge simuleringsresultatene er den volumetriske effektiviteten til motorpumpemonteringen relativt høy, bortsett fra når motorpumpeenheten fungerer i en tilstand med høyt trykk og lav hastighet. (B) Konturlinjen viser de eksperimentelle resultatene av den volumetriske effektiviteten. De eksperimentelle resultatene skiller seg fra simuleringsresultatene, spesielt ved arbeidsforhold med høy hastighet og lavt trykk. Fargelinje angir % volumetrisk effektivitet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 12: Effektivitet og pumpestrøm av forskjellige hastigheter under trykkfallet på 15 MPa. Den heldekkende svarte linjen representerer de volumetriske effektivitetseksperimentelle resultatene, og den røde linjen representerer simuleringsresultatene. Den volumetriske effektiviteten øker med økende hastighet, og simuleringsresultatene er nærmere de eksperimentelle resultatene når hastigheten er høyere. Den stiplede svarte linjen representerer eksperimentelle resultater fra pumpestrømmen og den røde linjen simuleringsresultatene. Det kan ses fra figuren at simuleringsresultatene nesten sammenfaller med de eksperimentelle resultatene i hastighetsområdet 3,500-9,000 o / min. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 13: Eksperimentelle resultater av den totale effektiviteten. Konturlinjen viser den totale effektiviteten til motorpumpeenheten. Når motorpumpen fungerer under ekstreme forhold, er den totale effektiviteten relativt lav. Fargelinje angir % total effektivitet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Parameter | Symbol | Enhet | Verdi | ||
| Sylinderblokkens fordelingsdiameter | df | Mm | 29.3 | ||
| Skråvinkel på vaskeplaten | β | ° | 9 | ||
| Stempelets diameter | dz | Mm | 7.5 | ||
| Stempelnummer | Z | - | 9 | ||
| Lengde på stempelkulehodehull | lqt | Mm | 7.3 | ||
| Diameter på stempelkulehodehull | DQT | Mm | 1 | ||
| Ugyldig volum av stempelhulen | Vd | mm3 | 392.69 | ||
| Oljefilmtykkelsen på stempel-/sylinderblokkgrensesnittet | hp | μm | 3 | ||
| Diameteren på tøffelhullet | ds | Mm | 0.4 | ||
| Lengden på tøffelhullet | ls | Mm | 1.5 | ||
| Ytre diameter på tøffeltetningsbelte | DSSO | Mm | 8.8 | ||
| Innvendig diameter på tøffeltetningsbelte | DSSI | Mm | 6.3 | ||
| Oljefilmtykkelse på grensesnittet til tøffel/vaskeplate | hs | μm | 5 | ||
| Innvendig diameter på ventilplatens indre tetningsbelte | Dci | Mm | 12.05 | ||
| Utvendig diameter på ventilplatens indre tetningsbelte | Dci | Mm | 13.15 | ||
| Innvendig diameter på ventilplate outter tetningsbelte | Dco | Mm | 16.15 | ||
| Outter diameter på ventilplate outter tetningsbelte | Dco | Mm | 17.3 | ||
| Oljefilmtykkelsen på sylinderblokken / ventilplategrensesnittet | hc | μm | 10 | ||
| Sylinderblokkens diameter | dc | Mm | 41.7 | ||
| Lengden på sylinderblokken | lc | Mm | 27.8 | ||
Tabell 1: Simuleringsparametere. Denne tabellen viser hovedparametrene til simuleringsmodellen for motorpumpemontering.
| Kritisk hastighet (rpm) | Kritisk belastning Trykkforskjell for simulering (MPa) | Kritisk belastning Trykkforskjell for eksperimentell 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 | ||
Tabell 2: Spesifikk hastighet og trykk på motorpumpeenheten. Denne tabellen viser de kritiske arbeidspunktene for motorpumpemonteringseksperimentene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Når du utfører disse eksperimentelle trinnene, er det viktig å sørge for at trykkmålepunktene er nær nok til pumpens oljeport, noe som i stor grad vil påvirke de eksperimentelle resultatene. I tillegg må du være oppmerksom på trykket på innløpsporten til motorpumpeenheten for å sikre at det ikke eksisterer kavitasjon, spesielt ved høyhastighets arbeidsforhold.
Denne metoden muliggjør en dynamisk justering av oljeforsyningstrykket, og realiserer en nøyaktig simulering av forskjellige arbeidsforhold.
En begrensning av denne metoden er at den totale effektiviteten til motorpumpeenheten ikke kan oppnås nøyaktig ved simulering. I simuleringsmodellen er pumpens tre hovedfriksjonsflater under full oljefilmsmøring, noe som betyr at det bare eksisterer viskøs friksjon i grensesnittet. Den faktiske situasjonen er imidlertid at tilstanden til oljefilmen skifter mellom full oljefilmsmøring og grensesmøring, som ikke kan simuleres av simuleringsmodellen. Derfor fokuserer vi på å bruke en simuleringsmodell for å simulere pumpen, som har fordelene med lave kostnader og rask hastighet uten å være begrenset til de faktiske parametrene til prototypen. I mellomtiden gjør vi opp for denne begrensningen gjennom eksperimentelle metoder.
En annen begrensning er at metoden ikke simulerer de termiske egenskapene til motorpumpeenheten for EHA veldig bra. Siden EHA er et svært integrert system, er motorpumpeenheten tett forbundet med aktiveringssylinderen og trykkbeholderen, noe som fører til en kompleks termisk situasjon. Dermed kan metoden bare teste ytelsen til motorpumpeenheten under en bestemt temperaturtilstand, mens det faktiske temperaturvariasjonsområdet er bredt.
Den forbedrede ytelsen til motorpumpemonteringen har spilt en avgjørende rolle i å fremme populariteten til EHA. Basert på resultatene som er rapportert i denne artikkelen, er det fortsatt rom for forbedring av den totale effektiviteten til motorpumpeenheten. Sammenlignet med eksisterende metoder kan motor-pumpe-monteringsegenskaper undersøkes mer effektivt under et bredt spekter av arbeidsforhold ved å vedta denne protokollen. Denne metoden skal legge grunnlaget for optimalisering av motor-pumpe-enheten og gi en sterk garanti for den raske utviklingen av EHA. I tillegg er det av stor betydning for å teste ytelsen til motorpumpen og dermed realisere den positive utformingen av motorpumpen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer at de ikke har noen interessekonflikter.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av Chinese Civil Aircraft Project [No. 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).
