Summary
Vi byggde en simuleringsmodell för att utvärdera pumpflödesegenskaper och prestanda för den enaxliga koaxialmotorpumpenheten i elektrohydrostatiska ställdon och undersöka den totala effektiviteten i en bred uppsättning arbetsförhållanden för motorpumpenheten experimentellt.
Abstract
Ett elektrohydrostatiskt ställdon (EHA) kan vara det mest lovande alternativet jämfört med de traditionella hydrauliska servoställdonen för sin höga effekttäthet, enkla underhåll och tillförlitlighet. Som den kärnkraftenhet som bestämmer EHA: s prestanda och livslängd, bör motorpumpenheten samtidigt ha ett brett hastighets- / tryckområde och ett högt dynamiskt svar.
Detta dokument presenterar en metod för att testa motorpumpens prestanda genom simulering och experiment. Flödesutgångsegenskaperna definierades genom simulering och analys av enheten i början av experimentet, vilket ledde till slutsatsen om pumpen kunde uppfylla kraven i EHA. En serie prestandatester utfördes på motorpumpenheten via en pumptestbänk i hastighetsområdet 1 450-9 000 varv / min och tryckområdet 1-30 MPa.
Vi testade motorpumpens totala effektivitet under olika arbetsförhållanden efter att ha bekräftat överensstämmelsen mellan testresultaten för flödesutgångsegenskaperna med simuleringsresultaten. Resultaten visade att enheten har högre total effektivitet vid arbete vid 4 500-7 000 rpm under trycket 10-25 MPa och vid 2 000-2 500 rpm under 5-15 MPa. Sammantaget kan denna metod användas för att i förväg bestämma om motorpumpenheten uppfyller kraven i EHA. Dessutom föreslår detta dokument en snabb testmetod för motorpumpenheten under olika arbetsförhållanden, vilket kan hjälpa till att förutsäga EHA-prestanda.
Introduction
EHA är känt som ett typiskt integrerat ställdon med hög effekttäthet och har breda utsikter inom områden som flyg-, flyg-, byggmaskiner och robotik 1,2. EHA består huvudsakligen av en servomotor, pump, cylinder, trycksatt behållare, ventilblock, lägesreglerventiler, modulreglerventiler och sensorer, som utgör ett mycket integrerat, pumpstyrt, slutet hydraulsystem. Det schematiska diagrammet och den fysiska modellen visas i figur 1 3,4,5,6,7. Motorpumpenheten är kärnkraften och styrkomponenten, och den bestämmer den statiska och dynamiska prestandan hos EHA7.
Den konventionella motorpumpenheten består av en separat motor och pump, vars axlar är anslutna med en axelkoppling8. Denna struktur har betydande negativa effekter på EHA: s prestanda och livslängd. För det första kommer både motorn och pumpen att bära en relativt stor vibration på grund av monteringsnoggrannheten, särskilt vid hög hastighet5. Vibrationer påverkar inte bara pumpens utgångsegenskaper utan påskyndar också slitaget på friktionsgränssnitten i pumpen, vilket leder till att motorpumpenheten9 misslyckas. För det andra måste tätningar ställas in vid pumpens axeländar, vilket inte i grunden kan förhindra läckage. Under tiden minskar den mekaniska effektiviteten hos motorpumpenheten med ökande friktionsmotstånd10. För det tredje kommer den frekventa vändningen av motorpumpenheten att påskynda slitaget på kopplingen och öka risken för utmattningsbrott, vilket minskar systemets tillförlitlighet hos EHA11,12.
Således utvecklades en enaxlig koaxial motorpumpenhet i ett delat hus för att undvika dessa brister. Strukturen visas i figur 2. En design utan koppling antas i denna komponent, vilket samtidigt kan öka motorns och pumpens dynamiska prestanda och smörjstatus. Denna koaxialdesign med en axel säkerställer inriktningen av de två rotorerna och förbättrar dynamisk balans under höghastighetsförhållanden. Dessutom eliminerar delat hus i grunden axelslutläckage.
Att testa utgångsegenskaperna hos EHA-motorpumpenheten är av stor betydelse för optimering och förbättring av EHA-prestanda. Det finns dock relativt få studier om prestandatestning av motorpumpenheten, särskilt för EHA. Därför genomförde vi en testmetod för att kombinera simulering och experiment. Denna metod är lämplig för testning av motorpumpaggregat med ett brett spektrum av driftsförhållanden, särskilt EHA-pumpar.
Det finns två huvudutmaningar: den första är att bygga en exakt simuleringsmodell för att analysera motorpumpens utgångsflödesegenskaper och ge hjälp för optimal design av motorpumpenheten. Vi har etablerat en simuleringsmodell av motorpumpenheten genom hierarkisk modellering och realiserat simuleringsanalysen av utgångsflödet genom att ändra olika parametrar. Den andra är kavitationen av testelementet som orsakas av hög hastighet, vilket är den viktigaste aspekten som skiljer den från vanliga pumpar. Därför fokuserade vi mer på utformningen av oljeförsörjningssystemet när vi utformade testsystemet för att förverkliga testet under olika arbetsförhållanden.
I detta protokoll upprättades en endimensionell simuleringsmodell för att simulera pumpflödesegenskaperna initialt och bedöma om pumpflödesegenskaperna uppfyller kraven i EHA. Därefter testades flödesegenskaperna och den totala effektiviteten experimentellt på en dedikerad testbänk och erhöll den övergripande effektivitetskartan som inte kan simuleras exakt genom simulering. Slutligen jämfördes pumpflödesegenskaperna med de experimentella resultaten för att verifiera noggrannheten i simuleringsresultaten. Under tiden erhölls den övergripande effektivitetskartan för att utvärdera prestandan hos den enaxlade koaxialmotorpumpenheten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Simulering av pumpflödesegenskaper
- Bygg simuleringsmodellen för motorpumpenheten. Öppna AMESim-simuleringsplattformen och gå in i SKETCH-läget .
- Bygg simuleringsmodellen för en enda kolv enligt den kinematiska matematikmodellen och fördelningskurvan (figur 3). Kapsla in enkolvsmodellen som en superkomponent (figur 4).
OBS: Kolvens huvudsakliga kinematiska matematiska modell (Eq (1)) ger:
(1)
I denna ekvation är x kolvens absoluta förskjutning, β är swashplattans lutningsvinkel, φ är kolvens fasvinkel, R f är cylinderblockets fördelningsradie, df är cylinderblockets fördelningsdiameter. - Bygg pumpmodellen med tanke på ventilplattans läckage och friktion (figur 4). För att bygga ventilplattmodulen, fokusera främst på den viskösa friktionen och strypningseffekten av kolv / cylinderblockgränssnittet och gränssnittet mellan toffel / swashplatta.
- Bygg motormodellen via en idealisk vridmomentmodul (figur 4). Använd en idealisk vridmomentmodul för att simulera motorn, ignorera järnförlusten, kopparförlusten och omrörningsförlusten av motorn.
- Bygg simuleringsmodellen för en enda kolv enligt den kinematiska matematikmodellen och fördelningskurvan (figur 3). Kapsla in enkolvsmodellen som en superkomponent (figur 4).
- Ställ in huvudparametrarna för motorpumpens monteringsmodell.
- Ställ in parametrarna för motorpumpenheten enligt tabell 1. Gå in i PARAMETER-läget och ställ in huvudparametrarna genom att dubbelklicka på den specifika komponenten i simuleringsmodellen. Ställ in rotationshastigheten och provningstrycket enligt tabell 2.
- Ställ in modellens prerun-parametrar: Starttid: 0 s, Sluttid: 1 s, Utskriftsintervall: 1 ms.
- Förkör simuleringen för att uppnå stabilt tillstånd.
- Kör simuleringen och kontrollera om systemet når steady state i slutet av simuleringen. Om systemet når stabilt tillstånd, kontrollera alternativet använd gamla slutliga värden i fönstret Kör parametrar . Om inte, återställ den sista tiden i steg 1.2.1 till 2 s eller ännu längre och upprepa steg 1.2.2 tills systemet når steady state.
- Ställ in modellens körparametrar: Starttid: 0 s, Slutlig tid: 0,2s, Utskriftsintervall: 0,002 ms.
- Kör simuleringen och spara simuleringsdata.
Anmärkning: Upprepa steg 1.2.1–1.2.4 för ett specifikt arbetsförhållande. Spara data efter simuleringen. - Exportera simuleringsdata och rita upp flödeskarakteristiken för motorpumpenheten i OriginPro. Beräkna värdet på pumpflödet som medelvärdet av pumpflödet registrerat inom 0,2 s.
- Bestämning av utgångsflödesegenskaper
- Rita upp motorpumpens utgångsflödeskurva vid maximal hastighet under olika tryckförhållanden.
- Beräkna pumpens erforderliga utgångsflöde enligt den specifika EHA-maxhastigheten och plotta den önskade utgående flödeshastighetskurvan vid olika tryckförhållanden.
- Se till att den erforderliga flödeshastighetskurvan för EHA omsluts av utgångsflödeskurvan för motorpumpenheten.
(1)2. Etablering av den experimentella plattformen
- Upprätta testbänken.
- Förbered hydrauliska komponenter i provbänken enligt tabell 3. Se till att nyckelparametrarna för varje komponent uppfyller kraven i tabell 3.
- Designa och tillverka hydraulventilblocken och bygg ett hydraulsystem enligt det hydrauliska schematiska diagrammet (figur 5). Se till att komponenternas relativa positioner är desamma som det schematiska diagrammet som visas och att trycksensorerna och temperatursensorerna är placerade så nära testpunkten som möjligt.
OBS: Denna serie experiment utfördes på en dedikerad testbänk för simulering av höghastighets- och högtryckspumpbelastning, som visas i figur 6. - Designa och tillverka verktygs- och testventilblocken. Se till att konstruktionsverktygen är i enlighet med det specifika gränssnittet för den testade pumpen och testbänken.
- Installation av de mekaniska gränssnitten (figur 7)
- Anslut motorpumpens ändyta med testventilblocket. Använd minst 4 skruvar för att säkerställa en bra tätningsprestanda.
- Fäst motorpumpenheten och provventilblocket på provbänkens arbetsbänk (figur 8). Anslut motorpumpenheten och testventilblocket till det dedikerade verktyget med fyra skruvar och verktyget till arbetsbänken med 2 skruvar.
OBS: Se till att de två skruvarna är tillräckligt starka så att ingen vibration visas när du utför testet. - Installera två grupper av tryck- och temperatursensorer i port A och port B på testventilblocket. Anslut dessa sensorer direkt till läckageporten för läckageövervakning.
OBS: Det är nödvändigt att designa och tillverka olika verktyg för olika testade motorpumpaggregat för att slutföra experimentet.
- Anslutning av hydrauliska gränssnitt (figur 7)
- Anslut de två högtrycksoljeportarna på pumpkällan med port A eller B på testventilblocket.
- Anslut den trycksatta oljeporten med pumpens läckande oljeport.
- Luftutmattande av motorpumpenheten
- Se till att oljetillförselsystemets avlastningsventil är i lossningstillstånd. Kör oljetillförselmotorn i 3 minuter för att tömma luften i testsystemet och värma den.
OBS: Den specifika körtiden bestäms enligt de specifika förhållandena i provbänken. Huvudsyftet med detta steg är att säkerställa att oljan flyter helt in i varje komponent i testkretsen och att yttemperaturen på den testade pumpen ligger nära oljetemperaturen.
- Se till att oljetillförselsystemets avlastningsventil är i lossningstillstånd. Kör oljetillförselmotorn i 3 minuter för att tömma luften i testsystemet och värma den.
- För att kontrollera om det finns läckor i motorpumpenheten, stäng av avlastningsventilen i oljetillförselsystemet. Justera oljetillförseltrycket till 2 MPa i mer än 1 min.
OBS: Detta hjälper till att ta reda på om det finns något uppenbart läckage i testsystemet, till exempel läckage som orsakas av O-ringens fel.- Leta efter läckage i motorpumpenheten. Om det läcker, stäng först av hydraulsystemet och byt ut tätningen och upprepa sedan steg 2.3 och 2.4. Om det inte finns något läckage, öppna avlastningsventilen i oljeförsörjningssystemet.
- Anslutning av de elektriska gränssnitten (figur 9)
- Anslut strömförsörjningsgränssnittet och det roterande signalgränssnittet till motorpumpens enhetsdrivrutin.
- Anslut drivrutinen till styrenheten via RS 442, som arbetar i full duplex-läge.
- Anslut drivrutinen till 270 VDC-ström.
- Inspektion utan belastning av motorpumpenheten
- Kör oljetillförselpumpen och håll avlastningsventilerna i oljetillförsel- och lastningssystemen i lossningstillstånd. Slå på föraren och styrenheten och kontrollera om motorpumpenheten normalt kan ta emot kontrollkommandot.
OBS: Inloppsporten på motorpumpenheten kan trycksättas via en oljetillförselpump, vilket förhindrar att komponenten kavitation. - Ställ in en instruktion på 2 000 varv / min framåt till motorpumpenheten. Observera motorpumpaggregatets arbetstillstånd och kontrollera om det finns läckage vid ventilblocket (se steg 2.5).
- Ställ in en instruktion på 2 000 varv / min bakåt till motorpumpenheten. Observera motorpumpaggregatets arbetstillstånd och kontrollera om det finns läckage vid ventilblocket (se steg 2.5).
- Kör oljetillförselpumpen och håll avlastningsventilerna i oljetillförsel- och lastningssystemen i lossningstillstånd. Slå på föraren och styrenheten och kontrollera om motorpumpenheten normalt kan ta emot kontrollkommandot.
3. Pumpflöde och övergripande effektivitetstest för motorpumpenheten
- Inställning av oljeförsörjningssystemet
- Kör oljetillförselpumpen och byt avlastningsventilerna i oljeförsörjningssystemet och lastsystemet till lastningstillståndet.
- Justera oljetillförselavlastningsventilen till det minsta oljetillförseltrycket psmin på 0,6 MPa. Följ steg 3.1.2.1-3.1.2.3 för att välja psmin.
OBS: psmin är trycket i inloppsporten på motorpumpenheten för att undvika kavitation.- Justera oljetillförseltrycket till 1 MPa eller mer, vilket bestäms av den testade motorpumpenheten.
- Justera rotationshastigheten för den testade motorpumpenheten till 9 000 varv / min och se till att pumpflödet är lika med det teoretiska pumpflödet. Annars öka oljetillförseltrycket för att undvika kavitation.
- Minska oljetillförseltrycket långsamt och registrera förändringen av pumpflödet. Plotta det relativa pumpflödet kontra oljetillförseltrycket och hitta böjningspunkten för pumpflödet - oljetillförseltrycket för denna punkt är det minsta oljetillförseltrycket psmin.
- Justera lastavlastningsventilen till psmin.
- Slå på temperaturkontrollsystemet och justera oljetemperaturen till 30 °C.
- Slå på värmekameran för att upptäcka motorpumpens yttemperatur.
- Skicka styrinstruktioner till motorpumpenheten så att den körs kontinuerligt med en viss hastighet (tabell 2).
- Justera lastavlastningsventilen och öka gradvis lasttrycket till ett visst värde (tabell 2). Håll i 4 s vid varje kritiskt uppmätt tryck.
OBS: Var noga med motortemperaturen under experimentet. Se till att temperaturen på motorpumpens monteringsyta är lägre än 100 °C. - När trycket når det specifika värdet på hastigheten, justera lastavlastningsventilen tillbaka till 1 MPa.
- Upprepa steg 3.3 och 3.4 tills egenskaperna hos alla kritiska tryckmätningspunkter har provats enligt tabell 2.
- Exportera experimentella flödesdata och rita upp pumpflödets karakteristiska karta för motorpumpenheten.
- Beräkna den totala effektiviteten ηo för motorpumpenheten under olika arbetsförhållanden och rita upp den totala effektivitetskartan.
OBS: Den totala effektiviteten hos motorpumpenheten ges av Eq (2):
. (2)
Där Po är motorpumpens uteffekt är Pi förarens ingångseffekt, Q-pumpen är pumpflödet; Δp är pumpens tryckskillnad; U-effekt är strömförsörjningens utgångsspänning; Iström är strömförsörjningens utgångsström.
. (2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Simuleringsresultatet av urladdningsflödet (figur 10A) indikerade att urladdningsflödet minskade något med ökningen av belastningstrycket när hastigheten var konstant. Dessutom ökade utgångsflödet linjärt med ökande hastighet när trycket är konstant, att döma av samma rembredd. För att direkt utvärdera motorpumpaggregatets prestanda under olika arbetsförhållanden ritade vi dess volymetriska effektivitetsdiagram (figur 11A). Den visade att pumpens volymetriska effektivitet var högre medan trycket och hastigheten var relativt låg. När hastigheten var 3 000 rpm var det maximala utgångstrycket för volymetrisk effektivitet på 95% 5 MPa; när hastigheten var 8 000 varv / min steg detta värde snabbt till 23 MPa.
Figur 10B visar de experimentella resultaten av urladdningsflödet, vilket sammanfaller väl med simuleringen. Den lilla skillnaden mellan de experimentella resultaten och simuleringsresultaten är att när hastigheten är högre än 5 000 varv / min minskar utgångsflödet först och ökar sedan med det stigande trycket. Figur 11B visar experimentets volymetriska effektivitet. De experimentella resultaten skiljer sig från simuleringsresultaten, särskilt när motorpumpenheten arbetar vid hög hastighet och lågt tryck. När tryckfallet är lägre än 10 MPa minskar den volymetriska effektiviteten med ökningen av rotationshastigheten.
Figur 12 visar skillnaderna i volymetrisk effektivitet och pumpflöde mellan de simulerade och experimentella resultaten. Det visas i denna figur att simuleringsresultaten för pumpflödet är i god överensstämmelse med de experimentella resultaten. Vidare hålls volymeffektivitetsfelet också inom 10%. När hastigheten är högre än 4 000 varv / min kan felet kontrolleras inom 4%. Figur 13 visar motorpumpens totala effektivitet. När motorpumpenheten arbetar vid arbetsförhållandena med låg hastighet och högt tryck eller hög hastighet och lågt tryck är dess totala effektivitet relativt låg, särskilt vid hög hastighet och lågt tryck när dess totala effektivitet sjunker till ~ 10%. När tryckfallet ligger i intervallet 5 till 15 MPa och hastigheten är 2 000-8 000 varv / min kan dess totala effektivitet nå upp till 60%.
Figur 1: Struktur och schematiskt diagram över EHA. Den övre bilden av modellen är 3D-modellen av EHA, och den nedre bilden är det schematiska diagrammet. Förkortning: EHA = elektrohydrostatiskt ställdon. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Struktur för koaxialmotorpumpenheten med en axel. Denna figur visar den inre strukturen hos en motorpumpenhet, som består av hus, axel, rotor, statorspole, kodare, bakre ändplatta, swashplatta, kolv, cylinderblock och ventilplatta. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 3: Simuleringsmodell av en enda kolv. Denna figur visar sammansättningen av en enkolvsmodell, inklusive en kolvvolymkavitetsmodell, en flödesfördelningsmodell och en toffelmodell. Funktionen f(x,y) indikerar friktionseffektförlusten för swashplattans/toffelns gränssnitt, och funktionen f(x,y,z) indikerar den viskösa friktionseffektförlusten för kolv/cylinderblockgränssnittet. Siffrorna i den här figuren anger gränssnitten för superkomponenten i simuleringsmodellen med en kolv. Förkortningar: PCI = Kolv / cylinderblockgränssnitt; SSI = Swash-platta/toffelgränssnitt; P = tryck; V = hastighet; μ = friktionskoefficient; Q = flöde; A, B = portarna på motorpumpenheten; M = massa; F = kraft Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Simuleringsmodell av motorpumpenheten. Motorpumpmonteringsmodellen består huvudsakligen av 9 enkolvsmodeller med olika fasvinklar, en idealisk motormodell och en ventilplattfriktionsmodell. Funktionen f(x,y) indikerar pumpens omsättningsförluster, den övre funktionen f(x,y,z) indikerar volymeffektförlusten för cylinderblocket/ventilplattans gränssnitt och den nedre indikerar friktionseffektförlusten för cylinderblocket/ventilplattans gränssnitt. Siffrorna i den här figuren anger gränssnitten för superkomponenten i enkolvssimuleringsmodellen. Förkortningar: CVI = Cylinderblock / ventilplattgränssnitt; P = tryck; V = hastighet; μ = friktionskoefficient; Q = flöde; A, B = portarna på motorpumpenheten; M = massa; F = kraft. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Hydrauliskt schematiskt diagram över experimenten. Denna figur visar experimentets hydrauliska schema. En brokrets bestående av fyra backventiler används för att växla flödesriktningarna. Förkortningar: D = förare av oljetillförselpumpen; P = tryck; T = temperatur; I = sensor. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Provbänkens strukturella sammansättning. Detta fotografi visar testbänkens sammansättning: kontrollpanelen, hydraulsystemet, oljekylaren och testkortet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: Installation av motorpumpenheten. Detta fotografi visar installationstillståndet för motorpumpenheten och utformningen av tryck- och temperatursensorerna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 8: Anslutning av verktyget. Detta fotografi visar anslutningen av motorpumpenheten och testventilblocket med verktyget. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9: Anslutning av de elektriska gränssnitten. Detta fotografi visar anslutningen av motorpumpenheten, föraren och styrenheten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 10: Simulering och experimentella resultat av pumpflödet . (A) Konturlinjen visar de simulerade resultaten av pumpflödet. Resultaten indikerar en bra foderkarakteristik för urladdningsflödet. B) Konturlinjen visar de experimentella resultaten av pumpflödet. Experimentresultaten är i linje med simuleringsresultaten. Färgfältet indikerar pumpflödet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 11: Simulering och experimentella resultat av volymetrisk effektivitet . (A) Konturlinjen visar de simulerade resultaten av den volymetriska effektiviteten. Enligt simuleringsresultaten är motorpumpens volymetriska effektivitet relativt hög, förutom när motorpumpenheten arbetar i ett tillstånd av högt tryck och låg hastighet. (B) Konturlinjen visar de experimentella resultaten av den volymetriska effektiviteten. De experimentella resultaten skiljer sig från simuleringsresultaten, särskilt vid arbetsförhållanden med hög hastighet och lågt tryck. Färgfältet anger % volymetrisk effektivitet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 12: Effektivitet och pumpflöde med olika hastigheter under tryckfallet på 15 MPa. Den heldragna svarta linjen representerar de volymetriska effektivitetsexperimentella resultaten och den röda linjen representerar simuleringsresultaten. Den volymetriska effektiviteten ökar med ökande hastighet, och simuleringsresultaten ligger närmare de experimentella resultaten när hastigheten är högre. Den streckade svarta linjen representerar pumpflödets experimentella resultat och den röda linjen simuleringsresultaten. Det framgår av figuren att simuleringsresultaten nästan sammanfaller med de experimentella resultaten i hastighetsområdet 3 500-9 000 rpm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 13: Experimentella resultat av den totala effektiviteten. Konturlinjen visar motorpumpens totala effektivitet. När motorpumpenheten fungerar under extrema förhållanden är den totala effektiviteten relativt låg. Färgfältet anger % total effektivitet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Parameter | Symbol | Enhet | Värde | ||
| Cylinderblockets fördelningsdiameter | Df | mm | 29.3 | ||
| Lutningsvinkel för swashplattan | β | ° | 9 | ||
| Kolvens diameter | dz | mm | 7.5 | ||
| Kolvnummer | Z | - | 9 | ||
| Längd på kolvkulans huvudhål | lqt | mm | 7.3 | ||
| Diameter på kolvkulans huvudhål | dqt | mm | 1 | ||
| Ogiltig volym kolvhålighet | Vd | mm3 | 392.69 | ||
| Oljefilmens tjocklek på gränssnittet mellan kolv/cylinderblock | hp | μm | 3 | ||
| Toffelhålets diameter | Ds | mm | 0.4 | ||
| Toffelhålets längd | ls | mm | 1.5 | ||
| Toffeltätningsbältets ytterdiameter | DEnkel inloggning | mm | 8.8 | ||
| Toffeltätningsbältets innerdiameter | DSSI | mm | 6.3 | ||
| Oljefilmens tjocklek på gränssnittet mellan toffeln och swashplattan | hs | μm | 5 | ||
| Innerdiameter på ventilplattans inre tätningsbälte | DCI | mm | 12.05 | ||
| Ytterdiameter på ventilplattans inre tätningsbälte | Dci | mm | 13.15 | ||
| Innerdiameter på ventilplattans utlöpartätningsbälte | DCo | mm | 16.15 | ||
| Utlöpardiameter på ventilplattans utlöpartätningsbälte | Dco | mm | 17.3 | ||
| Oljefilmtjockleken på cylinderblocket / ventilplattans gränssnitt | hc | μm | 10 | ||
| Cylinderblockets diameter | dc | mm | 41.7 | ||
| Cylinderblockets längd | lc | mm | 27.8 | ||
Tabell 1: Simuleringsparametrar. Denna tabell visar huvudparametrarna för simuleringsmodellen för motorpumpmontering.
| Kritiskt varvtal (rpm) | Tryckskillnad vid kritisk belastning för simulering (MPa) | Tryckskillnad vid kritisk belastning för experimentellt 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: Motorpumpens specifika hastighet och tryck. Denna tabell visar de kritiska arbetspunkterna för motorpumpmonteringsexperimenten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
När du utför dessa experimentella steg är det viktigt att se till att tryckmätningspunkterna är tillräckligt nära pumpens oljeport, vilket i hög grad skulle påverka de experimentella resultaten. Var dessutom uppmärksam på trycket i motorpumpaggregatets inloppsport för att säkerställa att ingen kavitation existerar, särskilt vid höghastighetsarbetsförhållanden.
Denna metod möjliggör en dynamisk justering av oljetillförseltrycket och realiserar en exakt simulering av olika arbetsförhållanden.
En begränsning med denna metod är att den totala effektiviteten hos motorpumpenheten inte kan erhållas exakt genom simulering. I simuleringsmodellen är pumpens tre huvudsakliga friktionsytor under full oljefilmsmörjning, vilket innebär att endast viskös friktion finns i gränssnittet. Den faktiska situationen är dock att oljefilmens tillstånd växlar mellan full oljefilmssmörjning och gränssmörjning, vilket inte kan simuleras av simuleringsmodellen. Därför fokuserar vi på att använda en simuleringsmodell för att simulera pumpen, vilket har fördelarna med låg kostnad och snabb hastighet utan att vara begränsad till prototypens faktiska parametrar. Under tiden kompenserar vi för denna begränsning genom experimentella metoder.
En annan begränsning är att metoden inte simulerar de termiska egenskaperna hos motorpumpenheten för EHA särskilt bra. Eftersom EHA är ett mycket integrerat system är motorpumpenheten tätt ansluten till manövercylindern och den trycksatta behållaren, vilket leder till en komplex termisk situation. Således kan metoden endast testa motorpumpens prestanda under ett specifikt temperaturförhållande, medan det faktiska temperaturvariationsområdet är brett.
Den förbättrade prestandan hos motorpumpenheten har spelat en avgörande roll för att främja EHA: s popularitet. Baserat på de resultat som rapporteras i detta dokument finns det fortfarande utrymme för förbättringar av motorpumpenhetens totala effektivitet. Jämfört med befintliga metoder kan motorpumpens monteringsegenskaper undersökas mer effektivt under ett brett spektrum av arbetsförhållanden genom att anta detta protokoll. Denna metod bör lägga en grund för att optimera motorpumpenheten och ge en stark garanti för den snabba utvecklingen av EHA. Dessutom är det av stor betydelse för att testa motorpumpens prestanda och därmed förverkliga motorpumpens positiva design.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några intressekonflikter.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av Chinese Civil Aircraft Project [No. MJ-2017-S49] och 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).
