Ein Modellierungs- und Simulationsverfahren zur Vorkonstruktion einer elektrischen Verdrängerpumpe

Elektrohydrostatische Aktivatoren unterstützen die Elektrifizierung von Schwerlastsystemen. Um einen geringeren Energieverbrauch zu erreichen, konzentriert sich unsere Methode auf die Optimierung, die Nutzung der elektrischen Verdrängerpumpe der Systeme. Unsere Modellierung und die Simulationsmethode unterstützen den Vorentwurf.

Unsere elektrische Verdrängerpumpe, die eine vollständige Leistungsprognose, automatische Parametergenerierung und Designrobustheit wählen sollte. Beginnen Sie mit der Klassifizierung der Parameter für die Auslegung der elektrischen Verdrängerpumpe oder EVDP. Weisen Sie die unabhängigen Parameter, die jede Komponente der aktiven Kategorie darstellen, und die von den aktiven Parametern abgeleiteten Parameter der gesteuerten Kategorie zu.

Bezeichnen Sie dann die berechneten Parameter mithilfe empirischer Funktionen für die empirische Kategorie. Um die Schätzmodelle zu entwickeln, schätzen Sie die pumpen- und motorbetriebenen Parameter aus den aktiven Parametern unter Verwendung der Skalierungsgesetze. Verwenden Sie die Komponentenkataloge, um die angetriebenen Parameter für das Getriebe und den Kugelgewindetrieb aus den aktiven Parametern abzuschätzen.

Bewerten Sie die Pumpen-, Getriebe- und Kugelgewindetriebswirkungsgrade anhand empirischer Funktionen und schätzen Sie die thermischen Widerstände für das thermische Netzwerkmodell, das mit den empirischen Funktionen aus der Thermodynamiktheorie entwickelt wurde. Erstellen Sie das Gewichtsmodell des EVDP in MATLAB, indem Sie die Gewichte jeder Komponente addieren und dann die dynamische Modellierung der EVDP in der Systemsimulationsplattform durchführen. Als nächstes führen Sie eine thermische Modellierung des EVDP in der Systemsimulationsplattform durch, indem Sie ein thermisches Netzwerk für das EVDP festlegen.

Verwenden Sie für die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Modellierung die Ermüdungslebensdauer der Kugel und die Verschleißlebensdauer der Kolbenpumpeneinheit als Lebensdauer. Modellieren Sie die Lebensdauer der Kugelgewindewindel- und Kolbenpumpeneinheit mit den Gleichungen. Nehmen wir an, dass die Zuverlässigkeit des Kugelgewindetriebs und der Pumpe, die ihrer Lebensdauer entspricht, 0,90 beträgt, und definieren Sie die Zuverlässigkeit, wie sie bei der 50.000sten Arbeitsstunde berechnet wird.

Modellieren Sie dann die Zuverlässigkeit des Kugelgewindetriebs und der Kolbenpumpeneinheit mit der Gleichung. Fahren Sie mit dem Zusammensetzen des Modells fort, indem Sie alle Gleichungen jedes Knotens zusammenfügen, um den Modellblock für jeden Knoten zu bilden. Schließen Sie dann die Eingabe- und Ausgabevariablen jedes Knotens ab.

Definieren Sie die Ein- und Ausgänge des gesamten EVDP-Modells und führen Sie die Kausalitätsanalyse aller Knoten durch. Fügen Sie bei Bedarf zusätzliche Knoten hinzu, um sicherzustellen, dass alle Knoten kausal miteinander verbunden sind. Verbinden Sie dann alle Knoten, um das Gesamtmodell des EVDP zu bilden.

Sobald das EVDP-Modell erstellt wurde, überprüfen Sie die Modellierungsmethode mit dem EVDP-Prototyp und dem Prüfstand. Installieren Sie dazu das EVDP auf einem Prüfstand, bestehend aus einem Ladeteil und einem Steuerteil. Verbinden Sie dann die drei EVDP-Ports mit dem Hydraulikkreislauf des Ladeteils und die EVDP-Elektrokabel mit dem Steuerteil.

Führen Sie die Prototypenprüfung durch, indem Sie den Startknopf am Panel drücken und die Hilfshydraulikleistung starten. Nachdem Sie das Mode-Ventil mit der Taste auf dem Panel deaktiviert haben, stellen Sie den Befehl zur fegenden Frequenzverschiebung im Textfeld der Benutzeroberfläche auf EVDP ein. Zeichnen Sie die EVDP-Verschiebungsantwort auf und leiten Sie ihre Magnituden- und Phaseneigenschaften ab.

Um die experimentellen Ergebnisse zu analysieren, legen Sie die aktiven Parameter des EVDP-Prototyps auf das zuvor erstellte Modell fest. Das Modell generiert automatisch andere erforderliche Simulationsparameter. Stellen Sie die Umgebungstemperatur und die anfängliche EVDP-Temperatur auf 40 Grad Celsius ein und führen Sie das Simulationsmodell unter den gleichen Bedingungen wie den EVDP-Prototyptest aus, um die Simulationsergebnisse aufzuzeichnen.

Um die Modellgenauigkeit zu überprüfen, zeichnen Sie die Versuchs- und Simulationsergebnisse jeder Bedingungsgruppe in einer Abbildung auf. Um die Simulationsanalyse des EVDP-Designs durchzuführen, legen Sie die dynamischen und thermischen Modelle fest, indem Sie auf die Registerkarte Parametermodus klicken und die Option TFFD31 auswählen. Gehen Sie dann zum Dateinamen für einfache Fluid-Merkmalsdaten-Registerkarte, um die Öl-Eigenschaftsdatei zu importieren.

Verwenden Sie im Parametermodus die Blöcke THGCV01 oder THGCV02. Um die Umgebungstemperatur wie im Manuskript beschrieben einzustellen, geben Sie die aktiven Parameter in die Parameterschätzungsmodelle ein. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Ausführen unter der Registerkarte Editor, um das Skript zum Generieren aller Simulationsparameter auszuführen.

Verwenden Sie in MATLAB die Schaltfläche Ausführen unter der Registerkarte Editor, um das Skript zur Berechnung des Gewichts und zur Aktivierung der dynamischen und thermischen Modelle mit den Simulationsparametern auszuführen. Die Simulationsergebnisse werden vom Skript automatisch erhalten. Führen Sie mit der Schaltfläche Ausführen auf der Registerkarte Editor das Skript zur Berechnung der EVDP-Lebensdauer und Zuverlässigkeitsleistung aus den gespeicherten Simulationsergebnissen aus.

Wechseln Sie in den Simulationsmodus der Systemsimulationsplattform, um die Ergebnisse zu überprüfen. Leiten Sie dann andere EVDP-Leistungsergebnisse aus diesen Zeitbereichssimulationsergebnissen ab. Um die Simulationsparameter festzulegen, überprüfen Sie den Parametermodus.

Verwenden Sie dann die Schaltfläche Ausführen unter der Registerkarte Editor, um das Skript zum Aktivieren der dynamischen und thermischen Modelle auszuführen. Drücken Sie später auf die Registerkarte Simulationsmodus, um die Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen zu überprüfen. Hier wird die Temperaturdynamik verschiedener EDVP-Teile dargestellt.

Die repräsentative Analyse veranschaulicht den EVDP-Wirkungsgrad unter vollem Arbeitszyklus. Unter Volllastbedingungen erreichte der EVDP einen Gesamtwirkungsgrad von rund 80%Später sanken die absoluten Verluste des EVDP mit der Effizienzabnahme. Der geschwungene Frequenzgang untersuchte die dynamische Leistung von EVDP.

Bei der prognostizierten Leistung des EVDP wurde eine gute Regelgenauigkeit mit einem Fehler von 0,09 Grad vorhergesagt, während die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Pumpe als die schwächste galt. Nach dem Bau der vorgeschlagenen Modelle kann die vollständige Vorentwurfsmethode entwickelt werden. Das Verfahren kann die Anwendbarkeit der elektrischen Verstellpumpe und der zugehörigen elektrohydrostatischen Aktivatoren verbessern.

Diese Methode löste häufige Herausforderungen der Entwurfsphase, wie z. B. Parametersicherheit und multidisziplinäre Simulationen. Dies führt zu einer zuverlässigeren, vorläufigen Auslegung der Pumpe für elektrohydrostatische Aktivatoren.