Un método de modelado y simulación para el diseño preliminar de una bomba de desplazamiento electrovariable

Resumen

Un modelo de simulación que apoya específicamente el diseño preliminar de una bomba de desplazamiento electrovariable (EVDP) se desarrolla y se verifica parcialmente mediante experimentos. El rendimiento del control, la vida útil, la fiabilidad, etc., se pueden evaluar utilizando el modelo propuesto, que cubre los principales requisitos de rendimiento en la tarea de diseño preliminar evDP.

Resumen

Los actuadores electrohidrostáticos (AEE) se han investigado considerablemente en el mundo académico, y sus aplicaciones en diversos campos industriales se están expandiendo. La EHA de velocidad variable ahora ha tenido prioridad sobre la EHA de desplazamiento variable, pero su motor de accionamiento y la electrónica asociada encuentran problemas cuando se aplican en aplicaciones de alta potencia: baja dinámica, alta disipación térmica, alto precio, etc. Por lo tanto, se ha considerado una EHA de desplazamiento variable equipada con una bomba de desplazamiento electrovariable (EVDP). El EVDP en sí es un sistema mecatrónico que integra una bomba de pistón, un tornillo de bolas, una caja de engranajes y un motor síncrono de imán permanente (PMSM). En consecuencia, el EVDP debe investigarse para garantizar su rendimiento a nivel de sistema cuando se aplica en una EHA. Además de la investigación previa sobre los parámetros técnicos del EVDP, es necesario un método de diseño dedicado para reducir aún más el costo de usar el EVDP y explorar su potencial de rendimiento. Aquí, se selecciona un método de diseño preliminar EVDP basado en simulación para diseñar un EVDP de 37 kW. En primer lugar, se amplía un modelo multidisciplinar del EVDP previamente propuesto mejorando la generación de parámetros, incluyendo la vida útil del EVDP, la fiabilidad, los modelos de control, etc. En segundo lugar, el modelo propuesto se verifica parcialmente utilizando un prototipo de tamaño reducido. En tercer lugar, el EVDP se simula a nivel de sistema, apoyado por el modelo propuesto. El rendimiento del EVDP se evalúa de acuerdo con los requisitos de diseño especificados. La temperatura, el ancho de banda y la precisión, la fiabilidad y la vida útil, etc., se predicen para el EVDP. Los resultados de la simulación demuestran la aplicabilidad del EVDP en EHA de desplazamiento variable. El método de modelado y simulación propuesto se puede utilizar para evaluar el rendimiento diverso de EVDP y responder a los requisitos generales de diseño. El método también puede apoyar la resolución de los desafíos de diseño preliminar en términos de información limitada y robustez. Por lo tanto, el método propuesto es apropiado para la realización del método de diseño preliminar EVDP basado en simulación.

Introducción

Los actuadores electrohidrostáticos (NEA) están recibiendo un interés creciente para aplicaciones como prensas industriales, maquinaria móvil grande, manipuladores de grúas y control primario de aeronaves debido a su combinación de las ventajas de los actuadores eléctricos y los actuadores hidráulicos¹. Se pueden identificar dos tipos básicos de UCA: AEH de velocidad variable y UCA de desplazamiento variable². Actualmente, el EHA de velocidad variable es más popular que el EHA de desplazamiento variable debido a su mayor eficiencia y simplicidad. Sin embargo, junto con el mayor nivel de potencia de la EHA, que se necesit....

Protocolo

NOTA: Matlab y Simcenter Amesim (en adelante, la plataforma de simulación del sistema) se utilizaron en este protocolo y se enumeran en la Tabla de materiales. Sin embargo, el protocolo propuesto no se limita a la implementación en estas dos aplicaciones de software.

1. Selección y clasificación de los parámetros de diseño evDP (Paso 1 en la Figura 2).

1. Desmonte la arquitectura del EVDP en la Figura 1 en una unidad de bomba de pistón, un tornillo de bolas, una caja de engranajes, un PMSM y un controlador. Compruebe los req....

Resultados

Esta sección presenta los resultados obtenidos al realizar todos los pasos del protocolo, que constituyen parte del Paso 1, todo el Paso 2 y todo el Paso 5 del método de diseño preliminar EVDP en la Figura 2. La información de entrada en el protocolo incluye los esquemas EVDP en la Figura 1, los parámetros activos optimizados (aclarados en el Paso 5.1.1.) del EVDP del Paso 4 de la Figura 2 y las tareas de simulación de rendimiento E.......

Discusión

El concepto y otros componentes técnicos del EVDP se han presentado en publicaciones anteriores ^6,31, demostrando la aplicabilidad y ventajas del EVDP. En lugar de estudiar el EVDP en sí, este documento continuó estudiando el método de diseño en relación con las futuras necesidades reales de la aplicación. Un método de diseño específico es necesario para este tipo de producto de acoplamiento altamente integrado y multidisciplinario, que requiere delicadas compens.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Husillo de bolas	NSK	PSS
EVDP prototipo	del Instituto de Mecatrónica y Controles	de Precisión de Pekín personalizado	7,4 mL/rev, 7000 rpm, 21 Mpa
EVDP banco de pruebas	de Mecatrónica y Controles de Precisión	de	personalizado Consulte la Figura 7, se puede adaptar a las necesidades individuales. Incluyendo controlador Power PMAC, ELMO Whistle Driver, etc.
Reductor	Maxon	GP
Matlab	Mathworks	R2020a
Motor síncrono de imanes Permannet	Maxon	393023
Bomba de pistón	Bosch Rexroth	A10VZO
Simcenter Amesim	Siemens	2021.1	plataforma de simulación de sistemas

Instituto Pekín