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

Los activadores electrohidrostáticos apoyan la electrificación de sistemas de servicio pesado. Para lograr un menor consumo de energía, nuestro método se concentra en la optimización, la utilización de la bomba de desplazamiento electrovariable de los sistemas. Nuestro modelado y el método de simulación respaldan el diseño preliminar.

Nuestra bomba de desplazamiento electrovariable, que debe elegir la predicción completa del rendimiento, la generación automática de parámetros y la robustez del diseño. Comience por clasificar los parámetros para diseñar la bomba de desplazamiento electrovariable o EVDP. Asigne los parámetros independientes, que representan cada componente a la categoría activa, y los parámetros derivados de los parámetros activos a la categoría controlada.

Luego designe los parámetros calculados, utilizando funciones empíricas a la categoría empírica. Para desarrollar los modelos de estimación, estime los parámetros accionados por la bomba y el motor a partir de los parámetros activos, utilizando las leyes de escalado. Utilice los catálogos de componentes para estimar los parámetros accionados para la caja de engranajes y el tornillo de bolas a partir de los parámetros activos.

Evalúe la eficiencia de la bomba, la caja de engranajes y el tornillo de bolas por funciones empíricas, y estime las resistencias térmicas para el modelo de red térmica desarrollado con las funciones empíricas de la teoría termodinámica. Cree el modelo de peso del EVDP en MATLAB sumando los pesos de cada componente y, a continuación, realizando el modelado dinámico de parámetros agrupados del EVDP en la plataforma de simulación del sistema. A continuación, realice el modelado térmico del EVDP en la plataforma de simulación del sistema mediante la configuración de una red térmica para el EVDP.

Para el modelado de vida útil y confiabilidad, use la vida útil de fatiga de la bola y la vida útil de desgaste de la unidad de bomba de pistón como su vida útil. Modele la vida útil de la unidad de bomba de pistón y tornillo de bolas con las ecuaciones. Supongamos que la fiabilidad del husillo de bolas y de la bomba correspondiente a su vida útil es de 0,90, y definamos la fiabilidad calculada a las 50.000 horas laborables.

A continuación, modele la fiabilidad de la unidad de bomba de bolas y tornillo de pistón con la ecuación. Proceda a ensamblar el modelo colocando todas las ecuaciones de cada nodo juntas para formar el bloque del modelo para cada nodo. Luego concluya las variables de entrada y salida de cada nodo.

Definir las entradas y salidas del modelo EVDP general y realizar el análisis de causalidad de todos los nodos. Cuando sea necesario, agregue nodos adicionales para asegurarse de que todos los nodos estén vinculados causalmente. A continuación, conecte todos los nodos para formar el modelo general del EVDP.

Una vez que se forma el modelo EVDP, verifique el método de modelado utilizando el prototipo EVDP y el banco de pruebas. Para hacerlo, instale el EVDP en un banco de pruebas, que consta de una pieza de carga y una parte de control. A continuación, conecte los tres puertos EVDP al circuito hidráulico de la pieza de carga y los cables eléctricos EVDP a la parte de control.

Realice las pruebas del prototipo presionando el botón de inicio en el panel y arrancando la potencia hidráulica auxiliar. Después de desactivar la válvula de modo con el botón en el panel, configure el comando de desplazamiento de frecuencia de barrido en el EVDP en el cuadro de texto de la interfaz de usuario. Registre la respuesta de desplazamiento evDP y derive su magnitud y características de fase.

Para analizar los resultados experimentales, establezca los parámetros activos del prototipo EVDP en el modelo construido anteriormente. El modelo generará otros parámetros de simulación requeridos automáticamente. Establezca la temperatura ambiente y la temperatura inicial de EVDP en 40 grados centígrados, y ejecute el modelo de simulación en las mismas condiciones que la prueba de prototipo de EVDP para registrar los resultados de la simulación.

Para comprobar la precisión del modelo, trace los resultados experimentales y de simulación de cada grupo de condiciones en una figura. Para realizar el análisis de simulación del diseño EVDP, configure los modelos dinámicos y térmicos haciendo clic en la pestaña modo de parámetro y seleccionando la opción TFFD31. Luego vaya a la pestaña de nombre de archivo para datos de características de fluidos simples para importar el archivo de propiedades de aceite.

En el modo de parámetro, utilice los bloques THGCV01 o THGCV02. Para establecer la temperatura ambiente como se describe en el manuscrito, ingrese los parámetros activos a los modelos de estimación de parámetros. Luego haga clic en el botón ejecutar en la pestaña editor para ejecutar el script para generar todos los parámetros de simulación.

En MATLAB, utilice el botón ejecutar en la pestaña editor para ejecutar el script para calcular el peso y activar los modelos dinámicos y térmicos con los parámetros de simulación. Los resultados de la simulación se obtendrán mediante el script automáticamente. Con el botón de ejecución en la pestaña editor, ejecute el script para calcular la vida útil de EVDP y el rendimiento de confiabilidad a partir de los resultados de simulación guardados.

Vaya al modo de simulación en la plataforma de simulación del sistema para comprobar los resultados. A continuación, derive otros resultados de rendimiento de EVDP a partir de estos resultados de simulación de dominio de tiempo. Para establecer los parámetros de simulación, compruebe el modo de parámetro.

A continuación, utilice el botón ejecutar en la pestaña editor para ejecutar el script para activar los modelos dinámicos y térmicos. Más tarde, presione la pestaña modo de simulación para verificar los análisis de sensibilidad e incertidumbre. La dinámica de temperatura de diferentes piezas EDVP se muestra aquí.

El análisis representativo ilustra la eficiencia del EVDP en un ciclo de trabajo completo. Bajo la condición de carga completa, el EVDP logró una eficiencia total de alrededor del 80% Más tarde, las pérdidas absolutas del EVDP disminuyeron, junto con la disminución de la eficiencia. La respuesta de frecuencia de barrido examinó el rendimiento dinámico de EVDP.

En el rendimiento proyectado del EVDP, se predijo una buena precisión de control con un error de 0,09 grados, mientras que la vida útil y la confiabilidad de la bomba fueron las más débiles. Después de construir los modelos propuestos, se puede desarrollar el método de diseño preliminar completo. El método puede mejorar la aplicabilidad de la bomba de desplazamiento electrovariable y los activadores electrohidrostáticos asociados.

Este método resolvió desafíos comunes de la etapa de diseño, como la certeza de los parámetros y las simulaciones multidisciplinarias. Esto conduce a un diseño preliminar más confiable de la bomba para activadores electrohidrostáticos.