Method Article

Een modellerings- en simulatiemethode voor het voorlopige ontwerp van een elektrovariabele verplaatsingspomp

DOI:

10.3791/63593

June 1st, 2022

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een simulatiemodel dat specifiek het voorlopige ontwerp van een elektrovariabele verdringingspomp (EVDP) ondersteunt, wordt ontwikkeld en gedeeltelijk geverifieerd door experimenten. De controleprestaties, levensduur, betrouwbaarheid, enz., Kunnen allemaal worden geëvalueerd met behulp van het voorgestelde model, dat de belangrijkste prestatie-eisen in het kader van de evdp-voorlopige ontwerptaak omvat.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektrohydrostatische actuatoren (ETA's) zijn aanzienlijk onderzocht in de academische wereld en hun toepassingen op verschillende industriële gebieden breiden zich uit. De EHA met variabele snelheid heeft nu voorrang gekregen op de EHA met variabele verplaatsing, maar de aandrijfmotor en bijbehorende elektronica ondervinden problemen bij toepassing in toepassingen met een hoog vermogen: lage dynamiek, hoge thermische dissipatie, hoge prijs, enz. Daarom is een EHA met variabele verplaatsing uitgerust met een elektrovariabele verdringingspomp (EVDP) overwogen. De EVDP zelf is een mechatronisch systeem dat een zuigerpomp, een kogelomloopspindel, een versnellingsbak en een permanente magneetsynchronisatiemotor (PMSM) integreert. Bijgevolg moet de EVDP worden onderzocht om de prestaties op systeemniveau te waarborgen wanneer deze in een EHA wordt toegepast. Naast het eerdere onderzoek naar de technische parameters van het EVDP is een specifieke ontwerpmethode nodig om de kosten van het gebruik van het EVDP verder te verlagen en het prestatiepotentieel ervan te verkennen. Hier wordt een op simulatie gebaseerde EVDP voorlopige ontwerpmethode geselecteerd voor het ontwerpen van een EVDP van 37 kW. Ten eerste wordt een eerder voorgesteld multidisciplinair model van het EVDP uitgebreid door de parametergeneratie te verbeteren, inclusief de levensduur van het EVDP, de betrouwbaarheid, de besturingsmodellen, enz. Ten tweede wordt het voorgestelde model gedeeltelijk geverifieerd met behulp van een verkleind prototype. Ten derde wordt het EVDP gesimuleerd op systeemniveau, ondersteund door het voorgestelde model. De EVDP-prestaties worden geëvalueerd volgens de gespecificeerde ontwerpvereisten. De temperatuur, bandbreedte en nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en levensduur, enz., Worden allemaal voorspeld voor de EVDP. De simulatieresultaten tonen de toepasbaarheid van de EVDP in EHA met variabele verplaatsing. De voorgestelde modellerings- en simulatiemethode kan worden gebruikt om diverse EVDP-prestaties te evalueren en te reageren op algemene ontwerpvereisten. De methode kan ook de oplossing van de voorlopige ontwerpuitdagingen ondersteunen in termen van beperkte informatie en robuustheid. Daarom is de voorgestelde methode geschikt voor de realisatie van de op simulatie gebaseerde EVDP-voorlopige ontwerpmethode.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektrohydrostatische actuatoren (ETA's) krijgen steeds meer belangstelling voor toepassingen zoals industriële persen, grote mobiele machines, kraanmanipulatoren en primaire vliegtuigbesturing vanwege hun combinatie van de voordelen van zowel elektrische actuatoren als hydraulische actuatoren1. Er kunnen twee basistypen ETA's worden geïdentificeerd: ETA's met variabele snelheid en ETA's met variabele verplaatsing2. Momenteel is de EHA met variabele snelheid populairder dan de EHA met variabele verplaatsing vanwege de hogere efficiëntie en eenvoud. Samen met het hogere vermogensniveau van de EHA, dat nodig is in zware vo....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

OPMERKING: Matlab en Simcenter Amesim (hierna systeemsimulatieplatform genoemd) werden in dit protocol gebruikt en staan vermeld in de Materiaaltabel. Het voorgestelde protocol is echter niet beperkt tot implementatie in deze twee softwaretoepassingen.

1. Selecteren en classificeren van de EVDP-ontwerpparameters (stap 1 in figuur 2).

  1. Ontmantel de architectuur van de EVDP in figuur 1 in een zuigerpompeenheid, een kogelomloopspindel, een versnellingsbak, een PMSM en een controller. Controleer de prestatie-eisen van de EVDP.....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze sectie presenteert de resultaten die zijn verkregen van het uitvoeren van alle protocolstappen, die deel uitmaken van stap 1, stap 2 en stap 5 van de voorlopige EVDP-ontwerpmethode in figuur 2. De invoerinformatie in het protocol omvat de EVDP-schema's in figuur 1, de geoptimaliseerde actieve parameters (verduidelijkt in stap 5.1.1.) van de EVDP uit stap 4 van figuur 2 en de EVDP-prestatiesimulatietaken, die betrekking hebben o.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het concept en andere technische componenten van het EVDP zijn gepresenteerd in eerdere publicaties 6,31, waaruit de toepasbaarheid en voordelen van het EVDP blijken. In plaats van het EVDP zelf te bestuderen, bleef dit artikel de ontwerpmethode bestuderen in relatie tot toekomstige echte toepassingsbehoeften. Een specifieke ontwerpmethode is noodzakelijk voor dit type sterk geïntegreerd en multidisciplinair koppelingsproduct, wat delicate prestatieafwegingen en .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs erkennen het Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls voor het ondersteunen van dit onderzoek.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Ball screwNSKPSS
EVDP prototypeBeijing Institute of Precision Mechatronics and Controlscustomized7.4 mL/rev, 7000 rpm, 21 Mpa
EVDP testrigBeijing Institute of Precision Mechatronics and ControlscustomizedRefer to Figure 7, can be adapted upon individual needs. Including Power PMAC controller, ELMO Whistle Driver, etc.
GearheadMaxonGP
MatlabMathworksR2020a
Permannet magnet synchronous motorMaxon393023
Piston pumpBosch RexrothA10VZO
Simcenter AmesimSiemens2021.1system simulation platform

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ketelsen, S., Padovani, D., Andersen, T. O., Ebbesen, M. K., Schmidt, L. Classification and review of pump-controlled differential cylinder drives. Energies. 12 (7), 1293(2019).
  2. Alle, N., Hiremath, S., Makaram, S., Subramaniam, K., Talukdar, A. Review on electro hydr....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Electro Variable Displacement PumpPreliminary Design MethodSystem SimulationDynamic ModelingThermal ModelingReliability AnalysisLifetime PredictionParameter GenerationElectro Hydrostatic ActuatorPerformance Evaluation

Related Articles