Name: Modelowanie i analiza doświadczalna jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Poznaj metodę testowania zespołów silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych łączącą symulację z badaniami eksperymentalnymi. Odkryj, jak szybko ocenić charakterystyki wydajnościowe w różnych warunkach pracy.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Chiński Projekt Samolotów Cywilnych [Nie. MJ-2017-S49] oraz Chińska Fundacja Nauk Podoktoranckich [nr 2021M700331].

1. Symulacja charakterystyk przepływu pompy
<ol>
	<li>Zbuduj model symulacyjny zespołu silnik-pompa. Otwórz platformę symulacyjną AMESim i wejdź w tryb SKETCH.
	<ol>
		<li>Zbuduj model symulacyjny dla pojedynczego tłoka zgodnie z kinematycznym modelem matematycznym i krzywą rozkładu (Rysunek 3). Zamknij model pojedynczego tłoka jako superkomponent (Rysunek 4). 
		UWAGA: Główny kinematyczny model matematyczny tłoka (równanie (1)) przyjmuje postać: 
		<img alt="Równania różniczkowe dla analizy systemów dynamicznych; obejmują wyrażenia trygonometryczne i pochodne." src="/files/ftp_upload/63549/63549eq01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 1"> 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej, analiza symboli, formuła matematyczna do obliczeń fizycznych." src="/files/ftp_upload/63549/63549eq02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 2"> (1) 
		W tym równaniu x to bezwzględne przemieszczenie tłoka, β to kąt nachylenia tarczy skośnej, φ to kąt fazowy tłoka, Rf to promień rozkładu bloku cylindrów, a df to średnica rozkładu bloku cylindrów.</li>
		<li>Zbuduj model pompy, uwzględniając przecieki i tarcie płyty zaworowej (Rysunek 4). Podczas budowania modułu płyty zaworowej skup się głównie na tarciu lepkim i efekcie dławienia na styku tłok/blok cylindrów oraz stopa/tarcza skośna.</li>
		<li>Zbuduj model silnika za pomocą idealnego modułu momentu obrotowego (Rysunek 4). Użyj idealnego modułu momentu obrotowego do symulacji silnika, pomijając straty żelazne, straty miedzi oraz straty wynikające z mieszania w silniku.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ustaw główne parametry modelu zespołu silnik-pompa.
	<ol>
		<li>Ustaw parametry zespołu silnik-pompa zgodnie z Tabelą 1. Wejdź w tryb PARAMETER i ustaw główne parametry, dwukrotnie klikając odpowiedni komponent w modelu symulacyjnym. Ustaw prędkość obrotową i ciśnienie próbne zgodnie z Tabelą 2.</li>
		<li>Ustaw parametry wstępnego uruchomienia modelu: Czas startowy: 0 s, Czas końcowy: 1 s, Interwał zapisu: 1 ms.</li>
		<li>Przeprowadź wstępną symulację w celu osiągnięcia stanu ustalonego.
		<ol>
			<li>Uruchom symulację i sprawdź, czy system osiągnie stan ustalony pod koniec symulacji. Jeśli system osiągnie stan ustalony, zaznacz opcję use old final values w oknie Run Parameters. Jeśli nie, zmień Czas końcowy w kroku 1.2.1 na 2 s lub dłużej i powtarzaj krok 1.2.2, aż system osiągnie stan ustalony.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ustaw parametry uruchomienia modelu: Czas startowy: 0 s, Czas końcowy: 0.2 s, Interwał zapisu: 0.002 ms.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Uruchom symulację i zapisz dane symulacyjne. 
	UWAGA: Powtórz kroki 1.2.1-1.2.4 dla konkretnego stanu pracy; zapisz dane po zakończeniu symulacji.</li>
	<li>Wyeksportuj dane symulacyjne i wykreśl charakterystykę przepływu zespołu silnik-pompa w programie OriginPro. Oblicz wartość przepływu pompy jako średnią z przepływu pompy zarejestrowanego w czasie 0.2 s.</li>
	<li>Wyznaczenie charakterystyk przepływu wyjściowego
	<ol>
		<li>Wykreśl krzywą przepływu wyjściowego zespołu silnik-pompa przy maksymalnej prędkości dla różnych warunków ciśnienia.</li>
		<li>Oblicz wymagane natężenie przepływu wyjściowego pompy zgodnie z maksymalną prędkością konkretnego EHA i wykreśl krzywą wymaganego natężenia przepływu dla różnych warunków ciśnienia.</li>
		<li>Upewnij się, że krzywa wymaganego natężenia przepływu EHA jest objęta krzywą natężenia przepływu wyjściowego zespołu silnik-pompa.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Ustanowienie platformy eksperymentalnej
<ol>
	<li>Przygotowanie stanowiska badawczego.
	<ol>
		<li>Przygotować komponenty hydrauliczne stanowiska badawczego zgodnie z Tabelą 3. Upewnić się, że kluczowe parametry każdego komponentu spełniają wymagania wymienione w Tabeli 3.</li>
		<li>Zaprojektować i wykonać bloki zaworowe hydrauliczne oraz zbudować układ hydrauliczny zgodnie ze schematem hydraulicznym (Rysunek 5). Upewnić się, że względne położenia komponentów są zgodne z przedstawionym schematem, a czujniki ciśnienia i temperatury są umieszczone jak najbliżej punktu pomiarowego. 
		UWAGA: Ta seria eksperymentów została przeprowadzona na dedykowanym stanowisku badawczym do symulacji obciążenia pompy wysokociśnieniowej i szybkobiegłej, jak pokazano na Rysunku 6.</li>
		<li>Zaprojektować i wykonać oprzyrządowanie oraz bloki zaworowe do testów. Upewnić się, że zaprojektowane oprzyrządowanie jest zgodne ze specyficznym interfejsem badanej pompy i stanowiska badawczego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Montaż interfejsów mechanicznych (Rysunek 7)
	<ol>
		<li>Połączyć czoło zespołu silnik-pompa z testowym blokiem zaworowym. Użyć co najmniej 4 śrub, aby zapewnić odpowiednią szczelność.</li>
		<li>Zamocować zespół silnik-pompa oraz testowy blok zaworowy na stole roboczym stanowiska badawczego (Rysunek 8). Połączyć zespół silnik-pompa i testowy blok zaworowy z dedykowanym oprzyrządowaniem za pomocą czterech śrub, a oprzyrządowanie ze stołem roboczym za pomocą 2 śrub. 
		UWAGA: Należy upewnić się, że dwie śruby są wystarczająco wytrzymałe, aby podczas przeprowadzania testu nie występowały wibracje.</li>
		<li>Zainstalować dwie grupy czujników ciśnienia i temperatury dla portu A i portu B na testowym bloku zaworowym. Połączyć te czujniki bezpośrednio z portem drenażowym w celu monitorowania wycieków. 
		UWAGA: W celu wykonania eksperymentu konieczne jest zaprojektowanie i wykonanie różnych oprzyrządowań dla różnych badanych zespołów silnik-pompa.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Połączenie interfejsów hydraulicznych (Rysunek 7)
	<ol>
		<li>Połączyć dwa wysokociśnieniowe porty olejowe źródła pompy z portem A lub B testowego bloku zaworowego.</li>
		<li>Połączyć port oleju pod ciśnieniem z portem drenażowym pompy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Odpowietrzanie zespołu silnik-pompa
	<ol>
		<li>Upewnić się, że zawór przelewowy systemu zasilania olejem znajduje się w stanie rozładowania. Uruchomić silnik zasilania olejem na 3 minuty, aby odpowietrzyć i rozgrzać system testowy. 
		UWAGA: Konkretny czas pracy określa się w zależności od warunków stanowiska badawczego. Głównym celem tego kroku jest zapewnienie pełnego przepływu oleju do każdego komponentu obwodu testowego oraz zbliżenie temperatury powierzchni badanej pompy do temperatury oleju.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Aby sprawdzić szczelność zespołu silnik-pompa, zamknąć zawór przelewowy systemu zasilania olejem. Ustawić ciśnienie zasilania olejem na 2 MPa na ponad 1 min. 
	UWAGA: Pomoże to wykryć ewentualne wyraźne wycieki w systemie testowym, takie jak wycieki spowodowane awarią o-ringu.
	<ol>
		<li>Sprawdzić szczelność zespołu silnik-pompa. W przypadku wycieku należy najpierw wyłączyć system hydrauliczny, wymienić uszczelkę, a następnie powtórzyć kroki 2.3 i 2.4. Jeśli nie ma wycieków, otworzyć zawór przelewowy systemu zasilania olejem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Połączenie interfejsów elektrycznych (Rysunek 9)
	<ol>
		<li>Podłączyć interfejs zasilania i interfejs sygnału obrotowego do sterownika zespołu silnik-pompa.</li>
		<li>Połączyć sterownik z kontrolerem za pomocą RS 442, pracującego w trybie pełnego dupleksu.</li>
		<li>Podłączyć sterownik do zasilania 270 VDC.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kontrola zespołu silnik-pompa bez obciążenia
	<ol>
		<li>Uruchomić pompę zasilającą i pozostawić zawory przelewowe systemów zasilania i obciążenia w stanie rozładowania. Włączyć sterownik i kontroler, a następnie sprawdzić, czy zespół silnik-pompa normalnie odbiera komendy sterujące. 
		UWAGA: Port wlotowy zespołu silnik-pompa może być pod ciśnieniem za pomocą pompy zasilającej, co zapobiega kawitacji komponentu.</li>
		<li>Wysłać do zespołu silnik-pompa instrukcję obrotów 2 000 rpm w kierunku w przód. Obserwować stan pracy zespołu silnik-pompa i sprawdzić, czy nie występuje wyciek w bloku zaworowym (patrz krok 2.5).</li>
		<li>Wysłać do zespołu silnik-pompa instrukcję obrotów 2 000 rpm w kierunku wstecznym. Obserwować stan pracy zespołu silnik-pompa i sprawdzić, czy nie występuje wyciek w bloku zaworowym (patrz krok 2.5).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Test przepływu pompy i całkowitej sprawności zespołu silnik-pompa
<ol>
	<li>Ustawienie systemu zasilania olejem
	<ol>
		<li>Uruchomić pompę zasilającą i przełączyć zawory przelewowe systemu zasilania olejem oraz systemu obciążenia w stan obciążenia.</li>
		<li>Ustawić zawór przelewowy zasilania olejem na minimalne ciśnienie zasilania olejem psmin wynoszące 0,6 MPa. Postępować zgodnie z krokami 3.1.2.1-3.1.2.3 w celu wybrania psmin. 
		UWAGA: psmin to ciśnienie w porcie wlotowym zespołu silnik-pompa, mające na celu zapobieganie kawitacji.
		<ol>
			<li>Ustawić ciśnienie zasilania olejem na 1 MPa lub więcej, w zależności od badanego zespołu silnik-pompa.</li>
			<li>Ustawić prędkość obrotową badanego zespołu silnik-pompa na 9 000 rpm, upewniając się, że przepływ pompy jest równy teoretycznemu przepływowi pompy. W przeciwnym razie zwiększyć ciśnienie zasilania olejem, aby uniknąć kawitacji.</li>
			<li>Powoli zmniejszać ciśnienie zasilania olejem i rejestrować zmianę przepływu pompy. Wykreślić względny przepływ pompy w funkcji ciśnienia zasilania olejem i wyznaczyć punkt przegięcia przepływu pompy – ciśnienie zasilania olejem w tym punkcie stanowi minimalne ciśnienie zasilania olejem psmin.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ustawić zawór przelewowy obciążenia na wartość psmin.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Włączyć system kontroli temperatury i ustawić temperaturę oleju na 30 °C.</li>
	<li>Włączyć kamerę termowizyjną w celu pomiaru temperatury powierzchni zespołu silnik-pompa.</li>
	<li>Przesłać instrukcje sterujące do zespołu silnik-pompa, aby pracował w sposób ciągły z określoną prędkością (Tabela 2).</li>
	<li>Regulować zawór przelewowy obciążenia i stopniowo zwiększać ciśnienie obciążenia do określonej wartości (Tabela 2). Utrzymać przez 4 s każde krytyczne mierzone ciśnienie. 
	UWAGA: Zwracać szczególną uwagę na temperaturę silnika podczas eksperymentu. Upewnić się, że temperatura powierzchni zespołu silnik-pompa jest niższa niż 100 °C.</li>
	<li>Po osiągnięciu ciśnienia odpowiadającego określonej prędkości, przywrócić ustawienie zaworu przelewowego obciążenia do 1 MPa.</li>
	<li>Powtarzać kroki 3.3 i 3.4 aż do przetestowania charakterystyk wszystkich krytycznych punktów pomiaru ciśnienia zgodnie z Tabelą 2.</li>
	<li>Wyeksportować eksperymentalne dane przepływu i wykreślić mapę charakterystyki przepływu pompy zespołu silnik-pompa.</li>
	<li>Obliczyć sprawność całkowitą ηo zespołu silnik-pompa w różnych warunkach pracy i wykreślić mapę sprawności całkowitej. 
	UWAGA: Sprawność całkowita zespołu silnik-pompa jest określona przez równanie (2): 
	<img alt="Wzór na sprawność optyczną ηo=Po/Pi dla analizy mocy pompy; równanie dla badań fotoniki." src="/files/ftp_upload/63549/63549eq03.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 3">. (2) 
	Gdzie Po to moc wyjściowa zespołu silnik-pompa, Pi to moc wejściowa sterownika, Qpump to przepływ pompy; Δp to różnica ciśnień pompy; Upower to napięcie wyjściowe zasilacza; Ipower to prąd wyjściowy zasilacza.</li>
</ol>

<ol><li>Yu, B., Wu, S., Jiao, Z., Shang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-objective+optimization+design+of+an+electrohydrostatic+actuator+based+on+a+particle+swarm+optimization+algorithm+and+an+analytic+hierarchy+process%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">Multi-objective optimization design of an electrohydrostatic actuator based on a particle swarm optimization algorithm and an analytic hierarchy process.</a> Energies. 11 (9), 2426(2018).</li>
<li>Chao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Load-sensing+pump+design+to+reduce+heat+generation+of+electro-hydrostatic+actuator+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">Load-sensing pump design to reduce heat generation of electro-hydrostatic actuator systems.</a> Energies. 11 (9), 2266(2018).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+research+on+tribological+characteristics+of+TiAlN+coated+valve+plate+in+electro-hydrostatic+actuator+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Tribology+International%22%5BJournal%5D)">Experimental research on tribological characteristics of TiAlN coated valve plate in electro-hydrostatic actuator pumps.</a> Tribology International. 155, 106782(2021).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+cylinder+block%2Fvalve+plate+interface+in+axial+piston+pumps%3A+Theoretical+models%2C+experimental+investigations%2C+and+optimal+design%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Review of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: Theoretical models, experimental investigations, and optimal design.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 34 (1), 111-134 (2021).</li>
<li>Chao, Q., Zhang, J., Xu, B., Huang, H., Pan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+high-speed+electro-hydrostatic+actuator+pumps+in+aerospace+applications%3A+challenges+and+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mechanical+Design%22%5BJournal%5D)">A review of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps in aerospace applications: challenges and solutions.</a> Journal of Mechanical Design. 141 (5), 050801(2019).</li>
<li>Fu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+performance+analysis+of+position-based+impedance+control+for+an+electrohydrostatic+actuation+system%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Design and performance analysis of position-based impedance control for an electrohydrostatic actuation system.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 31 (3), 584-596 (2018).</li>
<li>Alle, N., Hiremath, S. S., Makaram, S., Subramaniam, K., Talukdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+electro+hydrostatic+actuator+for+flight+control%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Fluid+Power%22%5BJournal%5D)">Review on electro hydrostatic actuator for flight control.</a> International Journal of Fluid Power. 17 (2), 125-145 (2016).</li>
<li>Chakraborty, I., Mavris, D. N., Emeneth, M., Schneegans, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+methodology+for+vehicle+and+mission+level+comparison+of+More+Electric+Aircraft+subsystem+solutions%3A+Application+to+the+flight+control+actuation+system%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+G%3A+Journal+of+Aerospace+Engineering%22%5BJournal%5D)">A methodology for vehicle and mission level comparison of More Electric Aircraft subsystem solutions: Application to the flight control actuation system.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 229 (6), 1088-1102 (2014).</li>
<li>Zhang, T., He, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reliability-based+robust+design+method+for+the+sealing+of+slipper-swash+plate+friction+pair+in+hydraulic+piston+pump%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Reliability%22%5BJournal%5D)">A reliability-based robust design method for the sealing of slipper-swash plate friction pair in hydraulic piston pump.</a> IEEE Transactions on Reliability. 67 (2), 459-469 (2018).</li>
<li>Guo, S., Chen, J., Lu, Y., Wang, Y., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydraulic+piston+pump+in+civil+aircraft%3A+current+status%2C+future+directions+and+critical+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Aeronautics%22%5BJournal%5D)">Hydraulic piston pump in civil aircraft: current status, future directions and critical technologies.</a> Chinese Journal of Aeronautics. 33 (1), 16-30 (2020).</li>
<li>Habibi, S., Goldenberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+a+new+high-performance+electrohydraulic+actuator%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%2FASME+Transactions+on+Mechatronics%22%5BJournal%5D)">Design of a new high-performance electrohydraulic actuator.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 5 (2), 158-164 (1999).</li>
<li>Xu, B., Hu, M., Zhang, J., Mao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distribution+characteristics+and+impact+on+pump%27s+efficiency+of+hydro-mechanical+losses+of+axial+piston+pump+over+wide+operating+ranges%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Central+South+University%22%5BJournal%5D)">Distribution characteristics and impact on pump's efficiency of hydro-mechanical losses of axial piston pump over wide operating ranges.</a> Journal of Central South University. 24 (3), 609-624 (2017).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie pozostają w konflikcie interesów.

Podczas przeprowadzania tych etapów eksperymentalnych ważne jest, aby upewnić się, że punkty pomiaru ciśnienia znajdują się wystarczająco blisko portu olejowego pompy, co miałoby duży wpływ na wyniki eksperymentu. Ponadto należy zwrócić uwagę na ciśnienie w króćcu wlotowym zespołu silnik-pompa, aby upewnić się, że nie ma kawitacji, szczególnie w warunkach pracy z dużą prędkością.
Metoda ta umożliwia dynamiczną regulację ciśnienia zasilania olejem, realizując dokładną symulację różnych warunków...

Znany jako typowo zintegrowany siłownik o dużej gęstości mocy, EHA ma szerokie perspektywy w takich dziedzinach jak lotnictwo, lotnictwo, maszyny budowlane i robotyka1,2. EHA składa się głównie z serwomotoru, pompy, cylindra, zbiornika ciśnieniowego, bloku zaworów, zaworów sterujących trybem, zaworów sterujących modułem i czujników, tworząc wysoce zintegrowany, sterowany pompą, zamknięty układ hydrauliczny. Schemat ideowy i model fizyczny są pokazane w Rysunek 13,4,5,6,7. Zespół silnik-pompa jest podstawowym elementem zasilania i sterowania, a także określa statyczną i dynamiczną wydajność klasy EHA<sup="xref">7.
Konwencjonalny zespół silnik-pompa składa się z oddzielnego silnika i pompy, których wały są połączone sprzęgłem wału8. Struktura ta ma znaczący negatywny wpływ na wydajność i żywotność EHA. Po pierwsze, zarówno silnik, jak i pompa będą wytrzymywać stosunkowo duże wibracje ze względu na dokładność montażu, szczególnie przy dużej prędkości5. Wibracje nie tylko wpływają na charakterystykę wyjściową pompy, ale także przyspieszają zużycie interfejsów ciernych w pompie, prowadząc do awarii zespołu silnik-pompa9. Po drugie, uszczelki muszą być umieszczone na końcach wału pompy, co nie może zasadniczo zapobiec wyciekom. Tymczasem sprawność mechaniczna zespołu silnik-pompa spada wraz ze wzrostem oporu tarcia10. Po trzecie, częste odwracanie zespołu silnik-pompa przyspieszy zużycie sprzęgła i zwiększy prawdopodobieństwo pęknięcia zmęczeniowego, zmniejszając niezawodność systemu EHA11,12.
Tak więc, jednowałowy współosiowy zespół silnik-pompa w wspólnej obudowie został opracowany, aby uniknąć tych niedociągnięć. Struktura jest pokazana w Rysunek 2. W tym elemencie zastosowano konstrukcję bez sprzęgła, co może jednocześnie zwiększyć wydajność dynamiczną i stan smarowania silnika i pompy. Ta współosiowa konstrukcja z jednym wałem zapewnia wyrównanie dwóch wirników i poprawia równowagę dynamiczną w warunkach dużych prędkości. Co więcej, wspólna obudowa zasadniczo eliminuje nieszczelność końca wału.
Testowanie charakterystyki wyjściowej zespołu silnik-pompa EHA ma ogromne znaczenie dla optymalizacji i poprawy wydajności EHA. Istnieje jednak stosunkowo niewiele badań dotyczących testów wydajności zespołu silnik-pompa, zwłaszcza w przypadku EHA. W związku z tym przeprowadziliśmy metodę testową polegającą na połączeniu symulacji i eksperymentów. Metoda ta jest odpowiednia do testowania zespołów silnik-pompa w szerokim zakresie warunków pracy, zwłaszcza pomp EHA.
Są dwa główne wyzwania: pierwszym jest zbudowanie dokładnego modelu symulacyjnego do analizy charakterystyki przepływu wyjściowego silnik-pompa i zapewnienie pomocy w optymalnym projektowaniu zespołu silnik-pompa. Stworzyliśmy model symulacyjny zespołu silnik-pompa poprzez modelowanie hierarchiczne i przeprowadziliśmy analizę symulacyjną przepływu wyjściowego poprzez zmianę różnych parametrów. Drugim jest kawitacja badanego elementu spowodowana dużą prędkością, co jest najważniejszym aspektem odróżniającym ją od zwykłych pomp. Dlatego skupiliśmy się bardziej na projekcie układu zasilania olejem podczas projektowania systemu testowego, aby zrealizować test w różnych warunkach pracy.
W tym protokole stworzono jednowymiarowy model symulacyjny, który początkowo symulował charakterystykę przepływu pompy, oceniając, czy charakterystyka przepływu pompy spełnia wymagania EHA. Następnie charakterystykę przepływu i ogólną wydajność przetestowano eksperymentalnie na dedykowanym stanowisku testowym, uzyskując ogólną mapę wydajności, której nie można dokładnie zasymulować za pomocą symulacji. Na koniec porównano charakterystykę przepływu pompy z wynikami eksperymentalnymi, aby zweryfikować dokładność wyników symulacji. W międzyczasie uzyskano ogólną mapę sprawności w celu oceny wydajności zespołu jednowałowego współosiowego silnik-pompa.

<table><tbody><tr><td>Platforma symulacyjna AmeSim</td><td>Siemens</td><td>Amesim 16</td><td></td></tr><tr><td>Karta DAQ</td><td>Advantech</td><td>PCI1710</td><td></td></tr><tr><td>Przepływomierz</td><td>KRACHT</td><td>VC0.04E1RS, 0,02-4 L/min</td><td></td></tr><tr><td>Przepływomierz</td><td>KRACHT</td><td>VC0.4E1RS, 0,2-40 L/min</td><td></td></tr><tr><td>Komputer przemysłowy</td><td>Advantech</td><td>610H</td><td></td></tr><tr><td>Silnik zasilający olej</td><td>Siemens</td><td>1TL0001-1BB23-3JA5</td><td></td></tr><tr><td>Pompa zasilania olejem</td><td>Kangbaishi P222RF01DT</td><td></td><td></td></tr><tr><td>OriginPro</td><td>OriginLab Corporation</td><td>OriginPro 2021 (64-bitowa) 9.8.0.200</td><td></td></tr><tr><td>Czujnik ciśnienia</td><td>Feejoy</td><td>PI131G(0-5 MPA)F4MCAH5C</td><td></td></tr><tr><td>Proporcjonalny zawór nadmiarowy</td><td></td><td>Huade hydrauliczny DBE10-30B/50YV</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Huade hydrauliczny</td><td>DBE10-30B/315YV</td><td></td></tr><tr><td>Silnik wrzeciona</td><td>HAOZHI</td><td>DGZX-18020 / 22A2-KFHWVJLS</td><td>Maksymalna prędkość: 18 000 obr./min; &nbsp; Moc: 22 kW</td></tr><tr><td>Czujnik temperatury</td><td>Feejoy</td><td>TI-A42M1A180/30+F1</td><td></td></tr></tbody></table>

modelowanie i analiza doświadczalna jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych

Modeling and Experimental Analysis of the Single-Shaft Coaxial Motor-Pump Assembly in Electrohydrostatic Actuators

Siłownik elektrohydrostatyczny (EHA) może być najbardziej obiecującą alternatywą w porównaniu z tradycyjnymi serwonapędami hydraulicznymi ze względu na wysoką gęstość mocy, łatwość konserwacji i niezawodność. Jako podstawowa jednostka napędowa, która decyduje o wydajności i żywotności EHA, zespół silnik-pompa powinien jednocześnie charakteryzować się szerokim zakresem prędkości/ciśnienia i wysoką dynamiką.
Ten artykuł przedstawia metodę testowania wydajności zespołu silnik-pompa poprzez symulację i eksperymenty. Charakterystyka przepływu wyjściowego została określona na podstawie symulacji i analizy zespołu na początku eksperymentu, co doprowadziło do wniosku, czy pompa może spełnić wymagania EHA. Przeprowadzono szereg testów wydajności zespołu silnik-pompa za pomocą stanowiska testowego pompy w zakresie prędkości 1.450-9.000 obr./min i zakresie ciśnień 1-30 MPa.
Sprawdziliśmy ogólną wydajność zespołu silnik-pompa w różnych warunkach pracy po potwierdzeniu zgodności między wynikami testów charakterystyki wyjściowej przepływu a wynikami symulacji. Wyniki wykazały, że montaż ma wyższą ogólną sprawność podczas pracy przy 4 500-7 000 obr./min pod ciśnieniem 10-25 MPa oraz przy 2 000-2 500 obr./min pod 5-15 MPa. Ogólnie rzecz biorąc, metoda ta może być wykorzystana do określenia z wyprzedzeniem, czy zespół silnik-pompa spełnia wymagania EHA. Ponadto w artykule zaproponowano metodę szybkiego testowania zespołu silnik-pompa w różnych warunkach pracy, która może pomóc w przewidywaniu wydajności EHA.

Wynik symulacji przepływu tłoczenia (Rysunek 10A) wykazał, że przy stałej prędkości przepływ tłoczenia nieznacznie spadał wraz ze wzrostem ciśnienia obciążenia. Co więcej, przy tej samej szerokości paska, stwierdzono, że natężenie przepływu wyjściowego zwiększało się liniowo wraz ze wzrostem prędkości przy stałym ciśnieniu. Aby bezpośrednio ocenić wydajność zespołu silnik-pompa w różnych warunkach pracy, sporządzono wykres sprawności objętościowej (Rysunek 11A)....

Zbudowaliśmy model symulacyjny, aby ocenić charakterystykę przepływu pompy i wydajność jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych i eksperymentalnie zbadać ogólną wydajność w szerokim zakresie warunków pracy zespołu silnik-pompa.

Modelowanie i analiza doświadczalna jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych

An electrohydrostatic actuator (EHA) can be the most promising alternative compared with the traditional hydraulic servo actuators for its high power ...

Zespoły pomp silnikowych są kluczowymi elementami aktywatorów elektrohydrostatycznych. Protokół ten przedstawia skuteczną metodę testowania charakterystyki wyjściowej zespołu pompy silnikowej i szerokich warunków pracy. Protokół ten przyjmuje akumulację symulacji i upośledzenia, dzięki czemu można szybko uzyskać wydajność modelowego zespołu pompy.Technologia ta przyczynia się do rozwoju modelowego zespołu pompy. Podczas przeprowadzania eksperymentu chroń się, aby zapobiec szkodliwości hałasu i oleju. Ważne jest, aby przed załadowaniem upewnić się, że przewody olejowe są szczelnie połączone.Procedurę zademonstruje Yuxuan Ma, doktorant z laboratorium. Aby rozpocząć, ustaw główne parametry zespołu pompy silnikowej, przechodząc do trybu parametrów, a następnie ustaw główne parametry, klikając dwukrotnie określony komponent w modelu symulacyjnym. Ustaw prędkość obrotową i ciśnienie próbne, zgodnie z opisem w tekście.Ustaw parametry wstępnego uruchomienia modelu jako czas rozpoczęcia wynoszący zero sekund, czas końcowy wynoszący jedną sekundę i interwał drukowania wynoszący jedną milisekundę. Uruchom symulację wstępnie i sprawdź, czy system osiągnie stan ustalony po zakończeniu symulacji. Jeśli system osiągnie stan ustalony, zaznacz opcję Użyj starych wartości końcowych w oknie Parametry uruchamiania.Jeśli nie, zresetuj ostateczny czas do dwóch sekund lub nawet dłużej, aż system osiągnie stan ustalony. Następnie ustaw parametry uruchamiania modelu jako czas rozpoczęcia wynoszący zero sekund, czas końcowy 0,2 sekundy i interwał drukowania wynoszący 0,002 milisekundy. Aby zainstalować interfejsy mechaniczne, połącz powierzchnię czołową zespołu pompy silnikowej z blokiem zaworu testowego i użyj co najmniej czterech, aby zapewnić dobrą wydajność sufitu.Zamocuj zespół pompy silnikowej i blok zaworu testowego na stole warsztatowym stanowiska testowego. Podłącz zespół pompy silnikowej i blok zaworów testowych do dedykowanego oprzyrządowania za pomocą czterech, a oprzyrządowanie do stołu warsztatowego za pomocą dwóch. Zainstaluj dwie grupy czujników ciśnienia i temperatury portu A i portu B na bloku zaworu testowego.Podłącz te czujniki bezpośrednio do portu wycieku w celu monitorowania wycieków. Aby podłączyć interfejsy hydrauliczne, najpierw połącz dwa porty oleju pod wysokim ciśnieniem źródła pompy z portem A lub B bloku zaworów testowych. Następnie połącz port oleju pod ciśnieniem z portem oleju wyciekającego pompy.W celu odprowadzenia powietrza z zespołu pompy silnikowej należy upewnić się, że zawór nadmiarowy układu zasilania olejem jest w stanie rozładowania. Uruchom silnik zasilania olejem na trzy minuty, aby usunąć powietrze z układu testowego i ogrzać go. Aby sprawdzić, czy w zespole pompy silnikowej nie ma wycieków, należy zamknąć zawór nadmiarowy układu zasilania olejem i poszukać wycieków w zespole pompy silnikowej.Dostosuj ciśnienie zasilania olejem do dwóch megapaskali na dłużej niż jedną minutę. Aby podłączyć interfejsy elektryczne, należy najpierw podłączyć interfejs zasilania i interfejs sygnału obrotowego do sterownika zespołu pompy silnikowej. Podłącz sterownik do sterownika poprzez RS-442, pracujący w modelu full duplex, a następnie do zasilania prądem stałym 270 V.Aby przeprowadzić kontrolę zespołu pompy silnikowej bez obciążenia, uruchom pompę zasilania olejem i utrzymuj zawory nadmiarowe układów zasilania i ładowania oleju w stanie rozładunku. Włącz sterownik i sterownik i sprawdź, czy zespół pompy silnikowej może normalnie odbierać polecenie sterujące. Ustaw instrukcję 2000 obr./min do przodu, a następnie wstecz do zespołu pompy silnikowej.Obserwuj stan roboczy zespołu pompy silnikowej i sprawdź, czy nie ma wycieków w bloku zaworów. Aby ustawić układ zasilania olejem, uruchom pompę zasilania olejem i przełącz zawory nadmiarowe układu zasilania olejem i układu ładowania w stan obciążenia. Aby określić minimalną wartość ciśnienia zasilania olejem, należy rozpocząć od dostosowania ciśnienia zasilania olejem do jednego megapaskali lub więcej, o czym decyduje testowany zespół pompy silnikowej.Następnie wyreguluj prędkość obrotową badanego zespołu motopompy do 9000 obr./min, upewniając się, że przepływ pompy jest równy teoretycznemu przepływowi pompy. W przeciwnym razie zwiększ ciśnienie zasilania olejem, aby uniknąć kawitacji. Powoli zmniejszaj ciśnienie zasilania olejem i rejestruj zmianę przepływu pompy.Wykreśl względny przepływ pompy w funkcji ciśnienia zasilania olejem i znajdź punkt przegięcia przepływu pompy oznaczony jako minimalne ciśnienie zasilania olejem. Ustaw zawór nadmiarowy obciążenia na minimalne ciśnienie zasilania olejem. Włącz system kontroli temperatury i ustaw temperaturę oleju na 30 stopni Celsjusza.Włącz również kamerę termowizyjną, aby wykryć temperaturę powierzchni zespołu pompy silnikowej. Wyślij instrukcje sterujące do zespołu pompy silnikowej, aby pracowała w sposób ciągły z określoną prędkością. Stopniowo reguluj zawór nadmiarowy obciążenia.Zwiększ ciśnienie obciążenia do określonej wartości i przytrzymaj przez cztery sekundy każde krytyczne zmierzone ciśnienie. Gdy ciśnienie osiągnie określoną wartość prędkości, wyreguluj zawór nadmiarowy obciążenia z powrotem na jeden megapaskal. Wyeksportuj eksperymentalne dane przepływu i wykreśl mapę charakterystyki przepływu pompy w zespole pompy silnikowej.Oblicz ogólną sprawność zespołu pompy silnikowej w różnych warunkach pracy i narysuj ogólną mapę wydajności. Wynik symulacji przepływu wylotowego wykazał, że przepływ nieznacznie się zmniejszał, przy wzroście ciśnienia przy stałej prędkości, podczas gdy wzrastał liniowo wraz ze wzrostem prędkości przy stałym ciśnieniu. Zaobserwowano niewielką różnicę w wynikach eksperymentalnych i symulacyjnych dla przepływu wyładowania.Gdy prędkość jest wyższa niż 5000 obr./min, gdzie przepływ wyjściowy najpierw maleje, a następnie wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. Określono sprawność objętościową, z której wynika, że sprawność pompy była wyższa przy niskim ciśnieniu i prędkości. Przy 3000 obr./min maksymalne ciśnienie wyjściowe wynosiło pięć megapaskal, podczas gdy przy 8000 obr./min było to 23 megapaskale.Wyniki eksperymentu różnią się od symulacji, gdy zespół pompy silnikowej pracuje z dużą prędkością i niskim ciśnieniem. Jednak przy ciśnieniu 10 megapaskali wydajność objętościowa maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej. Zaobserwowano, że wyniki symulacji i eksperymentu są bliższe przy wyższych prędkościach i prawie pokrywają się z wynikami eksperymentalnymi w zakresie prędkości od 3500 do 9000 obr./min.Wyniki eksperymentalne ogólnej sprawności pokazują, że w ekstremalnych warunkach, takich jak niska prędkość i wysokie ciśnienie lub wysoka prędkość i niskie ciśnienie, całkowita wydajność jest stosunkowo niska. Ważne jest, aby upewnić się, że punkty pomiaru ciśnienia znajdują się blisko portów olejowych. Poza tym zwróć uwagę na ciśnienie wlotowe, aby upewnić się, że nie ma kawitacji.Postępując zgodnie z tą procedurą, możemy również zastosować metodę wtrysku usterki, aby zbadać wydajność i tryb awarii zespołu pompy silnikowej w ekstremalnych warunkach pracy.

modeling-experimental-analysis-single-shaft-coaxial-motor-pump

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Badania naprężeń ścinających w systemie emulsji olejowo-wodnej skutkują rozpadem kropli w czasie eksperymentu. Aby zliczyć wielkość kropli w procesach pompowania, w protokole tym z powodzeniem wykazano przydatność endoskopii inline.

Ekonomiczna i niezawodna metoda przewidywania naprężeń mechanicznych w pompach jednorazowych i standardowych

W tym artykule przedstawiono adaptacyjny filtr oparty na algorytmie znormalizowanego najmniejszego średniego kwadratu (NLMS) oraz metodę szacowania prędkości obrotowej do wykrywania elektrycznych i hydraulicznych usterek siłownika elektrohydrostatycznego (EHA). Skuteczność i wykonalność wyżej wymienionych metod jest weryfikowana za pomocą symulacji i eksperymentów.

Projektowanie i zastosowanie metody detekcji uszkodzeń w oparciu o filtry adaptacyjne i estymację prędkości obrotowej dla siłownika elektrohydrostatycznego

Model symulacyjny specjalnie wspierający wstępny projekt pompy o zmiennej wydajności elektrycznej (EVDP) jest rozwijany i częściowo weryfikowany przez eksperymenty. Wydajność sterowania, żywotność, niezawodność itp. można ocenić przy użyciu proponowanego modelu, który obejmuje główne wymagania dotyczące wydajności w ramach zadania wstępnego projektu EVDP.

Metoda modelowania i symulacji dla wstępnego projektu pompy o zmiennej wydajności

Ten artykuł demonstruje eksperymentalną procedurę pomiaru końcowych prędkości osiadania sferycznych cząstek w płynach lepkosprężystych na bazie surfaktantów rozrzedzanych ścinaniem. Przygotowywane są płyny o szerokim zakresie właściwości reologicznych i mierzone są prędkości osiadania dla różnych rozmiarów cząstek w płynach nieograniczonych i płynach między równoległymi ściankami.

Eksperymentalny pomiar prędkości osiadania cząstek sferycznych w nieograniczonych i ograniczonych płynach lepkosprężystych na bazie środków powierzchniowo czynnych rozrzedzających ścinanie

Solidna konstrukcja elektrostatycznych siłowników MEMS z obrzeżami pola skutkuje z natury niskimi warunkami tłumienia filmu ściskającego i długimi czasami stabilizacji podczas wykonywania operacji przełączania przy użyciu konwencjonalnego polaryzacji krokowej. Poprawa czasu przełączania w czasie rzeczywistym dzięki przebiegom dynamicznym prądu stałego skraca czas ustalania siłowników MEMS z polem obwódkowym podczas przechodzenia między stanami góra-dół i dół-dół-górę.

Metoda dynamicznego polaryzowania prądu stałego w czasie rzeczywistym w celu poprawy czasu przełączania w mocno niedotłumionych elektrostatycznych siłownikach MEMS z polem obrzeżnym

Przedstawiono procedury przygotowania segmentowanych i współosiowych nanoprzewodów za pomocą elektroosadzania szablonowego w nanoporach. Jako przykłady wykonano segmentowane nanodruty składające się z segmentów Ag i ZnO oraz współosiowe nanodruty składające się z powłoki TiO2 i rdzenia Ag. Nanodruty wykorzystano w eksperymentach z fotokatalitycznym tworzeniem wodoru.

Przygotowanie i stosowanie fotokatalitycznie aktywnego segmentowego Ag|ZnO i koncentryczne nanodruty TiO2-Ag wykonane metodą elektroosadzania szablonowego

Ten manuskrypt pokazuje proces produkcji miękkich siłowników z elastomeru dielektrycznego opartych na membranach silikonowych. Szczegółowo przedstawiono trzy kluczowe etapy produkcji: odlewanie łopatek z cienkich membran silikonowych; tampodruk elektrod zgodnych z wymaganiami; i montaż wszystkich komponentów.

Proces wytwarzania siłowników z elastomeru dielektrycznego na bazie silikonu

Ilustrujemy zastosowanie analizy rezonansowej reakcji jądrowej 1H(15N,αγ)12C (NRA) do ilościowej oceny gęstości atomów wodoru na powierzchni, objętości i w warstwie międzyfazowej materiałów stałych. Opisano przypowierzchniowy profil głębokości wodoru monokryształu Pd(110) i stosów SiO2/Si(100).

Kwantyfikacja stężeń wodoru w warstwach powierzchniowych i granicznych faz oraz materiałach sypkich poprzez profilowanie głębokości z analizą reakcji jądrowej

W tym badaniu mikrotomografia promieniowania synchrotronowego, nieniszcząca technika obrazowania trójwymiarowego, jest wykorzystywana do zbadania całego pakietu mikroelektronicznego o polu przekroju poprzecznego 16 x 16 mm. Ze względu na wysoki strumień i jasność synchrotronu, próbka została zobrazowana w zaledwie 3 minuty z rozdzielczością przestrzenną 8,7 μm.

Wykorzystanie mikrotomografii promieniowania synchrotronowego do badania wieloskalowych trójwymiarowych pakietów mikroelektronicznych

Tutaj wytwarzamy 3D polimerowe mikro/nano struktury, w których zarówno kształt, jak i wyrównanie molekularne mogą być zaprojektowane z dokładnością do skali nanometrowej za pomocą bezpośredniego pisma laserowego. Indukowane światłem odkształcenia kilku typów mikrostruktur elastomerów ciekłokrystalicznych mogą być kontrolowane w skali mikroskopowej.

Siłowniki do oświetlenia o dowolnym kształcie -- Wytwarzanie i sterowanie uruchamianiem w skali mikroskopowej

Poznaj metodę testowania zespołów silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych łączącą symulację z badaniami eksperymentalnymi. Odkryj, jak szybko ocenić charakterystyki wydajnościowe w różnych warunkach pracy.

Modelowanie i analiza doświadczalna jednowałowego zespołu współosiowy silnik-pompa w siłownikach elektrohydrostatycznych

Przeglądaj więcej filmów