Method Article

Um método de modelagem e simulação para o design preliminar de uma bomba de deslocamento eletrovariar

DOI:

10.3791/63593

June 1st, 2022

In This Article

Summary

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Um modelo de simulação que suporta especificamente o desenho preliminar de uma bomba de deslocamento eletrovariável (EVDP) é desenvolvido e parcialmente verificado por experimentos. O desempenho de controle, vida, confiabilidade, etc., podem ser avaliados usando o modelo proposto, que abrange os principais requisitos de desempenho sob a tarefa de projeto preliminar EVDP.

Abstract

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Atuadores eletro-hidrostáticos (EHAs) têm sido consideravelmente pesquisados na academia, e suas aplicações em vários campos industriais estão se expandindo. O EHA de velocidade variável tem agora priorizado o EHA de deslocamento variável, mas seu motor de condução e eletrônicos associados encontram problemas quando aplicados em aplicações de alta potência: baixa dinâmica, alta dissipação térmica, alto preço, etc. Por isso, considerou-se uma EHA de deslocamento variável equipada com uma bomba de deslocamento eletrovariável (EVDP). O EVDP em si é um sistema mecatrônico que integra uma bomba de pistão, um parafuso de bola, uma caixa de câmbio e um motor síncrono de ímã permanente (PMSM). Consequentemente, o EVDP precisa ser investigado para garantir seu desempenho em nível de sistema quando aplicado em um EHA. Além da pesquisa anterior sobre os parâmetros técnicos do EVDP, é necessário um método de design dedicado para reduzir ainda mais o custo de uso do EVDP e explorar seu potencial de desempenho. Aqui, um método de projeto preliminar EVDP baseado em simulação é selecionado para projetar um EVDP de 37 kW. Em primeiro lugar, um modelo multidisciplinar anteriormente proposto do EVDP é estendido melhorando a geração de parâmetros, incluindo a vida útil, confiabilidade, modelos de controle, etc. Em segundo lugar, o modelo proposto é parcialmente verificado usando um protótipo reduzido. Em terceiro lugar, o EVDP é simulado a um nível de sistema, suportado pelo modelo proposto. O desempenho do EVDP é avaliado de acordo com os requisitos de projeto especificados. A temperatura, largura de banda e precisão, confiabilidade e vida útil, etc., são todas previstas para o EVDP. Os resultados da simulação demonstram a aplicabilidade do EVDP no EHA de deslocamento variável. O método de modelagem e simulação proposto pode ser usado para avaliar o desempenho diversificado do EVDP e responder aos requisitos gerais de design. O método também pode apoiar a resolução dos desafios preliminares de projeto em termos de informação limitada e robustez. Portanto, o método proposto é apropriado para a realização do método de desenho preliminar EVDP baseado em simulação.

Introduction

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Atuadores eletro-hidrostáticos (EHAs) estão recebendo cada vez mais interesse por aplicações como prensas industriais, grandes máquinas móveis, manipuladores de guindastes e controle de aeronaves primárias devido à combinação das vantagens tanto dos atuadores elétricos quanto dos atuadores hidráulicos1. Dois tipos básicos de EHAs podem ser identificados: EHAs de velocidade variável e EHAs de deslocamento variável2. Atualmente, o EHA de velocidade variável é mais popular do que o EHA de deslocamento variável devido à sua maior eficiência e simplicidade. No entanto, juntamente com o maior nível de potência do EHA, que é ne....

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Protocol

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NOTA: Matlab e Simcenter Amesim (conhecida como plataforma de simulação de sistema a seguir) foram utilizados neste protocolo e estão listados na Tabela de Materiais. No entanto, o protocolo proposto não se limita à implementação nesses dois aplicativos de software.

1. Selecionar e classificar os parâmetros de design EVDP (Passo 1 na Figura 2).

  1. Desmonte a arquitetura do EVDP na Figura 1 em uma unidade de bomba de pistão, um parafuso de esfera, uma caixa de velocidades, um PMSM e um controlador. Verifique os requisitos de ....

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Results

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Esta seção apresenta os resultados obtidos com a realização de todas as etapas de protocolo, que constituem parte da Etapa 1, toda da Etapa 2, e toda a Etapa 5 do método de projeto preliminar EVDP na Figura 2. As informações de entrada no protocolo incluem os esquemas EVDP na Figura 1, os parâmetros ativos otimizados (esclarecidos na Etapa 5.1.1.1.) do EVDP a partir da Etapa 4 da Figura 2, e as tarefas de simulação de desempenho EVD.......

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Discussion

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O conceito e outros componentes técnicos do EVDP foram apresentados em publicações anteriores 6,31, demonstrando a aplicabilidade e as vantagens do EVDP. Em vez de estudar o próprio EVDP, este artigo continuou a estudar o método de projeto em relação às necessidades reais futuras de aplicação. Um método de design específico é necessário para este tipo de produto de acoplamento altamente integrado e multidisciplinar, que exige trocas delicadas de desempenho e otim.......

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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Os autores reconhecem o Instituto de Mecatrônica de Precisão e Controles de Pequim por apoiar esta pesquisa.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Parafuso de esferasNSKPSS
EVDP protótipode Mecatrônica e Controles de Precisão de Pequimpersonalizado7,4 mL/rev, 7000 rpm, 21 Mpa
EVDP testrigde Mecatrônica e Controles de Precisão de Pequimpersonalizado Consulte a Figura 7, pode ser adaptado de acordo com as necessidades individuais. Incluindo controlador Power PMAC, ELMO Whistle Driver, etc.
RedutorMaxonGP
MatlabMathworksR2020a
de ímã PermannetMaxon393023
Bomba de pistãoBosch RexrothA10VZO
Simcenter AmesimSiemens2021.1plataforma de simulação de sistema
Instituto Instituto Motor síncrono

References

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  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....

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

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