Summary
قمنا ببناء نموذج محاكاة لتقييم خصائص تدفق المضخة وأداء مجموعة مضخة المحرك المحورية أحادية العمود في المشغلات الكهروهيدروستاتيكية والتحقيق في الكفاءة الكلية في مجموعة واسعة من ظروف العمل لمجموعة مضخة المحرك تجريبيا.
Abstract
يمكن أن يكون المحرك الكهروهيدروستاتيكي (EHA) هو البديل الواعد مقارنة بمشغلات المؤازرة الهيدروليكية التقليدية لكثافة الطاقة العالية وسهولة الصيانة والموثوقية. باعتبارها وحدة الطاقة الأساسية التي تحدد أداء وعمر خدمة EHA ، يجب أن تمتلك مجموعة مضخة المحرك في نفس الوقت نطاق سرعة / ضغط واسع واستجابة ديناميكية عالية.
تقدم هذه الورقة طريقة لاختبار أداء مجموعة مضخة المحرك من خلال المحاكاة والتجريب. تم تحديد خصائص خرج التدفق من خلال محاكاة وتحليل التجميع في بداية التجربة ، مما أدى إلى استنتاج ما إذا كانت المضخة يمكن أن تلبي متطلبات EHA. تم إجراء سلسلة من اختبارات الأداء على مجموعة مضخة المحرك عبر منصة اختبار المضخة في نطاق سرعة 1450-9000 دورة في الدقيقة ونطاق ضغط من 1-30 ميجا باسكال.
اختبرنا الكفاءة الكلية لمجموعة مضخة المحرك في ظل ظروف عمل مختلفة بعد التأكد من الاتساق بين نتائج الاختبار لخصائص خرج التدفق مع نتائج المحاكاة. أظهرت النتائج أن التجميع يتمتع بكفاءة إجمالية أعلى عند العمل عند 4500-7000 دورة في الدقيقة تحت ضغط 10-25 ميجا باسكال وعند 2000-2500 دورة في الدقيقة تحت 5-15 ميجا باسكال. بشكل عام ، يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد ما إذا كانت مجموعة مضخة المحرك تلبي متطلبات EHA مسبقا. علاوة على ذلك ، تقترح هذه الورقة طريقة اختبار سريعة لتجميع مضخة المحرك في ظروف العمل المختلفة ، والتي يمكن أن تساعد في التنبؤ بأداء EHA.
Introduction
يعرف EHA بأنه مشغل متكامل عادة بكثافة طاقة عالية ، ولديه آفاق واسعة في مجالات مثل الفضاء والطيران وآلات البناء والروبوتات 1,2. يتكون EHA بشكل أساسي من محرك سيرفو ، ومضخة ، وأسطوانة ، وخزان مضغوط ، وكتلة صمام ، وصمامات تحكم في الوضع ، وصمامات تحكم في الوحدة ، وأجهزة استشعار ، تشكل نظاما هيدروليكيا مغلقا يتم التحكم فيه بدرجة عالية ويتم التحكم فيه بالمضخة. يظهر الرسم التخطيطي والنموذج المادي في الشكل 13،4،5،6،7. مجموعة مضخة المحرك هي القوة الأساسية ومكون التحكم ، وهي تحدد الأداء الثابت والديناميكي ل EHA7.
تتكون مجموعة مضخة المحرك التقليدية من محرك ومضخة منفصلين ، يتم توصيل مهاويهما بواسطة اقتران عمود8. هذا الهيكل له آثار سلبية كبيرة على أداء وعمر EHA. أولا ، سيتحمل كل من المحرك والمضخة اهتزازا كبيرا نسبيا بسبب دقة التجميع ، خاصة عند السرعة العالية5. لن يؤثر الاهتزاز على خصائص إخراج المضخة فحسب ، بل سيؤثر أيضا على تآكل واجهات الاحتكاك في المضخة ، مما يؤدي إلى فشل مجموعة مضخة المحرك9. ثانيا ، يجب وضع موانع التسرب في نهايات عمود المضخة ، والتي لا يمكنها منع التسرب بشكل أساسي. وفي الوقت نفسه ، تنخفض الكفاءة الميكانيكية لمجموعة مضخة المحرك مع زيادة مقاومة الاحتكاك10. ثالثا ، سيؤدي الانعكاس المتكرر لمجموعة مضخة المحرك إلى تسريع تآكل أداة التوصيل وزيادة إمكانية كسر التعب ، مما يقلل من موثوقية نظام EHA11,12.
وبالتالي ، تم تطوير مجموعة مضخة محرك محورية أحادية المحور داخل مسكن مشترك لتجنب أوجه القصور هذه. يظهر الهيكل في الشكل 2. تم اعتماد تصميم بدون اقتران في هذا المكون ، والذي يمكن أن يزيد في نفس الوقت من الأداء الديناميكي وحالة التشحيم للمحرك والمضخة. يضمن هذا التصميم المحوري أحادي العمود محاذاة الدوارين ويحسن التوازن الديناميكي في ظل ظروف السرعة العالية. علاوة على ذلك ، فإن السكن المشترك يزيل بشكل أساسي تسرب نهاية العمود.
يعد اختبار خصائص الإخراج لمجموعة مضخة المحرك EHA ذا أهمية كبيرة لتحسين وتحسين أداء EHA. ومع ذلك ، هناك عدد قليل نسبيا من الدراسات حول اختبار أداء مجموعة مضخة المحرك ، خاصة بالنسبة ل EHAs. لذلك ، أجرينا طريقة اختبار للجمع بين المحاكاة والتجارب. هذه الطريقة مناسبة لاختبار مجموعات مضخات المحرك مع مجموعة واسعة من ظروف التشغيل ، وخاصة مضخات EHA.
هناك تحديان رئيسيان: الأول هو بناء نموذج محاكاة دقيق لتحليل خصائص تدفق الإخراج لمضخة المحرك وتقديم المساعدة للتصميم الأمثل لمجموعة مضخة المحرك. لقد أنشأنا نموذج محاكاة لتجميع مضخة المحرك من خلال النمذجة الهرمية وحققنا تحليل المحاكاة لتدفق الإخراج عن طريق تغيير المعلمات المختلفة. والثاني هو تجويف عنصر الاختبار الناجم عن السرعة العالية ، وهو الجانب الأكثر أهمية الذي يميزه عن المضخات العادية. لذلك ، ركزنا أكثر على تصميم نظام إمداد الزيت عند تصميم نظام الاختبار لتحقيق الاختبار في ظل ظروف العمل المختلفة.
في هذا البروتوكول ، تم إنشاء نموذج محاكاة أحادي البعد لمحاكاة خصائص تدفق المضخة في البداية ، والحكم على ما إذا كانت خصائص تدفق المضخة تلبي متطلبات EHA. بعد ذلك ، تم اختبار خصائص التدفق والكفاءة الكلية تجريبيا على منضدة اختبار مخصصة ، والحصول على خريطة الكفاءة الشاملة التي لا يمكن محاكاتها بدقة عن طريق المحاكاة. أخيرا ، تمت مقارنة خصائص تدفق المضخة مع النتائج التجريبية للتحقق من دقة نتائج المحاكاة. وفي الوقت نفسه ، تم الحصول على خريطة الكفاءة الشاملة لتقييم أداء مجموعة مضخة المحرك المحورية أحادية المحور.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. محاكاة خصائص تدفق المضخة
- بناء نموذج محاكاة لتجميع مضخة المحرك. افتح منصة محاكاة AMESim وأدخل وضع SKETCH .
- بناء نموذج محاكاة لمكبس واحد وفقا للنموذج الرياضي الحركي ومنحنى التوزيع (الشكل 3). قم بتغليف نموذج المكبس الفردي كمكون فائق (الشكل 4).
ملاحظة: ينتج عن النموذج الرياضي الحركي الرئيسي للمكبس (Eq (1)) ما يلي:
(1)
في هذه المعادلة ، x هي الإزاحة المطلقة للمكبس ، β هي زاوية ميل لوحة الرش ، φ هي زاوية الطور للمكبس ، R f هي نصف قطر توزيع كتلة الأسطوانة ، df هو قطر توزيع كتلة الأسطوانة. - قم ببناء نموذج المضخة مع مراعاة تسرب واحتكاك لوحة الصمام (الشكل 4). لبناء وحدة لوحة الصمام ، ركز بشكل أساسي على الاحتكاك اللزج وتأثير الاختناق لواجهة كتلة المكبس / الأسطوانة وواجهة لوحة النعال / الرش.
- قم ببناء نموذج المحرك عبر وحدة عزم دوران مثالية (الشكل 4). استخدم وحدة عزم دوران مثالية لمحاكاة المحرك ، وتجاهل فقدان الحديد ، وفقدان النحاس ، وفقدان المحرك للتحريك.
- بناء نموذج محاكاة لمكبس واحد وفقا للنموذج الرياضي الحركي ومنحنى التوزيع (الشكل 3). قم بتغليف نموذج المكبس الفردي كمكون فائق (الشكل 4).
- اضبط المعلمات الرئيسية لنموذج تجميع مضخة المحرك.
- اضبط معلمات مجموعة مضخة المحرك وفقا للجدول 1. أدخل وضع PARAMETER وقم بتعيين المعلمات الرئيسية بالنقر المزدوج فوق المكون المحدد في نموذج المحاكاة. اضبط سرعة الدوران وضغط الاختبار وفقا للجدول 2.
- اضبط معلمات التشغيل المسبق للنموذج: وقت البدء: 0 ثانية ، الوقت النهائي: 1 ثانية ، الفاصل الزمني للطباعة: 1 مللي ثانية.
- قم بتشغيل المحاكاة مسبقا لتحقيق الحالة المستقرة.
- قم بتشغيل المحاكاة وتحقق مما إذا كان النظام سيصل إلى الحالة المستقرة في نهاية المحاكاة. إذا وصل النظام إلى الحالة المستقرة ، فتحقق من خيار استخدام القيم النهائية القديمة في نافذة تشغيل المعلمات . إذا لم يكن الأمر كذلك ، فأعد تعيين الوقت النهائي في الخطوة 1.2.1 إلى 2 ثانية أو حتى أطول وكرر الخطوة 1.2.2 حتى يصل النظام إلى الحالة المستقرة.
- اضبط معلمات تشغيل النموذج: وقت البدء: 0 ثانية ، الوقت النهائي: 0.2 ثانية ، الفاصل الزمني للطباعة: 0.002 مللي ثانية.
- قم بتشغيل المحاكاة وحفظ بيانات المحاكاة.
ملاحظة: كرر الخطوات 1.2.1-1.2.4 لظروف عمل معينة ؛ احفظ البيانات بعد المحاكاة. - قم بتصدير بيانات المحاكاة ورسم محيط التدفق المميز لمجموعة مضخة المحرك في OriginPro. احسب قيمة تدفق المضخة كمتوسط تدفق المضخة المسجل في غضون 0.2 ثانية.
- تحديد خصائص تدفق الإخراج
- ارسم منحنى تدفق الإخراج لمجموعة مضخة المحرك بأقصى سرعة في ظل ظروف ضغط مختلفة.
- احسب معدل تدفق الإخراج المطلوب للمضخة وفقا لسرعة EHA القصوى المحددة ، وارسم منحنى معدل تدفق الإخراج المطلوب في ظروف ضغط مختلفة.
- تأكد من أن منحنى معدل التدفق المطلوب ل EHA مغلف بمنحنى معدل تدفق الإخراج لمجموعة مضخة المحرك.
(1)2. إنشاء المنصة التجريبية
- إنشاء مقعد الاختبار.
- قم بإعداد المكونات الهيدروليكية لمنصة الاختبار وفقا للجدول 3. تأكد من أن المعلمات الرئيسية لكل مكون تفي بالمتطلبات المدرجة في الجدول 3.
- تصميم وتصنيع كتل الصمامات الهيدروليكية وبناء نظام هيدروليكي وفقا للمخطط التخطيطي الهيدروليكي (الشكل 5). تأكد من أن المواضع النسبية للمكونات هي نفسها مثل الرسم التخطيطي الموضح ، وأن مستشعرات الضغط وأجهزة استشعار درجة الحرارة موضوعة بالقرب من نقطة الاختبار قدر الإمكان.
ملاحظة: تم إجراء هذه السلسلة من التجارب على منضدة اختبار مخصصة لمحاكاة حمل المضخة عالية السرعة والضغط العالي ، كما هو موضح في الشكل 6. - تصميم وتصنيع الأدوات وكتل صمام الاختبار. تأكد من أن أدوات التصميم تتوافق مع الواجهة المحددة للمضخة المختبرة وطاولة الاختبار.
- تركيب الواجهات الميكانيكية (الشكل 7)
- قم بتوصيل الوجه النهائي لمجموعة مضخة المحرك بكتلة صمام الاختبار. استخدم 4 براغي على الأقل لضمان أداء جيد للتسرب.
- قم بإصلاح مجموعة مضخة المحرك وكتلة صمام الاختبار على طاولة العمل الخاصة بمنضدة الاختبار (الشكل 8). قم بتوصيل مجموعة مضخة المحرك وكتلة صمام الاختبار بالأدوات المخصصة بأربعة براغي والأدوات على طاولة العمل بمسامير.
ملاحظة: تأكد من أن المسمارين قويان بدرجة كافية بحيث لا يظهر أي اهتزاز أثناء إجراء الاختبار. - قم بتركيب مجموعتين من مستشعرات الضغط ودرجة الحرارة للمنفذ A والمنفذ B على كتلة صمام الاختبار. قم بتوصيل هذه المستشعرات مباشرة بمنفذ التسرب لمراقبة التسرب.
ملاحظة: من الضروري تصميم وتصنيع أدوات مختلفة لتجميعات مضخات المحرك المختلفة التي تم اختبارها لإكمال التجربة.
- توصيل الواجهات الهيدروليكية (الشكل 7)
- قم بتوصيل منفذي الزيت عالي الضغط لمصدر المضخة بالمنفذ A أو B من كتلة صمام الاختبار.
- قم بتوصيل منفذ الزيت المضغوط بمنفذ زيت التسرب للمضخة.
- استنفاد الهواء لمجموعة مضخة المحرك
- تأكد من أن صمام التنفيس لنظام إمداد الزيت في حالة التفريغ. قم بتشغيل محرك إمداد الزيت لمدة 3 دقائق لاستنفاد هواء نظام الاختبار وتسخينه.
ملاحظة: يتم تحديد وقت التشغيل المحدد وفقا للظروف المحددة لمنصة الاختبار. الغرض الرئيسي من هذه الخطوة هو التأكد من أن الزيت يتدفق بالكامل في كل مكون من مكونات دائرة الاختبار وأن درجة حرارة سطح المضخة المختبرة قريبة من درجة حرارة الزيت.
- تأكد من أن صمام التنفيس لنظام إمداد الزيت في حالة التفريغ. قم بتشغيل محرك إمداد الزيت لمدة 3 دقائق لاستنفاد هواء نظام الاختبار وتسخينه.
- للتحقق من وجود تسرب في مجموعة مضخة المحرك ، أغلق صمام التنفيس لنظام إمداد الزيت. اضبط ضغط إمداد الزيت على 2 ميجا باسكال لأكثر من 1 دقيقة.
ملاحظة: سيساعد هذا في معرفة ما إذا كان هناك أي تسرب واضح في نظام الاختبار ، مثل التسرب الناجم عن فشل الحلقة O.- ابحث عن تسرب في مجموعة مضخة المحرك. إذا تسرب ، أولا ، قم بإيقاف تشغيل النظام الهيدروليكي واستبدال الختم ، ثم كرر الخطوتين 2.3 و 2.4. إذا لم يكن هناك تسرب ، افتح صمام التنفيس لنظام إمداد الزيت.
- توصيل الواجهات الكهربائية (الشكل 9)
- قم بتوصيل واجهة مصدر الطاقة وواجهة الإشارة الدوارة بسائق تجميع مضخة المحرك.
- قم بتوصيل برنامج التشغيل بوحدة التحكم عبر RS 442 ، ويعمل في وضع الازدواج الكامل.
- قم بتوصيل برنامج التشغيل بطاقة 270 فولت تيار مستمر.
- فحص بدون تحميل لمجموعة مضخة المحرك
- قم بتشغيل مضخة إمداد الزيت واحتفظ بصمامات التنفيس لأنظمة إمداد وتحميل الزيت في حالة التفريغ. قم بتشغيل السائق ووحدة التحكم وتحقق مما إذا كانت مجموعة مضخة المحرك يمكنها تلقي أمر التحكم بشكل طبيعي.
ملاحظة: يمكن ضغط منفذ مدخل مجموعة مضخة المحرك عبر مضخة إمداد الزيت ، مما يمنع المكون من التجويف. - اضبط تعليمات 2000 دورة في الدقيقة إلى الأمام على مجموعة مضخة المحرك. راقب حالة عمل مجموعة مضخة المحرك وتحقق مما إذا كان هناك تسرب في كتلة الصمام (انظر الخطوة 2.5).
- اضبط تعليمات 2000 دورة في الدقيقة عكسيا على مجموعة مضخة المحرك. راقب حالة عمل مجموعة مضخة المحرك وتحقق مما إذا كان هناك تسرب في كتلة الصمام (انظر الخطوة 2.5).
- قم بتشغيل مضخة إمداد الزيت واحتفظ بصمامات التنفيس لأنظمة إمداد وتحميل الزيت في حالة التفريغ. قم بتشغيل السائق ووحدة التحكم وتحقق مما إذا كانت مجموعة مضخة المحرك يمكنها تلقي أمر التحكم بشكل طبيعي.
3. تدفق المضخة واختبار الكفاءة الشاملة لتجميع مضخة المحرك
- إعداد نظام إمداد الزيت
- قم بتشغيل مضخة إمداد الزيت وقم بتبديل صمامات التنفيس لنظام إمداد الزيت ونظام التحميل إلى حالة التحميل.
- اضبط صمام تنفيس إمداد الزيت على الحد الأدنى لضغط إمداد الزيت psmin البالغ 0.6 ميجا باسكال. اتبع الخطوات 3.1.2.1-3.1.2.3 لتحديد psmin.
ملاحظة: psmin هو الضغط في منفذ مدخل مجموعة مضخة المحرك لتجنب التجويف.- اضبط ضغط إمداد الزيت على 1 ميجا باسكال أو أكثر ، والذي تقرره مجموعة مضخة المحرك المختبرة.
- اضبط سرعة دوران مجموعة مضخة المحرك المختبرة على 9000 دورة في الدقيقة ، مع التأكد من أن تدفق المضخة يساوي تدفق المضخة النظري. خلاف ذلك ، قم بزيادة ضغط إمداد الزيت لتجنب التجويف.
- قلل ضغط إمداد الزيت ببطء وسجل تغيير تدفق المضخة. ارسم تدفق المضخة النسبي مقابل ضغط إمداد الزيت ، وابحث عن نقطة انعطاف تدفق المضخة - ضغط إمداد الزيت لهذه النقطة هو الحد الأدنى لضغط إمداد الزيت psmin.
- اضبط صمام تخفيف الحمل على psmin.
- قم بتشغيل نظام التحكم في درجة الحرارة واضبط درجة حرارة الزيت على 30 درجة مئوية.
- قم بتشغيل جهاز التصوير الحراري لاكتشاف درجة حرارة سطح مجموعة مضخة المحرك.
- أرسل تعليمات التحكم إلى مجموعة مضخة المحرك لجعلها تعمل بشكل مستمر بسرعة محددة (الجدول 2).
- اضبط صمام تخفيف الحمل وقم بزيادة ضغط الحمل تدريجيا إلى قيمة محددة (الجدول 2). استمر لمدة 4 ثوان عند كل ضغط قياس حرج.
ملاحظة: انتبه جيدا لدرجة حرارة المحرك أثناء التجربة. تأكد من أن درجة حرارة سطح تجميع مضخة المحرك أقل من 100 درجة مئوية. - بعد أن يصل الضغط إلى القيمة المحددة للسرعة ، اضبط صمام تخفيف الحمل مرة أخرى إلى 1 ميجا باسكال.
- كرر الخطوتين 3.3 و 3.4 حتى يتم اختبار خصائص جميع نقاط قياس الضغط الحرج وفقا للجدول 2.
- قم بتصدير بيانات التدفق التجريبي وارسم خريطة خصائص تدفق المضخة لمجموعة مضخة المحرك.
- احسب الكفاءة الكلية لتجميع مضخة المحرك في ظروف عمل مختلفة وارسم خريطة الكفاءة الكلية.
ملاحظة: يتم إعطاء الكفاءة الكلية لمجموعة مضخة المحرك بواسطة Eq (2):
. (2)
حيث Po هي طاقة الخرج لمجموعة مضخة المحرك ، Pi هي طاقة الإدخال للسائق ، مضخة Q هي تدفق المضخة ؛ Δp هو فرق ضغط المضخة ؛ U الطاقة هي جهد خرج مصدر الطاقة ؛ أناالسلطة هي التيار الناتج امدادات الطاقة.
. (2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
أشارت نتيجة محاكاة تدفق التفريغ (الشكل 10 أ) إلى أن تدفق التفريغ انخفض قليلا مع زيادة ضغط الحمل عندما كانت السرعة ثابتة. علاوة على ذلك ، زاد معدل تدفق الخرج خطيا مع زيادة السرعة عندما يكون الضغط ثابتا ، انطلاقا من نفس عرض الحزام. لتقييم أداء مجموعة مضخة المحرك مباشرة في ظل ظروف عمل مختلفة ، قمنا برسم مخطط الكفاءة الحجمي (الشكل 11 أ). وأظهرت أن الكفاءة الحجمية للمضخة كانت أعلى بينما كان الضغط والسرعة منخفضين نسبيا. عندما كانت السرعة 3000 دورة في الدقيقة ، كان الحد الأقصى لضغط الخرج للكفاءة الحجمية بنسبة 95٪ 5 ميجا باسكال ؛ عندما كانت السرعة 8000 دورة في الدقيقة ، ارتفعت هذه القيمة بسرعة إلى 23 ميجا باسكال.
يوضح الشكل 10B النتائج التجريبية لتدفق التفريغ ، والتي تتزامن بشكل جيد مع المحاكاة. الفرق الطفيف بين النتائج التجريبية ونتائج المحاكاة هو أنه عندما تكون السرعة أعلى من 5000 دورة في الدقيقة ، ينخفض تدفق الإخراج أولا ثم يزداد مع ارتفاع الضغط. يوضح الشكل 11B الكفاءة الحجمية للتجربة. تختلف النتائج التجريبية عن نتائج المحاكاة ، خاصة عندما تعمل مجموعة مضخة المحرك بسرعة عالية وضغط منخفض. عندما يكون انخفاض الضغط أقل من 10 ميجا باسكال ، تنخفض الكفاءة الحجمية مع زيادة سرعة الدوران.
يشير الشكل 12 إلى الاختلافات في الكفاءة الحجمية وتدفق المضخة بين النتائج المحاكاة والتجريبية. يظهر في هذا الشكل أن نتائج محاكاة تدفق المضخة تتفق بشكل جيد مع النتائج التجريبية. علاوة على ذلك ، يتم الاحتفاظ أيضا بخطأ كفاءة الصوت في حدود 10٪. عندما تكون السرعة أعلى من 4000 دورة في الدقيقة ، يمكن التحكم في الخطأ في حدود 4٪. يوضح الشكل 13 الكفاءة الكلية لمجموعة مضخة المحرك. عندما تعمل مجموعة مضخة المحرك في ظروف العمل ذات السرعة المنخفضة والضغط العالي أو السرعة العالية والضغط المنخفض ، تكون كفاءتها الإجمالية منخفضة نسبيا ، خاصة عند السرعة العالية والضغط المنخفض عندما تنخفض كفاءتها الإجمالية إلى ~ 10٪. عندما يكون انخفاض الضغط في حدود 5 إلى 15 ميجا باسكال ، والسرعة 2000-8000 دورة في الدقيقة ، يمكن أن تصل كفاءتها الإجمالية إلى 60٪.
الشكل 1: الهيكل والرسم التخطيطي ل EHA. الصورة العلوية للنموذج هي نموذج 3D ل EHA ، والصورة السفلية هي الرسم التخطيطي. اختصار: EHA = المحرك الكهروهيدروستاتيكي. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: هيكل مجموعة مضخة المحرك المحورية أحادية المحور. يصور هذا الشكل الهيكل الداخلي لمجموعة مضخة المحرك ، والتي تتكون من السكن ، والعمود ، والدوار ، وملف الجزء الثابت ، والمشفر ، ولوحة النهاية الخلفية ، ولوحة الرش ، والمكبس ، وكتلة الأسطوانة ، ولوحة الصمام. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: نموذج محاكاة لمكبس واحد. يوضح هذا الشكل تكوين نموذج أحادي المكبس ، بما في ذلك نموذج تجويف حجم المكبس ، ونموذج توزيع التدفق ، ونموذج النعال. تشير الوظيفة f (x، y) إلى فقدان طاقة الاحتكاك لواجهة لوحة الرش / النعال ، وتشير الوظيفة f (x، y، z) إلى فقدان طاقة الاحتكاك اللزج لواجهة كتلة المكبس / الأسطوانة. تشير الأرقام الواردة في هذا الشكل إلى واجهات المكون الفائق لنموذج محاكاة المكبس الفردي. الاختصارات: PCI = واجهة كتلة المكبس / الأسطوانة ؛ مباحث أمن الدولة = لوحة الرش / واجهة النعال ؛ P = الضغط ؛ V = السرعة ؛ μ = معامل الاحتكاك ؛ س = التدفق ؛ A ، B = منافذ تجميع مضخة المحرك ؛ م = الكتلة ؛ F = القوة الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 4: نموذج محاكاة لتجميع مضخة المحرك. يتكون نموذج تجميع مضخة المحرك بشكل أساسي من 9 نماذج أحادية المكبس بزوايا طور مختلفة ، ونموذج محرك مثالي ، ونموذج احتكاك لوحة صمام. تشير الوظيفة f (x، y) إلى خسائر الخلط للمضخة ، وتشير الوظيفة العلوية f (x، y، z) إلى فقدان طاقة الحجم لواجهة كتلة الأسطوانة / لوحة الصمام ، وتشير الوظيفة السفلية إلى فقدان طاقة الاحتكاك لواجهة كتلة الأسطوانة / لوحة الصمام. تشير الأرقام في هذا الشكل إلى واجهات المكون الفائق لنموذج محاكاة المكبس الواحد. الاختصارات: CVI = كتلة الأسطوانة / واجهة لوحة الصمام ؛ P = الضغط ؛ V = السرعة ؛ μ = معامل الاحتكاك ؛ س = التدفق ؛ A ، B = منافذ تجميع مضخة المحرك ؛ م = الكتلة ؛ F = القوة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 5: مخطط تخطيطي هيدروليكي للتجارب. يوضح هذا الشكل المخطط الهيدروليكي للتجربة. يتم استخدام دائرة جسر مكونة من أربعة صمامات فحص لتبديل اتجاهات التدفق. الاختصارات: D = سائق مضخة إمداد الزيت ؛ P = الضغط ؛ T = درجة الحرارة ؛ أنا = جهاز استشعار. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 6: التركيب الهيكلي لمنصة الاختبار. تظهر هذه الصورة تركيب منضدة الاختبار: لوحة التحكم، والنظام الهيدروليكي، ومبرد الزيت، ولوحة الاختبار. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 7: تركيب مجموعة مضخة المحرك. تظهر هذه الصورة حالة تركيب مجموعة مضخة المحرك وتخطيط مستشعرات الضغط ودرجة الحرارة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 8: توصيل الأدوات. تظهر هذه الصورة اتصال مجموعة مضخة المحرك وكتلة صمام الاختبار بالأدوات. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 9: توصيل الواجهات الكهربائية. تظهر هذه الصورة اتصال مجموعة مضخة المحرك والسائق ووحدة التحكم. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 10: المحاكاة والنتائج التجريبية لتدفق المضخة . (أ) يوضح خط الكنتور النتائج المحاكاة لتدفق المضخة. تشير النتائج إلى وجود خاصية بطانة جيدة لتدفق التفريغ. (ب) يوضح خط الكنتور النتائج التجريبية لتدفق المضخة. نتائج التجربة تتماشى مع نتائج المحاكاة. يشير شريط الألوان إلى تدفق المضخة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 11: المحاكاة والنتائج التجريبية للكفاءة الحجمية. (أ) يوضح خط الكنتور النتائج المحاكاة للكفاءة الحجمية. وفقا لنتائج المحاكاة ، فإن الكفاءة الحجمية لمجموعة مضخة المحرك عالية نسبيا ، إلا عندما تعمل مجموعة مضخة المحرك في حالة الضغط العالي والسرعة المنخفضة. (ب) يوضح خط الكنتور النتائج التجريبية للكفاءة الحجمية. تختلف النتائج التجريبية عن نتائج المحاكاة ، خاصة في ظروف العمل عالية السرعة والضغط المنخفض. يشير شريط الألوان إلى النسبة المئوية للكفاءة الحجمية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 12: الكفاءة وتدفق المضخة بسرعات مختلفة تحت انخفاض الضغط بمقدار 15 ميجا باسكال. يمثل الخط الأسود المتصل النتائج التجريبية للكفاءة الحجمية ، ويمثل الخط الأحمر نتائج المحاكاة. تزداد الكفاءة الحجمية مع زيادة السرعة ، وتكون نتائج المحاكاة أقرب إلى النتائج التجريبية عندما تكون السرعة أعلى. يمثل الخط الأسود المتقطع النتائج التجريبية لتدفق المضخة ويمثل الخط الأحمر نتائج المحاكاة. يمكن أن نرى من الشكل أن نتائج المحاكاة تتزامن تقريبا مع النتائج التجريبية في نطاق السرعة من 3500-9000 دورة في الدقيقة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 13: النتائج التجريبية للكفاءة الكلية. يظهر خط الكنتور الكفاءة الكلية لمجموعة مضخة المحرك. عندما تعمل مجموعة مضخة المحرك في الظروف القاسية ، تكون الكفاءة الكلية منخفضة نسبيا. يشير شريط الألوان إلى النسبة المئوية للكفاءة الإجمالية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| البارامتر | رمز | وحدة | قيمة | ||
| قطر توزيع كتلة الاسطوانة | دف | المليمتر | 29.3 | ||
| زاوية ميل لوحة الرش | β | ° | 9 | ||
| قطر المكبس | دض | المليمتر | 7.5 | ||
| رقم المكبس | Z | - | 9 | ||
| طول ثقب رأس الكرة المكبس | لكيو تي | المليمتر | 7.3 | ||
| قطر ثقب رأس كرة المكبس | دكيو تي | المليمتر | 1 | ||
| حجم غير صالح من تجويف المكبس | الخامسد | مم3 | 392.69 | ||
| سمك فيلم الزيت لواجهة كتلة المكبس / الأسطوانة | حع | ميكرومتر | 3 | ||
| قطر ثقب النعال | دس | المليمتر | 0.4 | ||
| طول ثقب النعال | لق | المليمتر | 1.5 | ||
| القطر الخارجي لحزام ختم النعال | دسو | المليمتر | 8.8 | ||
| القطر الداخلي لحزام ختم النعال | دمباحث أمن الدولة | المليمتر | 6.3 | ||
| سمك فيلم الزيت لواجهة لوحة النعال / الرش | حق | ميكرومتر | 5 | ||
| القطر الداخلي لحزام الختم الداخلي للوحة الصمام | دسي | المليمتر | 12.05 | ||
| القطر الخارجي لحزام الختم الداخلي للوحة الصمام | Dci | المليمتر | 13.15 | ||
| القطر الداخلي لحزام ختم لوحة الصمام الخارجي | ديكو | المليمتر | 16.15 | ||
| القطر الخارجي لحزام ختم لوحة الصمام الخارجي | دكو | المليمتر | 17.3 | ||
| سمك فيلم الزيت لكتلة الأسطوانة / واجهة لوحة الصمام | حج | ميكرومتر | 10 | ||
| قطر كتلة الاسطوانة | دج | المليمتر | 41.7 | ||
| طول كتلة الاسطوانة | لج | المليمتر | 27.8 | ||
الجدول 1: بارامترات المحاكاة. يسرد هذا الجدول المعلمات الرئيسية لنموذج محاكاة تجميع مضخة المحرك.
| السرعة الحرجة (دورة في الدقيقة) | فرق ضغط الحمل الحرج للمحاكاة (MPa) | فرق ضغط الحمل الحرج للاختبار التجريبي (MPa) | ||
| 1,450 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 2,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 3,500 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 4,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6,9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | ||
| 5,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 | ||
| 6,500 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 | ||
| 8,000 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15 | ||
| 9,500 | 0.4, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 | 0.4, 3, 6, 9, 12 | ||
الجدول 2: السرعة والضغط المحددان لمجموعة مضخة المحرك. يسرد هذا الجدول نقاط العمل الحرجة لتجارب تجميع مضخة المحرك.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
عند إجراء هذه الخطوات التجريبية ، من المهم التأكد من أن نقاط قياس الضغط قريبة بدرجة كافية من منفذ الزيت للمضخة ، مما سيؤثر بشكل كبير على النتائج التجريبية. بالإضافة إلى ذلك ، انتبه إلى ضغط منفذ مدخل مجموعة مضخة المحرك لضمان عدم وجود تجويف ، خاصة في ظروف العمل عالية السرعة.
تتيح هذه الطريقة تعديلا ديناميكيا لضغط إمداد الزيت ، وتحقيق محاكاة دقيقة لظروف العمل المختلفة.
أحد قيود هذه الطريقة هو أنه لا يمكن الحصول على الكفاءة الكلية لمجموعة مضخة المحرك بدقة عن طريق المحاكاة. في نموذج المحاكاة ، تكون الأسطح الاحتكاكية الرئيسية الثلاثة للمضخة تحت تزييت فيلم الزيت الكامل ، مما يعني وجود احتكاك لزج فقط في الواجهة. ومع ذلك ، فإن الوضع الفعلي هو أن حالة فيلم الزيت تتحول بين تزييت فيلم الزيت الكامل والتشحيم الحدودي ، والذي لا يمكن محاكاته بواسطة نموذج المحاكاة. لذلك ، نركز على استخدام نموذج محاكاة لمحاكاة المضخة ، والتي تتميز بمزايا التكلفة المنخفضة والسرعة العالية دون التقيد بالمعلمات الفعلية للنموذج الأولي. وفي الوقت نفسه ، نعوض عن هذا القيد من خلال الأساليب التجريبية.
قيد آخر هو أن الطريقة لا تحاكي الخصائص الحرارية لمجموعة مضخة المحرك ل EHA بشكل جيد للغاية. نظرا لأن EHA هو نظام متكامل للغاية ، فإن مجموعة مضخة المحرك متصلة بإحكام بأسطوانة التشغيل والخزان المضغوط ، مما يؤدي إلى وضع حراري معقد. وبالتالي ، يمكن للطريقة فقط اختبار أداء مجموعة مضخة المحرك في ظل ظروف درجة حرارة معينة ، في حين أن نطاق تغير درجة الحرارة الفعلي واسع.
لعب الأداء المحسن لمجموعة مضخة المحرك دورا حاسما في تعزيز شعبية EHA. بناء على النتائج الواردة في هذه الورقة ، لا يزال هناك مجال لتحسين الكفاءة الكلية لمجموعة مضخة المحرك. بالمقارنة مع الأساليب الحالية ، يمكن التحقيق في خصائص تجميع مضخة المحرك بشكل أكثر كفاءة في ظل مجموعة واسعة من ظروف العمل من خلال اعتماد هذا البروتوكول. يجب أن تضع هذه الطريقة أساسا لتحسين تجميع مضخة المحرك وتوفر ضمانا قويا للتطور السريع ل EHA. بالإضافة إلى ذلك ، من الأهمية بمكان اختبار أداء مضخة المحرك وبالتالي تحقيق التصميم الإيجابي لمضخة المحرك.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل من قبل مشروع الطائرات المدنية الصينية [No. MJ-2017-S49] ومؤسسة علوم ما بعد الدكتوراه الصينية [No.2021M700331].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AmeSim simulation platform | Siemens | Amesim 16 | |
| DAQ card | Advantech | PCI1710 | |
| Flowmeter | KRACHT | VC0.04E1RS, 0.02-4 L/min | |
| Flowmeter | KRACHT | VC0.4E1RS, 0.2-40 L/min | |
| Industrial Computer | Advantech | 610H | |
| Oil supply motor | Siemens | 1TL0001-1BB23-3JA5 | |
| Oil supply pump | Kangbaishi | P222RF01DT | |
| OriginPro | OriginLab Corporation | OriginPro 2021 (64-bit) 9.8.0.200 | |
| Pressure sensor | Feejoy | PI131G(0-5 MPA)F4MCAH5C | |
| Proportional relief valve | Huade hydraulic | DBE10-30B/50YV | |
| Proportional relief valve | Huade hydraulic | DBE10-30B/315YV | |
| Spindle motor | HAOZHI | DGZX-18020 / 22A2-KFHWVJLS | Max speed: 18,000 rpm; Power: 22 kW |
| Temperature sensor | Feejoy | TI-A42M1A180/30+F1 |
References
- Yu, B., Wu, S., Jiao, Z., Shang, Y. Multi-objective optimization design of an electrohydrostatic actuator based on a particle swarm optimization algorithm and an analytic hierarchy process. Energies. 11 (9), 2426 (2018).
- Chao, Q., et al. Load-sensing pump design to reduce heat generation of electro-hydrostatic actuator systems. Energies. 11 (9), 2266 (2018).
- Zhao, J., et al. Experimental research on tribological characteristics of TiAlN coated valve plate in electro-hydrostatic actuator pumps. Tribology International. 155, 106782 (2021).
- Zhao, J., et al. Review of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: Theoretical models, experimental investigations, and optimal design. Chinese Journal of Aeronautics. 34 (1), 111-134 (2021).
- Chao, Q., Zhang, J., Xu, B., Huang, H., Pan, M. A review of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps in aerospace applications: challenges and solutions. Journal of Mechanical Design. 141 (5), 050801 (2019).
- Fu, Y., et al. Design and performance analysis of position-based impedance control for an electrohydrostatic actuation system. Chinese Journal of Aeronautics. 31 (3), 584-596 (2018).
- Alle, N., Hiremath, S. S., Makaram, S., Subramaniam, K., Talukdar, A. Review on electro hydrostatic actuator for flight control. International Journal of Fluid Power. 17 (2), 125-145 (2016).
- Chakraborty, I., Mavris, D. N., Emeneth, M., Schneegans, A. A methodology for vehicle and mission level comparison of More Electric Aircraft subsystem solutions: Application to the flight control actuation system. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 229 (6), 1088-1102 (2014).
- Zhang, T., He, D. A reliability-based robust design method for the sealing of slipper-swash plate friction pair in hydraulic piston pump. IEEE Transactions on Reliability. 67 (2), 459-469 (2018).
- Guo, S., Chen, J., Lu, Y., Wang, Y., Dong, H. Hydraulic piston pump in civil aircraft: current status, future directions and critical technologies. Chinese Journal of Aeronautics. 33 (1), 16-30 (2020).
- Habibi, S., Goldenberg, A. Design of a new high-performance electrohydraulic actuator. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 5 (2), 158-164 (1999).
- Xu, B., Hu, M., Zhang, J., Mao, Z. Distribution characteristics and impact on pump's efficiency of hydro-mechanical losses of axial piston pump over wide operating ranges. Journal of Central South University. 24 (3), 609-624 (2017).
