Summary
हमने इलेक्ट्रोहाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर में एकल-शाफ्ट समाक्षीय मोटर-पंप असेंबली के पंप प्रवाह विशेषताओं और प्रदर्शन का मूल्यांकन करने और प्रयोगात्मक रूप से मोटर-पंप असेंबली की कामकाजी स्थितियों के एक विस्तृत सेट में समग्र दक्षता की जांच करने के लिए एक सिमुलेशन मॉडल बनाया।
Abstract
एक इलेक्ट्रोहाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर (ईएचए) अपने उच्च शक्ति घनत्व, रखरखाव में आसानी और विश्वसनीयता के लिए पारंपरिक हाइड्रोलिक सर्वो एक्ट्यूएटर की तुलना में सबसे आशाजनक विकल्प हो सकता है। कोर पावर यूनिट के रूप में जो ईएचए के प्रदर्शन और सेवा जीवन को निर्धारित करता है, मोटर-पंप असेंबली में एक साथ एक विस्तृत गति / दबाव सीमा और एक उच्च गतिशील प्रतिक्रिया होनी चाहिए।
यह पेपर सिमुलेशन और प्रयोग के माध्यम से मोटर-पंप असेंबली के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है। प्रयोग की शुरुआत में असेंबली के सिमुलेशन और विश्लेषण के माध्यम से प्रवाह आउटपुट विशेषताओं को परिभाषित किया गया था, जिससे यह निष्कर्ष निकला कि क्या पंप ईएचए की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। 1,450-9,000 आरपीएम की गति सीमा और 1-30 एमपीए की दबाव सीमा में पंप परीक्षण बेंच के माध्यम से मोटर-पंप असेंबली पर प्रदर्शन परीक्षणों की एक श्रृंखला आयोजित की गई थी।
हमने सिमुलेशन परिणामों के साथ प्रवाह आउटपुट विशेषताओं के परीक्षण परिणामों के बीच स्थिरता की पुष्टि करने के बाद विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों के तहत मोटर-पंप असेंबली की समग्र दक्षता का परीक्षण किया। परिणामों से पता चला है कि 10-25 एमपीए के दबाव में 4,500-7,000 आरपीएम पर और 5-15 एमपीए के तहत 2,000-2,500 आरपीएम पर काम करने पर विधानसभा की समग्र दक्षता अधिक होती है। कुल मिलाकर, इस विधि का उपयोग अग्रिम रूप से यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि मोटर-पंप असेंबली ईएचए की आवश्यकताओं को पूरा करती है या नहीं। इसके अलावा, यह पेपर विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों में मोटर-पंप असेंबली की एक त्वरित परीक्षण विधि का प्रस्ताव करता है, जो ईएचए प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने में सहायता कर सकता है।
Introduction
उच्च शक्ति घनत्व के साथ आम तौर पर एकीकृत एक्ट्यूएटर के रूप में जाना जाता है, ईएचए में एयरोस्पेस, विमानन, निर्माण मशीनरी और रोबोटिक्स 1,2 जैसे क्षेत्रों में व्यापक संभावनाएं हैं। ईएचए में मुख्य रूप से एक सर्वो मोटर, पंप, सिलेंडर, दबाव वाले जलाशय, वाल्व ब्लॉक, मोड कंट्रोल वाल्व, मॉड्यूल नियंत्रण वाल्व और सेंसर होते हैं, जो एक अत्यधिक एकीकृत, पंप-नियंत्रित, बंद हाइड्रोलिक सिस्टम का गठन करते हैं। योजनाबद्ध आरेख और भौतिक मॉडल चित्र 1 3,4,5,6,7 में दिखाए गए हैं। मोटर-पंप असेंबली कोर पावर और नियंत्रण घटक है, और यह ईएचए 7 के स्थिर और गतिशील प्रदर्शन को निर्धारित करताहै।
पारंपरिक मोटर-पंप असेंबली में एक अलग मोटर और पंप होता है, जिसकी शाफ्ट एक शाफ्ट युग्मन8 से जुड़ी होती है। इस संरचना का ईएचए के प्रदर्शन और जीवन पर महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। सबसे पहले, मोटर और पंप दोनों संयोजन सटीकता के कारण अपेक्षाकृत बड़े कंपन को सहन करेंगे, खासकर उच्च गति5 पर। कंपन न केवल पंप की आउटपुट विशेषताओं को प्रभावित करेगा, बल्कि पंप में घर्षण इंटरफेस के पहनने में भी तेजी लाएगा, जिससे मोटर-पंप असेंबली9 की विफलता होगी। दूसरा, पंप के शाफ्ट सिरों पर सीलिंग सेट की जानी चाहिए, जो मौलिक रूप से रिसाव को रोक नहीं सकती है। इस बीच, मोटर-पंप असेंबली की यांत्रिक दक्षता बढ़ते घर्षण प्रतिरोध10 के साथ कम हो जाती है। तीसरा, मोटर-पंप असेंबली के लगातार रिवर्सिंग से युग्मन के पहनने में तेजी आएगी और थकान फ्रैक्चर की संभावना बढ़ जाएगी, जिससे ईएचए11,12 की सिस्टम विश्वसनीयता कम हो जाएगी।
इस प्रकार, इन कमियों से बचने के लिए एक साझा आवास के भीतर एक एकल-शाफ्ट समाक्षीय मोटर-पंप असेंबली विकसित की गई थी। संरचना चित्र 2 में दिखाया गया है। इस घटक में एक नो-कपलिंग डिज़ाइन अपनाया जाता है, जो एक साथ गतिशील प्रदर्शन और मोटर और पंप की स्नेहन स्थिति को बढ़ा सकता है। यह एकल-शाफ्ट समाक्षीय डिजाइन दो रोटर के संरेखण को सुनिश्चित करता है और उच्च गति की स्थिति में गतिशील संतुलन में सुधार करता है। इसके अलावा, साझा आवास मौलिक रूप से शाफ्ट एंड रिसाव को समाप्त करता है।
ईएचए मोटर-पंप असेंबली की आउटपुट विशेषताओं का परीक्षण ईएचए प्रदर्शन के अनुकूलन और सुधार के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। हालांकि, मोटर-पंप असेंबली के प्रदर्शन परीक्षण पर अपेक्षाकृत कम अध्ययन हैं, खासकर ईएचए के लिए। इसलिए, हमने सिमुलेशन और प्रयोगों के संयोजन की एक परीक्षण विधि आयोजित की। यह विधि परिचालन स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ मोटर-पंप असेंबली के परीक्षण के लिए उपयुक्त है, विशेष रूप से ईएचए पंप।
दो मुख्य चुनौतियां हैं: पहला मोटर-पंप की आउटपुट प्रवाह विशेषताओं का विश्लेषण करने और मोटर-पंप असेंबली के इष्टतम डिजाइन के लिए सहायता प्रदान करने के लिए एक सटीक सिमुलेशन मॉडल बनाना है। हमने पदानुक्रमित मॉडलिंग के माध्यम से मोटर-पंप असेंबली का एक सिमुलेशन मॉडल स्थापित किया है और विभिन्न मापदंडों को बदलकर आउटपुट प्रवाह के सिमुलेशन विश्लेषण को महसूस किया है। दूसरा उच्च गति के कारण परीक्षण तत्व का गुहिकायन है, जो सबसे महत्वपूर्ण पहलू है जो इसे साधारण पंपों से अलग करता है। इसलिए, हमने विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों में परीक्षण का एहसास करने के लिए परीक्षण प्रणाली को डिजाइन करते समय तेल आपूर्ति प्रणाली के डिजाइन पर अधिक ध्यान केंद्रित किया।
इस प्रोटोकॉल में, शुरू में पंप प्रवाह विशेषताओं को अनुकरण करने के लिए एक आयामी सिमुलेशन मॉडल स्थापित किया गया था, यह देखते हुए कि पंप प्रवाह विशेषताएं ईएचए की आवश्यकताओं को पूरा करती हैं या नहीं। फिर, प्रवाह विशेषताओं और समग्र दक्षता को प्रयोगात्मक रूप से एक समर्पित परीक्षण बेंच पर परीक्षण किया गया था, समग्र दक्षता मानचित्र प्राप्त किया गया था जिसे सिमुलेशन द्वारा सटीक रूप से अनुकरण नहीं किया जा सकता है। अंत में, सिमुलेशन परिणामों की सटीकता को सत्यापित करने के लिए पंप प्रवाह विशेषताओं की तुलना प्रयोगात्मक परिणामों के साथ की गई थी। इस बीच, एकल-शाफ्ट समाक्षीय मोटर-पंप असेंबली के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए समग्र दक्षता मानचित्र प्राप्त किया गया था।
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Protocol
1. पंप प्रवाह विशेषताओं का सिमुलेशन
- मोटर-पंप असेंबली के सिमुलेशन मॉडल का निर्माण करें। AMESim सिमुलेशन प्लेटफ़ॉर्म खोलें और SKETCH मोड दर्ज करें ।
- किनेमेटिक मैथमेटिक मॉडल और वितरण वक्र (चित्रा 3) के अनुसार एकल पिस्टन के लिए सिमुलेशन मॉडल का निर्माण करें। एकल-पिस्टन मॉडल को एक सुपर घटक (चित्रा 4) के रूप में एनकैप्सुलेट करें।
नोट: पिस्टन (Eq (1)) उपज का मुख्य किनेमेटिक गणित मॉडल:
(1)
इस समीकरण में, x पिस्टन का पूर्ण विस्थापन है, β स्वाश प्लेट इनक्लाइन कोण है, φ पिस्टन का चरण कोण है, Rf सिलेंडर ब्लॉक की वितरण त्रिज्या है, df सिलेंडर ब्लॉक का वितरण व्यास है। - वाल्व प्लेट के रिसाव और घर्षण को देखते हुए पंप मॉडल का निर्माण करें (चित्रा 4)। वाल्व प्लेट मॉड्यूल बनाने के लिए, मुख्य रूप से पिस्टन / सिलेंडर ब्लॉक इंटरफ़ेस और चप्पल / स्वाश प्लेट इंटरफ़ेस के चिपचिपे घर्षण और थ्रॉटलिंग प्रभाव पर ध्यान केंद्रित करें।
- एक आदर्श टोक़ मॉड्यूल (चित्रा 4) के माध्यम से मोटर मॉडल का निर्माण करें। मोटर को अनुकरण करने के लिए एक आदर्श टोक़ मॉड्यूल का उपयोग करें, लोहे के नुकसान, तांबे के नुकसान और मोटर के उत्तेजक नुकसान को अनदेखा करें।
- किनेमेटिक मैथमेटिक मॉडल और वितरण वक्र (चित्रा 3) के अनुसार एकल पिस्टन के लिए सिमुलेशन मॉडल का निर्माण करें। एकल-पिस्टन मॉडल को एक सुपर घटक (चित्रा 4) के रूप में एनकैप्सुलेट करें।
- मोटर-पंप असेंबली मॉडल के मुख्य पैरामीटर सेट करें।
- तालिका 1 के अनुसार मोटर-पंप असेंबली के पैरामीटर सेट करें। पैरामीटर मोड दर्ज करें और सिमुलेशन मॉडल में विशिष्ट घटक को डबल-क्लिक करके मुख्य पैरामीटर सेट करें। तालिका 2 के अनुसार घूर्णन गति और परीक्षण दबाव सेट करें।
- मॉडल के प्रीरन पैरामीटर सेट करें: प्रारंभ समय: 0 एस, अंतिम समय: 1 एस, प्रिंट अंतराल: 1 एमएस।
- स्थिर स्थिति प्राप्त करने के लिए सिमुलेशन को प्रीरन करें।
- सिमुलेशन चलाएं और जांचें कि सिमुलेशन के अंत में सिस्टम स्थिर स्थिति तक पहुंच जाएगा या नहीं। यदि सिस्टम स्थिर स्थिति तक पहुँचता है, तो रन पैरामीटर विंडो में पुराने अंतिम मान विकल्प का उपयोग करें। यदि नहीं, तो अंतिम समय को चरण 1.2.1 से 2 सेकंड या उससे भी अधिक समय में रीसेट करें और चरण 1.2.2 को तब तक दोहराएं जब तक कि सिस्टम स्थिर स्थिति तक न पहुंच जाए।
- मॉडल के रन पैरामीटर सेट करें: प्रारंभ समय: 0 s, अंतिम समय: 0.2s, मुद्रण अंतराल: 0.002 ms.
- सिमुलेशन चलाएं और सिमुलेशन डेटा सहेजें।
नोट: एक विशिष्ट कार्य स्थिति के लिए चरण 1.2.1-1.2.4 दोहराएं; सिमुलेशन के बाद डेटा सहेजें। - सिमुलेशन डेटा निर्यात करें और ओरिजिनप्रो में मोटर-पंप असेंबली के प्रवाह विशेषता समोच्च को प्लॉट करें। 0.2 सेकंड के भीतर दर्ज पंप प्रवाह के औसत के रूप में पंप प्रवाह के मूल्य की गणना करें।
- आउटपुट प्रवाह विशेषताओं का निर्धारण
- विभिन्न दबाव स्थितियों के तहत अधिकतम गति पर मोटर-पंप असेंबली के आउटपुट प्रवाह वक्र को प्लॉट करें।
- विशिष्ट ईएचए अधिकतम गति के अनुसार पंप की आवश्यक आउटपुट प्रवाह दर की गणना करें, और विभिन्न दबाव स्थितियों में आवश्यक आउटपुट प्रवाह दर वक्र को प्लॉट करें।
- सुनिश्चित करें कि ईएचए की आवश्यक प्रवाह दर वक्र मोटर-पंप असेंबली के आउटपुट प्रवाह दर वक्र से घिरा हुआ है।
(1)2. प्रायोगिक मंच की स्थापना
- परीक्षण बेंच की स्थापना करें।
- तालिका 3 के अनुसार परीक्षण बेंच के हाइड्रोलिक घटक तैयार करें। सुनिश्चित करें कि प्रत्येक घटक के प्रमुख पैरामीटर तालिका 3 में सूचीबद्ध आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
- हाइड्रोलिक वाल्व ब्लॉक का डिजाइन और निर्माण करें और हाइड्रोलिक योजनाबद्ध आरेख (चित्रा 5) के अनुसार हाइड्रोलिक प्रणाली का निर्माण करें। सुनिश्चित करें कि घटकों की सापेक्ष स्थिति दिखाए गए योजनाबद्ध आरेख के समान है, और दबाव सेंसर और तापमान सेंसर यथासंभव परीक्षण बिंदु के करीब स्थित हैं।
नोट: प्रयोगों की यह श्रृंखला एक समर्पित उच्च गति और उच्च दबाव पंप लोड सिमुलेशन परीक्षण बेंच पर आयोजित की गई थी, जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है। - टूलिंग और परीक्षण वाल्व ब्लॉकों का डिजाइन और निर्माण। सुनिश्चित करें कि डिजाइन टूलिंग परीक्षण किए गए पंप और परीक्षण बेंच के विशिष्ट इंटरफ़ेस के अनुसार है।
- यांत्रिक इंटरफेस की स्थापना (चित्रा 7)
- परीक्षण वाल्व ब्लॉक के साथ मोटर-पंप असेंबली के अंतिम चेहरे को कनेक्ट करें। एक अच्छा सीलिंग प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए कम से कम 4 स्क्रू का उपयोग करें।
- परीक्षण बेंच के वर्कबेंच पर मोटर-पंप असेंबली और टेस्ट वाल्व ब्लॉक को ठीक करें (चित्रा 8)। मोटर-पंप असेंबली और टेस्ट वाल्व ब्लॉक को चार स्क्रू के साथ समर्पित टूलिंग से कनेक्ट करें और टूलिंग को 2 स्क्रू के साथ वर्कबेंच से कनेक्ट करें।
नोट: सुनिश्चित करें कि दो स्क्रू पर्याप्त रूप से मजबूत हैं ताकि परीक्षण करते समय कोई कंपन दिखाई न दे। - परीक्षण वाल्व ब्लॉक पर पोर्ट ए और पोर्ट बी के दबाव और तापमान सेंसर के दो समूह स्थापित करें। रिसाव निगरानी के लिए इन सेंसर को सीधे रिसाव पोर्ट से कनेक्ट करें।
नोट: प्रयोग को पूरा करने के लिए विभिन्न परीक्षण किए गए मोटर पंप असेंबली के लिए विभिन्न टूलिंग को डिजाइन और निर्माण करना आवश्यक है।
- हाइड्रोलिक इंटरफेस का कनेक्शन (चित्रा 7)
- परीक्षण वाल्व ब्लॉक के पोर्ट ए या बी के साथ पंप स्रोत के दो उच्च दबाव वाले तेल बंदरगाहों को कनेक्ट करें।
- पंप के रिसाव तेल बंदरगाह के साथ दबाव वाले तेल बंदरगाह को कनेक्ट करें।
- मोटर-पंप असेंबली का हवा-थका देने वाला
- सुनिश्चित करें कि तेल आपूर्ति प्रणाली का राहत वाल्व अनलोडिंग स्थिति में है। परीक्षण प्रणाली की हवा को समाप्त करने और इसे गर्म करने के लिए 3 मिनट के लिए तेल आपूर्ति मोटर चलाएं।
नोट: विशिष्ट रनिंग टाइम परीक्षण बेंच की विशिष्ट शर्तों के अनुसार निर्धारित किया जाता है। इस कदम का मुख्य उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि तेल परीक्षण सर्किट के प्रत्येक घटक में पूरी तरह से बह रहा है और परीक्षण किए गए पंप की सतह का तापमान तेल के तापमान के करीब है।
- सुनिश्चित करें कि तेल आपूर्ति प्रणाली का राहत वाल्व अनलोडिंग स्थिति में है। परीक्षण प्रणाली की हवा को समाप्त करने और इसे गर्म करने के लिए 3 मिनट के लिए तेल आपूर्ति मोटर चलाएं।
- मोटर-पंप असेंबली में लीक की जांच करने के लिए, तेल आपूर्ति प्रणाली के राहत वाल्व को बंद कर दें। 1 मिनट से अधिक के लिए 2 एमपीए में तेल की आपूर्ति के दबाव को समायोजित करें।
नोट: यह पता लगाने में मदद करेगा कि क्या परीक्षण प्रणाली में कोई स्पष्ट रिसाव है, जैसे कि ओ-रिंग की विफलता के कारण रिसाव।- मोटर-पंप असेंबली में रिसाव की तलाश करें। यदि यह लीक होता है, तो सबसे पहले, हाइड्रोलिक सिस्टम को बंद करें और सील को बदलें, और फिर चरण 2.3 और 2.4 दोहराएं। यदि कोई रिसाव नहीं है, तो तेल आपूर्ति प्रणाली के राहत वाल्व खोलें।
- विद्युत इंटरफेस का कनेक्शन (चित्रा 9)
- पावर सप्लाई इंटरफ़ेस और रोटरी सिग्नल इंटरफ़ेस को मोटर-पंप असेंबली ड्राइवर से कनेक्ट करें।
- पूर्ण-डुप्लेक्स मोड में काम करते हुए, आरएस 442 के माध्यम से ड्राइवर को नियंत्रक से कनेक्ट करें।
- ड्राइवर को 270 VDC पावर से कनेक्ट करें।
- मोटर-पंप असेंबली का नो-लोड निरीक्षण
- तेल आपूर्ति पंप चलाएं और तेल आपूर्ति और लोडिंग सिस्टम के राहत वाल्व को अनलोडिंग स्थिति में रखें। ड्राइवर और नियंत्रक पर शक्ति और जांचें कि क्या मोटर-पंप असेंबली सामान्य रूप से नियंत्रण कमांड प्राप्त कर सकती है।
नोट: मोटर-पंप असेंबली के इनलेट पोर्ट को तेल आपूर्ति पंप के माध्यम से दबाव डाला जा सकता है, जिससे घटक को गुहिकायन से रोका जा सकता है। - मोटर-पंप असेंबली के लिए 2,000 आरपीएम का एक निर्देश सेट करें। मोटर-पंप असेंबली की कामकाजी स्थिति का निरीक्षण करें और जांचें कि वाल्व ब्लॉक में रिसाव है या नहीं (चरण 2.5 देखें)।
- मोटर-पंप असेंबली के लिए 2,000 आरपीएम रिवर्स का निर्देश सेट करें। मोटर-पंप असेंबली की कामकाजी स्थिति का निरीक्षण करें और जांचें कि वाल्व ब्लॉक में रिसाव है या नहीं (चरण 2.5 देखें)।
- तेल आपूर्ति पंप चलाएं और तेल आपूर्ति और लोडिंग सिस्टम के राहत वाल्व को अनलोडिंग स्थिति में रखें। ड्राइवर और नियंत्रक पर शक्ति और जांचें कि क्या मोटर-पंप असेंबली सामान्य रूप से नियंत्रण कमांड प्राप्त कर सकती है।
3. पंप प्रवाह और मोटर-पंप असेंबली की समग्र दक्षता परीक्षण
- तेल आपूर्ति प्रणाली की स्थापना
- तेल आपूर्ति पंप चलाएं और तेल आपूर्ति प्रणाली और लोडिंग सिस्टम के राहत वाल्व को लोडिंग स्थिति में स्विच करें।
- तेल आपूर्ति राहत वाल्व को 0.6 एमपीए के न्यूनतम तेल आपूर्ति दबाव पीएसमिन में समायोजित करें। psmin का चयन करने के लिए चरण 3.1.2.1-3.1.2.3 का पालन करें।
नोट: गुहिकायन से बचने के लिए मोटर-पंप असेंबली के इनलेट पोर्ट में पीएसएमआईएन दबाव है।- तेल आपूर्ति दबाव को 1 एमपीए या अधिक में समायोजित करें, जो परीक्षण किए गए मोटर-पंप असेंबली द्वारा तय किया जाता है।
- परीक्षण किए गए मोटर-पंप असेंबली की घूर्णी गति को 9,000 आरपीएम पर समायोजित करें, यह सुनिश्चित करते हुए कि पंप प्रवाह सैद्धांतिक पंप प्रवाह के बराबर है। अन्यथा, गुहिकायन से बचने के लिए तेल की आपूर्ति का दबाव बढ़ाएं।
- तेल आपूर्ति दबाव को धीरे-धीरे कम करें और पंप प्रवाह के परिवर्तन को रिकॉर्ड करें। सापेक्ष पंप प्रवाह बनाम तेल आपूर्ति दबाव को प्लॉट करें, और पंप प्रवाह के विभक्ति बिंदु का पता लगाएं- इस बिंदु का तेल आपूर्ति दबाव न्यूनतम तेल आपूर्ति दबाव पीएसमिन है।
- लोड रिलीफ वाल्व को पीस्मिन में समायोजित करें।
- तापमान नियंत्रण प्रणाली चालू करें और तेल के तापमान को 30 डिग्री सेल्सियस तक समायोजित करें।
- मोटर-पंप असेंबली की सतह के तापमान का पता लगाने के लिए थर्मल इमेजर चालू करें।
- मोटर-पंप असेंबली को नियंत्रण निर्देश भेजें ताकि इसे एक विशिष्ट गति से लगातार चलाया जा सके (तालिका 2)।
- लोड राहत वाल्व समायोजित करें और धीरे-धीरे लोड दबाव को एक विशिष्ट मान तक बढ़ाएं (तालिका 2)। प्रत्येक महत्वपूर्ण मापा दबाव पर 4 सेकंड के लिए पकड़ो।
नोट: प्रयोग के दौरान मोटर तापमान पर पूरा ध्यान दें। सुनिश्चित करें कि मोटर-पंप असेंबली सतह का तापमान 100 डिग्री सेल्सियस से कम है। - दबाव गति के विशिष्ट मूल्य तक पहुंचने के बाद, लोड राहत वाल्व को वापस 1 एमपीए में समायोजित करें।
- चरण 3.3 और 3.4 को दोहराएं जब तक कि तालिका 2 के अनुसार सभी महत्वपूर्ण दबाव मापने वाले बिंदुओं की विशेषताओं का परीक्षण न किया जाए।
- प्रयोगात्मक प्रवाह डेटा निर्यात करें और मोटर-पंप असेंबली के पंप प्रवाह विशेषता मानचित्र को प्लॉट करें।
- विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों में मोटर-पंप असेंबली की समग्र दक्षता की गणना करें और समग्र दक्षता मानचित्र को प्लॉट करें।
नोट: मोटर-पंप असेंबली की समग्र दक्षता समीकरण (2) द्वारा दी गई है:
. (2)
जहां पीओ मोटर-पंप असेंबली की आउटपुट पावर है, पीआई ड्राइवर की इनपुट पावर है, क्यूपंप पंप प्रवाह है; 3पी पंप दबाव अंतर है; यूपावर पावर सप्लाई आउटपुट वोल्टेज है; Iपावर पावर सप्लाई आउटपुट करंट है।
. (2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
निर्वहन प्रवाह के सिमुलेशन परिणाम (चित्रा 10 ए) ने संकेत दिया कि गति स्थिर होने पर लोड दबाव में वृद्धि के साथ निर्वहन प्रवाह थोड़ा कम हो गया। इसके अलावा, आउटपुट प्रवाह दर बढ़ती गति के साथ रैखिक रूप से बढ़ी जब दबाव स्थिर होता है, एक ही बेल्ट चौड़ाई को देखते हुए। विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों के तहत मोटर-पंप असेंबली के प्रदर्शन का सीधे मूल्यांकन करने के लिए, हमने इसके वॉल्यूमेट्रिक दक्षता आरेख (चित्रा 11 ए) को प्लॉट किया। इससे पता चला कि पंप वॉल्यूमेट्रिक दक्षता अधिक थी जबकि दबाव और गति अपेक्षाकृत कम थी। जब गति 3,000 आरपीएम थी, तो 95% की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता के लिए अधिकतम आउटपुट दबाव 5 एमपीए था; जब गति 8,000 आरपीएम थी, तो यह मान तेजी से 23 एमपीए तक बढ़ गया।
चित्रा 10 बी निर्वहन प्रवाह के प्रयोगात्मक परिणामों को दर्शाता है, जो सिमुलेशन के साथ अच्छी तरह से मेल खाते हैं। प्रयोगात्मक परिणामों और सिमुलेशन परिणामों के बीच मामूली अंतर यह है कि जब गति 5,000 आरपीएम से अधिक होती है, तो आउटपुट प्रवाह पहले कम हो जाता है और फिर बढ़ते दबाव के साथ बढ़ता है। चित्रा 11 बी प्रयोग की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता को दर्शाता है। प्रयोगात्मक परिणाम सिमुलेशन परिणामों से भिन्न होते हैं, खासकर जब मोटर-पंप असेंबली उच्च गति और कम दबाव पर काम करती है। जब दबाव में गिरावट 10 एमपीए से कम होती है, तो घूर्णी गति में वृद्धि के साथ वॉल्यूमेट्रिक दक्षता कम हो जाती है।
चित्रा 12 सिम्युलेटेड और प्रयोगात्मक परिणामों के बीच वॉल्यूमेट्रिक दक्षता और पंप प्रवाह में अंतर को इंगित करता है। इस आंकड़े में दिखाया गया है कि पंप प्रवाह के सिमुलेशन परिणाम प्रयोगात्मक परिणामों के साथ अच्छे समझौते में हैं। इसके अलावा, वॉल्यूम दक्षता त्रुटि भी 10% के भीतर रखी जाती है। जब गति 4,000 आरपीएम से अधिक होती है, तो त्रुटि को 4% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है। चित्रा 13 मोटर-पंप असेंबली की समग्र दक्षता को दर्शाता है। जब मोटर-पंप असेंबली कम गति और उच्च दबाव या उच्च गति और कम दबाव की कामकाजी परिस्थितियों में काम करती है, तो इसकी कुल दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है, खासकर उच्च गति और कम दबाव पर जब इसकी कुल दक्षता ~ 10% तक गिर जाती है। जब दबाव में गिरावट 5 से 15 एमपीए की सीमा में होती है, और गति 2,000-8,000 आरपीएम होती है, तो इसकी कुल दक्षता 60% तक पहुंच सकती है।
चित्रा 1: ईएचए की संरचना और योजनाबद्ध आरेख। मॉडल की ऊपरी तस्वीर ईएचए का 3 डी मॉडल है, और निचला चित्र योजनाबद्ध आरेख है। संक्षिप्त नाम: ईएचए = इलेक्ट्रोहाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2: एकल-शाफ्ट समाक्षीय मोटर-पंप असेंबली की संरचना। यह आंकड़ा मोटर-पंप असेंबली की आंतरिक संरचना को दर्शाता है, जिसमें आवास, शाफ्ट, रोटर, स्टेटर कॉइल, एनकोडर, रियर एंड प्लेट, स्वाश प्लेट, पिस्टन, सिलेंडर ब्लॉक और वाल्व प्लेट शामिल हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3: एक एकल पिस्टन का सिमुलेशन मॉडल। यह आंकड़ा एक एकल-पिस्टन मॉडल की संरचना को दर्शाता है, जिसमें पिस्टन वॉल्यूम कैविटी मॉडल, एक प्रवाह वितरण मॉडल और एक चप्पल मॉडल शामिल है। फ़ंक्शन f(x,y) स्वाश प्लेट/स्लिपर इंटरफ़ेस के घर्षण शक्ति हानि को इंगित करता है, और फ़ंक्शन f(x,y,z) पिस्टन/सिलेंडर ब्लॉक इंटरफ़ेस के चिपचिपे घर्षण शक्ति हानि को इंगित करता है। इस आंकड़े में संख्याएं एकल पिस्टन सिमुलेशन मॉडल के सुपर घटक के इंटरफेस को इंगित करती हैं। संक्षेप: पीसीआई = पिस्टन / सिलेंडर ब्लॉक इंटरफ़ेस; एसएसआई = स्वाश प्लेट / पी = दबाव; वी = वेग; μ = घर्षण गुणांक; Q = प्रवाह; ए, बी = मोटर-पंप असेंबली के बंदरगाह; एम = द्रव्यमान; F = बल कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4: मोटर-पंप असेंबली का सिमुलेशन मॉडल। मोटर-पंप असेंबली मॉडल मुख्य रूप से विभिन्न चरण कोणों, एक आदर्श मोटर मॉडल और एक वाल्व प्लेट घर्षण मॉडल के साथ 9 एकल-पिस्टन मॉडल से बना है। फ़ंक्शन f(x,y) पंप के मंथन घाटे को इंगित करता है, ऊपरी फ़ंक्शन f(x,y,z) सिलेंडर ब्लॉक/वाल्व प्लेट इंटरफ़ेस की आयतन शक्ति हानि को इंगित करता है, और निचला एक सिलेंडर ब्लॉक/वाल्व प्लेट इंटरफ़ेस के घर्षण शक्ति हानि को इंगित करता है। इस आंकड़े में संख्याएं एकल-पिस्टन सिमुलेशन मॉडल के सुपर घटक के इंटरफेस को इंगित करती हैं। संक्षिप्तरूप: सीवीआई = सिलेंडर ब्लॉक / वाल्व प्लेट इंटरफ़ेस; पी = दबाव; वी = वेग; μ = घर्षण गुणांक; Q = प्रवाह; ए, बी = मोटर-पंप असेंबली के बंदरगाह; एम = द्रव्यमान; F = बल। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 5: प्रयोगों का हाइड्रोलिक योजनाबद्ध आरेख। यह आंकड़ा प्रयोग की हाइड्रोलिक योजना को दर्शाता है। प्रवाह दिशाओं को बदलने के लिए चार चेक वाल्वों से बना एक पुल सर्किट का उपयोग किया जाता है। संक्षेप: डी = तेल आपूर्ति पंप का चालक; पी = दबाव; टी = तापमान; I = सेंसर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 6: परीक्षण बेंच की संरचनात्मक संरचना। यह तस्वीर परीक्षण बेंच की संरचना दिखाती है: नियंत्रण कक्ष, हाइड्रोलिक प्रणाली, तेल कूलर और परीक्षण बोर्ड। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 7: मोटर-पंप असेंबली की स्थापना। यह तस्वीर मोटर-पंप असेंबली की स्थापना स्थिति और दबाव और तापमान सेंसर के लेआउट को दिखाती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 8: टूलिंग का कनेक्शन। यह तस्वीर टूलिंग के साथ मोटर-पंप असेंबली और टेस्ट वाल्व ब्लॉक के कनेक्शन को दिखाती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 9: विद्युत इंटरफेस का कनेक्शन। यह तस्वीर मोटर-पंप असेंबली, ड्राइवर और नियंत्रक के कनेक्शन को दिखाती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 10: पंप प्रवाह के सिमुलेशन और प्रयोगात्मक परिणाम। (A) समोच्च रेखा पंप प्रवाह के नकली परिणाम दिखाती है। परिणाम निर्वहन प्रवाह की एक अच्छी लाइनर विशेषता का संकेत देते हैं। (बी) समोच्च रेखा पंप प्रवाह के प्रयोगात्मक परिणामों को दर्शाती है। प्रयोग के परिणाम सिमुलेशन परिणामों के अनुरूप हैं। रंग पट्टी पंप प्रवाह को इंगित करती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 11: वॉल्यूमेट्रिक दक्षता के सिमुलेशन और प्रयोगात्मक परिणाम। (ए) समोच्च रेखा वॉल्यूमेट्रिक दक्षता के नकली परिणाम दिखाती है। सिमुलेशन परिणामों के अनुसार, मोटर-पंप असेंबली की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता अपेक्षाकृत अधिक है, सिवाय इसके कि जब मोटर-पंप असेंबली उच्च दबाव और कम गति की स्थिति में काम कर रही है। (बी) समोच्च रेखा वॉल्यूमेट्रिक दक्षता के प्रयोगात्मक परिणामों को दर्शाती है। प्रयोगात्मक परिणाम सिमुलेशन परिणामों से भिन्न होते हैं, विशेष रूप से उच्च गति और कम दबाव वाली कामकाजी परिस्थितियों में। रंग पट्टी % वॉल्यूमेट्रिक दक्षता को इंगित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 12: 15 एमपीए के दबाव गिरावट के तहत विभिन्न गति की दक्षता और पंप प्रवाह। ठोस काली रेखा वॉल्यूमेट्रिक दक्षता प्रयोगात्मक परिणामों का प्रतिनिधित्व करती है, और लाल रेखा सिमुलेशन परिणामों का प्रतिनिधित्व करती है। वॉल्यूमेट्रिक दक्षता बढ़ती गति के साथ बढ़ती है, और गति अधिक होने पर सिमुलेशन परिणाम प्रयोगात्मक परिणामों के करीब होते हैं। डैश्ड ब्लैक लाइन पंप प्रवाह प्रयोगात्मक परिणामों का प्रतिनिधित्व करती है और लाल रेखा सिमुलेशन परिणामों का प्रतिनिधित्व करती है। यह आंकड़े से देखा जा सकता है कि सिमुलेशन परिणाम लगभग 3,500-9,000 आरपीएम की गति सीमा में प्रयोगात्मक परिणामों के साथ मेल खाते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 13: समग्र दक्षता के प्रयोगात्मक परिणाम। कंटूर लाइन मोटर-पंप असेंबली की कुल दक्षता को दर्शाती है। जब मोटर-पंप असेंबली चरम परिस्थितियों में काम करती है, तो समग्र दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है। रंग पट्टी % समग्र दक्षता को इंगित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
| प्राचल | चिह्न | इकाई | मूल्य | ||
| सिलेंडर ब्लॉक का वितरण व्यास | df | मिलीमीटर | 29.3 | ||
| स्वाश प्लेट इनक्लाइन कोण | β | ° | 9 | ||
| पिस्टन का व्यास | dz | मिलीमीटर | 7.5 | ||
| पिस्टन नंबर | Z | - | 9 | ||
| पिस्टन बॉल हेड छेद की लंबाई | lqt | मिलीमीटर | 7.3 | ||
| पिस्टन बॉल हेड छेद का व्यास | dqt | मिलीमीटर | 1 | ||
| प्लंजर गुहा की अमान्य मात्रा | Vd | mm3 | 392.69 | ||
| सिलेंडर ब्लॉक इंटरफ़ेस की तेल फिल्म मोटाई | hp | μm | 3 | ||
| चप्पल छेद का व्यास | ds | मिलीमीटर | 0.4 | ||
| चप्पल छेद की लंबाई | ls | मिलीमीटर | 1.5 | ||
| चप्पल सील बेल्ट का बाहरी व्यास | dsso | मिलीमीटर | 8.8 | ||
| चप्पल सील बेल्ट का आंतरिक व्यास | dssi | मिलीमीटर | 6.3 | ||
| स्वाश प्लेट इंटरफ़ेस की तेल फिल्म मोटाई | hs | μm | 5 | ||
| वाल्व प्लेट आंतरिक सील बेल्ट का आंतरिक व्यास | dci | मिलीमीटर | 12.05 | ||
| वाल्व प्लेट आंतरिक सील बेल्ट का आउटटर व्यास | Dci | मिलीमीटर | 13.15 | ||
| वाल्व प्लेट आउटटर सील बेल्ट का आंतरिक व्यास | dco | मिलीमीटर | 16.15 | ||
| वाल्व प्लेट आउटटर सील बेल्ट का आउटर व्यास | Dco | मिलीमीटर | 17.3 | ||
| वाल्व प्लेट इंटरफ़ेस की तेल फिल्म मोटाई | hc | μm | 10 | ||
| सिलेंडर ब्लॉक का व्यास | dc | मिलीमीटर | 41.7 | ||
| सिलेंडर ब्लॉक की लंबाई | lc | मिलीमीटर | 27.8 | ||
तालिका 1: सिमुलेशन पैरामीटर। यह तालिका मोटर-पंप असेंबली सिमुलेशन मॉडल के मुख्य मापदंडों को सूचीबद्ध करती है।
| महत्वपूर्ण गति (आरपीएम) | सिमुलेशन (एमपीए) के लिए महत्वपूर्ण लोड दबाव अंतर | प्रयोगात्मक परीक्षण (एमपीए) के लिए महत्वपूर्ण लोड दबाव अंतर | ||
| 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 | ||
तालिका 2: मोटर-पंप असेंबली की विशिष्ट गति और दबाव। यह तालिका मोटर-पंप असेंबली प्रयोगों के महत्वपूर्ण कार्य बिंदुओं को सूचीबद्ध करती है।
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Discussion
इन प्रयोगात्मक चरणों का संचालन करते समय, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि दबाव मापने वाले बिंदु पंप के तेल बंदरगाह के काफी करीब हैं, जो प्रयोगात्मक परिणामों को बहुत प्रभावित करेगा। इसके अलावा, मोटर-पंप असेंबली के इनलेट पोर्ट के दबाव पर ध्यान दें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कोई गुहिकायन मौजूद नहीं है, खासकर उच्च गति की कामकाजी परिस्थितियों में।
यह विधि तेल आपूर्ति दबाव के गतिशील समायोजन को सक्षम बनाती है, विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों के सटीक सिमुलेशन को महसूस करती है।
इस विधि की एक सीमा यह है कि मोटर-पंप असेंबली की कुल दक्षता सिमुलेशन द्वारा सटीक रूप से प्राप्त नहीं की जा सकती है। सिमुलेशन मॉडल में, पंप की तीन मुख्य घर्षण सतहें पूर्ण तेल फिल्म स्नेहन के तहत हैं, जिसका अर्थ है कि इंटरफ़ेस में केवल चिपचिपा घर्षण मौजूद है। हालांकि, वास्तविक स्थिति यह है कि तेल फिल्म की स्थिति पूर्ण तेल-फिल्म स्नेहन और सीमा स्नेहन के बीच बदल जाती है, जिसे सिमुलेशन मॉडल द्वारा अनुकरण नहीं किया जा सकता है। इसलिए, हम पंप को अनुकरण करने के लिए एक सिमुलेशन मॉडल का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जिसमें प्रोटोटाइप के वास्तविक मापदंडों तक सीमित होने के बिना कम लागत और तेज गति के फायदे हैं। इस बीच, हम प्रयोगात्मक तरीकों के माध्यम से इस सीमा की भरपाई करते हैं।
एक और सीमा यह है कि विधि ईएचए के लिए मोटर-पंप असेंबली की थर्मल विशेषताओं को बहुत अच्छी तरह से अनुकरण नहीं करती है। चूंकि ईएचए एक अत्यधिक एकीकृत प्रणाली है, मोटर-पंप असेंबली एक्ट्यूएटिंग सिलेंडर और दबाव वाले जलाशय से कसकर जुड़ी हुई है, जिससे एक जटिल थर्मल स्थिति होती है। इस प्रकार, विधि केवल एक विशिष्ट तापमान स्थिति के तहत मोटर-पंप असेंबली के प्रदर्शन का परीक्षण कर सकती है, जबकि वास्तविक तापमान भिन्नता सीमा व्यापक है।
मोटर-पंप असेंबली के बेहतर प्रदर्शन ने ईएचए की लोकप्रियता को बढ़ावा देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। इस पेपर में रिपोर्ट किए गए परिणामों के आधार पर, मोटर-पंप असेंबली की समग्र दक्षता में सुधार के लिए अभी भी जगह है। मौजूदा तरीकों की तुलना में, मोटर-पंप असेंबली विशेषताओं को इस प्रोटोकॉल को अपनाकर काम करने की स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला के तहत अधिक कुशलता से जांच की जा सकती है। इस विधि को मोटर-पंप असेंबली को अनुकूलित करने के लिए एक नींव रखनी चाहिए और ईएचए के तेजी से विकास के लिए एक मजबूत गारंटी प्रदान करनी चाहिए। इसके अलावा, मोटर पंप के प्रदर्शन का परीक्षण करने और इस प्रकार मोटर पंप के सकारात्मक डिजाइन को साकार करने के लिए इसका बहुत महत्व है।
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Disclosures
लेखक घोषणा करते हैं कि उनके पास हितों का कोई टकराव नहीं है।
Acknowledgments
इस काम को चीनी नागरिक विमान परियोजना [संख्या एमजे-2017-एस 49] और चीन पोस्टडॉक्टरल साइंस फाउंडेशन [संख्या 2021 एम 700331] द्वारा समर्थित किया गया था।
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
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