Summary
Construimos un modelo de simulación para evaluar las características del flujo de la bomba y el rendimiento del conjunto de motobomba coaxial de un solo eje en actuadores electrohidrostáticos e investigar experimentalmente la eficiencia general en un amplio conjunto de condiciones de trabajo del conjunto motor-bomba.
Abstract
Un actuador electrohidrostático (EHA) puede ser la alternativa más prometedora en comparación con los servoactuadores hidráulicos tradicionales por su alta densidad de potencia, facilidad de mantenimiento y confiabilidad. Como unidad de potencia central que determina el rendimiento y la vida útil de la EHA, el conjunto motor-bomba debe poseer simultáneamente un amplio rango de velocidad / presión y una alta respuesta dinámica.
Este artículo presenta un método para probar el rendimiento del conjunto motor-bomba a través de la simulación y la experimentación. Las características de salida del flujo se definieron a través de la simulación y el análisis del conjunto al comienzo del experimento, lo que llevó a la conclusión de si la bomba podría cumplir con los requisitos de la EHA. Se realizaron una serie de pruebas de rendimiento en el conjunto motor-bomba a través de un banco de pruebas de bomba en el rango de velocidad de 1.450-9.000 rpm y el rango de presión de 1-30 MPa.
Probamos la eficiencia general del conjunto motor-bomba en diversas condiciones de trabajo después de confirmar la consistencia entre los resultados de la prueba de las características de salida de flujo con los resultados de la simulación. Los resultados mostraron que el conjunto tiene una mayor eficiencia general cuando se trabaja a 4.500-7.000 rpm bajo la presión de 10-25 MPa y a 2.000-2.500 rpm por debajo de 5-15 MPa. En general, este método se puede utilizar para determinar de antemano si el conjunto motor-bomba cumple con los requisitos de EHA. Además, este documento propone un método de prueba rápida del conjunto motor-bomba en diversas condiciones de trabajo, que podría ayudar a predecir el rendimiento de EHA.
Introduction
Conocido como un actuador típicamente integrado con alta densidad de potencia, el EHA tiene amplias perspectivas en áreas como la aeroespacial, la aviación, la maquinaria de construcción y la robótica 1,2. El EHA consiste principalmente en un servomotor, bomba, cilindro, depósito presurizado, bloque de válvulas, válvulas de control de modo, válvulas de control de módulo y sensores, que constituyen un sistema hidráulico cerrado, altamente integrado, controlado por bomba. El diagrama esquemático y el modelo físico se muestran en la figura 1 3,4,5,6,7. El conjunto motor-bomba es la potencia central y el componente de control, y determina el rendimiento estático y dinámico de la EHA7.
El conjunto motobomba convencional consiste en un motor y una bomba separados, cuyos ejes están conectados por un acoplamiento de eje8. Esta estructura tiene efectos negativos significativos en el rendimiento y la vida útil de la EHA. Primero, tanto el motor como la bomba soportarán una vibración relativamente grande debido a la precisión de ensamblaje, especialmente a alta velocidad5. La vibración no solo afectará las características de salida de la bomba, sino que también acelerará el desgaste de las interfaces de fricción en la bomba, lo que provocará la falla del conjunto motor-bomba9. En segundo lugar, los sellados deben colocarse en los extremos del eje de la bomba, lo que no puede evitar fundamentalmente las fugas. Mientras tanto, la eficiencia mecánica del conjunto motor-bomba disminuye con el aumento de la resistencia a la fricción10. En tercer lugar, la inversión frecuente del conjunto motor-bomba acelerará el desgaste del acoplamiento y aumentará la posibilidad de fractura por fatiga, reduciendo la fiabilidad del sistema de la EHA11,12.
Por lo tanto, se desarrolló un conjunto de motobomba coaxial de un solo eje dentro de una carcasa compartida para evitar estas deficiencias. La estructura se muestra en la Figura 2. Se adopta un diseño sin acoplamiento en este componente, que podría aumentar simultáneamente el rendimiento dinámico y el estado de lubricación del motor y la bomba. Este diseño coaxial de un solo eje garantiza la alineación de los dos rotores y mejora el equilibrio dinámico en condiciones de alta velocidad. Además, la carcasa compartida elimina fundamentalmente las fugas en el extremo del eje.
Probar las características de salida del conjunto de motobomba EHA es de gran importancia para la optimización y mejora del rendimiento de EHA. Sin embargo, hay relativamente pocos estudios sobre las pruebas de rendimiento del conjunto motobomba, especialmente para las EHA. Por lo tanto, realizamos un método de prueba de combinación de simulación y experimentos. Este método es adecuado para probar conjuntos de motobombas con una amplia gama de condiciones de funcionamiento, especialmente bombas EHA.
Hay dos desafíos principales: el primero es construir un modelo de simulación preciso para analizar las características del flujo de salida de la motobomba y proporcionar asistencia para el diseño óptimo del conjunto motor-bomba. Hemos establecido un modelo de simulación del conjunto motor-bomba a través de modelos jerárquicos y realizado el análisis de simulación del flujo de salida cambiando diferentes parámetros. El segundo es la cavitación del elemento de prueba causada por la alta velocidad, que es el aspecto más importante que lo distingue de las bombas ordinarias. Por lo tanto, nos centramos más en el diseño del sistema de suministro de aceite al diseñar el sistema de prueba para realizar la prueba en diversas condiciones de trabajo.
En este protocolo, se estableció un modelo de simulación unidimensional para simular inicialmente las características del flujo de la bomba, juzgando si las características del flujo de la bomba cumplen con los requisitos de EHA. Luego, las características del flujo y la eficiencia general se probaron experimentalmente en un banco de pruebas dedicado, obteniendo el mapa de eficiencia general que no se puede simular con precisión mediante simulación. Por último, las características del flujo de la bomba se compararon con los resultados experimentales para verificar la precisión de los resultados de la simulación. Mientras tanto, se obtuvo el mapa de eficiencia general para evaluar el rendimiento del conjunto de motobomba coaxial de un solo eje.
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Protocol
1. Simulación de las características del caudal de la bomba
- Construir el modelo de simulación del conjunto motor-bomba. Abra la plataforma de simulación AMESim y entre en el modo SKETCH .
- Construir el modelo de simulación para un solo pistón de acuerdo con el modelo matemático cinemático y la curva de distribución (Figura 3). Encapsule el modelo de un solo pistón como un supercomponente (Figura 4).
NOTA: El modelo matemático cinemático principal del pistón (Eq (1)) arroja:
(1)
En esta ecuación, x es el desplazamiento absoluto del pistón, β es el ángulo de inclinación de la placa oscilante, φ es el ángulo de fase del pistón, R f es el radio de distribución del bloque de cilindros, df es el diámetro de distribución del bloque de cilindros. - Construya el modelo de bomba teniendo en cuenta las fugas y la fricción de la placa de la válvula (Figura 4). Para construir el módulo de placa de válvula, concéntrese principalmente en la fricción viscosa y el efecto de estrangulamiento de la interfaz de bloque de pistón / cilindro y la interfaz de placa deslizante / swash.
- Construya el modelo de motor a través de un módulo de par ideal (Figura 4). Utilice un módulo de par ideal para simular el motor, ignorando la pérdida de hierro, la pérdida de cobre y la pérdida de agitación del motor.
- Construir el modelo de simulación para un solo pistón de acuerdo con el modelo matemático cinemático y la curva de distribución (Figura 3). Encapsule el modelo de un solo pistón como un supercomponente (Figura 4).
- Establezca los parámetros principales del modelo de conjunto motor-bomba.
- Ajuste los parámetros del conjunto moto-bomba de acuerdo con la Tabla 1. Introduzca el modo PARAMETER y defina los parámetros principales haciendo doble clic en el componente específico del modelo de simulación. Ajuste la velocidad de rotación y la presión de prueba de acuerdo con la Tabla 2.
- Establezca los parámetros de preejecución del modelo: Hora de inicio: 0 s, Tiempo final: 1 s, Intervalo de impresión: 1 ms.
- Ejecute previamente la simulación para lograr el estado estable.
- Ejecute la simulación y compruebe si el sistema alcanzará el estado estacionario al final de la simulación. Si el sistema alcanza el estado estable, marque la opción Usar valores finales antiguos en la ventana Ejecutar parámetros . Si no es así, restablezca la hora final en el paso 1.2.1 a 2 s o incluso más y repita el paso 1.2.2 hasta que el sistema alcance el estado estacionario.
- Establezca los parámetros de ejecución del modelo: Hora de inicio: 0 s, Tiempo final: 0.2s, Intervalo de impresión: 0.002 ms.
- Ejecute la simulación y guarde los datos de simulación.
NOTA: Repita los pasos 1.2.1-1.2.4 para una condición de trabajo específica; Guarde los datos después de la simulación. - Exporte los datos de simulación y trace el contorno característico del flujo del conjunto motor-bomba en OriginPro. Calcule el valor del caudal de la bomba como el promedio del caudal de la bomba registrado en 0,2 s.
- Determinación de las características del caudal de salida
- Trazar la curva de flujo de salida del conjunto motor-bomba a la velocidad máxima bajo diferentes condiciones de presión.
- Calcule el caudal de salida requerido de la bomba de acuerdo con la velocidad máxima EHA específica y trace la curva de caudal de salida requerida en diferentes condiciones de presión.
- Asegúrese de que la curva de caudal requerida de la EHA esté envuelta por la curva de caudal de salida del conjunto motor-bomba.
(1)2. Establecimiento de la plataforma experimental
- Establecer el banco de pruebas.
- Prepare los componentes hidráulicos del banco de pruebas de acuerdo con la Tabla 3. Asegúrese de que los parámetros clave de cada componente cumplan con los requisitos enumerados en la Tabla 3.
- Diseñar y fabricar los bloques de válvulas hidráulicas y construir un sistema hidráulico de acuerdo con el diagrama esquemático hidráulico (Figura 5). Asegúrese de que las posiciones relativas de los componentes sean las mismas que las del diagrama esquemático mostrado, y que los sensores de presión y los sensores de temperatura se coloquen lo más cerca posible del punto de prueba.
NOTA: Esta serie de experimentos se llevó a cabo en un banco de pruebas de simulación de carga de bomba de alta velocidad y alta presión, como se muestra en la Figura 6. - Diseñar y fabricar los bloques de utillajes y válvulas de prueba. Asegúrese de que las herramientas de diseño estén de acuerdo con la interfaz específica de la bomba probada y el banco de pruebas.
- Instalación de las interfaces mecánicas (Figura 7)
- Conecte la cara final del conjunto motor-bomba con el bloque de válvula de prueba. Utilice al menos 4 tornillos para garantizar un buen rendimiento de sellado.
- Fije el conjunto motor-bomba y el bloque de válvulas de prueba en el banco de trabajo del banco de pruebas (Figura 8). Conecte el conjunto motor-bomba y el bloque de válvula de prueba a las herramientas dedicadas con cuatro tornillos y las herramientas al banco de trabajo con 2 tornillos.
NOTA: Asegúrese de que los dos tornillos sean lo suficientemente fuertes para que no aparezca ninguna vibración durante la realización de la prueba. - Instale dos grupos de sensores de presión y temperatura del puerto A y el puerto B en el bloque de válvulas de prueba. Conecte estos sensores directamente al puerto de fugas para el monitoreo de fugas.
NOTA: Es necesario diseñar y fabricar diferentes herramientas para diferentes conjuntos de motobombas probadas para completar el experimento.
- Conexión de las interfaces hidráulicas (Figura 7)
- Conecte los dos puertos de aceite de alta presión de la fuente de la bomba con el puerto A o B del bloque de válvulas de prueba.
- Conecte el puerto de aceite presurizado con el puerto de aceite de fugas de la bomba.
- Extracción de aire del conjunto motobomba-bomba
- Asegúrese de que la válvula de alivio del sistema de suministro de aceite esté en estado de descarga. Haga funcionar el motor de suministro de aceite durante 3 minutos para expulsar el aire del sistema de prueba y calentarlo.
NOTA: El tiempo de ejecución específico se determina de acuerdo con las condiciones específicas del banco de pruebas. El objetivo principal de este paso es garantizar que el aceite fluya completamente hacia cada componente del circuito de prueba y que la temperatura de la superficie de la bomba probada esté cerca de la temperatura del aceite.
- Asegúrese de que la válvula de alivio del sistema de suministro de aceite esté en estado de descarga. Haga funcionar el motor de suministro de aceite durante 3 minutos para expulsar el aire del sistema de prueba y calentarlo.
- Para comprobar si hay fugas en el conjunto motor-bomba, cierre la válvula de alivio del sistema de suministro de aceite. Ajuste la presión de suministro de aceite a 2 MPa durante más de 1 minuto.
NOTA: Esto ayudará a averiguar si hay alguna fuga obvia en el sistema de prueba, como la fuga causada por la falla de la junta tórica.- Busque fugas en el conjunto motor-bomba. Si tiene fugas, primero, apague el sistema hidráulico y reemplace el sello, y luego repita los pasos 2.3 y 2.4. Si no hay fugas, abra la válvula de alivio del sistema de suministro de aceite.
- Conexión de las interfaces eléctricas (Figura 9)
- Conecte la interfaz de fuente de alimentación y la interfaz de señal giratoria al controlador de conjunto de motobomba.
- Conecte el controlador al controlador a través de RS 442, trabajando en modo dúplex completo.
- Conecte el controlador a una alimentación de 270 VCC.
- Inspección sin carga del conjunto motor-bomba
- Haga funcionar la bomba de suministro de aceite y mantenga las válvulas de alivio de los sistemas de suministro y carga de aceite en estado de descarga. Encienda el controlador y el controlador y compruebe si el conjunto motor-bomba puede recibir el comando de control normalmente.
NOTA: El puerto de entrada del conjunto motor-bomba se puede presurizar a través de una bomba de suministro de aceite, evitando que el componente se cavite. - Ajuste una instrucción de 2.000 rpm hacia adelante al conjunto motor-bomba. Observe el estado de funcionamiento del conjunto motobomba y compruebe si hay fugas en el bloque de válvulas (consulte el paso 2.5).
- Ajuste una instrucción de 2.000 rpm inversa al conjunto motor-bomba. Observe el estado de funcionamiento del conjunto motobomba y compruebe si hay fugas en el bloque de válvulas (consulte el paso 2.5).
- Haga funcionar la bomba de suministro de aceite y mantenga las válvulas de alivio de los sistemas de suministro y carga de aceite en estado de descarga. Encienda el controlador y el controlador y compruebe si el conjunto motor-bomba puede recibir el comando de control normalmente.
3. Prueba de caudal de la bomba y eficiencia general del conjunto motor-bomba
- Configuración del sistema de suministro de aceite
- Haga funcionar la bomba de suministro de aceite y cambie las válvulas de alivio del sistema de suministro de aceite y el sistema de carga al estado de carga.
- Ajuste la válvula de alivio de suministro de aceite a la presión mínima de suministro de aceite psmin de 0,6 MPa. Siga los pasos 3.1.2.1-3.1.2.3 para seleccionar psmin.
NOTA: psmin es la presión en el puerto de entrada del conjunto motor-bomba para evitar la cavitación.- Ajuste la presión de suministro de aceite a 1 MPa o más, que se decide mediante el conjunto de motobomba probado.
- Ajuste la velocidad de rotación del conjunto motor-bomba probado a 9.000 rpm, asegurándose de que el flujo de la bomba sea igual al flujo teórico de la bomba. De lo contrario, aumente la presión de suministro de aceite para evitar la cavitación.
- Reduzca la presión de suministro de aceite lentamente y registre el cambio del flujo de la bomba. Trazar el flujo relativo de la bomba frente a la presión de suministro de aceite, y encontrar el punto de inflexión del flujo de la bomba: la presión de suministro de aceite de este punto es la presión mínima de suministro de aceite psmin.
- Ajuste la válvula de alivio de carga a psmin.
- Encienda el sistema de control de temperatura y ajuste la temperatura del aceite a 30 °C.
- Encienda la cámara termográfica para detectar la temperatura de la superficie del conjunto motor-bomba.
- Envíe instrucciones de control al conjunto motor-bomba para que funcione continuamente a una velocidad específica (Tabla 2).
- Ajuste la válvula de alivio de carga y aumente gradualmente la presión de carga a un valor específico (Tabla 2). Mantener durante 4 s a cada presión crítica medida.
NOTA: Preste mucha atención a la temperatura del motor durante el experimento. Asegúrese de que la temperatura de la superficie de montaje de la motobomba sea inferior a 100 °C. - Después de que la presión alcance el valor específico de la velocidad, vuelva a ajustar la válvula de alivio de carga a 1 MPa.
- Repita los pasos 3.3 y 3.4 hasta que se comprueben las características de todos los puntos críticos de medición de presión con arreglo al cuadro 2.
- Exporte los datos de flujo experimentales y trace el mapa característico de flujo de la bomba del conjunto motor-bomba.
- Calcule la eficiencia global ηo del conjunto motor-bomba en diferentes condiciones de trabajo y trace el mapa de eficiencia general.
NOTA: La eficiencia general del conjunto motor-bomba viene dada por la Ec. (2):
. (2)
Donde Po es la potencia de salida del conjunto motor-bomba, Pi es la potencia de entrada del conductor, Qbomba es el flujo de la bomba; Δp es la diferencia de presión de la bomba; Lapotencia U es el voltaje de salida de la fuente de alimentación; Ipower es la corriente de salida de la fuente de alimentación.
. (2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
El resultado de la simulación del flujo de descarga (Figura 10A) indicó que el flujo de descarga disminuyó ligeramente con el aumento de la presión de carga cuando la velocidad era constante. Además, el caudal de salida aumentó linealmente con el aumento de la velocidad cuando la presión es constante, a juzgar por el mismo ancho de banda. Para evaluar directamente el rendimiento del conjunto motor-bomba en diferentes condiciones de trabajo, trazamos su diagrama de eficiencia volumétrica (Figura 11A). Mostró que la eficiencia volumétrica de la bomba era mayor, mientras que la presión y la velocidad eran relativamente bajas. Cuando la velocidad era de 3.000 rpm, la presión de salida máxima para una eficiencia volumétrica del 95% era de 5 MPa; cuando la velocidad era de 8.000 rpm, este valor aumentó rápidamente a 23 MPa.
La figura 10B muestra los resultados experimentales del flujo de descarga, que coinciden bien con la simulación. La ligera diferencia entre los resultados experimentales y los resultados de la simulación es que cuando la velocidad es superior a 5.000 rpm, el flujo de salida disminuye primero y luego aumenta con la presión ascendente. La figura 11B muestra la eficiencia volumétrica del experimento. Los resultados experimentales difieren de los resultados de la simulación, especialmente cuando el conjunto motor-bomba funciona a alta velocidad y baja presión. Cuando la caída de presión es inferior a 10 MPa, la eficiencia volumétrica disminuye con el aumento de la velocidad de rotación.
La figura 12 indica las diferencias en la eficiencia volumétrica y el flujo de la bomba entre los resultados simulados y experimentales. En esta figura se muestra que los resultados de la simulación del flujo de la bomba están en buen acuerdo con los resultados experimentales. Además, el error de eficiencia de volumen también se mantiene dentro del 10%. Cuando la velocidad es superior a 4.000 rpm, el error se puede controlar dentro del 4%. La figura 13 muestra la eficiencia general del conjunto motor-bomba. Cuando el conjunto motor-bomba funciona en condiciones de trabajo de baja velocidad y alta presión o alta velocidad y baja presión, su eficiencia total es relativamente baja, especialmente a alta velocidad y baja presión cuando su eficiencia total cae a ~ 10%. Cuando la caída de presión está en el rango de 5 a 15 MPa, y la velocidad es de 2,000-8,000 rpm, su eficiencia total puede alcanzar hasta el 60%.
Figura 1: Estructura y diagrama esquemático de la EHA. La imagen superior del modelo es el modelo 3D de la EHA, y la imagen inferior es el diagrama esquemático. Abreviatura: EHA = actuador electrohidrostático. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Estructura del conjunto de motobomba coaxial de un solo eje. Esta figura representa la estructura interior de un conjunto de motobomba, que consiste en carcasa, eje, rotor, bobina del estator, codificador, placa trasera, placa oscilante, pistón, bloque de cilindros y placa de válvula. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Modelo de simulación de un solo pistón. Esta figura muestra la composición de un modelo de un solo pistón, incluido un modelo de cavidad volumétrica de pistón, un modelo de distribución de flujo y un modelo de zapatilla. La función f(x,y) indica la pérdida de potencia de fricción de la interfaz de placa oscilante/zapatilla, y la función f(x,y,z) indica la pérdida de potencia de fricción viscosa de la interfaz de bloque de pistón/cilindro. Los números de esta figura indican las interfaces del supercomponente del modelo de simulación de un solo pistón. Abreviaturas: PCI = interfaz de bloque de pistón/cilindro; SSI = Interfaz de placa oscilante/zapatilla; P = presión; V = velocidad; μ = coeficiente de fricción; Q = flujo; A, B = puertos del conjunto motobomba; M = masa; F = fuerza Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Modelo de simulación del conjunto motor-bomba. El modelo de conjunto motor-bomba se compone principalmente de 9 modelos de un solo pistón con diferentes ángulos de fase, un modelo de motor ideal y un modelo de fricción de placa de válvula. La función f(x,y) indica las pérdidas de batido de la bomba, la función superior f(x,y,z) indica la pérdida de potencia volumétrica de la interfaz bloque de cilindros/placa de válvula, y la inferior indica la pérdida de potencia de fricción de la interfaz bloque de cilindros/placa de válvula. Los números de esta figura indican las interfaces del supercomponente del modelo de simulación de un solo pistón. Abreviaturas: CVI = Interfaz de bloque de cilindros / placa de válvula; P = presión; V = velocidad; μ = coeficiente de fricción; Q = flujo; A, B = puertos del conjunto motobomba; M = masa; F = fuerza. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Diagrama esquemático hidráulico de los experimentos. Esta figura representa el esquema hidráulico del experimento. Un circuito de puente compuesto por cuatro válvulas de retención se utiliza para cambiar las direcciones del flujo. Abreviaturas: D = conductor de la bomba de suministro de aceite; P = presión; T = temperatura; I = sensor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Composición estructural del banco de pruebas. Esta fotografía muestra la composición del banco de pruebas: el panel de control, el sistema hidráulico, el enfriador de aceite y la placa de prueba. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: Instalación del conjunto motor-bomba. Esta fotografía muestra el estado de instalación del conjunto motor-bomba y el diseño de los sensores de presión y temperatura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: Conexión de las herramientas. Esta fotografía muestra la conexión del conjunto motor-bomba y el bloque de válvula de prueba con las herramientas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9: Conexión de las interfaces eléctricas. Esta fotografía muestra la conexión del conjunto motor-bomba, el conductor y el controlador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10: Simulación y resultados experimentales del caudal de la bomba. (A) La curva de nivel muestra los resultados simulados del flujo de la bomba. Los resultados indican una buena característica de revestimiento del flujo de descarga. (B) La curva de nivel muestra los resultados experimentales del flujo de la bomba. Los resultados del experimento están en línea con los resultados de la simulación. La barra de color indica el caudal de la bomba. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 11: Simulación y resultados experimentales de la eficiencia volumétrica. (A) La curva de nivel muestra los resultados simulados de la eficiencia volumétrica. De acuerdo con los resultados de la simulación, la eficiencia volumétrica del conjunto motor-bomba es relativamente alta, excepto cuando el conjunto motor-bomba está trabajando en una condición de alta presión y baja velocidad. (B) La curva de nivel muestra los resultados experimentales de la eficiencia volumétrica. Los resultados experimentales difieren de los resultados de la simulación, especialmente en condiciones de trabajo de alta velocidad y baja presión. La barra de color indica el % de eficiencia volumétrica. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 12: Eficiencia y flujo de bomba de diferentes velocidades bajo la caída de presión de 15 MPa. La línea negra continua representa los resultados experimentales de eficiencia volumétrica y la línea roja representa los resultados de la simulación. La eficiencia volumétrica aumenta con el aumento de la velocidad, y los resultados de la simulación están más cerca de los resultados experimentales cuando la velocidad es mayor. La línea negra discontinua representa los resultados experimentales del flujo de la bomba y la línea roja los resultados de la simulación. Se puede ver en la figura que los resultados de la simulación casi coinciden con los resultados experimentales en el rango de velocidad de 3.500-9.000 rpm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 13: Resultados experimentales de la eficiencia global. La línea de contorno muestra la eficiencia total del conjunto motor-bomba. Cuando el conjunto motor-bomba funciona en condiciones extremas, la eficiencia general es relativamente baja. La barra de color indica el % de eficiencia general. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Parámetro | Símbolo | Unidad | Valor | ||
| Diámetro de distribución del bloque de cilindros | df | milímetro | 29.3 | ||
| Ángulo de inclinación de la placa oscilante | β | ° | 9 | ||
| Diámetro del pistón | dz | milímetro | 7.5 | ||
| Número de pistón | Z | - | 9 | ||
| Longitud del orificio de la cabeza de la bola del pistón | lqt | milímetro | 7.3 | ||
| Diámetro del orificio de la cabeza de la bola del pistón | dqt | milímetro | 1 | ||
| Volumen no válido de la cavidad del émbolo | Vd | milímetro3 | 392.69 | ||
| Espesor de la película de aceite de la interfaz del bloque de pistón/cilindro | hp | μm | 3 | ||
| Diámetro del orificio antideslizante | ds | milímetro | 0.4 | ||
| Longitud del orificio para zapatillas | ls | milímetro | 1.5 | ||
| Diámetro exterior de la correa de sellado antideslizante | DSO | milímetro | 8.8 | ||
| Diámetro interior de la correa de sellado antideslizante | DSSI | milímetro | 6.3 | ||
| Espesor de la película de aceite de la interfaz de la rebote/placa oscilante | hs | μm | 5 | ||
| Diámetro interior de la correa de sellado interior de la placa de válvula | dci | milímetro | 12.05 | ||
| Diámetro exterior de la correa de sellado interior de la placa de válvula | Dci | milímetro | 13.15 | ||
| Diámetro interior de la correa de sellado externo de la placa de válvula | Dco | milímetro | 16.15 | ||
| Diámetro exterior de la correa de sellado exterior de la placa de válvula | Dco | milímetro | 17.3 | ||
| Espesor de la película de aceite de la interfaz del bloque de cilindros / placa de válvula | hc | μm | 10 | ||
| Diámetro del bloque de cilindros | DC | milímetro | 41.7 | ||
| Longitud del bloque de cilindros | lc | milímetro | 27.8 | ||
Tabla 1: Parámetros de simulación. Esta tabla enumera los parámetros principales del modelo de simulación de conjunto de motobombas.
| Velocidad crítica (rpm) | Diferencia de presión de carga crítica para simulación (MPa) | Diferencia de presión de carga crítica para prueba experimental (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 | ||
Tabla 2: Velocidad y presión específicas del conjunto motor-bomba. Esta tabla enumera los puntos críticos de trabajo de los experimentos de ensamblaje de motobombas.
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Discussion
Al realizar estos pasos experimentales, es importante asegurarse de que los puntos de medición de presión estén lo suficientemente cerca del puerto de aceite de la bomba, lo que influiría en gran medida en los resultados experimentales. Además, preste atención a la presión del puerto de entrada del conjunto motor-bomba para asegurarse de que no exista cavitación, especialmente en condiciones de trabajo de alta velocidad.
Este método permite un ajuste dinámico de la presión de suministro de aceite, realizando una simulación precisa de diferentes condiciones de trabajo.
Una limitación de este método es que la eficiencia total del conjunto motor-bomba no se puede obtener con precisión mediante simulación. En el modelo de simulación, las tres superficies de fricción principales de la bomba están bajo lubricación completa de película de aceite, lo que significa que solo existe fricción viscosa en la interfaz. Sin embargo, la situación real es que el estado de la película de aceite cambia entre la lubricación completa de la película de aceite y la lubricación límite, que no puede ser simulada por el modelo de simulación. Por lo tanto, nos centramos en utilizar un modelo de simulación para simular la bomba, que tiene las ventajas de bajo costo y velocidad rápida sin limitarse a los parámetros reales del prototipo. Mientras tanto, compensamos esta limitación a través de métodos experimentales.
Otra limitación es que el método no simula muy bien las características térmicas del conjunto motor-bomba para EHA. Como el EHA es un sistema altamente integrado, el conjunto motor-bomba está estrechamente conectado al cilindro de accionamiento y al depósito presurizado, lo que lleva a una situación térmica compleja. Por lo tanto, el método solo puede probar el rendimiento del conjunto motor-bomba bajo una condición de temperatura específica, mientras que el rango de variación de temperatura real es amplio.
El rendimiento mejorado del conjunto motor-bomba ha desempeñado un papel crucial en la promoción de la popularidad de EHA. Sobre la base de los resultados reportados en este documento, todavía hay margen de mejora de la eficiencia general del conjunto motor-bomba. En comparación con los métodos existentes, las características del conjunto motor-bomba se pueden investigar de manera más eficiente en una amplia gama de condiciones de trabajo mediante la adopción de este protocolo. Este método debería sentar las bases para optimizar el conjunto motor-bomba y proporcionar una fuerte garantía para el rápido desarrollo de EHA. Además, es de gran importancia para probar el rendimiento de la bomba de motor y así realizar el diseño positivo de la bomba de motor.
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Disclosures
Los autores declaran que no tienen conflictos de intereses.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por el Proyecto de Aeronaves Civiles Chinas [No. MJ-2017-S49] y la Fundación de Ciencias Postdoctorales de China [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
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