Distributed Compact Hydraulic Power Unit mit Hochgeschwindigkeitskomponenten
January 16, 2024
Ein Hindernis für die Verwendung von Elektrohydraulikaktuatoren (EHA) auf mobilen Maschinen ist die Stromdichte, die mit der bisher fortschrittlichsten Technologie erreicht werden kann. Die verteilte hydraulische Kraftstoffversorgung kombiniert die Vorteile eines benutzerbedarfsorientierten hydraulischen Stromversorgungsgeräts mit weniger Liniendruckverlust. Um die Leistungsdichte zu erhöhen, hat IFAS eine Hochgeschwindigkeits-interne Zahnradpumpe für elektrohydraulische Hochgeschwindigkeitsantriebe entwickelt. Abb.1 Hochgeschwindigkeitsantrieb Elektrohydraulischer Aktuator (EHA) Verteiltes kompaktes Netzteil mit Hochgeschwindigkeitskomponenten Bei mobilen Geräten wie Bagger wird die Hydraulikleistung normalerweise durch eine zentralisierte Ölquelle im Fahrzeug bereitgestellt, die normalerweise aus einer oder mehreren Pumpen besteht. Der Betreiber kann den Aktuator mit Hilfe eines hydraulischen Ventils fahren. Ein Teil der Hydraulikleistung wird jedoch vom Ventil gedrosselt und in Wärme umgewandelt, und die Hydraulikleistung wird durch den Schlauch und das harte Rohr an die Aktuatoren übertragen, was wiederum zu einem erhöhten Energieverlust führt. Das On-Demand-Kraftstoffversorgungsantrieb basierend auf variabler Geschwindigkeitsantrieb reduziert die Drosselungsverluste, und das Stromversorgungsgerät ist direkt zum Nachfragepunkt verteilt und minimiert die Verluste des Übertragungsdrucks in der Leitung. Ziel
Das Funktionsmodell des elektrohydraulischen Aktuators (EHA) mit hoher Geschwindigkeitsfahrung wird untersucht. Zu diesem Zweck wurde eine Hochgeschwindigkeits-interne Zahnradpumpe entwickelt, die die Geschwindigkeit erhöhte und die Leistungsdichte des relativ hohen Verhältnisses erhöhte, aber auch höhere Anforderungen an die Pumpe und das Hydrauliksystem von EHA stellte. Ziel ist es, die Leistungsdichte und Kompaktheit von Elektro-Hydraulik-Laufwerken durch Hochgeschwindigkeitskomponenten zu erhöhen, wodurch ihre Anwendung in mobilen Maschinen attraktiver wird. Hydraulikkreis 
Abb.2 Prinzip des EHA -Hydraulikkreislaufs Das EHA wurde um einen Hilfskreis erweitert, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Hilfskreis wird mit dem Entwässerungsanschluss der Hochgeschwindigkeitspumpe angeschlossen und mit dem Entwässerungsanschluss versorgt. Darüber hinaus ist die Niederdruckseite des Zylinders mit einem Anti-Kavitationsprüfventil versehen. Ein separates proportionales Ventil zwischen der Niederdruckseite und dem Zylinder ermöglicht einen 4-Quadranten-Betrieb, ohne dass eine Rückwärtspumpe erforderlich ist. Daher hat die Massenträglichkeit des Hochgeschwindigkeitsantriebs beim Umschalten zwischen Motor- und Generatorbetrieb weniger Einfluss auf die Systemdynamik. Die Widerstandskontrolle wird verwendet, um die Zylinderdrehzahl während des Generatorbetriebs aufgrund der Zuglast am Zylinder zu regulieren. Bild Abb.3 Kontrolle von EHA in vier Quadranten Während der Ausgrabung hängt der Betriebszustand beispielsweise vom Joystick -Signal des Fahrers und der auf den Zylinder angewendeten Kraft ab, und die resultierende Kraft kann berechnet werden. Open-Loop- oder Closed-Loop-Steuerung unterscheidet Operationen im Motor- und Generatorquadranten. Im Motorquadrant wird die Geschwindigkeit von der Pump -Drehzahl gesteuert. Zu diesem Zweck ist das Schaltventil zwischen dem Zylinder und dem Hochdruck sowie dem proportionalen Ventil auf der Niederdruckseite vollständig geöffnet. Wenn die Last den Zylinder, den Generatorquadrant, zieht, schaltet die Pumpe das Ventil zwischen dem Hochdruck und dem Zylinderhohlraum zum Schließen. Die Widerstandskontrolle zur Einstellung der Geschwindigkeit wird durch eines der Proportionalventile gesteuert. Zu diesem Zweck ist das proportionale Ventil, das zum niedrigen Lastzylinder führt, vollständig geöffnet, damit das Öl aus dem Niederdruck entnommen werden kann. Im Generatorquadrant beispielsweise ist bei der Absenkung der Eimerstange keine andere externe Leistung als das Steuerventil erforderlich. CFD -Analyse der Computerflüssigkeit Dynamik Um das Betriebsverhalten der Pumpe bei hohen Geschwindigkeiten zu optimieren, werden bei IFAs numerische Berechnungen des Durchflussfelds der internen Zahnradpumpe (CFD -Analyse (Rechenfluiddynamik) (CFD) bezeichnet. 
Ziele der CFD -Simulation:
Den Flussprozess in der Pumpe verstehen; Optimierte Pumpe für Hochgeschwindigkeitsbetrieb; Entwurf einer inneren Zahnradpumpe. CFD Visualisierung der internen Getriebepumpe Hochgeschwindigkeitsantrieb Die Hochgeschwindigkeitsantriebstechnologie wurde untersucht, für die eine interne Zahnradpumpe entwickelt und anschließend getestet wurde. Die Systemarchitektur von EHA ist an Anwendungen im Bereich Hochgeschwindigkeitsantriebe und mobile Anwendungen angepasst. Abb.5 Zusammensetzung der Hochgeschwindigkeitsinnenradpumpe Auf der linken Seite von Fig. 5 sind ein Prototyp einer innen eingestellten Hochgeschwindigkeits-Zahnradpumpe und eines 48-V-Hochgeschwindigkeitsmotors gezeigt. Die Nennleistung dieses Motors beträgt 10 Kilowatt. Die rechte Seite des Diagramms zeigt den Volumenfluss und den volumetrischen Effizienz bei der Fahrergeschwindigkeit. Die Saugseite (ND) der Pumpe wird vorinstalliert und die Volumenströmungsrate erhöht sich fast linear bis zu 10.000 R /min. Ohne die Saugseite vorzuladen, beträgt die Geschwindigkeit 5500R/min, was im Vergleich zu früheren Kunst um 10% bis 50% entspricht. Bild Abb.6 Geschwindigkeitstest der Hochgeschwindigkeitsinnenradpumpe Hochgeschwindigkeits-Elektrohydraulikantrieb (EHA) Das funktionelle Modell des EHA, einschließlich elektrohydraulischer Hochgeschwindigkeitsantrieb, wurde zum Testen auf einem kleinen Bagger montiert. Zu diesem Zweck wurde der traditionelle Eimer -Stabzylinder durch das entwickelte EHA ersetzt. Die Machbarkeit des verteilten Antriebskonzepts wird durch Tests am Fahrzeug nachgewiesen.
