Une méthode de modélisation et de simulation pour la conception préliminaire d’une pompe volumétrique électrovariante

Résumé

Un modèle de simulation soutenant spécifiquement la conception préliminaire d’une pompe à cylindrée électrovariable (EVDP) est développé et partiellement vérifié par des expériences. Les performances de contrôle, la durée de vie, la fiabilité, etc., peuvent toutes être évaluées à l’aide du modèle proposé, qui couvre les principales exigences de performance dans le cadre de la tâche de conception préliminaire EVDP.

Résumé

Les actionneurs électro-hydrostatiques (EHA) ont fait l’objet de nombreuses recherches dans le milieu universitaire et leurs applications dans divers domaines industriels se développent. L’EHA à vitesse variable a désormais la priorité sur l’EHA à déplacement variable, mais son moteur d’entraînement et l’électronique associée rencontrent des problèmes lorsqu’ils sont appliqués dans des applications à haute puissance : faible dynamique, dissipation thermique élevée, prix élevé, etc. Par conséquent, un EHA à cylindrée variable équipé d’une pompe à cylindrée électrovariable (EVDP) a été envisagé. L’EVDP lui-même est un système mécatronique qui intègre une pompe à piston, une vis à billes, une boîte de vitesses et un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM). Par conséquent, l’EVDP doit être étudié pour assurer sa performance au niveau du système lorsqu’il est appliqué dans une EHA. En plus des recherches antérieures sur les paramètres techniques de l’EVDP, une méthode de conception dédiée est nécessaire pour réduire davantage le coût d’utilisation de l’EVDP et explorer son potentiel de performance. Ici, une méthode de conception préliminaire EVDP basée sur la simulation est sélectionnée pour la conception d’un EVDP de 37 kW. Tout d’abord, un modèle multidisciplinaire de l’EVDP précédemment proposé est étendu en améliorant la génération de paramètres, y compris la durée de vie de l’EVDP, la fiabilité, les modèles de contrôle, etc. Deuxièmement, le modèle proposé est partiellement vérifié à l’aide d’un prototype réduit. Troisièmement, l’EVDP est simulé au niveau du système, soutenu par le modèle proposé. Les performances evDP sont évaluées en fonction des exigences de conception spécifiées. La température, la bande passante et la précision, la fiabilité et la durée de vie, etc., sont toutes prévues pour l’EVDP. Les résultats de la simulation démontrent l’applicabilité de l’EVDP dans l’EHA à déplacement variable. La méthode de modélisation et de simulation proposée peut être utilisée pour évaluer diverses performances EVDP et répondre aux exigences générales de conception. La méthode peut également aider à résoudre les défis de conception préliminaire en termes d’informations limitées et de robustesse. Par conséquent, la méthode proposée est appropriée pour la réalisation de la méthode de conception préliminaire EVDP basée sur la simulation.

Introduction

Les actionneurs électro-hydrostatiques (EHA) suscitent un intérêt croissant pour des applications telles que les presses industrielles, les grandes machines mobiles, les manipulateurs de grues et la commande primaire des avions en raison de leur combinaison des avantages des actionneurs électriques et des actionneurs hydrauliques¹. Deux types de base d’EHA peuvent être identifiés : les EHA à vitesse variable et les EHA à déplacement variable². Actuellement, l’EHA à vitesse variable est plus populaire que l’EHA à déplacement variable en raison de son efficacité et de sa simplicité supérieures. Cependant, avec le niveau de....

Protocole

REMARQUE: Matlab et Simcenter Amesim (ci-après dénommés plate-forme de simulation de système) ont été utilisés dans ce protocole et sont répertoriés dans la table des matériaux. Cependant, le protocole proposé ne se limite pas à l’implémentation dans ces deux applications logicielles.

1. Sélection et classification des paramètres de conception EVDP (étape 1 de la figure 2).

1. Démontez l’architecture de l’EVDP de la figure 1 en une unité de pompe à piston, une vis à billes, une boîte de vitesses, un PMSM et un contrôleur. Vé....

Résultats

Cette section présente les résultats obtenus en effectuant toutes les étapes du protocole, qui font partie de l’étape 1, de l’étape 2 et de toute l’étape 5 de la méthode de conception préliminaire evDP de la figure 2. Les informations d’entrée dans le protocole comprennent les schémas EVDP de la figure 1, les paramètres actifs optimisés (clarifiés à l’étape 5.1.1.) de l’EVDP de l’étape 4 de la figure 2,.......

Discussion

Le concept et d’autres composants techniques de l’EVDP ont été présentés dans des publications précédentes ^6,31, démontrant l’applicabilité et les avantages de l’EVDP. Au lieu d’étudier l’EVDP lui-même, cet article a continué à étudier la méthode de conception par rapport aux besoins réels futurs de l’application. Une méthode de conception spécifique est nécessaire pour ce type de produit de couplage hautement intégré et multidis.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ball screw	NSK	PSS
EVDP prototype	Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls	customized	7.4 mL/rev, 7000 rpm, 21 Mpa
EVDP testrig	Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls	customized	Refer to Figure 7, can be adapted upon individual needs. Including Power PMAC controller, ELMO Whistle Driver, etc.
Gearhead	Maxon	GP
Matlab	Mathworks	R2020a
Permannet magnet synchronous motor	Maxon	393023
Piston pump	Bosch Rexroth	A10VZO
Simcenter Amesim	Siemens	2021.1	system simulation platform