고속 구성 요소가있는 소형 유압 전력 장치

January 16, 2024

모바일 기계에서 전기 고압 액추에이터 (EHA)를 사용하는 데있어 한 가지 장애물은 현재까지 가장 진보 된 기술로 달성 할 수있는 전력 밀도입니다. 분산 유압 연료 공급은 사용자 수요 지향 유압 전력 장치의 이점을 라인 압력 손실이 적습니다. 전력 밀도를 높이기 위해 IFAS는 전기 고압 고속 드라이브를위한 고속 내부 기어 펌프를 개발했습니다.

그림 1 고속 드라이브 전자 유압 액추에이터 (EHA)
고속 부품이있는 소형 전원 장치
굴삭기와 같은 모바일 장비에서 유압 전력은 일반적으로 차량의 중앙 오일 공급원에 의해 제공되며, 일반적으로 하나 이상의 펌프로 구성됩니다. 연산자는 유압 밸브를 사용하여 액추에이터를 구동 할 수 있습니다. 그러나, 유압 전력의 일부는 밸브에 의해 조절되고 열로 변환되며, 유압 전력은 호스와 단단한 파이프를 통해 액추에이터로 전달되어 에너지 손실이 증가합니다. 가변 속도 드라이브를 기반으로 한 주문형 연료 공급 전력 장치는 스로틀 링 손실을 줄이고 전력 장치는 수요 시점에서 직접 분포되어 라인의 전송 압력 손실을 최소화합니다.

목표

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고속 운전을 갖춘 전기 수력 액추에이터 (EHA)의 기능적 모델이 연구됩니다. 이를 위해 고속 내부 기어 펌프가 개발되어 속도를 높이고 상대적으로 높은 전력 밀도를 증가 시켰지만 EHA의 펌프 및 유압 시스템에 더 높은 요구 사항을 부여했습니다. 목표는 고속 구성 요소를 통해 전기 고압 드라이브의 전력 밀도와 압축성을 높여서 모바일 기계에서의 응용 프로그램을 더욱 매력적으로 만드는 것입니다.
유압 회로
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그림 2 EHA 유압 회로의 원리
EHA는도 2에 도시 된 바와 같이 보조 회로를 포함하도록 확장되었다. 보조 회로는 고속 펌프의 배수 포트에 연결되고 공급됩니다. 또한, 실린더의 저압 측에는 안내 내용 체크 밸브가 제공됩니다. 저압면과 실린더 사이의 별도 비례 밸브는 리버스 펌프없이 4 사분면 작동을 허용합니다. 따라서 모터와 발전기 작동 사이를 전환 할 때 고속 드라이브의 질량 관성은 시스템 역학에 덜 영향을 미칩니다. 저항 제어는 실린더의 풀 하중으로 인해 발전기 작동 중 실린더 속도를 조절하는 데 사용됩니다.
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그림 3 4 사분면에서 EHA의 제어

예를 들어, 발굴 중에, 작동 상태는 운전자의 조이스틱 신호와 실린더에 적용되는 힘에 따라 달라지며 결과력을 계산할 수 있습니다. 오픈 루프 또는 폐 루프 제어는 모터 및 발전기 사분면의 작동을 구별합니다. 모터 사분면에서 속도는 펌프 RPM에 의해 제어됩니다. 이를 위해 실린더와 고압 사이의 스위칭 밸브와 저압 측의 비례 밸브가 완전히 열립니다. 하중이 실린더, 발전기 사분면을 당기면 펌프는 고압과 실린더 캐비티 사이의 밸브를 닫습니다. 속도 조정을위한 저항 제어는 비례 밸브 중 하나에 의해 제어됩니다. 이를 위해, 저압 실린더로 이어지는 비례 밸브가 완전히 열려서 저압에서 오일을 끌어 당길 수 있도록합니다. 예를 들어, 버킷로드를 낮추면 발전기 사분면에서 제어 밸브 이외의 외부 전력이 필요하지 않습니다.
계산 유체 역학 CFD 분석
고속으로 펌프의 작동 동작을 최적화하기 위해, CFD (Computational Fluid Dynamics) 분석으로 알려진 내부 기어 펌프의 유동장의 수치 계산은 IFAS에서 수행된다.

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CFD 시뮬레이션의 목표 :

펌프의 흐름 과정을 이해하십시오.
고속 작동을위한 최적화 된 펌프;

내부 기어 펌프의 설계.

내부 기어 펌프 회전 CFD 시각화

고속 드라이브

내부 기어 펌프가 개발되고 이후 테스트 된 고속 드라이브 기술이 연구되었습니다. EHA의 시스템 아키텍처는 고속 드라이브 및 모바일 애플리케이션 분야의 애플리케이션에 적합합니다.

그림 5 고속 내부 기어 펌프의 구성

그림 5의 왼쪽에는 내부적으로 참여하는 기어 펌프와 48V 고속 모터의 프로토 타입이 표시됩니다. 이 모터의 정격 전력은 10 킬로와트입니다. 다이어그램의 오른쪽은 운전자 속도에서 볼륨 흐름과 체적 효율을 보여줍니다. 펌프의 흡입 측 (ND)은 사전로드되고 부피 유량은 거의 선형으로 최대 10,000 r /분까지 증가합니다. 흡입 측면을 사전로드하지 않으면 속도는 5500R/분이며, 이는 이전 예술에 비해 10%에서 50% 증가합니다.
그림

그림 6 고속 내부 기어 펌프의 속도 테스트
고속 전기 수력 액추에이터 (EHA)
전기 확성 고속 구동을 포함한 EHA의 기능적 모델은 테스트를 위해 작은 굴삭기에 장착되었습니다. 이를 위해 전통적인 버킷로드 실린더는 개발 된 EHA로 대체되었습니다. 분산 드라이브 개념의 타당성은 차량을 테스트함으로써 입증됩니다.

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