Unità di potenza idraulica compatta distribuita con componenti ad alta velocità
January 16, 2024
Un ostacolo all'uso di attuatori elettroidraulici (EHA) sui macchinari mobili è la densità di potenza che può essere raggiunta con la tecnologia più avanzata fino ad oggi. La fornitura di carburante idraulico distribuito combina i vantaggi di un'unità di alimentazione idraulica orientata alla domanda dell'utente con una minore perdita di pressione della linea. Per aumentare la densità di potenza, IFAS ha sviluppato una pompa di cambio interna ad alta velocità per unità elettroidrauliche ad alta velocità. Fig.1 Attuatore elettroidraulico ad alta velocità (EHA) Unità di potenza compatta distribuita con componenti ad alta velocità In attrezzature mobili come gli scavatori, l'energia idraulica è generalmente fornita da una fonte di olio centralizzata nel veicolo, generalmente costituita da una o più pompe. L'operatore può guidare l'attuatore con l'aiuto di una valvola idraulica. Tuttavia, parte della potenza idraulica viene strolata dalla valvola e convertita in calore e la potenza idraulica viene trasmessa agli attuatori attraverso il tubo e il tubo duro, con conseguente aumento della perdita di energia. L'unità di alimentazione di alimentazione del carburante su richiesta basata sull'unità a velocità variabile riduce le perdite di limitazione e l'unità di alimentazione viene distribuita direttamente nel punto di domanda, riducendo al minimo le perdite di pressione di trasmissione nella linea. obiettivo
Viene studiato il modello funzionale dell'attuatore elettroidraulico (EHA) con guida ad alta velocità. A tal fine, è stata sviluppata una pompa per ingranaggi interni ad alta velocità, che ha aumentato la velocità e ha aumentato la densità di potenza del relativamente alto, ma ha anche messo requisiti più elevati sulla pompa e sul sistema idraulico di EHA. L'obiettivo è aumentare la densità di potenza e la compattezza delle unità elettroidrauliche attraverso componenti ad alta velocità, rendendo così più attraente la loro applicazione nei macchinari mobili. Circuito idraulico 
Fig.2 Principio del circuito idraulico EHA L'EHA è stato esteso per includere un circuito ausiliario, come mostrato in Fig.2. Il circuito ausiliario è collegato e fornito dalla porta di drenaggio della pompa ad alta velocità. Inoltre, il lato a bassa pressione del cilindro è fornito con una valvola di controllo ant-cavitazione. Una valvola proporzionale separata tra il lato a bassa pressione e il cilindro consente un funzionamento a 4 quadrattri senza la necessità di una pompa inversa. Pertanto, quando si passa tra il funzionamento del motore e del generatore, l'inerzia di massa dell'unità ad alta velocità ha meno influenza sulla dinamica del sistema. Il controllo di resistenza viene utilizzato per regolare la velocità del cilindro durante il funzionamento del generatore a causa del carico di trazione sul cilindro. immagine Fig.3 Controllo di EHA in quattro quadranti Ad esempio, durante lo scavo, lo stato operativo dipende dal segnale del joystick del conducente e dalla forza applicata al cilindro e la forza risultante può essere calcolata. Il controllo a circuito aperto o a circuito chiuso distingue le operazioni nei quadranti del motore e del generatore. Nel quadrante del motore, la velocità è controllata dal RPM della pompa. A tale scopo, la valvola di commutazione tra il cilindro e l'alta pressione, nonché la valvola proporzionale sul lato a bassa pressione, sono completamente aperte. Mentre il carico tira il cilindro, il quadrante del generatore, la pompa cambia la valvola tra l'alta pressione e la cavità del cilindro per chiudere. Il controllo di resistenza per la regolazione della velocità è controllato da una delle valvole proporzionali. A tal fine, la valvola proporzionale che porta al cilindro a basso carico è completamente aperta per consentire il tiramento dell'olio dalla bassa pressione. Nel quadrante del generatore, ad esempio, quando si abbassa l'asta del secchio, non è richiesta alcuna potenza esterna diversa dalla valvola di controllo. Analisi CFD di fluidodinamica computazionale Al fine di ottimizzare il comportamento operativo della pompa ad alta velocità, vengono eseguiti i calcoli numerici del campo di flusso della pompa degli ingranaggi interni, noti come analisi della fluidodinamica computazionale (CFD). 
Obiettivi della simulazione CFD:
Comprendere il processo di flusso nella pompa; Pompa ottimizzata per funzionamento ad alta velocità; Progettazione della pompa degli ingranaggi interni. Visualizzazione CFD di rotazione della pompa per ingranaggi interni Azionamento ad alta velocità È stata studiata la tecnologia di trasmissione ad alta velocità, per la quale è stata sviluppata e successivamente testata una pompa di cambio interno. L'architettura del sistema EHA è adattata alle applicazioni nel campo delle unità ad alta velocità e delle applicazioni mobili. Fig.5 Composizione della pompa degli ingranaggi interni ad alta velocità Sul lato sinistro della Fig.5, sono mostrati un prototipo di una pompa per ingranaggi ad alta velocità e un motore ad alta velocità da 48 V. La potenza nominale di questo motore è di 10 chilowatt. Il lato destro del diagramma mostra il flusso di volume e l'efficienza volumetrica alla velocità del conducente. Il lato di aspirazione (ND) della pompa è precaricato e la portata del volume aumenta quasi linearmente fino a 10.000 r /min. Senza precaricare il lato di aspirazione, la velocità è di 5500R/min, che è un aumento del 10% al 50% rispetto all'arte precedente. immagine Fig.6 Test di velocità della pompa degli ingranaggi interni ad alta velocità Attuatore elettroidraulico ad alta velocità (EHA) Il modello funzionale dell'EHA, incluso un azionamento elettroidraulico ad alta velocità, è stato montato su un piccolo escavatore per il test. A tal fine, il tradizionale cilindro dell'asta del secchio è stato sostituito dall'EHA sviluppato. La fattibilità del concetto di azionamento distribuito è dimostrata dai test sul veicolo.
