ارائه‌ی مدل ریاضی پمپ پیستون محوری دبی متغیر شامل سوپاپ کنترل جابجایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول، دزفول، ایران

10.22034/ijme.2023.398687.1783

چکیده

امروزه، برای کنترل مطلوب فشار روغن و کاهش مصرف انرژی در مدارهای هیدرولیکی به کار رفته در ماشین‌های ثابت و متحرک، تغییر حجم جابجایی پمپ، متناسب با بار وارد بر جزء متحرک عملگر هیدرولیک، ضرورت دارد. برای این منظور، در این مقاله، از سوپاپ کنترل جابجایی با همپوشانی منفی در ساختار پمپ پیستون محوری استفاده شده است. برای ارزیابی عملکرد سوپاپ کنترل جابجایی، بازنویسی روابط ریاضی حاکم بر پمپ پیستون محوری در حوزه‌ی بسامد انجام گرفت. بررسی مدل ریاضی ارائه‌شده نشان داد که رسته‌ی تابع تبدیل پمپ پیستون محوری در سه وضعیت کاری متفاوت شامل، افزایش، کاهش و تثبیت حجم جابجایی، به ترتیب، برابر با 7، 5 و 3 می‌باشد. برای ارزیابی درستی مدل ریاضی ارائه شده، طراحی و ساخت سامانه‌ی انتقال توان هیدرولیکی شامل پمپ پیستون محوری، موتور هیدرولیک جابجایی ثابت و سوپاپ کنترل جریان بدون جبران‌کننده‌ی فشار، انجام گرفت. انطباق مناسب پاسخ بسامدی حاصل از نتایج تجربی با نتایج حاصل از مدل ریاضی، به‌ ویژه در بسامدهای پایین، درستی مدل ریاضی ارائه شده را تایید کرد. بررسی‌های بیشتر نشان داد که به کارگیری سوپاپ کنترل جابجایی برای تغییر دبی پمپ پیستون محوری در سه وضعیت کاری، موجب عملکرد پایدار پمپ در سامانه‌ی انتقال توان هیدرولیکی ‌گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Presenting the mathematical model of the variable flow rate axial piston pump with the displacement control valve

نویسنده [English]

  • Pezhman Nikandish
Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Jundi Shapur University of Technology, Dezful, Iran
چکیده [English]

Nowadays, for optimal control of oil pressure and reduction of energy consumption in hydraulic circuits used in fixed and moving machines, it is necessary to change the displacement volume of the pump proportional to the load on the moving part of the hydraulic actuator. For this purpose, in this paper, a displacement control valve with negative overlap is used in the axial piston pump structure. In order to evaluate the performance of the displacement control valve, the mathematical relations governing the axial piston pump were written in the frequency domain. Examining the presented mathematical model showed that the order of transform function of the axial piston pump in three different working conditions, including increase, decrease, and stabilization of the displacement volume is 7, 5, and 3, respectively. To evaluate the correctness of the presented mathematical model, the design and construction of the hydraulic power transmission system including the axial piston pump, fixed displacement hydraulic motor, and flow control valve without pressure compensator was carried out. The appropriate matching of the frequency response obtained from the experimental results with the results obtained from the mathematical model, especially at low frequencies, confirmed the validity of the presented mathematical model. Further investigations showed that the use of the displacement control valve to change the flow rate of the axial piston pump in three working conditions resulted in the stable operation of the pump in the hydraulic power transmission system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pump
  • Displacement Volume
  • Mathematical Model
[1] Zong J, Zhenyu W, Xiaochao L, Hujiang W, Pengyuan Q, Weizhi Q. Multi-parameter load sensing pump model simulation and flow rate characteristics research. Chinese Journal of Aeronautics. 2022 January 10; 35 (12): 296-308. doi: 10.1016/j.cja.2021.12.007
[2] Jian-Sen W, Wei-Dong C, Xin-Long H, Zheng-Rong W, Zhi-Wei Z. General model for kinematic analysis of swash plate axial piston pump. Journal of Lanzhou University of Technology. 2021 October 21; 47(5): 59-64. doi: EN/Y2021/V47/I5/59
 [3] Mondal N, Saha R, Sanyal D. Pressure compensator design, simulation and performance evaluation of a variable displacement swash plate type axial piston pump. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences. 2021 June 14; 39(2):123–130. doi: 10.14744/sigma.2021.00002
[4] Hong H, Zhao C, Zhang B, Bai D, Yang H. Flow ripple reduction of axial piston pump by structure optimizing of outlet triangular damping groove. Processes. 2020 December 17; 8(12): 1664-1679. doi: 10.3390/pr8121664
[5] Lovrec D, Kastrevc M, Ulaga S. Electro-hydraulic load sensing with a speed-controlled hydraulic supply system on forming machines. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2008 June 5; 41(1): 1066-1075. doi: 10.1007/s00170-008-1553-y
[6] Wu D, Schoenau G, Burton R, Bitner D. Model and experimental validation of a load sensing system. International Journal of Fluid Power. 2005 Jan 14; 6(3): 5-18. doi: 10.1080/14399776.2005.10781225
[7] Fang X, Ouyang X, Huayong Y. Investigation into the effects of the variable displacement mechanism on swash Plate oscillation in high-speed piston pumps. Applied Science. 2018 April 24; 8(5): 658-674. doi: 10.3390/app8050658
[8] Casoli P, Pastori M, Scolari F, Rundo M. Active pressure ripple control in axial piston pumps through high-frequency swash plate oscillations- a theoretical analysis. Energies. 2019 April 10; 12(7): 1377-1395. doi: 10.3390/en12071377
[9] Cui H, Feng K, Li H, Han J. Response characteristics analysis and optimization design of load sensing variable pump. Mathematical Problems in Engineering. 2016 Dec 22; 9(1): 1-10. doi: 10.1155/2016/6379121
[10] Moslatt G, Hansen M, Karlsen N. A model for torque losses in variable displacement axial piston motors. Modeling, Identication and Control. 2018 April 17; 39(2): 107-114. doi: 10.4173/mic.2018.2.5
[11] Tang H, Yang W, Wang Z. A model-based method for leakage detection of piston pump under variable load condition. Access. 2019 August 8; 7: 99771–99781. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2930816
[12] He W, Huang J, Hao H, Quan L, Ji S, Zhao B. Design and analysis of a swashplate control system for an asymmetric axial piston pump. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 2020 February 21; 140(2): 021005. doi: 10.1115/1.4045322
[13] Mitov A, Kralev J, Slavov T, Angelov I. Design of embedded control system for open circuit axial piston pump. 22nd International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies. 2022 June 1-4; Bourgas, Bulgaria. The Institute of Electrical and Electronics Engineers; 2022.
[14] Chao Q, Xu Z, Tao J, Liu C. A promising design to reduce compressibility effects, pressure ripple and cavitation for high-speed and high-pressure axial piston pumps. Alexandria Engineering Journal. 2023 January 23; 62: 509–521. doi: 10.1016/j.aej.2023.07.048
[15] Ying P, Tang H, Chen L, Ren Y, Kumar A, Dynamic modeling and vibration characteristics of multibody system in axial piston pump. Alexandria Engineering Journal. 2023 January 23; 62: 523–540. doi: 10.1016/j.aej.2023.07.046