Потенциальных насосно-контролируемых гидравлики: исследования с использованием насоса для контроля мобильных приводов машин показывает существенное улучшение эффективности могут быть достигнуты
[Иллюстрация опущены]
Размер и плотность энергии жидкости энергетических систем и компонентов, используемых в мобильном оборудовании помогли гидравлики установить четкое доминирование над другими типами технологий электропередачи. Но все их преимущества по сравнению с механической и электрической двигательных систем, эффективность систем гидравлики является относительно низким, что является существенным недостатком в эпоху в целом увеличение расходов топлива.
В попытке решить этот вопрос, центр для компактной и эффективной гидравлике является финансирование текущих научно-исследовательского проекта исследования как насос контролируемые - также известный как перемещения контролируемых - гидравлические системы могут повысить эффективность мобильных гидравлических систем питания. Проект начался в 2006 году в Департамент Пердью университета сельского хозяйства и биологической инженерии, под руководством д-ра Моники Ivantysynova.
"Смещение контролируемых срабатывания (ака насоса контролируемых срабатывания или СПС) была постоянной темой исследований в нашей лаборатории за последние 10 лет или около того", сказал Крис Уильямсон, один из трех инженерно аспирантов к работе над проектом. "Основное преимущество СПС гидравлические схемы по повышению энергоэффективности.
[Иллюстрация опущены]
"Гидравлические системы на мобильных машин сегодняшней как правило, имеют одного насоса, что связано с клапанами несколько приводов - цилиндров или двигателей - располагаются параллельно. Есть несколько вариантов этой архитектуры, но это основная идея.
"Хотя эти системы хорошо зарекомендовали себя на протяжении многих лет их энергоэффективности оставляет желать лучшего. Клапаны для контроля расхода в основном гидравлических сопротивлений. Они отходов власти 'регулирования' поток, превращая давления в тепло. Большинство клапан контролируемой системы не позволяют энергии рекуперации и повторного использования, такие, как снижение нагрузки с цилиндром или торможение двигателем.
"Потому что все приводы рассчитаны на питание от одного насоса, рабочая точка насоса - давление, скорость, водоизмещение - ограничивается в зависимости от того привод требует самых давления и расхода. Следовательно, трудно оптимизации работы двигателя и гидравлической системы.
"СПС решает эти проблемы с помощью нескольких насосов переменной, по одному для каждого привода. Клапан регулирования убытки исключаются. Энергию можно восстановить и сделать доступной для приводов. И, отдельный насос для каждого привода дает больше степеней свободы для оптимизации - это , Есть меньше ограничений и больше гибкости для поддержания двигателя и гидравлических насосов, работающих вблизи их эффективности сладкие пятна ".
Наряду с ликвидацией учета потерь, PCA системы также рассматривается как предложение улучшений с точки зрения системы управления. Обычные клапан управляемый привод часто очень связаны, нелинейной динамики системы. В системе, СПС, приводы не связаны, что позволяет более прямых линейных функций ввода / вывода.
Платформа используется Вильямсон и малый аспирантов Josh Циммерман и Эдвард Хьюз, является Бобкат 435 компактных экскаваторов. Многоцелевое, 5,0 тонны машина, работы экскаватора гидравлики стрелы, палки и ведра, все из которых связаны в плоскости вращательных суставов и контролироваться и управляться гидравлическими цилиндрами. Вместе с бумом и ведро собраний, экскаватор также включает в себя гидравлический с приводом от двигателя треков для двигательных установок и гидравлическим приводом от двигателя привода вращения поворотной для вращения кабины и тела.
[Иллюстрация опущены]
"Помпа-контролируемых технологий лучше всего подходит для машин с несколькими приводами, которые работают одновременно, как экскаваторы, погрузчики, лесная комбайнов, погрузчиков и так далее", Уильямсон объяснил. "Любой цилиндр насоса может быть контролируемой, но есть небольшое преимущество по сравнению с традиционными системами для приводов, которые работают нерегулярно или одного привод сам по себе - например, журнал разветвитель".
Экскаваторов включает в себя груз - зондирования гидравлической системы для операционных функций и двойного гидростатической передачи для движения вперед. Машина имеет восемь независимых функций, которые не все работает одновременно. Переключение клапанов позволяет одним насосом для контроля 2 приводов в отдельности и один на время, а одного заряда насоса и низкого давления, аккумулятор связаны со всей привода схем.
Для расчета рабочих характеристик и эффективности машины и дать им точку отсчета для сравнения, студенты разработали подробный имитационная модель существующей экскаватор с помощью датчика нагрузки гидравлическая система.
механическому составу экскаватора был смоделирован использованием Matlab Mathwork в SimMechanics программное обеспечение, которое позволяет механических и гидравлических моделях, которые будут связаны между собой. Масса и инерционные свойства экскаватор органов были получены от модели CAD поставляется Бобкат. Для визуализации динамических движения машины, CAD части были преобразованы в виртуальной реальности язык разметки, и собираются в 3-D анимационные модели.
Моделирование рабочего цикла была разработана на основе измерений экскаватора во время фактической эксплуатации. Цикл состоял из 1 минуту рытье окопов в рыхлой почве при измерении давления насоса, давление в цилиндре, и общие позиции.
После модель была создана и проверены путем проведения полевых измерений, насос-контролируемых модель системы моделирования была разработана и бежать. Были получены обнадеживающие результаты, говорит Уильямсон. "Наше моделирование показывает, что СПС использует экскаватор 40% меньше энергии, для того же цикла рытье траншеи, сказал он. "Наша поставленной цели 30% повышение, которое реалистичных на основании наших данных до сих пор."
Исследования показали, что экономия энергии были в первую очередь за счет ликвидации клапан учета потерь, которые в результате нескольких приводов, работающих одновременно на разных уровнях давления. Хотя учета потерь устранены, система СПС не увеличивается, насос потери, отчасти потому, что есть больше установленной мощности насос, а также потому, что насосы часто работают на низких перемещений.
[Иллюстрация опущены]
"Важно отметить, что расход топлива зависит от многих факторов, таких как рабочий цикл, оператор стиль, экологические условия и так далее", добавил Уильямсон. "Есть нет стандартных рабочих циклов для землеройных машин, таких как ездовых циклов EPA для автомобилей. Но 30 до 40% улучшение хорошую оценку приблизительная".
Так как проект будет продолжаться, насосно-контролируемых срабатывания системы будет физически включены в машине Bobcat, который позволит сравнивать моделирования в эксплуатацию в реальном мире. "Сейчас я работаю над тестирования некоторых стран с низким уровнем контроля насос на стационарном испытательном стенде в лаборатории, и мы намерены иметь экскаватор модернизированы в течение нескольких месяцев", говорит Уильямсон.
Наиболее важным аспектом насос-управляемая система включает в себя управление архитектуры, которая работает с существующими аппаратными средствами. "Роман" в рамках проекта с академической точки зрения теории управления, как оптимизировать работу машины с насосом контролируемой гидравликой так, что она работает так же или лучше, но потребляет гораздо меньше топлива ", говорит Уильямсон. "Электрогидравлические системы управления стали намного более распространены в прошедшие 10 до 15 лет, как компьютерная техника стала дешевле и мощнее. Проекте принимает это новый уровень, более сложные датчики и алгоритмы, чем то, что на рынке сегодня. "
Возможно, самое большое препятствие перед проектом является то, что сама идея добавить насосы для работы различных систем машины будет, по мнению некоторых наблюдателей, слишком дорого. Но если первые результаты повышения эффективности оправдается, если цены на топливо остаются высокими, и если парниковых газов стать следующей важной составляющей выхлопа двигателя регулирования выбросов парниковых газов, вполне вероятно, что СПС системы, по крайней мере рассматривается мобильных производителей оборудования, в качестве альтернативы рассмотреть.
"Это может быть целесообразным подчеркнуть, что часть моего исследовательского проекта является контроль работы двигателя момент достижения максимальной эффективности", говорит Уильямсон. "Люди делали, что за годы на гибридные автомобили, но это новое развитие для землеройных машин, поскольку традиционные гидравлические системы вряд ли позволит".
Проект планируется завершить в 2010 году.
Примечание редактора: По всем успехов в точности, управляемости и эффективности, достигнутый за последнее десятилетие, мобильной гидравлики продолжает быть оспорена достижения в области механических и электрических систем передачи энергии. В рамках своей миссии по содействию развитию новых энергетических технологий жидкости, центр для компактной и эффективной гидравлике (CCEFP) поддерживает важные новые исследования в широком диапазоне гидравлических дисциплин. В этой новой серии продолжается, Дизель Прогресс североамериканских Edition будет остановиться на некоторых из проектов и исследовательских программ, осуществляемых CCEFP, которые предоставляют интересные - и поощрением - смотреть в будущее гидравлики.
Статья: CCEFP: преобразование промышленности жидкости власти.
Основанная в 2006 году, центр для компактной и эффективной гидравлике (CCEFP) представляет собой сеть научных работников, преподавателей, студентов и промышленности совместно превратить индустрию жидкости власти - все от того, как он исследовал, прикладные и изучал - развивать гидравлические и пневматические технологии, компактный, эффективный и действенный. Кроме того, образование центра и информационно-пропагандистская программа предназначена для передачи этих знаний для различных аудиторий - для учащихся всех возрастов, пользователи жидкости власти и широкой общественности.
CCEFP является Национальный научный фонд Engineering Research центр (NSF). В дополнение к гранту NSF, Центр создан при поддержке 7 университетов-участников - Georgia Tech, Иллинойс, Миннесота, Милуоки техническая школа, Северная Каролина
CCEFP только страны державы жидкости, исследовательским центром, связывая жидкости исследователей власти. Команда 35 преподавателей из университетов-участников участвует в работе 22 научно-исследовательских проектов и 5 стендов.
CCEFP преследует четыре цели исследования:
* Чтобы резко повысить энергетическую эффективность власти жидкости в текущих приложений.
* Для повышения эффективности транспорта путем разработки топливосберегающих гидравлических гибридных транспортных средств.
* Разработать неуправляемые портативных человека масштаба жидкости, устройства власти.
* Для того чтобы гидравлических чистый, тихий, безопасный и простой в использовании.
Промышленность является основным бенефициаром, и поддерживает усилия в CCEFP. В настоящее время 57 компаний обеспечить финансирование и пожертвования в натуральной форме.
Веб-ссылка дизельное
<a target="_blank" href="http://www.ccefp.org" rel="nofollow"> www.ccefp.org </ A>
