高速成分を備えた分散コンパクト油圧ユニット

January 16, 2024

モバイル機械での電気油圧アクチュエーター（EHA）の使用に対する障害の1つは、これまでで最も高度な技術で達成できる電力密度です。分散型油圧燃料供給は、ユーザー需要指向の油圧ユニットの利点を、より少ないライン圧力損失と組み合わせます。電力密度を高めるために、IFASは電気油圧高速ドライブ用の高速内部ギアポンプを開発しました。

図1高速駆動電気油圧アクチュエーター（EHA）
高速成分を備えた分散コンパクトパワーユニット
掘削機などのモバイル機器では、通常、車両内の集中油源によって油圧パワーが提供され、通常は1つ以上のポンプで構成されます。オペレーターは、油圧バルブの助けを借りてアクチュエータを駆動できます。ただし、油圧の一部はバルブによってスロットされ、熱に変換され、油圧パワーはホースとハードパイプを介してアクチュエーターに伝達され、再びエネルギー損失が増加します。可変スピードドライブに基づいたオンデマンド燃料供給パワーユニットは、スロットリング損失を減らし、パワーユニットは需要の時点で直接分布し、ライン内のトランスミッション圧力損失を最小限に抑えます。

ゴール

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高速駆動を伴う電気油圧アクチュエータ（EHA）の機能モデルが研究されています。この目的のために、高速内部ギアポンプが開発され、これにより速度が向上し、比較的高い電力密度が増加しましたが、EHAのポンプと油圧システムにも高い要件が発生しました。目的は、高速成分を介して電気油圧ドライブの電力密度とコンパクトさを高めることであり、モバイル機械でのアプリケーションをより魅力的にすることです。
油圧回路
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図2EHA油圧回路の原理
図2に示すように、EHAは補助回路を含むように拡張されています。補助回路は、高速ポンプの排水ポートに接続および供給されます。さらに、シリンダーの低圧側には、防止防止チェックバルブが付属しています。低圧側とシリンダーの間の別の比例バルブにより、リバースポンプを必要とせずに4四つ産動作が可能になります。したがって、モーターと発電機の動作を切り替えると、高速駆動の質量慣性はシステムのダイナミクスに影響を与えません。抵抗制御は、シリンダーのプル荷重による発電機の動作中にシリンダー速度を調節するために使用されます。
写真

図3 4つの象限におけるEHAの制御

たとえば、掘削中、動作状態はドライバーのジョイスティック信号とシリンダーに適用される力に依存し、結果の力を計算できます。オープンループまたは閉ループ制御は、モーターと発電機の象限の操作を区別します。モーター象限では、速度はポンプRPMによって制御されます。この目的のために、シリンダーと高圧の間のスイッチングバルブ、および低圧側の比例バルブが完全に開かれています。負荷がシリンダー、発電機象限を引くと、ポンプは高圧とシリンダーキャビティの間のバルブを切り替えて閉じます。速度を調整するための抵抗制御は、比例バルブの1つによって制御されます。この目的のために、低負荷シリンダーに通じる比例バルブが完全に開かれており、低圧からオイルを引き出すことができます。たとえば、発電機象限では、バケットロッドを下げるときは、制御バルブ以外の外部電力は必要ありません。
計算流体ダイナミクスCFD分析
高速でポンプの動作動作を最適化するために、IFASで計算流体ダイナミクス（CFD）分析として知られる内部ギアポンプのフローフィールドの数値計算が実行されます。

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CFDシミュレーションの目的：

ポンプのフロープロセスを理解します。
高速操作のための最適化されたポンプ。

内部ギアポンプの設計。

内部ギアポンプの回転CFD視覚化

高速ドライブ

高速駆動技術が研究され、そのために内部ギアポンプが開発され、その後テストされました。 EHAのシステムアーキテクチャは、高速ドライブおよびモバイルアプリケーションの分野でのアプリケーションに適合しています。

図5高速内部ギアポンプの組成

図5の左側には、高速で内部充血したギアポンプと48Vの高速モーターのプロトタイプが示されています。このモーターの定格電力は10キロワットです。図の右側は、ドライバー速度での体積流と体積効率を示しています。ポンプの吸引側（ND）はプリロードされ、体積流量はほぼ10,000 r /minまで増加します。吸引側をプリロードすることなく、速度は5500R/minで、これは以前のARTと比較して10％〜50％の増加です。
写真

図6高速内部ギアポンプの速度テスト
高速電気油圧アクチュエーター（EHA）
電気油圧高速ドライブを含むEHAの機能モデルは、テストのために小さな掘削機にマウントされました。この目的のために、従来のバケットロッドシリンダーは開発されたEHAに置き換えられました。分散ドライブの概念の実現可能性は、車両でのテストによって証明されます。

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