Ảnh hưởng của các thông số đường ống và chất lỏng đến rung áp suất trong các truyền động thủy lực

Springer Science and Business Media LLC - Tập 2 - Trang 1-14 - 2020
Leandro Danes1, Andrea Vacca1
1Maha Fluid Power Research Center, Purdue University, West Lafayette, USA

Tóm tắt

Nguồn gây ra tiếng ồn trong chất lỏng trong các mạch thủy lực thực tế có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều chi tiết hình học và tính chất thay đổi của chất lỏng làm việc. Những hiện tượng này cần được hiểu và định lượng tốt hơn để đạt được sự êm dịu vốn có thông qua việc thiết kế các mạch thủy lực bằng tính toán. Bài báo này sử dụng các chiến lược mô hình hóa dựa trên phần tử hữu hạn một chiều để dự đoán sự phát sinh và lan truyền sóng áp suất trong một hệ truyền động thủy lực lai mới thực tế và so sánh các mô phỏng với dữ liệu đo được. Mô hình được cải tiến dần với các cấu hình xem xét đường kính thay đổi, vật liệu ống dẫn và sự tồn tại của độ cong của các đường ống. Kỹ thuật mô hình hóa bao gồm một phương pháp giải phương trình đặc trưng một chiều được ràng buộc bởi hai nguồn dòng chảy - các đơn vị piston trục hợp thành tham số. Đường kính và vật liệu ống dẫn được phân biệt thành một lưới dọc theo chiều dài của đường ống. Ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ âm thanh được xem xét tại mỗi phần tử của lưới một chiều. Những khác biệt giữa tính chất đẳng nhiệt và đẳng nhiệt cho chất lỏng làm việc cũng được xem xét. Tác động của sự khí hóa cũng được nghiên cứu. Một thuật toán đồng phương sai được sử dụng để xác định mức độ khí hóa của chất lỏng làm việc.

Từ khóa

#tiếng ồn trong chất lỏng #áp suất #truyền động thủy lực #mô hình hóa #sóng áp suất #khí hóa

Tài liệu tham khảo

Edge K A (1999) Designing quieter hydraulic systems some recent developments and contributions, simulation modelling practice and theory. In: Forth JHPS international symposium, pp 3–27. ISBN 4-931070-04-3 Fiebig W (2007) Location of noise sources in fluid power machines. Int J Occup Saf Ergon 13(4):441–450 Johansson A (2005) Design principles for noise reduction in hydraulic piston pumps simulation, optimisation and experimental verification, PhD Thesis Linkping: Linkpings Tryckeri, Sweden Devendran RS, Vacca A (2013) Optimal design of gear pumps for exhaust gas after treatment applications. Simul Model Pract Theory 38:1–19 Zanetti-Rocha L, Gerges SNY, Johnston DN, Arenas JP (2013) Rotating group design for vane pump flow ripple reduction. Int J Acoust Vib 18(4):192–200 Akers A, Gassman M, Smith R (2006) Hydraulic power system analysis. CRC Press, Boca Raton Johnston N (2012) The transmission line method for modelling laminar flow of liquid in pipelines. In: Proceedings of the institution of mechanical engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, vol 226, no 5, pp 586–597 Johnston N, Pan M, Kudzma S (2014) An enhanced transmission line method for modelling laminar flow of liquid in pipelines. In: Proceedings of the institution of mechanical engineers. Part I: Journal of Systems and Control Engineering vol 228, no 4, pp 193–206 Manhartsgruber B (2019) H2-Optimal low order transmission line models. In: Proceedings of the ASME/BATH (2019) symposium on fluid power and motion control, FPMC2019-1688. LongBoat Key, FL, USA Kim KH, Jang JS, Jung DS, Kim HE (2005) Reduction of pressure ripples using a parallel line in hydraulic pipeline. Int J Autom Technol 6(1):65–70 Kojima E, Ichiyanagi T (2000) Research on pulsation attenuation characteristics of silencers in practical fluid power systems. Int J Fluid Power 1(2):29–38 Kojima E, Shinada M (1986) Characteristics of a fluid borne noise generated by a fluid power pump. Bull JSME 29(258):430–433 Watton J, Tadmori MJ (1988) A comparison of techniques for the analysis of transmission line dynamics in electrohydraulic control systems. J Appl Math Model 12:457–466 Wylie EB, Streeter VL (1978) Fluid transients, 1st edn. MCGraw-Hill, New York Vitkovsky J, Lambert M, Simpson A (2000) Advances in unsteady friction modelling in transient pipe flow. In: The 8th international conference on pressure surges. Ljubljana, Slovenia Zarzycki Z, Kudzma S (2004) Simulations of transient flow in liquid lines using time-dependent frictional losses. In: 9th International conference on pressure surges, BHR Group, pp 439–455 Adamkowski A, Lewandowski M (2006) Experimental examination of unsteady friction models for transient pipe flow simulation. J Fluids Eng 128(6):1351–1363. https://doi.org/10.1115/1.2354521 Klop R, Ivantysynova M (2008) Influence of line length concerning noise source generation in hydrostatic transmissions. Technical paper, SAE international, ISSN: 0148-7191, e-ISSN: 2688-3627 https://doi.org/10.4271/2008-01-2722 Klop RJ (2010) Investigation of hydraulic transmission noise sources. Purdue University, West Lafayette, IN PhD Thesis Maillard J (1998) Active control of pressure pulsations in piping systems. Research Report, University of Karlskrona/Ronneby, Ronneby, Sweden Harrison AM (1997) Reduction of axial piston pump pressure ripple. PhD thesis, University of Bath, United Kingdon Dodson JM, Dowling DR, Grosh K (1998) Experimental investigation of quarter wavelength silencers in large scale hydraulic systems. Noise Control Eng J 46(1):15–22 Weddfelt K, Larsson P, Palmberg JO (1987) Investigation of the performance of expansion chamber attenuators by means of simulations and measurements. In: 16th EASTED international conference identification, modelling and simulation, pp 22–24, Paris, France Kartha SC (2000) Active, passive and active/passive control techniques for reduction of vibrational power flow in fluid filled pipes. MS Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, USA Zygmunt Kudma, Micha Stosiak (2013) Reduction of infrasounds in machines with hydrostatic drive. Acta Bioeng Biomech 15(2):51–64 Chaudhry M H (2014) Applied hydraulic transients, 3rd Edition. Springer, New York. 978-1-4614-8537-7. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-8538-4 Wieczorek U, Ivantysynova M (2002) Computer aided optimization of bearing and sealing gaps in hydrostatic machinesthe simulation tool caspar. Int J Fluid Power 3(1):7–20 Borghi M, Milani M, Paltrinieri F, Zardin B (2005) Pressure transients in external gear pumps and motors meshing volumes, Rosemont, IL: T, Technical paper SAE International, SP-1989. 20053619 Wilhelm S (2015) Modeling, analysis, and experimental investigation of a variable displacement linkage pump. University of Minnesota, Minneapolis, MN PhD Thesis Sprengel M, Bleazard T, Haria H, Ivantysynova M (2015) Implementation of a novel hydraulic hybrid powertrain in a sports utility vehicle. IFAC-PapersOnLine, 48-15, pp 187-194 Williams K, Ivantysynova M (2019) Approximate stochastic differential dynamic programming for hybrid vehicle energy management. J Dyn Syst Meas Control 141(5):051003. https://doi.org/10.1115/1.4042253 Ding D, Kalbfleisch K, Ivantysynova M (2016) Development of data analytics tools for acoustic measurement of positive displacement machines. In: The summer undergraduate research fellowship (SURF) symposium. Purdue University, West Lafayette Gholizadeh H (2013) Modeling and experimental evaluation of the effective bulk modulus for a mixture of hydraulic oil and air. University of Saskatchewan, Saskatoon PhD Thesis Hayward ATJ (1970) How to estimate the bulk modulus of hydraulic fluids. Hydraul Pneum Power 16(181):28–40 Kim S, Murrenhoff H (2012) Measurement of effective bulk modulus for hydraulic oil at low pressure. J Fluids Eng 134(2):021201. https://doi.org/10.1115/1.4005672 Singhal AK, Athavale MM, Li H, Jiang Y (2002) Mathematical basis and validation of the full cavitation model. J Fluids Eng Trans ASME 124(3):617–624 Belamri T, Zwart P J, Gerber A G (2004) A two-phase flow model for predicting cavitation dynamic. In: ICMF 2004 international conference on multiphase flow Yokohama, Japan, May 30–June 3, 2004 Paper No. 152 Huayong Y, Bin F, Guofang G (2011) Measurement of effective fluid bulk modulus in hydraulic system. J Dyn Syst Meas Control Schohl G (1993) Improved approximate method for simulating frequency-dependent friction in transient laminar flow. J Fluids Eng 115:420–424 Walker JS, Phillips JW (1977) Pulse propagation in fluid filled tubes. ASME J Appl Mech 44(1):31–35. https://doi.org/10.1115/1.3424009 Wiggert DC, Otwell RS, Hatfield FJ (1985) The effect of elbow restraint on pressure transients. J Fluids Eng 107:402–406 Menon ES (2004) Piping calculations manual. McGraw-Hill, New York