Comparison of the Structures of the Energy Circuits of Hydraulic Drives with Frequency, Pump Control and Electromechanical Analogues
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-5-150-160Keywords:
volumetric hydraulic drive, frequency control, pump control, electromechanical drive, competitiveness indicators, development linesAbstract
The circuit solutions and external appearance of frequency controlled volumetric hydraulic drives (VHD-FC) and their functional analogs, namely, pump controlled volumetric hydraulic drives (VHD-PC) and electromechanical drives with mechanical reduction gears (EMD-MRG) are presented. The appearances of VHD-FC devices implemented using different (currently available and prospective) machinery and hardware components are compared with one another. It is shown that the maximum effect from using VHD-FC devices is expected in the power systems of plants corresponding to the modern concept of constructing a fully electrical plant (FEP).
It is shown that the efficiency of drives used in the power systems of a particular FEP is determined by the totality of partial competitiveness indicators (CIs) provided that the devices have equal or close values of the performance indicators (PIs) characterizing the functional purpose of the modules. The possibility of numerically estimating the competitiveness of different kinds of drives in terms of technical, economic, and operational PIs is demonstrated.
The physical and technical capacities of drive structures are analyzed taking into account the future development of their machinery and hardware components, and the preferred drive application fields are pointed out. For VHD-FC, these are the power systems of FEPs with a limited range of smooth speed control of the outlet links operating under the conditions of sign-variable and shock loads with long-term movements of the outlet links under the effect of accompanying (negative) loads.
It has been demonstrated that the VHD-FC structure makes it possible to effectively implement energy storage and recuperation in the drive itself and to transmit an almost unlimited amount of recuperative energy to the FEP’s external electric power network.
References
1. Редько П.Г. и др. Концепция развития систем рулевых приводов перспективных самолётов // Новые рубежи авиационной науки: Сборник тезисов IX Междунар. науч.-техн. симпозиума. М., 2007. С. 90.
2. Pat. 4.823.552.25.04 USA. Failsafe Electrohydraulic Control System for Veriable Displacement Pump / O. Larry, J.S. Ezell.
3. Leonard J.B. A Systemlook at Electromechanical Actuation for Primary Flight Control // Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. 1983. Dayton 1983. Pp.80—86.
4. Ruhlicke I. Elektro-hydraulische Antriebssysteme mit Drehzahlveranderbarer Pumpe // Olhydraulik und Pneumatik. 1977 (41). No. 9. Pp. 689—693; No. 10. Pp. 752—759.
5. Зуев Ю.Ю., Зуева Е.Ю., Голубев В.И. Объёмный гидропривод с частотным и частотно-дроссельным управлением — возможные исполнения, области применения, сравнительные характеристики и конкурентные аналоги // Индустрия. 2014. № 6 (88). С. 41—45.
6. Петров В.А. Гидрообъёмные трансмиссии самоходных машин. М.: Машиностроение, 1988.
7. Кондаков Л.А. и др. Машиностроительный гидропривод. М.: Машиностроение, 1978.
8. Крымов Б.Г., Рабинович Л.В., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства систем управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1987.
9. Проблемы электрификации самолёта. Отделение полёта и систем управления ЛА (НИО-15. Информационные материалы ЦАГИ, 2007.
10. The «More Electric» Architecture Revolution. MILTECH-10/2005.
11. Cecere G.J., Mehdi I.S., Yurczyk R.F. Feasibility Study of an All electric Fighter Airplane // Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. Dayton, 1983. Pp. 62—71.
12. Lyle H. Concept Eliminates Central Hydraulic System // Design News. 1988. V. 44. No. 4. Pр. 45—65.
13. Зуев Ю.Ю., Петров Ю.А., Черкасских С.Н. Особенности энергетического расчёта автономных электрогидравлических приводов различной структуры // Сб. науч. тр. ЦНИИАГ. М., 1990.
14. Kazmaier B. Energieverbrauchsoptimierte Regelung Eines Elektrohydraulischen Linearantriebs Kleiner Leistung mit drehezahlgeregeltem Elektromotor und Verstellpumpe // Olhydraul. und Pneum. 1999. V. 43. No. 10. P. 702.
15. Беляев О.А., Зуев Ю.Ю. Моделирование регулировочных характеристик объёмного гидропривода с насосным и частотным управлением // Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика: Сб. материалов науч.-техн. конф. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. С. 196—204.
16. Алексеенков А.С., Найдёнов Н.В., Селиванов А.М. Развитие авиационных автономных электрогидравлических приводов // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 1. С. 43—48.
17. Богданов Д.М. Применение преобразователей частоты для управления электроприводами. Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2008.
18. Kogel O. Unterstűtzung fűr lie Frmaturen-Auslegung bei Verwendung Drehzahlveränderlicher Stellantriebe. (SiPOS Aktorik GmBH) // Industriearmaturen. 2007. V. 15. No. 4. Pp. 368—372.
19. Автоматизированный электропривод / под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990.
20. Справочник по электрическим машинам / под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989.
21. Русэлпром-Мехатроника [Офиц. сайт] www. Mechatronics.ruselprom.ru (дата обращения 12.12.2017).
22. Электропривод [Офиц. сайт] www.Electroprivod.ru (дата обращения 20.01.2018).
23. Геращенко А.Н., Самсонович С.Л. Пневматические, гидравлические и электрические приводы летательных аппаратов на основе волновых исполнительных механизмов. М.: Машиностроение, 2006.
24. Harmonic Drive AG [Офиц. сайт] www.Harmonicdrive.de (дата обращения 19.12.2017).
25. Нордикс-Метрология [Офиц. сайт] www. Nordix-metrologia.narod.ru (дата обращения 09.12.2017)
---
Для цитирования: Зуев Ю.Ю., Зуева Е.Ю. Сравнение структур контуров энергетики гидроприводов с частотным, насосным управлением и электромеханическими аналогами // Вестник МЭИ. 2019. № 5. С. 150—160. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-5-150-160.
#
1. Red'ko P.G. i dr. Kontseptsiya Razvitiya Sistem Rulevykh Privodov Perspektivnykh Samoletov. Novye Rubezhi Aviatsionnoy Nauki: Sbornik Tezisov IX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Simpoziuma. M., 2007:90. (in Russian).
2. Pat. 4.823.552.25.04 USA. Failsafe Electrohydraulic Control System for Veriable Displacement Pump. O. Larry, J.S. Ezell.
3. Leonard J.B. A Systemlook at Electromechanical Actuation for Primary Flight Control. Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. 1983. Dayton 1983:80—86.
4. Ruhlicke I. Elektro-hydraulische Antriebssysteme mit Drehzahlveranderbarer Pumpe. Olhydraulik und Pneumatik. 1977 (41);9:689—693; 10:752—759.
5. Zuev Yu.Yu., Zueva E.Yu., Golubev V.I. Obemnyy Gidroprivod s Chastotnym i Chastotno-Drossel'nym Upravleniem — Vozmozhnye Ispolneniya, Oblasti Primeneniya, Sravnitel'nye Kharakteristiki i Konkurentnye analogi. Industriya. 2014;6 (88):41—45. (in Russian).
6. Petrov V.A. Gidroobemnye Transmissii Samokhodnykh Mashin. M.: Mashinostroenie, 1988. (in Russian).
7. Kondakov L.A. i dr. Mashinostroitel'nyy Gidroprivod. M.: Mashinostroenie, 1978. (in Russian).
8. Krymov B.G., Rabinovich L.V., Stebletsov V.G. Ispolnitel'nye Ustroystva Sistem Upravleniya Letatel'nymi Apparatami. M.: Mashinostroenie, 1987. (in Russian).
9. Problemy Elektrifikatsii Samoleta. Otdelenie Poleta i Sistem Upravleniya LA (NIO-15. Informatsionnye Materialy TSAGI, 2007. (in Russian).
10. The «More Electric» Architecture Revolution. MILTECH-10/2005.
11. Cecere G.J., Mehdi I.S., Yurczyk R.F. Feasibility Study of an All electric Fighter Airplane. Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. Dayton, 1983:62—71.
12. Lyle H. Concept Eliminates Central Hydraulic System. Design News. 1988;44;4:45—65.
13. Zuev Yu.Yu., Petrov Yu.A., Cherkasskikh S.N. Osobennosti Energeticheskogo Rascheta Avtonomnykh Elektrogidravlicheskikh Privodov Razlichnoy Struktury. Sb. Nauch. Tr. TSNIIAG. M., 1990. (in Russian).
14. Kazmaier B. Energieverbrauchsoptimierte Regelung Eines Elektrohydraulischen Linearantriebs Kleiner Leistung mit drehezahlgeregeltem Elektromotor und Verstellpumpe. Olhydraul. und Pneum. 1999;43;10:702.
15. Belyaev O.A., Zuev Yu.Yu. Modelirovanie Regulirovochnykh Kharakteristik Obemnogo Gidroprivoda s Nasosnym i Chastotnym Upravleniem. Gidromashiny, Gidroprivody i Gidropnevmoavtomatika: Sb. Materialov Nauch.-tekhn. Konf. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2011:196—204. (in Russian).
16. Alekseenkov A.S., Naydenov N.V., Selivanov A.M. Razvitie Aviatsionnykh Avtonomnykh Elektrogidravlicheskikh Privodov. Vestnik Moskovskogo Aviatsionnogo Instituta. 2012;19;1:43—48. (in Russian).
17. Bogdanov D.M. Primenenie Preobrazovateley Chastoty dlya Upravleniya Elektroprivodami. Tomsk: Izd-vo Tomsk. Politekhn. Un-ta, 2008. (in Russian).
18. Kogel O. Unterstűtzung fűr lie Frmaturen-Auslegung bei Verwendung Drehzahlveränderlicher Stellantriebe. (SiPOS Aktorik GmBH). Industriearmaturen. 2007;15;4:368—372.
19. Avtomatizirovannyy Elektroprivod. Pod Obshch. Red. N.F. Il'inskogo, M.G. Yun'kova. M.: Energoatomizdat, 1990. (in Russian).
20. Spravochnik po Elektricheskim Mashinam. Pod Obshch. Red. I.P. Kopylova, B.K. Klokova. M.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
21. Ruselprom-Mekhatronika [Ofits. Sayt] www.Mechatronics.ruselprom.ru (Data Obrashcheniya 12.12.2017). (in Russian).
22. Elektroprivod [Ofits. Sayt] www.Electroprivod.ru (Data Obrashcheniya 20.01.2018). (in Russian).
23. Gerashchenko A.N., Samsonovich S.L. Pnevmaticheskie, Gidravlicheskie i Elektricheskie Privody Letatel'nykh Apparatov na Osnove Volnovykh Ispolnitel'nykh Mekhanizmov. M.: Mashinostroenie, 2006. (in Russian).
24. Harmonic Drive AG [Ofits. Sayt] www.Harmonicdrive.de (Data Obrashcheniya 19.12.2017).
25. Notdics-Metrologiya [Ofits. Sayt] www. Nordix-metrologia.narod.ru (Data Obrashcheniya 09.12.2017). (in Russian).
---
For citation: Zuev Yu.Yu., Zueva E.Yu. Comparison of the Structures of the Energy Circuits of Hydraulic Drives with Frequency, Pump Control and Electromechanical Analogues. Bulletin of MPEI. 2019;5:150—160. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-5-150-160.
2. Pat. 4.823.552.25.04 USA. Failsafe Electrohydraulic Control System for Veriable Displacement Pump / O. Larry, J.S. Ezell.
3. Leonard J.B. A Systemlook at Electromechanical Actuation for Primary Flight Control // Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. 1983. Dayton 1983. Pp.80—86.
4. Ruhlicke I. Elektro-hydraulische Antriebssysteme mit Drehzahlveranderbarer Pumpe // Olhydraulik und Pneumatik. 1977 (41). No. 9. Pp. 689—693; No. 10. Pp. 752—759.
5. Зуев Ю.Ю., Зуева Е.Ю., Голубев В.И. Объёмный гидропривод с частотным и частотно-дроссельным управлением — возможные исполнения, области применения, сравнительные характеристики и конкурентные аналоги // Индустрия. 2014. № 6 (88). С. 41—45.
6. Петров В.А. Гидрообъёмные трансмиссии самоходных машин. М.: Машиностроение, 1988.
7. Кондаков Л.А. и др. Машиностроительный гидропривод. М.: Машиностроение, 1978.
8. Крымов Б.Г., Рабинович Л.В., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства систем управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1987.
9. Проблемы электрификации самолёта. Отделение полёта и систем управления ЛА (НИО-15. Информационные материалы ЦАГИ, 2007.
10. The «More Electric» Architecture Revolution. MILTECH-10/2005.
11. Cecere G.J., Mehdi I.S., Yurczyk R.F. Feasibility Study of an All electric Fighter Airplane // Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. Dayton, 1983. Pp. 62—71.
12. Lyle H. Concept Eliminates Central Hydraulic System // Design News. 1988. V. 44. No. 4. Pр. 45—65.
13. Зуев Ю.Ю., Петров Ю.А., Черкасских С.Н. Особенности энергетического расчёта автономных электрогидравлических приводов различной структуры // Сб. науч. тр. ЦНИИАГ. М., 1990.
14. Kazmaier B. Energieverbrauchsoptimierte Regelung Eines Elektrohydraulischen Linearantriebs Kleiner Leistung mit drehezahlgeregeltem Elektromotor und Verstellpumpe // Olhydraul. und Pneum. 1999. V. 43. No. 10. P. 702.
15. Беляев О.А., Зуев Ю.Ю. Моделирование регулировочных характеристик объёмного гидропривода с насосным и частотным управлением // Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика: Сб. материалов науч.-техн. конф. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. С. 196—204.
16. Алексеенков А.С., Найдёнов Н.В., Селиванов А.М. Развитие авиационных автономных электрогидравлических приводов // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 1. С. 43—48.
17. Богданов Д.М. Применение преобразователей частоты для управления электроприводами. Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2008.
18. Kogel O. Unterstűtzung fűr lie Frmaturen-Auslegung bei Verwendung Drehzahlveränderlicher Stellantriebe. (SiPOS Aktorik GmBH) // Industriearmaturen. 2007. V. 15. No. 4. Pp. 368—372.
19. Автоматизированный электропривод / под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990.
20. Справочник по электрическим машинам / под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989.
21. Русэлпром-Мехатроника [Офиц. сайт] www. Mechatronics.ruselprom.ru (дата обращения 12.12.2017).
22. Электропривод [Офиц. сайт] www.Electroprivod.ru (дата обращения 20.01.2018).
23. Геращенко А.Н., Самсонович С.Л. Пневматические, гидравлические и электрические приводы летательных аппаратов на основе волновых исполнительных механизмов. М.: Машиностроение, 2006.
24. Harmonic Drive AG [Офиц. сайт] www.Harmonicdrive.de (дата обращения 19.12.2017).
25. Нордикс-Метрология [Офиц. сайт] www. Nordix-metrologia.narod.ru (дата обращения 09.12.2017)
---
Для цитирования: Зуев Ю.Ю., Зуева Е.Ю. Сравнение структур контуров энергетики гидроприводов с частотным, насосным управлением и электромеханическими аналогами // Вестник МЭИ. 2019. № 5. С. 150—160. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-5-150-160.
#
1. Red'ko P.G. i dr. Kontseptsiya Razvitiya Sistem Rulevykh Privodov Perspektivnykh Samoletov. Novye Rubezhi Aviatsionnoy Nauki: Sbornik Tezisov IX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Simpoziuma. M., 2007:90. (in Russian).
2. Pat. 4.823.552.25.04 USA. Failsafe Electrohydraulic Control System for Veriable Displacement Pump. O. Larry, J.S. Ezell.
3. Leonard J.B. A Systemlook at Electromechanical Actuation for Primary Flight Control. Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. 1983. Dayton 1983:80—86.
4. Ruhlicke I. Elektro-hydraulische Antriebssysteme mit Drehzahlveranderbarer Pumpe. Olhydraulik und Pneumatik. 1977 (41);9:689—693; 10:752—759.
5. Zuev Yu.Yu., Zueva E.Yu., Golubev V.I. Obemnyy Gidroprivod s Chastotnym i Chastotno-Drossel'nym Upravleniem — Vozmozhnye Ispolneniya, Oblasti Primeneniya, Sravnitel'nye Kharakteristiki i Konkurentnye analogi. Industriya. 2014;6 (88):41—45. (in Russian).
6. Petrov V.A. Gidroobemnye Transmissii Samokhodnykh Mashin. M.: Mashinostroenie, 1988. (in Russian).
7. Kondakov L.A. i dr. Mashinostroitel'nyy Gidroprivod. M.: Mashinostroenie, 1978. (in Russian).
8. Krymov B.G., Rabinovich L.V., Stebletsov V.G. Ispolnitel'nye Ustroystva Sistem Upravleniya Letatel'nymi Apparatami. M.: Mashinostroenie, 1987. (in Russian).
9. Problemy Elektrifikatsii Samoleta. Otdelenie Poleta i Sistem Upravleniya LA (NIO-15. Informatsionnye Materialy TSAGI, 2007. (in Russian).
10. The «More Electric» Architecture Revolution. MILTECH-10/2005.
11. Cecere G.J., Mehdi I.S., Yurczyk R.F. Feasibility Study of an All electric Fighter Airplane. Proc. IEEE Nat. Aerospace and Electron Conf. Dayton, 1983:62—71.
12. Lyle H. Concept Eliminates Central Hydraulic System. Design News. 1988;44;4:45—65.
13. Zuev Yu.Yu., Petrov Yu.A., Cherkasskikh S.N. Osobennosti Energeticheskogo Rascheta Avtonomnykh Elektrogidravlicheskikh Privodov Razlichnoy Struktury. Sb. Nauch. Tr. TSNIIAG. M., 1990. (in Russian).
14. Kazmaier B. Energieverbrauchsoptimierte Regelung Eines Elektrohydraulischen Linearantriebs Kleiner Leistung mit drehezahlgeregeltem Elektromotor und Verstellpumpe. Olhydraul. und Pneum. 1999;43;10:702.
15. Belyaev O.A., Zuev Yu.Yu. Modelirovanie Regulirovochnykh Kharakteristik Obemnogo Gidroprivoda s Nasosnym i Chastotnym Upravleniem. Gidromashiny, Gidroprivody i Gidropnevmoavtomatika: Sb. Materialov Nauch.-tekhn. Konf. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2011:196—204. (in Russian).
16. Alekseenkov A.S., Naydenov N.V., Selivanov A.M. Razvitie Aviatsionnykh Avtonomnykh Elektrogidravlicheskikh Privodov. Vestnik Moskovskogo Aviatsionnogo Instituta. 2012;19;1:43—48. (in Russian).
17. Bogdanov D.M. Primenenie Preobrazovateley Chastoty dlya Upravleniya Elektroprivodami. Tomsk: Izd-vo Tomsk. Politekhn. Un-ta, 2008. (in Russian).
18. Kogel O. Unterstűtzung fűr lie Frmaturen-Auslegung bei Verwendung Drehzahlveränderlicher Stellantriebe. (SiPOS Aktorik GmBH). Industriearmaturen. 2007;15;4:368—372.
19. Avtomatizirovannyy Elektroprivod. Pod Obshch. Red. N.F. Il'inskogo, M.G. Yun'kova. M.: Energoatomizdat, 1990. (in Russian).
20. Spravochnik po Elektricheskim Mashinam. Pod Obshch. Red. I.P. Kopylova, B.K. Klokova. M.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
21. Ruselprom-Mekhatronika [Ofits. Sayt] www.Mechatronics.ruselprom.ru (Data Obrashcheniya 12.12.2017). (in Russian).
22. Elektroprivod [Ofits. Sayt] www.Electroprivod.ru (Data Obrashcheniya 20.01.2018). (in Russian).
23. Gerashchenko A.N., Samsonovich S.L. Pnevmaticheskie, Gidravlicheskie i Elektricheskie Privody Letatel'nykh Apparatov na Osnove Volnovykh Ispolnitel'nykh Mekhanizmov. M.: Mashinostroenie, 2006. (in Russian).
24. Harmonic Drive AG [Ofits. Sayt] www.Harmonicdrive.de (Data Obrashcheniya 19.12.2017).
25. Notdics-Metrologiya [Ofits. Sayt] www. Nordix-metrologia.narod.ru (Data Obrashcheniya 09.12.2017). (in Russian).
---
For citation: Zuev Yu.Yu., Zueva E.Yu. Comparison of the Structures of the Energy Circuits of Hydraulic Drives with Frequency, Pump Control and Electromechanical Analogues. Bulletin of MPEI. 2019;5:150—160. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-5-150-160.
Downloads
Published
2018-11-09
Issue
Section
Engineering Science, Drive Systems and Machine Parts (05.02.02)
