The design of an axial piston pump for electro-hydrostatic transmission systems requires accurate information where and how much the internal friction and flow losses are produced. This study is particularly focused on the friction losses of a bent-axis type hydraulic piston pump, aiming at finding out which design factors influence its torque efficiency most significantly. To this end, the friction coefficients of the pump parts such as piston heads, spherical joints, shaft bearings, and valve plate were experimentally identified by a specially constructed tribometer. Applying the experimental data to the equations of motion for pistons as well as to the theoretical friction models for the pump parts, the friction torques produced by them were computed. The accuracy of the computed results was confirmed by the comparison with the practical input torque of the pump. In this paper, it is shown that the viscous friction forces on the valve plate and input shaft bearing are the primary source of the friction losses of the bent-axis type pump, while the friction forces and moments on the piston are of little significance.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.741-744
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2002
The closed circuit pump is applied to control rotating speed and direction of hydraulic motor in hydrostatic transmission. To development of this pump, first of all the servo control regulator has to be designed. Mechanical-hydraulic type servo control mechanism is excellent to be compared with electronic-hydraulic type servo control valve to reliability and economy. In this paper to development positive and negative variable displacement type servo regulator, the hydro-mechanical servo control mechanism is calculated and designed with force balance of pilot piston and position feedback of servo piston.
The pumps of electro-hydrostatic actuators operate most frequently in boundary lubrication speed range, as they compensate for the position control errors as a control element. When conventional swash plate type piston pumps are applied to electro-hydrostatic actuators, the frictional power losses as well as the wear rate of sliding components, such as piston shoes can increase drastically under the boundary friction condition. In this paper, the power losses of the piston shoes were investigated which were engendered by a frictional solid-to-solid contact and leakage flow rate of their hydrostatic bearing. In order to reduce them, DLC-coating was applied to the swash plate and the ball joint of pistons along with its effects were demonstrated. In addition, it was also shown that the wear rate of the piston shoes could be markedly reduced using the DLC-coated swash plate.
In this paper, an elementary force fighting problem was investigated. The problem is encountered when a double-rod type EHA(electro-hydrostatic actuator) is combined with a single-rod type EHA to build a redundant actuator system with synchronized motion. When the rod-side chambers of the two different types of EHAs have the same effective piston areas and are simultaneously pressurized by an external load, the two EHAs behave identically, sharing the external load equally. However, when the piston head-side chamber of the single rod type EHA, having a larger effective area than the rod-side chamber, is pressurized by the external load, an abnormal force fighting between the two EHAs occurs, unless their pump speeds are properly decoupled. In this study, the output drive forces of each EHA were obtained from the cylinder pressure signals and applied to the position control for each EHA to maintain the balance between their pump speeds. Adding minor force difference feedback loops to the position control, the force fighting phenomena could be eliminated and steady state synchronization errors were reduced. The power consumption of the pumps also could be remarkably reduced, avoiding unnecessarily high load pressures to the pumps.
The design of a high speed axial piston pump for hydrostatic transmission systems requires specific understanding on where and how much its internal frictional and flow losses are generated. In this study, the frictional loss of a bentaxis type hydraulic piston pump was analyzed in order to find out which design factors influence the mechanical efficiency most significantly. To this end, the friction coefficients of the sliding components were experimentally identified by a specially constructed tribometer. Applying them to the three-dimensional dynamic model of the pump presented by Doh and Hong [1], the friction torques generated by the sliding components such as piston head , bearing and valve plate were theoretically computed. The accuracy of the computed results was confirmed by the comparison with the experimentally measured mechanical efficiency. In this paper, it is shown that the viscous friction on the valve plate and the drive shaft bearing is the primary sources of the frictional losses of the bent-axis type pump, while the friction forces on the piston contribute to them only slightly.
In this paper, a CFD (Computational fluid dynamics) code, FLUENT is adopted to investigate accurate flow characteristics for a slipper bearing which is used swash plate type hydraulic axial piston pump. Static pressure and velocity distributions, and velocity vectors are plotted for different film thickness and slipper rotational velocity. In recess region, there exists a doughnut shaped vortex ring. The static pressure distributions are non-uniform and the flow fields are highly asymmetrical under bearing rotation. Therefore the numerical method adopted in this paper can be use in design of hydrostatic components and further studies are required.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.11
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pp.1483-1490
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2011
Electro-hydrostatic actuators(EHAs), which are usually composed of a direct motor-driven hydraulic pump and a cylinder, have been widely adopted as aircraft actuation systems because of their benefits in terms of improved efficiency, weight savings and the fact that they use a standalone power source. Since the recent trend in construction vehicles has been focus on energy savings in their hydraulic systems, EHAs are expected to be potential substitutes for conventional power transmission, since they are capable of energy recovery as well as highly efficient pump control. In this paper, the start and stop characteristics of EHAs were investigated through cracking pressure analysis of the pilot-operated check valve(PCV), which enables the cylinder to standstill against an external load with no holding effort from the hydraulic pump. A mathematical model that includes the load dynamics and the EHA's internal hydraulic circuit was derived for simulation with the MATLAB Simulink package. This model verified the PCV's opening and closing sequence, which in turn affects the EHA's start and stop characteristics.
The hydrostatic slipper bearing is generally used in high pressure axial piston pumps to support the load generated from two surfaces which are sliding relatively at low speed. The object of the bearing is to remove the possibility of direct contact by maintenance of an adequate oil film thickness between two metal surfaces. Because the bearing performance is influenced by the bearing deformation, it is highly dependent on the injection pressure, the bearing surface profile and so on. In this study, the deformation characteristics of a hydrostatic slipper bearing is investigated according to the injection pressure by the finite element analysis. In the analysis, the special boundary condition to take the fluid-structure interaction (FSI) into account is used on the interactive surface. The results, such as bearing deformation, stress and lifting force, obtained from the fully coupled analysis are compared with those from the single step sequential method.
Ha, Tae Wook;Jun, Gi Ho;Nguyen, Minh Tri;Han, Sung Min;Shin, Jung Woo;Ahn, Kyoung Kwan
Journal of Drive and Control
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v.14
no.4
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pp.37-44
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2017
This paper introduces a control algorithm for trajectory control of an electro-hydrostatic rotary actuator. A key feature of this paper is that an adaptive PID based on sliding mode is used to control the nonlinearity and uncertainty factor of single input/output system. Accurate knowledge of rotary actuator angle can result in high-performance and efficiency of electro hydraulic system. First, the position control is formulated using the adaptive PID with sliding mode technique and uncertainties in the hydraulic system. Second, the controller can update the PID gains on-line based on error caused by external disturbance and uncertain factors in the system. Finally, three experimental cases were studied to evaluate the proposed control method.
Hong Yeh-Sun;Lee Sang-Yul;Kim Chi-Bung;Kim Sung-Hoon;Rhim Hyeon-Sik;Kim Sung-Dae
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.1
no.3
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pp.7-13
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2004
The hydraulic pump for a Electro-hydrostatic Actuator for aircrafts should be able to quickly feed large volume of oil into hydraulic cylinder in order to reduce the response time. On the other hand, it should be also able to precisely dispense small amount of oil by low-speed operation so that the steady state position control error of the EHA can be accurately compensated. This paper is focused on the investigation how the plasma coating surface treatment of cylinder barrel with CrSiN can contribute to the reduction of low-speed friction torque of a bent-axis type piston pump. The results showed that the reduction of the friction torque was not remarkable, but that the anti-wear characteristics of the CrSiN-coated cylinder barrel were much better that those of the original one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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