بهینه سازی وزن بدنه پمپ دنده‌ای چگونه است؟

0 دیدگاه
بهینه سازی وزن بدنه پمپ دنده‌ای چگونه

معیار بهینه سازی کوچک‌ترین جرم بدنه میکرو پمپ بود. متغیرهای بهینه سازی وزن بدنه پمپ دنده‌ای تنش و توزیع جابجایی در محفظه هستند. ابعاد محفظه میکرو پمپ باید تا آنجا که ممکن است کوچک باشد در حالی که مقادیر تنش و جابجایی در یک محدوده قابل قبول متفاوت است. برای تنش، حداکثر مقدار 159 مگاپاسکال در نظر گرفته شد، زیرا ضریب ایمنی برابر 2.5 است. ارزش بالای فاکتور ایمنی باید فرض شود، زیرا در مدل برخی از ساده سازی‌ها اعمال شده است و تجزیه و تحلیل FEM همیشه با یک خطا ایجاد می‌شود.
حداکثر مقدار جابجایی نباید از 0.02 میلی‌متر بیشتر باشد، زیرا جابجایی در محدوده 0.1 تا 0.2 میلی‌متر به واکنش محیطی اشاره دارد و تأثیر منفی بر بازده حجمی ندارد. ابعاد کلی خروجی بدنه با حفظ شکل و ابعاد ثابت – اندازه کانال مکش و تخلیه و اندازه بدنه تحمل 25٪ کاهش می‌یابد (شکل 8). مدل گسسته، بار و محدودیت‌ها به طور مشابه در مدل پایه تنظیم شد.

پس از شبیه سازی‌، مشاهده شد که در سوراخ‌های رولپلاک، حداکثر مقادیر تنش (214 MPa) رخ داده است. در این مکان‌‍‌ها، تغییر شکل پلاستیک ممکن است رخ دهد، و بنابراین اندازه سوراخ‌ها از 3 میلی متر به 2 میلی‌متر کاهش می‌یابد. نتایج شبیه سازی‌های عددی برای مدل بهینه شده به صورت نمودارهای کانتور در شکل ارائه شده است. 9 و 10. در شکل 9، توزیع تنش در ساختار بهینه شده بدن نشان داده شده است. بیشترین میزان تنش حدود 134 مگاپاسکال است و در ناحیه تماس بدنه پمپ و بلوک‌های بوش و در امتداد لبه سوراخ‌های پیچ اتصال در سمت تخلیه بدنه رخ می‌دهد.
ضریب ایمنی برای این مورد 9/2 است. تجزیه و تحلیل نقشه جابجایی (شکل 10) نشان می‌دهد که حداکثر مقادیر جابجایی در نزدیکی سوراخ‌های رولپلاک رخ می‌دهد و مقادیر به 0.017 میلی‌متر می‌رسد. در بقیه بدنه پمپ، مقادیر جابجایی از 0.015 میلی‌متر بیشتر نیست. حداکثر مقدار جابجایی در محدوده قابل قبول برای ایجاد شرایط مناسب برای کار پمپ گنجانده شده است [9،18]. طراحی بهینه محفظه پمپ معیارهای مقاومت و سختی را برآورده می‌کند. ضریب ایمنی فرض شده و حداکثر مقادیر تنش و جابجایی بدست آمده مشابه نتایج موجود در منابع است [12].

بدنه اصلی

بدنه اصلی پمپ در بدنه پمپ مدرن، ابعاد کلی 25٪ کاهش یافت. اما اندازه واحد پمپاژ (چرخ دنده و دور موتور)، بوش و قطر درگاه‌های مکش و تخلیه بدون تغییر حفظ می‌شوند.

کارایی پمپ دنده ای بیشتر توسط فاصله شعاعی و صورت آن تعیین می‌شود. ترخیص شعاعی به واکنش محیطی اشاره دارد و از 0.01 تا 0.03 میلی متر است. ترخیص محیطی توسط سطح گیج در محفظه و سطح استوانه ای با شعاع دایره ضمیمه جابجایی تشکیل می‌شود. فاصله محیطی در کل محیط ثابت نیست، زیرا چرخ دنده ها اغلب به دلیل سستی، به سمت درگاه مکش در یاتاقان ها جابجا می شوند. چرخ دنده ها در جهت مخالف افت فشار می‌چرخند، که منجر به کاهش نشت به دلیل اختلاف فشار در انتهای ترخیص می‌شود (شکل 11).

افزایش فاصله شعاعی به 0.017 میلی متر، که حداکثر مقدار جابجایی است و در نزدیکی سوراخ های رولپلاک اتفاق می افتد ، بر کارایی حجمی ریز پمپ تأثیر نخواهد گذاشت. فاصله صورت با نظمی به بزرگی بزرگتر از فاصله شعاعی، از 0.1 تا 0.3 میلی متر است. برای اطمینان از کارایی بالای پمپ دنده ای، جبران فاصله محوری ، هم در پمپ اصلی و هم در پمپ با بدنه اصلاح شده انجام می شود. به طور خلاصه، تغییر ابعاد بدنه میکرو پمپ نباید تأثیر منفی بر کارایی کل میکرو پمپ داشته باشد.

سطوح جبران کننده باید در همان اندازه باقی بمانند، زیرا ابعاد واحد رانندگی کاهش نیافته است. با این وجود، ابعاد کلی فلنج و قاب پشتی میکروپمپ باید متناسب با شکل بدنه پمپ کاهش یابد. نسبت توان به جرم برای ریز پمپ‌های بازده حجمی یکسان محاسبه شد و بنابراین، در این حالت پارامتر قابل اعتماد است. ضمن مقایسه نسبت‌های کارایی انرژی پمپ‌ها، باید بازده کل و حجمی بالا در نظر گرفته شود. به روش دیگر، طراحی پمپ از ابتدا معیار اساسی پمپ‌های جابجایی مثبت را که همان بهره وری کلی بالا است (بالاتر از 0.9) ، برآورده نمی کند.

محاسبات قدرت ساختار بدنه میکرو پمپ دنده انجام شد. بر اساس تجزیه و تحلیل استرس FEM، مشخص شد که هر دو طرح اصلی بدنه و یک میکرو پمپ دنده‌ای بدنه بهینه و معیارهای سختی تحت فشار تخلیه کاری برابر با 28 مگاپاسکال را برآورده می‌کنند. بالاترین مقادیر تنش در بدنه پمپ دنده اصلی به 92 مگاپاسکال رسید. جابجایی در بدنه پمپ حداکثر مقدار 0.013 میلی‌متر را بدست آورد. حداکثر مقادیر تنش و جابجایی به دست آمده در شبیه سازی‌های عددی بسیار کمتر از مقدار محدود بود، بنابراین، بهینه سازی ساختار بدنه پمپ انجام شد. به عنوان یک نتیجه از تجزیه و تحلیل FEA بدن بهینه پمپ، حداکثر مقدار تنش 134 MPa بدست آمد، در حالی که حداکثر مقدار جابجایی 0.017 میلی‌متر بود.
حداکثر مقدار جابجایی نباید تأثیر منفی بر تراکم نشتی پمپ در طول کار داشته باشد. مقادیر قابل توجهی از جابجایی در بدنه پمپ در مناطقی اتفاق افتاده است که دیگر فشار دور دنده افزایش نیافته است [9،18]. بنابراین، کمی افزایش فاصله بین نوک دندان و بدنه پمپ تاثیری در کارایی حجمی آن نخواهد داشت. پس از بهینه سازی بدن، وزن سازه به طور قابل توجهی کاهش یافت.
وزن بدنه پمپ بهینه شده بیش از 50٪ کمتر از وزن بدنه اصلی پمپ است. کاهش وزن محفظه پمپ ضمن حفظ خواص مکانیکی به دلیل امکان افزایش کارایی تولید و کاهش تقاضا برای مواد و در نتیجه کاهش قیمت تولید پمپ برای فرآیند تولید مهم است. نسبت بازده انرژی میکروپمپ‌ها تعیین شد. میکرو پمپ با بدنه اصلی با نسبت کارایی انرژی معادل 1.8 مشخص می‌شود، در حالی که برای میکرو پمپ با بدنه مدرن این نسبت برابر با 2.4 است. از این رو مشخص می‌شود که پمپ با بدنه بهینه شده با بیش از 30٪ افزایش نسبت کارایی انرژی در مقایسه با بدنه پمپ قبل از بهینه سازی مشخص می‌شود. در این حالت، این بدان معنی است که پمپ با وزن کمتر ممکن است به دست آورد.
همان قدرت محرکه پمپ حدود 90 گرم سنگین‌تر. در تجزیه و تحلیل‌، ضربان فشار و افزایش دمای روغن در حین کار، که همچنین دارای آن است، در نظر گرفته نمی‌شود. تأثیر در تلاش محفظه پمپ در حین کار. بنابراین، مقادیر بالای ضریب ایمنی (n 3) فرض شد. به عنوان بخشی از تحقیقات بیشتر، با سنجش تجربی مقادیر تنش در بدنه پمپ واحدهای نمونه اولیه، تأیید نتایج بدست آمده ارائه می‌شود.

0 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟
خیالتان راحت باشد :)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *