مقایسه پمپ دنده ای با پمپ برقی کدام بهتر است؟

یکی از رایج‌ترین ماشین‌های هیدرولیک، پمپ دنده خارجی است که معمولاً در سیستم‌های پمپ دنده ای مانند ترمزهای هیدرولیکی، کلاچ، سیستم‌های فرمان برقی و سایر ماشین‌آلات تولیدی استفاده می‌شود.

پمپ های دنده ای هیدرولیک به جای مخالفان صرفاً الکتریکی خود، امکان انتقال تراکم بالاتری از انتقال نیرو را فراهم می کنند. در این نوع سیستم پمپ دنده ای، یک موتور الکتریکی با سرعت متغیر به جای شیر کنترل جریان به شفت پمپ ها/موتورها کوپل می شود تا سرعت چرخش ماشین هیدرولیک را تنظیم کند. در [1]، پمپ دنده هیدرولیک خارجی برای ساختن یک سیستم پمپ دنده ای به نام واحد پمپ موتور برای کاربردهای خودرو استفاده می شود تا توان هیدرولیکی با خروجی بالا را ارائه دهد. نگرانی اصلی در طراحی پمپ دنده ای است.
محرک الکتروهیدرولیک و کنترل داخلی با بهره بالا برای کاهش اثرات امواج جریان و واکنش برگشتی در پمپ های دنده هیدرولیک برای دستیابی به موقعیت با دقت بالا در [2] استفاده می شود.
بنابراین، عملکرد بهینه ماشین‌های دنده یکی از تکنیک‌های ضروری برای سیستم پمپ دنده ای با کمک هیدرولیکی است.

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، یک پمپ دنده ای معمولی با خار خارجی با تعداد دنده های یکسان در هر دو دنده محرک و محرک پیکربندی شده است.
همانطور که چرخ دنده ها از خط مرکزی بین دنده های محرک و محرک خارج می شوند، حجم های VI و VII به دام افتاده یا محفظه ای در ورودی دنده های محرک و رانده به صورت جداگانه ایجاد می کنند.

در همین حال، چرخ دنده ها توسط محفظه و صفحات سایش (یا صفحات جانبی) محصور شده اند که یک پروفیل برای آزاد کردن جریان ایجاد می کنند. هنگامی که دنده های چرخ دنده می چرخند، مایع هیدرولیک در اطراف محفظه بین دو دنده حرکت می کند.

در نهایت، جیب ها مایع را به تخلیه می ریزند و دنده های دنده مربوطه به درگاه خروجی پمپ می رسند.
چرخ دنده ها توسط گشتاورهای شفت از منابع قدرت دیگر مانند موتورهای الکتریکی یا موتورهای وسیله نقلیه عمل می کنند. سپس، توان مکانیکی ممکن است با جریان پرفشار از ورودی به درگاه‌های خروجی به طور مداوم به توان سیال تبدیل شود.

برعکس، موتورهای دنده قدرت جریان را با حرکت سیال هیدرولیک از پورت های فشار قوی به پورت های کم فشار به نیروی مکانیکی تبدیل می کنند، اما مکانیسم هیدرولیک و ساختارهای طراحی موتور دنده و پمپ ها بسیار شبیه به یکدیگر هستند، به طوری که یک طرح معمولاً می تواند به عنوان موتور یا پمپ در صنعت استفاده شود.

دنده های چرخ دنده به طور معمول مایع را از درگاه ورودی (سمت ورودی) به درگاه خروجی (سمت تخلیه) در اطراف بیرونی چرخ دنده ها حمل می کنند. سیال حمل شده سرعت جریان و فشار را در ورودی و خروجی تغییر می دهد و در نتیجه موج های جریان و فشار ایجاد می کند.

در اطراف خط مرکزی بین دو چرخ دنده، دنده های چرخ دنده های محرک و محرک با یکدیگر تماس می گیرند و حجم های جیبی VI و VII به هم می خورند که مشبک نامیده می شوند. سیال در مش بندی از جیب خارج می شود و به صورت دوره ای نوک فشار و نشت داخلی را تحریک می کند.

بنابراین، مش بندی چرخ دنده کمک قابل توجهی به امواج فشار و جریان می کند که دینامیک حیاتی بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارد.
موج‌ها منابع اصلی ارتعاش، سر و صدا، فرسودگی و از دست دادن کارایی ماشین‌های دنده هستند.

معمولاً نوک فشار در ناحیه مش بندی بسیار نامطلوب است و اساساً بر تنش و طول عمر دستگاه دنده تأثیر می گذارد. برای کاهش نوک های فشار زیاد و دامنه های موج دار، صفحه سایش برای کاهش بیش از حد فشار در حجم های مشبک طراحی شده است.

صفحه سایش یک گذرگاه یا روزنه جریان آنی را برای جبران حجم های مختلف پاکت در ناحیه مش بندی تشکیل می دهد.
با این حال، اندازه مناسب منطقه جریان لحظه ای یک مسئله طراحی بسیار پیچیده و مهم در سیستم دنده است. در مقالات قبلی، مقدار زیادی از مطالعات عددی، نظری و تجربی برای رسیدگی به امواج فشار/جریان پمپ‌های دنده‌ای خارجی وجود دارد.

با توجه به پیچیدگی های پروفیل های هندسی دنده های چرخ دنده و صفحات سایش، حل تحلیلی نواحی و حجم های جریان لحظه ای به طور دقیق دشوار است.

مدل‌های پارامتر توده‌ای برای پیش‌بینی جریان گذرا و فشار خاص در ناحیه مشبک پمپ‌های دنده‌ای پیشنهاد شده‌اند.
مدل ها با آزمون های تجربی در [3]-[6] اعتبارسنجی شده اند. فالفاری و پلونی با در نظر گرفتن حجم‌های فضای دنده‌ها، پیوندهای ناحیه مش‌بندی، نشتی بین پوشش و سر دندان و فاصله بین طرف جانبی چرخ‌دنده‌ها و بلوک‌های بلبرینگ، یک مدل توده‌ای پارامتریک ایجاد کردند [7].

وانگ و همکاران یک مدل عددی برای کل پمپ های دنده ای با استفاده از روش حجم های کنترل تعمیم یافته در [8] پیشنهاد کرد.
تحقیقات نظری نیز در مورد دینامیک سیالات پمپ های دنده ای مورد توجه قرار گرفته است. منرینگ از روش حجم کنترلی برای تخمین امواج جریان پمپ دنده ای با تعداد چرخ دنده های مختلف و محرکه استفاده کردند.