ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ РОЗПОДІЛЬНИХ СИСТЕМ ПЛАНЕТАРНИХ ГІДРОМАШИН З УРАХУВАННЯМ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ СКЛАДОВОЇ
Анотація
Анотація. Для приводу ходових модулів та робочих органів мехатронних систем самохідної техніки в основному застосовуються планетарні гідромотори. Основним недоліком планетарних гідромашин є нерівномірність їх вихідних характеристик, обумовлена наявністю гідравлічних та об'ємних втрат у розподільній системі, які обумовлені нераціональною конструкцією її елементів, геометричні параметри яких задають необхідне зусилля постійного контакту між рухомим і нерухомим розподільниками. З метою забезпечення працездатності розподільних систем планетарних гідромоторів обґрунтовано раціональні геометричні параметри ступінчастих поверхонь нерухомого і рухомого розподільників, необхідні для забезпечення утворення масляної плівки в контактній зоні. Розроблені розрахункові схеми та математична модель дозволяють визначати раціональне зусилля у зоні контакту поверхонь нерухомого і рухомого розподільників при їх проектуванні. В результаті досліджень встановлено, що зниженням притискного зусилля на 3...5% у модернізованій розподільній системі можна досягти зниження перетікань у контактному зазорі на 26%. Зниження перетікань у контактній зоні дозволяє підвищити продуктивність розподільної системи на 2,4% шляхом збільшення її об'ємного ККД.
Посилання
2. Sung, H.J., Min, H.K., Nam, Y.J., Park, M.K. Design and experimental verification of a port plate in a gerotor pump to reduce pressure pulsation. Journal of Mechanical Science and Technology, 2018. 32. 671–678. https://doi.org/10.1007/s12206-018-0114-4.
3. Kim, S.Y., Nam, Y.J., Park, M.K. Design of port plate in gerotor pump for reduction of pressure pulsation. Journal of Mechanical Science and Technology, 2006. 20 (10). 1626–1637. https://doi.org/10.1007/BF02916266.
4. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А., Волошин А.А. Вплив величини діаметрального зазору на кінематику руху внутрішнього ротора орбітального гідромотора. Праці ТДАТУ, 2023. Вип. 23. Т. 1. С. 6–26. https://doi.org/10.31388/2078-0877-2023-23-1-6-26.
5. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А., Засядько А.І. Поліпшення вихідних характеристик планетарних гідромашин. Праці ТДАТУ, 2019. Вип. 19. Т. 2. С. 68–85. https://doi.org/10.31388/2078-0877-19-2-68-85.
6. Волошина А.А. Конструктивні особливості гідромашин планетарного типу, що застосовуються у гідроагрегатах мобільної техніки. Науковий вісник ТДАТУ, 2013. Вип. 1. Т. 3. С. 65–86.
7. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А., Волошин А.А. Проектування мехатронних систем з заданими вихідними характеристиками. Праці ТДАТУ, 2020. Вип. 20. Т. 4. С. 18–35. https://doi.org/10.31388/2078-0877-2020-20-4-18-35.
8. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А. Надійність конструкції роторів планетарного гідромотора. Праці ТДАТУ, 2020. Вип. 20. Т. 1. С. 82–92. https://doi.org/10.31388/ 2078-0877-20-1-82-92.
9. Biernacki, K. Selection of the optimum tooth profile for plastic cycloidal gears. Journal of mechanical engineering science, 2014. 228 (18). 3395–3404.
10. Voloshina, A., Panchenko, A., Boltyansky, О., Panchenko, I., Titova, O. Justification of the Kinematic Diagrams for the Distribution System of a Planetary Hydraulic Motor. International Journal of Engineering and Technology, 2018. 7 (4.3). 6–11. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3. 19544.
11. Kiurchev, S., Luzan, P., Zasiadko, A., Radionov, H., Boltianska, N. Influence of the flow area of distribution systems on changing the operating parameters of planetary hydraulic motors. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021. 1021. 012037. https://doi.org/10.1088 /1757-899X/1021/1/012037.
12. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А., Холод І.М., Волошин А.А. Вплив похибки зубчастого профілю роторів планетарного гідромотора на його технічний стан. Праці ТДАТУ, 2025. Вип. 25. Том 1. С. 36–44. https://doi.org/10.32782/2078-0877-2025-25-1-5.
13. Choi, T., Kim, M., Lee, G., Jung, S., Bae, J., Kim, C. Design of Rotor for Internal Gear Pump Using Cycloid and Circular-Arc Curves. Journal of Mechanical Design, 2012, 134 (1), 011005- 12. https://doi.org/10.1115/1.4004423.
14. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А. Обґрунтування геометричних параметрів розподільних систем планетарних гідромашин. Праці ТДАТУ, 2020. Вип. 20. Т. 2. С. 23–35. https://doi.org/10.31388/2078-0877-20-2-23-35.
15. Панченко А.І., Волошина А.А., Засядько А.І. Вплив конструктивних особливостей торцевої розподільної системи на функціональні параметри планетарного гідромотора. Праці ТДАТУ, 2017. Вип. 17. Т. 3. С. 33–50.
16. Hutsol T. European Green Deal: Improving the Efficiency of Using Planetary Hydraulic Machines. Energies, 2023. 16 (18). 6481. https://doi.org/10.3390/en16186481.
17. Gamez-Montero, P., Codina, E., Castilla, R. A Review of Gerotor Technology in Hydraulic Machines. Energies, 2019. 12. 2423. https://doi.org/10.3390/en12122423.
18. Altare, G., Rundo, М. Computational Fluid Dynamics Analysis of Gerotor Lubricating Pumps at High-Speed: Geometric Features Influencing the Filling Capability. Journal of Fluids Engineering, 2016. 138 (11). FE-15-1757. https://doi.org/10.1115/1.4033675.
19. Biernacki, K., Stryczek, J. Analysis of stress and deformation in plastic gears used in gerotor pumps. Journal of strain analysis for engineering design, 2010. 45 (7). 465–479.
20. Choi, T., Kim, M., Lee, G., Jung, S., Bae, J., Kim, C. Design of Rotor for Internal Gear Pump Using Cycloid and Circular-Arc Curves. Journal of Mechanical Design, 2012. 134 (1). 011005- 12. https://doi.org/10.1115/1.4004423.
21. Biernacki, K. Methods of Increasing Loadability for the Plastic Cycloidal Gears. Fundamentals of machine design, 2012. 490. 156–165.
22. Ivanovic, L., Miric, N., Devedzic, G., Ćuković, S. Analysis of forces and moments in gerotor pumps. Journal of Mechanical Engineering Science, 2010. 224 (10). 2257–2269. https://doi.org/10.1243/09544062JMES2041.
23. Bonandrini, G., Mimmi, G., Rottenbacher, C. Theoretical Analysis of an Original Rotary Machine. Journal of Mechanical Design, 2010. 132 (2). 024501. https://doi.org/10.1115/1.4000698.
24. Bonandrini, G., Mimmi, G., Rottenbacher, C. Design and simulation of meshing of a particular internal rotary pump. Mechanism and Machine Theory, 2012. 49. 104–116. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2011.11.001.
25. Gamez-Montero, P., Garcia-Vilchez, M., Raush, G., Freire, J., Codina, E. Teeth Clearance and Relief Grooves Effects in a Trochoidal-Gear Pump Using New Modules of GeroLAB. Journal of Mechanical Design, 2012. 134 (5). 054502-7. https://doi.org/10.1115/1.4006440.
26. Inaguma, Y. A practical approach for analysis of leakage flow characteristics in hydraulic pumps. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2013. 227. 980–991. https://doi.org/10.1177/0954406212456933.
27. Strmcnik, E., Majdic, F., Majdic, F. The Pressure and Efficiency Characteristic of Hydraulic Gerotor Motor with the Floating Outer Ring. Tehnicki vjesnik-technical gazette, 2018. 25 (2). 609– 615, https://doi.org/10.17559/TV-20161201093324.
28. Osiński, P., Deptuła, A., Partyka, M. A. Hydraulic Tests of the PZ0 Gear Micropump and the Importance Rank of Its Design and Operating Parameters. Energies, 2022. 15 (9). 3068. https://doi.org/10.3390/en15093068.
29. Robison, A., Vacca, A. Multi-objective optimization of circular-toothed gerotors for kinematics and wear by genetic algorithm. Mechanism and Machine Theory, 2018. 128. 150–168. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.05.011.
30. Robinson, A., Vacca, A. Multi-Objective Optimization of Gerotor Port Design by Genetic Algorithm with Considerations on Kinematic vs. Actual Flow Ripple. SAE Technical Papers 2019-01- 0827, SAE International: Warrendale, PA, USA, 2019; in press. https://doi.org/10.4271/2019-01-0827.
31. De Martin, A., Jacazio, G., Sorli, M. Optimization of gerotor pumps with asymmetric profiles through evolutionary strategy algorithm. Machines, 2019. 7. 17. https://doi.org/10.3390/ machines7010017.
32. Hwang, Y.-W., Hsieh, C.-F. Geometric design using hypotrochoid and nonundercutting conditions for an internal cycloidal gear. Journal of Mechanical Design, 2007. 129 (4). 413–420. https://doi.org/10.1115/1.2437806.
33. Hsieh, C.F. Fluid and dynamics analyses of a gerotor pump using various span angle Designs. Journal of Mechanical Design, 2012. 134 (12). 121003. https://doi.org/10.1115/1.4007703.
34. Jacazio, G., De Martin, A. Influence of rotor profile geometry on the performance of an original low-pressure gerotor pump. Mechanism and Machine Theory, 2016. 100. 296–312. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.02.012
35. Liu, H., Lee, J.-C., Yoon, A., Kim, S.-T. Profile design and numerical calculation of instantaneous flow rate of a gerotor pump. Journal of Applied Mathematics and Physics, 2015. 3. 92– 97. https://doi.org/10.4236/jamp.2015.31013.
36. Yang, D.C.H., Yan, J., Tong, S.-H. Flowrate formulation and displacement analyses for deviation function-based gerotor pumps. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2011. 225. 480–487. https://doi.org/10.1243/09544062 JMES2203.
37. Bulgakov, V., Nikolaenko, S., Holovach, I., Adamchuk, V., Kiurchev, S., Ivanovs, S., Olt, J. Theory of grain mixture particle motion during aspiration separation. Agronomy Research, 2020. 18 (1). 18–37. https://doi.org/10.15159/AR.20.057.
38. Bulgakov, V., Nikolaenko, S., Holovach, I., Boris, A., Kiurchev, S., Ihnatiev, Y., Olt, J. Theory of motion of grain mixture particle in the process of aspiration separation. Agronomy Research, 2020. 18 (2). 1177–1188. https://doi.org/10.15159/AR.20.069.
39. Rezvaya, K., Krupa, E., Shudryk, A., Drankovskiy, V., Makarov, V. Solving the hydrodynamical tasks using CFD programs. 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems, 2018. 18308004. https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559548.
40. Ding, H., Lu., J, Jiang, В. A CFD model for orbital gerotor motor. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2012. 15 (6). 062006. https://doi.org/10.1088/1755- 1315/15/6/062006.
41. Stryczek, J., Bednarczyk, S., Biernacki, K. Strength analysis of the polyoxymethylene cycloidal gears of the gerotor pump. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2014. 14 (4). 647– 660. https://doi.org/10.1016/j.acme.2013.12.005.
42. Stryczek, J., Bednarczyk, S., Biernacki, K. Gerotor pump with POM gears: Design, production technology, research. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2014. 14 (3). 391– 397. https://doi.org/10.1016/j.acme.2013.12.008.
43. Furustig, J., Almqvist, A., Pelcastre, L. A strategy for wear analysis using numerical and experimental tools, applied to orbital type hydraulic motors. Journal of mechanical engineering science, 2016. 230 (12). 2086-2097. https://doi.org/10.1177/0954406215590168.
44. Zhang, E., Chen, M., Deng, B. Parametric Design on Internal Gear of Cycloid Gear Pump with NX10.0. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017. 250. 1–5. https://doi.org/10.1088/1757-899X/250/1/012068.
45. Velev, E. Study Cavitation Gerotor Motors, Using Computer Simulatio. XV International Scientific Conference: Renewable Energies and Innovative Technologies, Smolyan, Bulgaria, 2016, 64–66.
46. Shah, Y., Vacca, A., Dabiri, S. A fast lumped parameter approach for the prediction of both aeration and cavitation in Gerotor pumps. Meccanica, 2018. 53 (1–2). 175–191. https://doi.org/10.1007/s11012-017-0725-y.
47. Altare, G., Rundo, M. Advances in simulation of gerotor pumps: An integrated approach. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2016. 231. 1221–1236. https://doi.org/10.1177/0954406217694663.
48. Singh, R., Salutagi, S.S., Piotr, P., Madhavan, J. Study of Effect of Air Content in Lubrication Oil on Gerotor Pump Performance Using CFD Simulations. SAE Technical Papers 2019- 26-0300. SAE International: Warrendale, PA, USA, 2019. 1–5. https://doi.org/10.4271/2019-26-0300.
49. Załuski, P. Influence of Fluid Compressibility and Movements of the Swash Plate Axis of Rotation on the Volumetric Efficiency of Axial Piston Pumps. Energies, 2022. 15 (1). 298. https://doi.org/10.3390/en15010298.
50. Van de Ven, J. On Fluid Compressibility in Switch-Mode Hydraulic Circuits. – Part I: Modeling and Analysis. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 2012. 135 (2). 021013-021013-13. https://doi.org/10.1115/1.4023062.
51. Van de Ven, J. On Fluid Compressibility in Switch-Mode Hydraulic Circuits. – Part II: Experimental Results. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 2012. 135 (2). 021014-021014-7. https://doi.org/10.1115/1.4023063.
52. Rundo, M. Models for flow rate simulation in gear pumps: A review. Energies, 2017. 10. 1261. https://doi.org/10.3390/en10091261.
53. Ruvalcaba, M.A., Hu, X. Gerotor fuel pump performance and leakage study. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2012. IMECE2011-62226. 807–815. https://doi.org/10.1115/IMECE2011-62226.
54. Volkov, G., Smirnov, V. Systematization and comparative scheme analysis of mechanisms of planetary rotary hydraulic machines. MATEC Web of Conferences, 2018. 224. https://doi.org/10.1051/matecconf/201822402083
55. Volkov, G., Kurasov, D. Planetary Rotor Hydraulic Machine with Two Central Gearwheels Having Similar Tooth Number. Mechanisms and Machine Science, 2018. 51. 435–446. https://doi.org/10.1007/978-3-319-60399-5_21.
56. Volkov, G., Smirnov, V. Computation and structural methods to expand feed channels in planetary hydraulic machines. Journal of Physics Conference Series, 2019. 1210. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1210/1/012131.
57. Ivanovic´, L., Ilic´, A., Miloradovic´, D., Josifovic´, D. Modelling and simulation of the load in the epicyclic rotary pump with trochoidal gear profiles. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. 393. 1–9. https://doi.org/10.1088/1757-899X/393/1/012049.
58. Kyurchev, V., Kiurchev, S., Rezvaya, K., Pastushenko, A., Głowacki, S. Experimental Evaluation of the Impact of the Diametral Clearance on Output Characteristics of a Planetary Hydraulic Motor. DSMIE 2023: Advances in Design, Simulation and Manufacturing VI, LNME, Springer, Cham, 2023. 2. 84–94. https://doi.org/10.1007/978-3-031-32774-2_9.
59. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А., Волошин А.А. Модель гідравлічного приводу мехатронної системи. Праці ТДАТУ, 2018. Вип. 18. Т. 2. С. 59–83. https://doi.org/10.31388/2078-0877-18-2-58-82.
60. Panchenko, A., Voloshina, A., Titova, O., Panchenko, I. The influence of the design parameters of the rotors of the planetary hydraulic motor on the change in the output characteristics of the mechatronic system. Journal of Physics: Conference Series, 2021. 1741. 012027. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1741/1/012027.
61. Kiurchev, S., Abdullo, M.A., Vlasenko, T., Prasol, S., Verkholantseva, V. Automated Control of the Gear Profile for the Gerotor Hydraulic Machine. InterPartner 2022: Advanced Manufacturing Processes IV, LNME, Springer, Cham, 2023. 32–43. https://doi.org/10.1007/978-3- 031-16651-8_4.
62. Yeremenko, O., Abdullo, M. A., Boltianska, N., Mikhalchenko, S., Verkholantseva, V. Reducing the Pulsation of the Working Fluid in Planetary Hydraulic Machines by Rational Design of Their Distribution Systems. DSMIE 2022: Advances in Design, Simulation and Manufacturing V. LNME. Springer, Cham, 2022. 2. 133–143. https://doi.org/10.1007/978-3-031-06044-1_13.
63. Panchenko, A., Voloshina, A., Panchenko, I., Pashchenko V., Zasiadko. A. Influence of the Shape of Windows on the Throughput of the Planetary Hydraulic Motor’s Distribution System. DSMIE 2021: Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV. LNME. Springer, Cham, 2021. 2. 146-155. https://doi.org/10.1007/978-3-030-77823-1_15.
64. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А., Волошин А.А. Вплив конструктивних особливостей розподільної системи планетарного гідромотору на зміну його функціональних параметрів. Науковий вісник ТДАТУ, 2022. Вип. 12. Т. 1. https://doi.org/10.31388/2220-8674-2022- 1-1.
65. Voloshina, A., Panchenko, A., Titova, O., Pashchenko, V., Zasiadko A. Experimental studies of a throughput of the distribution systems of planetary hydraulic motors. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021. 1021. 1. 012054. https://doi.org/10.1088/1757- 899X/1021/1/012054.
66. Панченко А.І., Волошина А.А., Панченко І.А. Забезпечення працездатності розподільних систем планетарних гідромашин. Промислова гідравліка і пневматика, 2019. № 1 (63). С. 55-60.