Investigation of energy efficiency of mobile machinery hydraulic drives

Abstract

Research work relevance is concerned with global energy-saving trend, which is crucial for the transport sector as well. Dissertation work presents a study of efficient indicators of mobile machinery hydraulic drive elements for energy-saving. Different theoretical analyses and evaluations, experimental investigation and numerical simulation methods are applied for complex research, to suggest efficiency improving implements of using hydraulic drives and getting a better understanding of energy-saving by reducing fluid pulsation and minimization hydraulic resistance. In the introduction, the importance of the thesis, aim and tasks of re-searching work are presented. Scientific novelty, the theoretical and practical significance of results that were achieved, defendable statements and author published scientific papers are presented. Overview of scientific state-of-art according to dissertation theme presented in the first chapter. Different energy-saving methods and technologies in modern mobile machinery hydraulic drives were reviewed according to other scientific works, and the influence of these methods on energy-efficient problemating was discussed. In addition, scientific literatures in research area of fluid pulsation in hydraulic drives, the problem of hydraulic composite high-pressure hoses deformation investigation and the problem of fitting connections was described. The second chapter represents different research work methodologies, which were applied for the theoretical analysis and numerical simulation, mod-els calculations and pre-experimental tests. In this chapter mathematical mod-els of axial-pistons pump for investigation high pulsation inside hydraulic lines are presented. Pre-experimental tests of pressure losses on fitting connections and spectrum analyses of high-pressure hose composite material are investigated. A mathematical model of high-pressure hose and methodology of determination the parameters of rheological models of the viscous-elastic high-pressure hose material was presented. Modelling of fluid flow through different fitting connections and research of power losses on investigated objects were presented. Experimental test results of high-pressure hoses deformation and frequency response, fluid pressure drops and measuring of high fluid pulsation presented in the third chapter. Analysis of the system element energy efficiency were presented additionally in the third chapter. Nine scientific articles focusing on the subject of the dissertation was published: two – in a scientific journals, included in the Clarivate Analytics Web of Science databases with IF; one – in Clarivate Analytics Web of Science database Conference Proceedings; two – in a peer-reviewed scientific journals; four – in peer-reviewed international conference materials.

Darbo aktualumas yra siejamas su bendrosiomis energijos taupymo tendencijomis, kurios yra labai svarbios ir transporto sektoriui. Disertacijos tyrimų rezultatai gali būti pritaikyti mobiliųjų mašinų hidraulinių pavarų elementų sąnaudoms mažinti. Sistemų analizė ir vertinimas, skaitinis modeliavimas, teoriniai ir eksperimentiniai tyrimai taikomi siekiant kompleksiškai ištirti problemą ir pasiūlyti hidraulinės sistemos naudingumą didinančius elementus, t. y. tikslingai taikyti energijos taupymo priemones mažinant skysčio pulsacijas ir hidraulinį pasipriešinimą. Įvade pateikiamas tyrimo aktualumas, tyrimo tikslas, uždaviniai, mokslinis naujumas, teorinių ir praktinių tyrimų rezultatų, kurie buvo gauti atliekant tyrimus, reikšmingumas, ginamieji teiginiai ir autoriaus paskelbtų mokslinių publikacijų disertacijos tema sąrašas. Pirmame disertacijos skyriuje pateikiama kitų tyrėjų mokslinių darbų apžvalga disertacijos tema. Apžvelgiamos mobilių mašinų hidraulinių pavarų energijos taupymo technologijos, taikomi metodai, taip pat aptariamas nagrinėjamų metodų energetinis efektyvumas. Papildomai nagrinėjamos mokslinės publikacijos, kuriose pateikti tyrimai apie skysčio srauto pulsacijas hidraulinėse pavarose, aukšto slėgio hidraulinių žarnų, kurios pagamintos iš kompozicinių medžiagų, deformacijos bei hidraulinių jungčių problematika. Antrame disertacijos skyriuje pateikiamos disertacijoje taikomos tyrimo metodikos: teorinė analizė ir matematinis modeliavimas, skaičiavimai, pirminiai eksperimentai. Skyriuje pateiktas ašinio-stūmoklinio hidraulinio siurblio matematinis modelis, kuris naudojamas modeliuoti skysčio srauto pulsacijas vamzdyje. Pirminio eksperimento metodika apima slėgio nuostolių nustatymą hidraulinėse jungtyse ir spektrinės analizės metodo taikymą hidraulinių žarnų savybių nustatymui. Skyriuje pateiktas aukšto slėgio vizko-elastinės hidraulinės žarnos reologinis modelis ir šio modelio parametrų nustatymo metodika. Pateiktas skysčio srauto per skirtingas jungtis modeliavimas bei tirtų objektų galios nuostolių tyrimai. Trečiame skyriuje pateikiami eksperimentinių tyrimų rezultatai, apimantys aukšto slėgio žarnų deformacijas, dažnines charakteristikas, skysčio slėgio kritimą, slėgio pulsacijas sistemoje. Papildomai pateikiama sistemos elementų energijos efektyvumo analizė. Disertacijos tema yra paskelbtos devynios mokslinės publikacijos: dvi publikacijos paskelbtos Clarivate Analytics (Web of Science) duomenų bazėje su citavimo indeksu esančiame žurnale; vienas – tarptautinės konferencijos leidinyje, Clarivate Analytics Proceedings; du – recenzuojamuose mokslo žurna-luose; keturi – recenzuojamuose tarptautinių konferencijų pranešimų rinkiniuose.