Prototypage virtuel de modules électro-hydrostatique equipés de pompes à palettes - Application presses à injecter

Virtual Prototyping of Electro-Hydrostatic Modules Equipped with Vane Pumps - Application to Injection Moulding Machines

• Auteur / Autrice : Emanuele Gnesi
• Direction : Jean-Charles Maré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 21/09/2015
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Gianpietro Di rito
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Maré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gianpietro Di rito, Grigore Gogu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cavitation

Économies d'énergie

Hydrostatique

Mots clés libres

Electro-hydrostatique

Presses à injecter

Pompe à palettes

Economie d’énergie

Cavitation

Injection statique

Thermo-hydraulique

AMESim

Electro-hydrostatic

Injection moulding machines

Vane pump

Energy saving

Cavitation

Static injection

Thermo-hydraulic

AMESim

Résumé

Dans les dernierès années la politique des entreprises s'est concentrée sur la recherche de solutions industrielles plus écologiques pour réduire l'impact sur l'environnement et l'énergie consommée. La tendance s’est élargie aux machines stationnaires dans l'automatisation industrielle. Il inclut la technologie d’entraînement pour contrôler le mouvement séquentiel de plusieurs axes dans les presses à injecter. La conception des systèmes se focalise sur une approche conduisant à l’amélioration du rendement énergétique aussi bien que l’augmentation de la pression de service, la réduction de cycle de la machine et l’amélioration de sa répétabilité. Toutes ces exigences ont poussé la technologie d’entraînement à se développer en augmentant l'intérêt pour les modules électromécaniques et électro-hydrostatiques (EHM). Dans cette thèse, une solution innovatrice d'EHM est proposée qui associe un convertisseur, un servomoteur AC brushless et la pompe à palettes Parker. En détail, l'intérêt de recherche concerne le développement d'un modèle à niveau système de la pompe à palette. L'objectif principal est de permettre l'évaluation des pertes d'énergie de la pompe et la performance de module pendant des phases spécifiques du cycle de la machine : accélération, dépressurisation et phase de maintien de la pression. Premièrement analysée au moyen de l'approche analytique, la dynamique est alors évaluée par des modèles plus avancés basés sur le prototypage virtuel construit dans l'environnement LMS-AMESim. Les avantages concernant la prévision des performances du module EHM et sur l’évaluation des paramètres fondamentaux inconnus (comme la compressibilité du fluide et le contenu d’air dans le fluide) sont montrés par comparaison avec des résultats expérimentaux obtenus dans le laboratoire. Les phénomènes de la cavitation et d’aération sont aussi pris en compte pendant les phases d'accélération et des modèles sont ainsi développés pour prévoir les conditions de fonctionnement qui promeuvent ces phénomènes. La consommation d'énergie de l'EHM est alors analysée au moyen des modèles thermo-hydrauliques capables de déterminer les échanges de chaleur entre les composants de module et l'environnement.

In last years companies’ policy has been focusing on research of more eco-friendly solutions in order to reduce the environmental impact and the consumed energy. The trend has been affecting the stationary machinery in the industrial automation too. It includes the drive technology for motion control in the injection moulding machines. The design studies concern energy efficiency improvement, as well as increased service pressure, shorter cycle time and repeatability over a long period of time. All these requirements have led the drive technology to evolve by increasing the interest for the electro-mechanical and electro-hydrostatic modules (EHM). In this thesis an innovative solution of EHM is proposed that associates industrial inverter, AC brushless servo motor and fixed-displacement low-noise Parker vane pump. In detail, the research interest concerns the development of a system level model of the vane pump. The main objective is to enable assessing the pump energy losses and full module performance in specific phase of machine’s cycle: acceleration, depressurisation and holding pressure phases. Firstly analysed by means of analytical approach, dynamics are then evaluated through more advanced models based on virtual prototyping built in LMS-AMESim environment. The advantages on predicting the EHM performance and on estimating the unknown fundamental parameters (e.g. Bulk Modulus and fluid air content) are showed through comparison with experimental results obtained in laboratory. The cavitation/aeration phenomena are also taken into account during acceleration transients and models are thus developed in order to predict the operating conditions which promote these phenomena. Energy behaviour of the EHM is then analysed by means of thermal hydraulic models able to determine the heat exchanges between module components and environment.