Performance and Safety Improvement of Large-Scale Hydrostatic Bearings
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Táto dizertačná práca sa zaoberá experimentálnym a numerickým štúdiom veľkorozmerných hydrostatických ložísk. Takéto ložiská sa používajú na presné a plynulé polohovanie veľkých konštrukcií, pretože klzné plochy ložiska sú úplne oddelené externe tlakovaným mazacím filmom. Od jeho prvého oficiálneho predstavenia v roku 1852 prebehol rozsiahly výskum na zlepšenie výkonnosti. Napriek tomu sa výskumníci primárne zameriavali na hydrostatické ložiská malých rozmerov, zatiaľ čo len veľmi malá časť výskumu sa zameriavala na väčšie rozmery tohto typu ložísk. V takýchto prípadoch vznikajú úplne iné výzvy, ktoré sú spojené s vyššou energetickou náročnosťou, výrobou dielov ložísk, dopravou a montážou. Výrobné chyby, nesprávne zarovnanie ložísk alebo neoptimálna konštrukcia môžu zhoršiť výkonnosť ložiska, čo môže viesť až k jeho poruche. Cieľom tejto dizertačnej práce je predstaviť vylepšenia výkonu a bezpečnosti do rozsiahlej metodiky návrhu hydrostatických ložísk. Zlepšenie výkonu ložiska sa vykonáva pomocou numerického modelu oblasti tekutiny, ktorý je overený pomocou experimentálnych a teoretických údajov. Táto štúdia predstavuje úplne nový prístup založený na nezávislej optimalizácii viacerých geometrických parametrov hydrostatickej ložiskovej kapsy. Zlepšenie bezpečnosti sa vykonáva čisto experimentálne. Pozornosť je zameraná na nesúosovosť klzných plôch kapsy a bežca a ich vplyv na výkon ložísk. Okrem toho je skúmaná schopnosť samo-vyrovnávania podložky s použitím poddajnej podstavy. Experimentálna časť bola vykonaná pomocou testovania hydrostatického ložiska pozostávajúceho z dvoch káps s plnou diagnostikou. Ako ukazujú výsledky, navrhovaná metodika optimalizácie geometrických parametrov hydrostatického ložiska môže zlepšiť výkon ložiska až o 20 %. Skúmanie vplyvov nesúosovosti na výkonnosť ložiska ukazuje určitý rozsah, v rámci ktorého môže ložisko stále bezpečne fungovať, zatiaľ čo poddajná podpora môže tento rozsah ešte predĺžiť. Táto štúdia predstavuje originálny výskum rozširujúci poznatky o rozsiahlych hydrostatických ložiskových systémoch smerom k lepšiemu výkonu a vyššej bezpečnosti.
This dissertation thesis deals with the experimental and numerical study of large-scale hydrostatic bearings. Such bearings are used to carry and manipulate large structures precisely and smoothly, as the sliding surfaces of the bearing are completely separated by an externally pressurized lubricating film. Since its first official introduction in 1852, extensive research has been conducted on performance improvement. Nonetheless, the researchers primarily focused on hydrostatic bearings of small sizes, while very little research focused on larger dimensions of this type of bearing. In such cases, completely different challenges arise, which are connected with higher energetic demands, the bearing parts manufacturability, transportation and assembly. Manufacturing errors, improper bearing alignment or non-optimal design can worsen the bearing performance, and even cause its malfunction. This thesis aims to introduce performance and safety improvements into large-scale hydrostatic bearing design methodology. The bearing performance improvement is performed using a numerical model of the fluid domain that is validated using experimental and theoretical data. This study presents a completely new approach based on optimizing multiple geometric parameters of the hydrostatic bearing pad independently. The safety improvement is performed purely experimentally. The attention is aimed at pad and slider misalignment, and their influence on the bearing performance. Moreover, the self-aligning ability of the pad using compliant support is examined. The experimental part was carried out using testing hydrostatic bearing consisting of two pads with full diagnostics. As the results indicate, the proposed optimization methodology of geometric parameters of a hydrostatic bearing can improve the bearing performance by as much as 20 %. The investigation of misalignment effects on the performance shows certain range, within the bearing can still operate safely, while compliant support can extend this range. This study presents original research expanding the knowledge of large-scale hydrostatic bearing systems towards better performance and higher safety.
This dissertation thesis deals with the experimental and numerical study of large-scale hydrostatic bearings. Such bearings are used to carry and manipulate large structures precisely and smoothly, as the sliding surfaces of the bearing are completely separated by an externally pressurized lubricating film. Since its first official introduction in 1852, extensive research has been conducted on performance improvement. Nonetheless, the researchers primarily focused on hydrostatic bearings of small sizes, while very little research focused on larger dimensions of this type of bearing. In such cases, completely different challenges arise, which are connected with higher energetic demands, the bearing parts manufacturability, transportation and assembly. Manufacturing errors, improper bearing alignment or non-optimal design can worsen the bearing performance, and even cause its malfunction. This thesis aims to introduce performance and safety improvements into large-scale hydrostatic bearing design methodology. The bearing performance improvement is performed using a numerical model of the fluid domain that is validated using experimental and theoretical data. This study presents a completely new approach based on optimizing multiple geometric parameters of the hydrostatic bearing pad independently. The safety improvement is performed purely experimentally. The attention is aimed at pad and slider misalignment, and their influence on the bearing performance. Moreover, the self-aligning ability of the pad using compliant support is examined. The experimental part was carried out using testing hydrostatic bearing consisting of two pads with full diagnostics. As the results indicate, the proposed optimization methodology of geometric parameters of a hydrostatic bearing can improve the bearing performance by as much as 20 %. The investigation of misalignment effects on the performance shows certain range, within the bearing can still operate safely, while compliant support can extend this range. This study presents original research expanding the knowledge of large-scale hydrostatic bearing systems towards better performance and higher safety.
Description
Citation
MICHALEC, M. Performance and Safety Improvement of Large-Scale Hydrostatic Bearings [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc. (člen)
Ing. Milan Omasta, Ph.D. (člen)
prof.Dr.Michel Fillon (člen)
dr.hab.inž. Michal Wodtke (člen)
Date of acceptance
Defence
DP splňuje požadavky plynoucí z § 47 Zákona č.111/1998 Sb. Zákona o vysokých školách a o změně a doplnění zákonů a z článku 42 Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně. Obsahuje původní výsledky uveřejněné mj. ve třech článcích v impaktovaném časopise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení