تبلیغات
ساسان محمدی - دیجیتال هیدرولیک Digital Hydraulic
 
درباره وبلاگ


ساسان محمدی
متولد قائمیه فارس
دیپلم ریاضی-فیزیک از دبیرستان توحید شیراز
کارشناسی ساخت وتولید از پلی تکنیک تهران
کارشناسی ارشد ساخت وتولید صنعتی اصفهان
علاقه مند به زمینه های: کنترل- مکاترونیک- اتوماسیون و تحلیلات سیالاتی در هیدرولیک و نیوماتیک

sasanmohammadiad@gmail.com

https://telegram.me/MohammadiSasan


مدیر وبلاگ : ساسان محمدی
نویسندگان
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
ساسان محمدی
صفحه نخست             تماس با مدیر           پست الکترونیک               RSS                  ATOM
شنبه 30 بهمن 1395 :: نویسنده : ساسان محمدی




بسمه تعالی


دانشگاه صنعتی اصفهان


پیشنهادیه موضوع تحقیق پایان‌نامه كارشناسی ارشد

 

عنوان پروژه:

طراحی ، ساخت و ارزیابی یک شیر دیجیتال هیدرولیکی

Design, Manufacturing and Evaluation of a Digital Hydraulic Valve

 

دانشجو : ساسان محمدی


استاد راهنما : دکتر سعید بهبهانی

 

سابقه، اهداف، نوع، كاربردها و كاربرهای مورد نظر:

سیستم‏های سروهیدرولیک برای کنترل نیرو و موقعیت در کاربردهای دقیق و با توان بالا استفاده می‏شوند. نسبت نیرو به سایز بالا، انتقال قدرت آسان و حساسیت زیاد این سیستم‏ها موجب استفاده‏ی گسترده از آن‏ها در کاربردهای حساس و سنگین مانند کنترل باله‏ی موشک و هواپیما، ماشین‏های عظیم خاک‏برداری و حفاری و صنایع شکل‏دهی فلزات شده است.

در سیستم‏های سروهیدرولیک کنترل نیرو و موقعیت عموما با تغییر ابعادی مجراهای جریان سیال توسط شیر تناسبی یا سروولو انجام می‏شود. این شیرها اگرچه قابلیت کنترل‏پذیری خوبی دارند، اما مشکلات زیادی ازجمله کاویتاسیون، نشتی زیاد، حساسیت به آلودگی و از همه مهم‏تر قیمت بالا و اتلاف توان زیاد را به همراه دارند.

برای کنترل پیوسته موقعیت عملگر، به جای استفاده از شیر تناسبی یا سروولو می­توان از شیر قطع/وصل[1] و با تكنیك­های درایو كردن پیشرفته بهره­برداری كرد، كه در این صورت به آن شیر دیجیتال گفته می­شود.

با عملیات مدولاسیون پهنای پالس[2] و یا تعدادی شیر قطع/وصل بسیار كوچك با اتصال موازی و برنامه­ریزی مناسب قطع و وصل آنها، می توان برای کنترل دقیق موقعیت عملگر بهره برد. در این صورت، برنامه­ریزی و درایو مناسب سیستم برای دستیابی به كارآیی مناسب و عملكرد دبی-فشار مطلوب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است [10].

در روش مدولاسیون پهنای باند، با قطع­و­ وصل كردن سریع و مداوم شیر بین منبع فشار بالا و فشار پایین سیال و با تنظیم سیكل كاری[1]، با توجه به خاصیت سلفی سیال درون لوله، کنترل جریان و فشار سیال ممکن می­گردد. عوامل موثر بر میزان جریان و فشار سیال خروجی از شیر شامل فرکانس شیر، سیكل كاری شیر، فشار تنظیمی منبع فشار بالا و پایین، مقاومت لوله به تغییرات دبی و مقاومت شیر و مدار می‏باشد. در روش دیگر شیر مستقیما در مسیر پمپ جابجایی ثابت قرار گرفته و با سوئیچ کردن سریع دبی پمپ را در یک حالت به سیستم و در حالت دیگر به تانک ارسال می‏کند (شکل1 ، 2). در این صورت با تنظیم کردن زمان کاری شیر در هر دوره و فرکانس آن، دبی مورد نیاز سیستم از پمپ تامین می‏شود. مازاد دبی در این حالت بدون باز شدن شیر اطمینان به تانک تخلیه می‏شود و درنتیجه اتلاف انرژی در مدار را کاهش می‏دهد. در هر دوی این روش‏ها شیر بین دو حالت کاملا باز و کاملا بسته سوئیچ می‏کند و تغییر ابعادی مجرای جریان سیال فقط در زمان بسیار کوتاه اتفاق می‏افتد، بنابراین انتظار می­رود افت فشار بسیار کمتری نسبت به شیر تناسبی داشته باشد. به علاوه به دلیل تغییر بین دو وضعیت و نبودن حالت بینابین، انتظار می­رود نشتی داخلی کمتری نسبت به شیر تناسبی داشته باشند. مزایای دیگر این شیرها عدم حساسیت به آلودگی، قابلیت تکرار بالا و هیسترزیس کمتر نسبت به شیرتناسبی است.

همچنین در صورت استفاده از n عدد از این شیر ها به طور موازی و در یک مجموعه، به طوریکه دبی تنظیمی خروجی هر کدام از آنها به نسبت 1و 2و 4و 8و 16 و ... باشد، در خروجی 2 به توان nدبی مختلف می­توان داشت. بالفرض مثال با استفاده از تنها 5 شیر ساده قطع/وصل 32 دبی مختلف با نسبت 0 ،1 ، 2، 3، ...،30 و31 می توان ایجاد کرد و به عملکرد پیوسته­ی عملگر دست یافت (شکل3).


شکل1. کنترل حرکت سیلندر با 4 مجوعه شیر قطع/وصل


شکل2. گرفتن دبی های مختلف از یک پمپ دبی ثابت با کمک شیر قطع­/وصل سریع


شکل3. اتصال موازی 5 شیر قطع-وصل ساده برای ایجاد 32 دبی مختلف در خروجی A


این شیرها دارای دوحالت بوده و معمولا شامل سه پورت می‏باشند و در انواع چرخشی، کارتریجی و اسپولی ساخته می‏شوند. برای برآورده کردن نیازهای گفته شده مطلوب است شیر قطع/وصل توانایی کار در فرکانس‏های بالا را داشته باشد که در ساخت این شیرها باید به آن توجه ‏شود. استفاده از این شیرها با این عنوان و با ساختارهای بیان شده مربوط به دو دهه ی اخیر می باشد و هم­چنان صنعتی نشده است. مزیت عمده و اجرا شده ی آن در موبایل هیدرولیک می باشد [11]. همچنین استفاده در انگشت مصنوعی از دیگر کاربرد­های آن است [12].

شیرهای قطع/وصل دارای محدودیت‏هایی نیز می‏باشند که مهم‏ترین آن‏ها ایجاد نویز در سیستم به دلیل وجود نوسانات در فشار و دبی خروجی از شیر و همچنین قابلیت کنترل ضعیف‏تر نسبت به شیر تناسبی و شیر سروُ در فرکانس‏ کاری پایین می­باشد.

لازم به ذکر است که تا کنون دانشگاه های تمپر[1] فنلاند با همکاری دانشگاه صنعتی لینز اتریش و دانشگاه مینه سوتا آمریکا هر کدام در طی پروژه هایی چند ساله موفق به ساخت نمونه هایی از این شیر شده اند. تیم دانشگاه تمپر زیر نظر پروفسور جونی متیلا[2] و با همکاری متیل ین جاما[3] فعالیت های بسیاری در این زمینه داشته اند. و هر ساله کنفرانس ها و کارگاه­­هایی در این زمینه با همکاری این تیم و شرکت های بزرگ فعال در زمینه هیدرولیک مانند هیداک ، پارکر ، فستو و... در لینز اتریش برگزار می گردد به همین خاطر لینز را پایتخت دیجیتال هیدرولیک دنیا می نامند [11 ، 13].

ایده ای که در این شیرها به کار رفته است اولین بار در پروژه ی آپولو ناسا در سال 1965 مطرح و استفاده شد و پس از آن إدی إستورمن[4] که در این پروژه شرکت داشت در سال 1989 این ایده را صنعتی کرد و در سال 2003 کارهایش را در 5 پتنت ارائه کرد. این پتنت ها طرح هایی برای اجرای این ایده در زمینه های کاهش مصرف سوخت خودرو، سلول های خورشیدی و هیدرولیک بودند.

پروفسور پری لی[5] در دانشگاه مینه سوتا 2012 یک نمونه از این شیر که به صورت چرخشی با موتور الکتریکی بود را ساخت و روش های مودولاسیون پهنای پالس و دیگر روش های کنترلی را بر آن اجرا نمود [1 ، 2 ، 3 ، 4].

یوکوتا[6] و آکوتا[7] کریستال های پیزوالکتریک را برای تحریک یک شیر قطع/وصل از نوع بشقابی[8] استفاده کردند و فرکانس این شیر را به 7/8 کیلو­هرتز رساند به طوریکه شیر توانایی پاسخ به موج مستطیلی با فرکانس 2 کیلوهرتز را داشت­­ [5].

در سال 2014 گروهی از دانشگاه تمپر[9] موفق به ساخت یک مجموعه از این شیرها و بررسی مزایای این شیرها طی یک پروژه ی 5ساله که از طرف آکادمی دولت فنلاند حمایت مالی می شد، شدند. این مجموعه شامل 120 عدد از شیرهای کوچک قطع/وصل که به طور مستقل کنترل می شدند بود. سپس این مجموعه بر یک لودر هیدرولیکی پیاده سازی شد. نتایج حاصل نشان دهنده ی کاهش مصرف انرژی در این سیستم می باشد. همچنین نتایج نشان داد که قابلیت رقابت با شیرهای پروپورشنال و سروُ را در کنترل موقعیت عملگر وجود دارد [8 ، 9 ، 11 ، 14].

م.کاملریتر[10] از دانشگاه ویِن اتریش (همکار دانشگاه لینز اتریش) از این مجموعه شیرها برای سیالات رئولوژیک استفاده کرد و مزایای آنرا نسبت به شیرهای پروپورشنال مرسوم بیان داشته است. از جمله ی این مزایا سادگی طراحی و قیمت تمام شده­ی شیر بیان شده است [15 ، 16].

هدف پروژه حاضر ارائه ساختارهای متفاوت شیر قطع/وصل برای بهره­گیری در شیر دیجیتال، تحلیل دقیق عملكردی از نگاه جریان سیال و تحریك الكتریكی، طراحی ابعادی شیر، طراحی مدارات و تجهیزات تحریك، طراحی و برنامه­ریزی درایو و در نهایت ساخت شیر هیدرولیكی دیجیتال مناسبی است كه بتواند عملكرد كنترلی مطلوبی را فراهم آورد. نمودارها و منحنی­های مشخصه شیر از تحلیل­های عددی و در صورت امكان از تست تجربی  استخراج و ارائه گردیده و عملكرد شیر با شیرهای تناسبی  و سروُ مقایسه خواهد شد.

            در استاندارد ARP490 یک سری منحنی مشخصه­های استاندارد عملکردی برای شیر سروُ تعریف و ترسیم شده است، مانند منحنی حساسیت فشار، منحنی حساسیت دبی، منحنی هیسترزیس دبی خروجی نسبت به دستور ورودی، منحنی نشتی داخلی و... . سعی خواهد شد این منحنی­ها و مهم­تر از همه، منحنی دبی بر حسب فرکانس و سیکل کاری[11] برای شیر ساخته شده بدست آورده شود و قابلیت­های آن نسبت به انواع دیگر شیرها بحث شود.


مراجع مهم:

, DIGITAL FLUID POWER – STATE OF THE ART, Mati Linjama Tampere University of Technology







نوع مطلب :
برچسب ها : دیجیتال هیدرولیک، digital hydraulic، digital fluid power، switching valve، switching hydraulic systems، PWM، rotary switching valve،
لینک های مرتبط :


دوشنبه 9 مرداد 1396 09:30 ق.ظ
خیلی هم عالی! موفق باشی دوست عزیز
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر