Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed Behbahani,Mohsen Badrosamay
سعید بهبهانی (استاد راهنما) محسن بدرسمای (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohsen Samadani
محسن صمدانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Reliability Analysis of an Electro-Hydraulic Servo System, Based on the Manufacturing Originated Uncertainties Existing in the Servovalve Parameters
The most important part of every electro-hydraulic servo system is its servo valve. A servo valve consists of very precise and sensitive components. A small change in the dimensions, metallurgical characteristics and other parameters of these components can produce instability and error in the performance of the system. In the design phase, the values of these parameters is considered as a crisp and certain numbers. Nevertheless, due to manufacturing limitations, the final value of these parameters always contains some tolerance and uncertainty. These uncertainties in the system parameters, creates a variance in the performance of the system from the ideal circumstances. In practice, it is possible that among the tens of thousands of produced valves, some cannot satisfy the standard specifications and pass the quality control. Therefore, initial evaluation of the effect of fabrication methods of the valve’s components on the statistic performance of the system can help the manufacturer to improve the reliability of its productions and decrease its expenses. Reliability can be used with the other factors like cost and accessibility, as a useful criterion for comparing various methods and techniques of manufacturing. In this research, a novel analytical method has been introduced in order to analyze the reliability of electro-hydraulic systems based on the manufacturing originated uncertainties existing in it. In this method, the number of failures is predicted using Monte Carlo simulation technique. For this aim, the dynamic model of the system was developed in the first stage. Afterwards, the uncertain parameters of the system were determined and based on the techniques and degree of precision used for the production of each valve’s component, the achievable tolerances were estimated for each parameter. By using a random number generator, each time, a set of samples was selected from these numerical ranges and substituted for the parameters of the dynamic model of the system. Simulations were then performed for each set of random values for thousands of times until a meaningful number of failures were observed in the performance of the system. In the next stages, by changing the manufacturing techniques and improving the achievable tolerance of each parameter in each stage, the simulations were performed again and the various cases were compared with each other. Simulations showed that the most important parameters in the frequency response of the system are length of air gaps in the torque motor and the diameter of flapper nozzles. By changing the manufacturing process of the valve components which affect the value of these two parameters and improving their normal distributions, the number of system failures was decreased significantly. On the other hand, by changing the manufacturing processes of some parts like spool and sleeve and improving their dimensional precision, no significant improvement was observed in the dynamic performance of the system. The simulations also revealed that the length of spool lands and the width of sleeve slots play the main role in the internal leakage of the servo valve and by changing the machining technique and improving the dimensional tolerances of these two items, the number of systems failures drop significantly. It was also found that, the clearance between spool and sleeve is not the dominant factor in the leakage of the valve. Keywords: Reliability Analysis, Manufacturing Uncertainty, Monte Carlo Simulation Method, Electro-Hydraulic Servo System, Servovalve
سیستم های سروو الکتروهیدرولیک از مهم ترین سیستم های کنترلی هستند که امروزه در بسیاری از حوزه ها مانند صنایع نظامی و هوافضا، اتوماسیون صنعتی، ماشین های کنترل عددی، ، صنعت نفت و گاز و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد این سیستم‌ها در موارد ذکر شده، دقت عملکرد همراه با قابلیت اطمینان بالایی را می‌طلبد و بروز کوچکترین اشکال یا نقص در عملکرد سیستم می تواند گاهی باعث به بار آمدن خسارات جبران ناپذیری شود. خرابی یا نقص می تواند در عملکرد هر یک از اجزاء سیستم رخ دهد. مهم ترین جزء هر سیستم سروو الکتروهیدرولیکی، شیر سروو است. شیر سروو وظیفه جهت دهی و تنظیم دبی خروجی روغن را بصورت پیوسته و متناسب با جریان الکتریکی ورودی به آن بر عهده دارد. یک شیر سروو از اجزائی با حساسیت و پیچیدگی بالا تشکیل شده است که کوچک ترین تغییر در ابعاد و ویژگی های این اجزاء می تواند باعث ناپایداری، و بروز نقص در عملکرد سیستم شود. در هنگام طراحی یک شیر سروو، تمامی پارامترها و ابعاد مربوط به اجزاء تشکیل دهنده آن بصورتی طراحی می شوند که سیستم نهائی دارای بهترین و دقیق ترین عملکرد باشد. در این مرحله تمامی پارامترها به صورت قطعی در نظر گرفته می شوند. با این حال، به خاطر محدودیت های ساختی، همواره مقدار نهائی این پارامترها دارای قدری تلورانس و عدم قطعیت می باشد. این عدم قطعیت ها باعث انحراف عملکرد سیستم از حالت ایده آل و گاهی اوقات عملکرد نامناسب آن می شود. در عمل ممکن است از میان چند ده هزار شیر تولید شده، تعداد انگشت شماری بدلیل این عدم قطعیت ها، نیازهای عملکردی مورد انتظار را برآورده نکرده و نتوانند از مرحله کنترل کیفی گذر کنند. بنابراین تحلیلی دقیق از تاثیر نوع و درجه دقت فرآیندهای ساخت در هنگام طراحی می تواند به بالا بردن قابلیت اطمینان سیستم و صرفه جوئی در هزینه ها کمک زیادی بکند. قابلیت اطمینان سیستم می تواند در کنار هزینه، سرعت و دسترس پذیری، بعنوان معیاری مناسب در انتخاب بهترین روش ساخت برای هر یک از قطعات شیر سروو بکار رود. در این تحقیق، رهیافتی نوین برای ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم سروو الکتروهیدرولیک، بر اساس عدم قطعیت های ناشی از ساخت موجود در قطعات شیر سروو آن ارائه شده است. در این روش، با استفاده از تکنیک های آماری از جمله تکنیک مونت کارلو، تعداد دفعاتی که سیستم دارای عدم قطعیت، قادر به انجام عملکرد مورد انتظار نمی باشد تخمین زده شده است. برای این منظور، ابتدا با توجه به نوع فرآیند و دقت بکار رفته برای ساخت قطعات شیر سروو، پارامترهای دارای عدم قطعیت سیستم شناسایی و محدوده مقادیر قابل دستیابی برای هر پارامتر تعیین شد. سپس با آماری کردن این پارامترها و انتخاب تصادفی مقادیر از جوامع آماری تعریف شده برای آن ها و جایگزین کردن آن ها در مدل دینامیکی سیستم و اجرای آن به تعداد دفعات بسیار زیاد، رفتار آماری سیستم تخمین زده شد. در مراحل بعد، با تغییر فرآیند و یا درجه دقت ساخت هر یک از قطعات و بهبود منحنی آماری مربوط به آن ها، این محاسبات مجددا تکرار شده و روش های مختلف ساخت قطعات شیر سروو بر اساس این محاسبات با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج محاسبات نشان داد که فاصله گپ هوائی و قطر نازل های جت روغن از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر پاسخ فرکانسی سیستم هستند و صرف هزینه بیشتر برای بهبود دقت ابعادی قطعات تاثیرگذار بر این دو پارامتر، دارای توجیه اقتصادی است. در عین حال افزایش دقت ماشینکاری و سنگ زنی اسپول و اسلیو تاثیر چندانی بر عملکرد دینامیکی سیستم از خود نشان نداد. همچنین شبیه سازی ها نشان داد که پهنای لبه های اسپول و شیارهای داخلی اسلیو از عوامل تاثیرگذار بر مقدار نشتی داخلی شیر هستند و افزایش دقت ابعادی آن ها می تواند بطور قابل ملاحظه ای نشتی شیر سروو را کاهش داده و قابلیت اطمینان آن را بالا ببرد. کلمات کلیدی: 1- آنالیز قابلیت اطمینان 2- عدم قطعیت های ناشی از ساخت 3- سیستم سروو الکتروهیدرولیک 4- شیر سروو 5- روش مونت کارلو

ارتقاء امنیت وب با وف بومی