Nghiên cứu thiết lập mô hình toán phát hiện rò rỉ cho hệ thống khí nén

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRUỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN HỘI NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỐN PHÁT HIỆN RỊ RỈ CHO HỆ THỐNG KHÍ NÉN Chun ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số : 60.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12,2015 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa-ĐHQG TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: GV TS Lê Thể Truyền Cán chấm nhận xét 1: GV TS Trần Nguyên Duy Phương Cán chấm nhận xét 2: GV TS Trần Văn Giáp Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-TP.HCM ngày 04 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: PGS TS Phan Đình Huấn PGS TS Trương Nguyên Luân Vũ GV TS Trần Nguyên Duy Phương GV TS Trần Văn Giáp GV TS Lê Thanh Danh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau Luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ PGS TS Phan Đình Huấn PGS TS Nguyễn Hữu Lộc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Học viên thực : Phạm Văn Hội MSHV : 13040387 Ngày, tháng, năm sinh : 12/04/1987 Chuyên ngành I Nơi sinh: Phú Yên Mã số : 60.52.01.03 : Kỹ thuật khí TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết lập mơ hình tốn phát rò rỉ cho hệ thống khí nén NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tìm hiểu, đề xuất phương án phát rò rỉ cho hệ thống truyền động khí nén khí chúng xảy Thiết lập mơ hình tốn phát rò rỉ cho hệ thống truyền động khí nén Xây dựng phương trình tốn cho thiết bị hệ thống truyền động khí nén Mơ mơ hình tốn phát rò rỉ ửên phần mềm Matlab Simulink, Amesim đánh giá kết Kết luận hướng phát triển II III IV NGÀY GIAO NHIÊM VỤ: 19/01/2015 NGÀY HOÀN THẨNH NHIỆM VỤ: 10/12/2015 CÁN BỘ HUỚNG DẪN: GV TS Lê Thể Truyền Tp Hồ Chí Minh, ngày 10, tháng 12, năm 2015 CÁN BỘ HUỚNG DẪN TS Lê Thể Truyền CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Tràn Nguyên Duy Phương TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ PGS TS Nguyễn Hữu Lộc LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người thân gia đình ln ln ủng hộ tạo điều kiện suốt thời gian luận văn thực Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Thầy hướng dẫn: GV TS Lê Thế Truyền, Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để luận văn hoàn thành tốt Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Thầy, Cô tham gia chấm, nhận xét luận văn Thầy, Cơ giảng dạy chương trình đào tạo Thạc sĩ Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, học viên cao học, đồng nghiệp tác giả công ty P&G tạo điều kiện, giúp đỡ trình tác giả thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày 10, tháng 12, nãm 2015 Học viên thực Phạm Văn Hội TÓM TẤT Mục tiêu luận văn nghiên cứu thiết lập mơ hình tốn phát rò ri cho hệ thống khí nén chúng xảy Mơ hình tốn mơ hai phần mềm Matlab Simulink cho mơ hình chuẩn Amesim cho mơ hình có rò ri Qua kết mơ này, qui luật truyền động bên hệ thống truyền động khí nén thơng số ảnh hưởng đến hệ thống truyền động khí nén có rò rỉ xảy thể rõ Từ khóa: Rò rỉ khí nén, mơ hình tốn cho hệ thống khí nén, mơ hình phát chuẩn đoán lỗi ABSTRACT The objective of this thesis is research and establish mathematics model to detect leakage for pneumatic system as soon as they occur This mathematics model will be simulated on Matlab Simulink software for standard model and Amesim software for leakage model Through the result of this simulation, we will be find rules inside actuators of pneumatic system and parameters affect the system when the leakages occur Keywords: Leakage in pneumatic system, mathematics model for pneumactic system, fault dedection and diagnosis for pneumatic system LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN Các nghiên cứu luận văn phân tích dựa việc tham khảo số tài liệu, luận văn, báo thực Các phân tích, đánh giá trích xuất liệu hồn tồn trung thực, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật luận văn Tác giả Phạm Văn Hội MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VÀN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 10 DANH MỤC KÍ HIỆU 11 CHƯƠNG 12 TỔNG QUAN .12 1.1 Giới thiệu hệ thống truyền động khí nén cơng ty P&G 12 1.1.1 Giới thiệu công ty P&G 13 1.1.2 ứng dụng hệ thống truyền động khí nén công ty P&G 13 1.2 Tổn thất rò rỉ khí nén gây 16 1.3 Giới thiệu phưoiig pháp phát rò rỉ cho hệ thống khí nén 19 1.3.1 Phát rò rỉ tai 20 1.3.2 Phát rò rỉ xà phòng 20 1.3.3 Phát rò rỉ máy dò siêu âm 21 1.4 Tính cấp thiết đề tài 24 1.5 Mục đích nghiên cứu 24 1.6 Nội dung nghiên cứu 24 1.7 Cấu trúc luận văn 25 CHƯƠNG 26 THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỐN PHÁT HIỆN RỊ RỈ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 26 2.1 Đánh giá cơng trình nghiên cứu ngồi nước .26 2.1.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 26 2.1.2 Các cơng trình nghiên cứu nước 26 2.2 Cơ sở lý thuyết 28 2.3 Phương pháp nghiên cứu 30 2.4 Xây dựng mơ hình hệ thống truyền động khí nén 30 2.5 Xây dựng tập tham số cho việc phát rò ri hệ thống truyền động khí nén 35 CHƯƠNG 37 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH TỐN CHO CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 37 3.1 Phưong trình tốn cho mơ hình van điều hướng 38 3.2 Phưong trình mơ hình buồng xi lanh khí nén 40 3.3 Phưong trình vị trí dịch chuyển piston 45 CHƯƠNG 49 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 49 4.1 Mô 49 4.1.1 Thiết kế hệ thống truyền động khí nén khơng rò rỉ phần mềm Matlab Simulink 50 4.1.2 4.2 Thiết kế hệ thống truyền động khí nén có rò rỉ phần mềm Amesim 55 Kết mô .57 4.2.1 Kết mơ chu kì mơ hình hệ thống truyền động khí nén khơng rò rỉ phần mềm Matlab Simulink 57 4.2.2 Kết mơ nhiều chu kì hệ thống truyền động khí nén có rò rỉ phần mềm Amesim 61 4.3 Kiểm tra rò rỉ hệ thống truyền động khí nén 63 CHƯƠNG 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 5.1 Kết luận 65 5.2 Hướng phát triển đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Dây chuyền sản xuất nước xả vải đóng chai tự động 14 Hình Tủ điều khiển khí nén cụm máy gắp chai 15 Hình Tủ điều khiển khí nén cụm máy chiết rót 16 Hình Các phương pháp tiết kiệm lớn lượng (Nguồn ủy ban Châu Âu, 2000) 19 Hình Phát rò rỉ xà phòng 21 Hình Phát rò rỉ máy dò siêu âm 22 Hình Mơ hình phát rò rỉ 29 Hình 2 Sơ đồ mạch hệ thống truyền động khí nén cụm đưa chai vô thùng tự động 31 Hình Van điều hướng 5/2 33 Hình Xi lanh chuyển động thẳng 34 Hình Sơ đồ mạch mơ hình hệ thống truyền động khí nén 35 Hình Sơ đồ mạch mơ hình hệ thống truyền động khí nén để viết phương trình 37 Hình Đo lưu lượng áp suất qua van 38 Hình 3 Mơ tả lưu lượng áp suất buồng xi lanh 40 Hình Phân bố lực xi lanh 45 Hình Sơ đồ khối phần tử Matlab Simulink 50 Hình Sơ đồ khối phần tử biểu diễn áp suất buồng xi lanh hành trình Matlab Simulink 51 Hình Sơ đồ khối phần tử biểu diễn áp suất buồng xi lanh hành trình Matlab Simulink 52 Hình 4 Sơ đồ khối biểu diễn khoảng dịch chuyển piston hành trình di 53 Hình Sơ đồ khối biểu diễn khoảng dịch chuyển piston hành trình di 54 Hình Sơ đồ khối biểu diễn lưu lượng 55 Hình Sơ đồ khối hệ thống truyền động khí nén có rò rỉ phần mềm Amesim 56 Hình Đồ thị biểu diễn xi lanh 58 Hình Đồ thị biểu diễn xi lanh vào 60 Hình 10 ĐỒ thị ắp suất bên buồng xi lanh 62 pb * Ab - pa * Aa - FL - FSf = (ML + Mp)x fb *Ab-Pa*A(TFL- Fcf - X = Q X ị C X =5É vf* = (ML + Mp)x Hình 4.4 Sơ đồ khối biểu diễn khoảng dịch chuyển piston hành trình di 53 Hình 4.5 Sơ đồ khối biểu diễn khoảng dịch chuyển piston hành trình dỉ Phương trình lưu lượng qua van để thiết kế hành trình piston sau: Với hành trình ta có p2 = pa = í °’2_67 * _ n^íấ0v (0.35 *?1 + 0,175 *pa nếuPa>Q (4.11) v7 Phương trình lưu lượng qua van để thiết kế hành trình piston sau: Với hành trình piston ta có p2 = Pb v ( 0,267 * Pl nẽu ph < 10.35 * ?! + 0,175 * pb Pb > v} 54 4.1.2 Thiết kế hệ thống truyền động khí nén có rò rỉ phần mềm Amesỉm Do điều kiện khơng cho phép nên mơ hình thực tế thiết kế mô phần mềm Amesỉm với điều kiện hoạt động mô hình tốn chuẩn Mơ hình Amesim thiết kế hình bên 55 Hình 4.7 Stf đồ khái hệ thống truyền động khí nén có rò rỉ phần mềm Amesim 56 4.2 Kết mô 4.2.1 Kết mơ chu kì mơ hình hệ thống truyền động khí nén khơng rò rỉ phần mềm Matlab Simulink Sau chạy phần mềm Matlab Simulink ta có kết hành trình piston sau 57 ■ tủ Tni