Design and implementation of ultrasound based lubrication film measurement in a fluid power motor
Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)
- Jens Rendbæk
- Lasse Almind Jensen
4. semester, Elektromekanisk Systemdesign, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Denne afhandling omhandler hvordan det er muligt at designe, konstruere og montere ultralyds sensorer i en Calzoni hydraulik motor, med det formål at kunne beregne tykkelserne af forskelige oliefilm. Der undersøges hvilke metoder der vha. ultralyd kan bruges til at beregne tykkelser af forskelige oliefilm.
En 3D model af den hydrauliske motor er udarbejdet i Solid Works med det formål at kunne vurdere, hvor meget plads der er til montering af ultralyds sensorer, samt bevægelsen heraf ved udvalgte positioner. I alt er det fundet relevant at betragte tre forskellige positioner ved den teleskopiske cylinder. Der er udarbejdet en række specifikationer for sensorer ved de valgte positioner, på baggrund af teorien bag en bølges udbredelse og de geometriske forhold fra 3D modellen.
Ud fra en række løsningsforslag blev der udvalgt en enkelt løsning til at montere ultralyds sensoren udvendigt på cylinderen. Denne løsning gik ud på at lime sensoren på cylinderens side, hvorefter en epoxy støbning blev lavet til at dække både sensor og et stykke af ledningen.
Der er foretaget undersøgelser af adskillige metoder til at estimere tykkelsen af en oliefilm, hvor arbejdsområdet for spring metoden, direct metoden, resonans metoden og kryds-korrelering metoden er fundet. For at kunne estimere refleksions koefficienten ud fra eksperimentelle data ved tre lag bestående af stål, olie og stål bruges Emperical Transfer Function Estimate (ETFE). Nøjagtigheden af denne er undersøgt og tilstedeværelsen af resonans i oliefilmen har vist sig at medføre fejlagtige estimeringer.
Metodernes robustheden overfor støj er også undersøgt, hvor det har vist sig at metoderne er robuste ned til et signal til støj forhold på 40dB.
En lineær regressions model er også vist at kunne estimere den indfaldende bølge fra refleksioner af oliefilmen ved brug af Least Square Estimation (LSE). Nøjagtigheden af estimering ved brug af method ses forringet ved tilstedeværelsen af resonans i de reflekterede bølger der anvendes i estimationen af den indfaldende bølge.
En test opstilling er lavet hvor hovedkomponenterne er den hydrauliske motor, samt hydrauliske komponenter til at måle og variere flow og tryk. Det bruges yderligere et UT instrument fra Olympus til at excitere og opfange pulser fra sensoren. Ved brug af denne opstilling er det muligt at opnå en række målinger for tykkelser på oliefilmen ved udførsel af forsøg ved en konstant hastighed på motoren. Ud fra dette kan det observeres hvilken opførsel oliefilmen har under motor operation.
En 3D model af den hydrauliske motor er udarbejdet i Solid Works med det formål at kunne vurdere, hvor meget plads der er til montering af ultralyds sensorer, samt bevægelsen heraf ved udvalgte positioner. I alt er det fundet relevant at betragte tre forskellige positioner ved den teleskopiske cylinder. Der er udarbejdet en række specifikationer for sensorer ved de valgte positioner, på baggrund af teorien bag en bølges udbredelse og de geometriske forhold fra 3D modellen.
Ud fra en række løsningsforslag blev der udvalgt en enkelt løsning til at montere ultralyds sensoren udvendigt på cylinderen. Denne løsning gik ud på at lime sensoren på cylinderens side, hvorefter en epoxy støbning blev lavet til at dække både sensor og et stykke af ledningen.
Der er foretaget undersøgelser af adskillige metoder til at estimere tykkelsen af en oliefilm, hvor arbejdsområdet for spring metoden, direct metoden, resonans metoden og kryds-korrelering metoden er fundet. For at kunne estimere refleksions koefficienten ud fra eksperimentelle data ved tre lag bestående af stål, olie og stål bruges Emperical Transfer Function Estimate (ETFE). Nøjagtigheden af denne er undersøgt og tilstedeværelsen af resonans i oliefilmen har vist sig at medføre fejlagtige estimeringer.
Metodernes robustheden overfor støj er også undersøgt, hvor det har vist sig at metoderne er robuste ned til et signal til støj forhold på 40dB.
En lineær regressions model er også vist at kunne estimere den indfaldende bølge fra refleksioner af oliefilmen ved brug af Least Square Estimation (LSE). Nøjagtigheden af estimering ved brug af method ses forringet ved tilstedeværelsen af resonans i de reflekterede bølger der anvendes i estimationen af den indfaldende bølge.
En test opstilling er lavet hvor hovedkomponenterne er den hydrauliske motor, samt hydrauliske komponenter til at måle og variere flow og tryk. Det bruges yderligere et UT instrument fra Olympus til at excitere og opfange pulser fra sensoren. Ved brug af denne opstilling er det muligt at opnå en række målinger for tykkelser på oliefilmen ved udførsel af forsøg ved en konstant hastighed på motoren. Ud fra dette kan det observeres hvilken opførsel oliefilmen har under motor operation.
Sprog | Engelsk |
---|---|
Udgivelsesdato | 8 jun. 2017 |
Antal sider | 107 |