Master's Thesis

Design of automatic test equipment for poppet valves

Final Thesis 2.09 MB Appendix 5.01 MB

Author of thesis: Ing. Marek Kousal

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zdeněk Tůma, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr.

Abstract:

This master's thesis focuses on the comprehensive mechanical design of an automatic test equipment intended for diagnostics and parameter measurement of the 95000 series poppet valves. The primary objective of the thesis is to design a single-purpose workstation enabling serial external and internal leakage tests and the precise determination of flow characteristics in accordance with the international standard ISO 6358-1. The theoretical part of the thesis is focused on research in the field of poppet valve design and the analysis of physical principles of compressible fluid flow. The practical part describes the specific mechanical design of the station in detail, which includes the design of a supporting frame made of aluminium profiles, the selection of pneumatic actuators, and sensory instrumentation for sensing mass flow, pressure, and temperature. The design includes structural verification of the main anchor plate stiffness. The output of the thesis is a comprehensive technical design of the device, which enables automated data collection for the calculation of sonic conductance and critical pressure ratio. The thesis is supplemented by a methodology of measurement cycles and an economic evaluation of the implementation costs of the station.

Keywords:

Poppet valve, automatic test equipment, single-purpose station, sonic conductance, critical pressure ratio, ISO 6358, leakage test, finite element method

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Prezentace: - Zadání a cíle práce - Rešerše a zhodnocení současného stavu - Testovací obvod - Konstrukční návrh - Rám - Úprava vzduchu - Ovládací prvky - Měřící senzory - Měřící kostky - Pohybové prvky - Senzorika - Ekonomické zhodnocení - Závěr Student seznámil členy komise s výsledky své práce a odpověděl na otázky oponenta. Otázky členů komise: - Jak dlouho cyklus testování na navrženém zařízení trvá? Zodpovězeno. - Jaký je takt výroby ventilu? Zodpovězeno. - Jak obsluha testovacího zařízení probíhá a lze obsluha nahradit robotem? Zodpovězeno. - Řešil jste i řízení testovací stanice a jaké hodnoty z měření byste zaznamenával? Zodpovězeno. - Bude se navržené testovací zařízení vyrábět? Zodpovězeno. - Jak moc je testovací zařízení flexibilní z hlediska testovaných komponent a co by se muselo udělat pro zajištění flexibility? Zodpovězeno. - Proč nemáte v ekonomickém zhodnocení zahrnutou práci návrhu a montáže? Zodpovězeno. - Jaké prvky se budou opotřebovávat a je nutné je měnit? Zodpovězeno. - Co je míněno elektronikou v ekonomickém zhodnocení? Zodpovězeno. - Jak je kvantifikován požadavek na čistotu? Zodpovězeno. Student bez problémů odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Production Machines, Systems and Robotics

Study programme

Production Machines, Systems and Robots (N-VSR-P)

Composition of Committee

Ing. Tomáš Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vetiška, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Vlček (člen)
doc. Ing., Dipl.-Ing Michal Holub, Ph.D., FEng. (předseda)
Ing. Rostislav Huzlík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Kolář, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Zdeněk Tůma, Ph.D.

Cílem diplomové práce byl konstrukční návrh zařízení pro testování pneumatických ventilů určených pro rozvod kapalin a plynů až do tlaku 20 Bar, což komplikoval výběr komponent pro testovací okruh. Zařízení vycházelo z již funkčního ručního testu, který je umístěn ve firmě IMI International s.r.o. Autor práce se problému zhostil velice důsledně a bylo patrno, že již má praxi v návrhu strojních zařízení. Cíle práce byly splněny a práci proto doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr.

K oponování předložená DP, měla dle zadání splnit předem vytýčené cíle, a to rešerši a zhodnocení současného stavu, systémový rozbor řešené problematiky, vlastní konstrukční návrh, ekonomické zhodnocení nově navrhovaného řešení a nezbytný závěr a doporučení pro praxi.

Lze konstatovat, že cíle zadání byly splněny.

Byl vypracován konstrukční návrh automatického testovacího zařízení určeného pro diagnostiku a měření parametrů sedlových ventilů řady 95000. V reálu se jedná o návrh jednoúčelového pracoviště, umožňujícího provádět sériové zkoušky vnější i vnitřní těsnosti a přesné stanovení průtokových charakteristik v souladu s mezinárodní normou ISO 6358-1. Teoretická část práce je zaměřena na rešerši v oblasti konstrukce sedlových ventilů a analýzu fyzikálních principů proudění stlačitelných plynů. Praktická část detailně popisuje vlastní konstrukční řešení stanice, které zahrnuje návrh nosného rámu z hliníkových profilů, výběr pneumatických akčních členů a senzorické instrumentace pro snímání hmotnostního průtoku, tlaku a teploty. Součástí návrhu je pevnostní ověření tuhosti hlavní kotevní desky. Výsledkem DP je ucelený technický návrh zařízení, které umožňuje automatizovaný sběr dat pro výpočet sonické vodivosti a kritického tlakového poměru. Práce je doplněna o metodiku měřicích cyklů a ekonomické zhodnocení nákladů na realizaci stanice. 

DP se vyznačuje hutností textu, bez uvádění zbytečného balastu a v podstatě je svým způsobem ojedinělá v rámci studijního programu VSR na ÚVSSR. Již popsaná motivace je názorným příkladem, jak se zhostit splnění zadání tak, že lze řešit i ty velmi složité technické problémy nabytými znalostmi, vědomostmi a pomocí logického úsudku, trpělivosti a důslednosti v detailech.

Z formálního a obsahového hlediska nemám k DP připomínek. DP je psána velmi poutavým stylem bez překlepů v přísně logickém sledu kapitol a jejich obsahu. Rovněž nemám připomínky k předložené výkresové dokumentaci. 
Použité zdroje jsou vhodně citovány. Kontrolou DP programem Theses pak vyplývá velmi nízké procento shodnosti, které je 3,5, což svědčí o významné původnosti DP.

DP doporučuji k obhajobě a během SZZ je nutné odpovědět na níže položené otázky:
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Je možné stručně popsat činnost obsluhy testovací stanice z hlediska bezpečnosti práce?
  2. Jakým způsobem lze zajistit pravidelnou rekalibraci hmotnostního průtokoměru a tlakových snímačů v doporučených intervalech a to z hlediska zachování přesnosti stanovení parametrů sonické vodivosti a kritického tlakového poměru?
  3. Jakým způsobem je zajištěna čistota všech vnitřních prostor v okolí zkušební stanice, aby nedošlo ke kontaminaci měřených vzorků nebo poškození citlivé senzoriky jemnými nečistotami?
  4. Jak lze minimalizovat rizika spojená s náhlou dekompresí nebo nekontrolovaným pohybem upínacího válce během manuální regulace průtoku stlačeného vzduchu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová