Development of an energy-efficient electronic load-sensing system
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Mechatronics
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
77
Series
Abstract
Hydraulic systems are widely used in non-road mobile machines (NRMM) due to their capability to produce high forces and transmit high powers relative to their size. They are, however plagued by low energy efficiencies, which is an environmental concern. With the rise of electrification and the growing eco-consciousness in legislation, more energy efficient hydraulic systems are needed in NRMMs and elsewhere. Load-sensing hydraulics have been widely used in NRMMs since the late 1980s, and are still considered state-of-the-art in industry. While a significant improvement on earlier open-loop systems, there is still much room for improvement in terms of energy efficiency. Novel system architectures, such as direct-driven hydraulics (electro-hydraulic actuators) have been shown to provide superior efficiency, but they have so far been economically unfeasible. This thesis develops a test rig to evaluate the energy efficiency of the bucket hydraulics of a load-haul-dump (LHD) machine equipped with an electronic load-sensing hydraulic system. The resulting test apparatus serves as a state-of-the-art benchmark for novel concepts. This thesis details how such a test rig should be realized in order to ensure faithful emulation of the machine in terms of the powers and energy balances involved. A set of guidelines for designing a full-scale NRMM linear motion test apparatus is formulated.Hydraulijärjestelmiä käytetään laajalti liikkuvissa työkoneissa niiden kompaktin koon sekä verraten suuren voimantuottokyvyn ja tehonsiirtokyvyn ansiosta. Niiden energiatehokkuus on kuitenkin heikko, mikä esittää haasteen ympäristöystävällisyyden kannalta. Lisääntyvän sähköistymisen sekä lainsäädännön ympäristötietoisuuden myötä tarvitaan energiatehokkaampia hydraulijärjestelmiä niin liikkuvissa työkoneissakuin muuallakin. Kuormantuntevia hydraulijärjestelmiä on käytetty laajalti liikkuvissa työkoneissa 1980-luvun lopulta lähtien ja ne edustavat yhä tekniikan tasoa teollisuudessa. Vaikka kuormantuntevat järjestelmät ovat merkittävä parannus aikaisempiin avoimen kierron hydraulijärjestelmiin verrattuna, niiden energiatehokkuudessa on yhä parantamisen varaa. Uusien järjestelmäkonseptien, kuten suorakäyttöhydrauliikan, on osoitettu olevan huomattavasti energiatehokkaampia, mutta ne ovat toistaiseksi osoittautuneet taloudellisesti epäsuotuisiksi. Tässä tutkimuksessa kehitettiin täysikokoinen koejärjestelmä kaivoslastarin sähköisen kuormantuntevan kauhahydrauliikan energiatehokkuuden määrittämiseksi. Kehitetty koejärjestelmä toimii tekniikan tasoa edustavana vertailukohtana uusia konsepteja varten. Tämä tutkimus selostaa, miten tämänlainen koejärjestelmä tulee toteuttaa, jotta työkoneen käyttäytyminen toisinnetaan todenmukaisesti tehojen ja energiatasapainojen kannalta. Joukko ohjeita täysikokoisen koejärjestelmän kehittämiseksi liikkuvissa työkoneissa käytettävien lineaaristen toimilaitteiden energiatehokkuuden määrittämiseksi laadittiin.Description
Supervisor
Vepsäläinen, JariThesis advisor
Calonius, OlofLehto, Juho
Keywords
load-haul-dump, non-road mobile machinery, energy-efficient hydraulics, electric working machinery, test bench