Development of thermal network model for forklift hydraulic system

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2024-05-20

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

en

Pages

91

Series

Abstract

Reducing energy consumption of mobile machines has positive environmental impact. However, this has led to hydraulic power being produced by relatively small components with high power density, resulting as higher thermal load to the hydraulic oil. The appropriate operating temperature of the hydraulic oil is important for the proper functioning of the system. In forklifts, excessive heating of the hydraulic oil may become a problem, because they utilize compact hydraulic components which produce high power, the oil flow is throttled during the load handling, and the system components are typically located in restricted space inside the forklift, with no proper ventilation. In this study, passive heat dissipation performance of the hydraulic system of an electric counterbalance forklift was analysed. In addition, heat management of the hydraulic system is discussed, and ways to improve heat dissipation with relatively small design solutions examined. During the study, a calculation model for determining heat dissipation performance of a forklift hydraulic system was developed, based on a thermal resistance network. The calculation model is intended to be used in the thermal design of the hydraulic system; it can be used to study how different design changes affect to heat dissipation from the system. In addition, based on this study, a guide was compiled for machine designers to be used as support material when designing hydraulic systems.

Työkoneiden energiankulutuksen pienentämisellä on positiivinen ympäristövaikutus. Tämä on kuitenkin johtanut siihen, että tarvittava hydrauliteho tuotetaan yhä pienemmillä suuren tehotiheyden omaavilla komponenteilla, joka lisää hydrauliöljyyn kohdistuvaa lämpökuormaa. Hydrauliöljyn tarkoituksenmukainen käyttölämpötila on tärkeää järjestelmän oikeanlaisen toiminnan kannalta. Trukeissa öljyn liiallinen lämpeneminen saattaa muodostua ongelmaksi, koska niissä käytetään kompakteja suuren tehon tuottavia komponentteja, virtausta kuristetaan kuorman-hallinnan yhteydessä, sekä järjestelmän komponentit on tyypillisesti sijoitettu suhteellisen ahtaaseen tilaan trukin sisälle, ilman kunnollista ilmanvaihtoa. Tässä työssä tarkastellaan sähköisen vastapainotrukin hydraulijärjestelmän passiivisen lämmönpoiston suorituskykyä. Lisäksi keskustellaan järjestelmän lämmönhallinnan osalta keskeisistä asioista, ja tarkastellaan, miten lämmönpoistoa järjestelmästä voidaan tehostaa suhteellisen pienillä suunnitteluratkaisuilla. Tutkimuksen aikana luotiin lämpöresistanssiverkostoon perustuva laskentamalli vastapainotrukin hydraulijärjestelmästä sen lämmönpoistokyvyn määrittämiseksi. Laskentamalli on tarkoitettu käytettäväksi hydraulijärjestelmän termiseen mitoitukseen, ja sen avulla voidaan selvittää mikä vaikutus eri suunnitteluratkaisuilla on järjestelmän lämmönpoistokykyyn. Lisäksi tämän tutkimuksen pohjalta koostettiin opas konesuunnittelijoille käytettäväksi hydraulijärjestelmän suunnittelun yhteydessä.

Description

Supervisor

Vepsäläinen, Jari

Thesis advisor

Puolatie, Eero

Keywords

thermal resistance network, heat transfer, heat dissipation, hydraulic fluids

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202405263786

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG