Suorakäyttöhydraulisen minikaivinkoneen energiankulutus
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
2021-06-14
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
fi
Pages
50
Series
Abstract
Työkoneiden energiankulutuksen vähentäminen on nykyisin eräs tärkeimmistä koneiden tuotekehityksen päämääristä. Fossiilisten polttoaineiden kulutuksen ja päästöjen vähentämisen mahdollisuudet ovat rajallisia pelkästään moottoritekniikkaa kehittämällä. Myös koneiden voimasiirtoratkaisujen hyötysuhdetta on saatava parannettua. Sähkökäyttöiset ja akusta voimansa saavat työkoneet ovat yleistymässä ja erityisesti niissä koneen energiankulutuksella on iso merkitys saavutettavalle työskentelyajalle sekä akun koolle. Tässä tutkimuksessa vertailtiin uutta tekniikkaa edustavan suorakäyttöisen hydraulijärjestelmän energiankulutusta perinteiseen venttiiliohjattuun hydraulijärjestelmään minikaivinkonekäytössä. Kaivinkoneen puomiston kolme hydraulisylinteriä on muutettu suorakäyttöhydraulisiksi, jolloin jokaisella sylinterillä on oma sähkökäyttöinen hydraulipumppu. Ratkaisussa ei tarvita perinteisiä kuristavia hydrauliventtiileitä sylinterien liikkeen ohjaukseen, vaan ohjaus tapahtuu pelkästään pumpun nopeutta ja pyörimissuuntaa muuttamalla. Suorakäyttöhydraulisen ja tavanomaisen venttiiliohjatun hydraulijärjestelmän energiankulutusta vertailtiin tekemällä koneella standardoituja tasoitus- ja kaivuuliikkeitä. Liikkeet ohjattiin tietokoneella, mikä mahdollisti samanlaisena toistuvat liikesarjat eri mittausten välillä. Kulutusmittaukset tehtiin sekä perinteisen hydraulijärjestelmän mahdollistamalla suurimmalla liikenopeudella, että alennetulla liikenopeudella, jolloin työskentelyn intensiteetin vaikutukset energiankulutukseen pystyttiin toteamaan. Suorakäyttöhydraulijärjestelmä kulutti sähköenergiaa työtehtävästä ja työskentelynopeudesta riippuen 33-57 prosenttia vähemmän kuin perinteinen hydraulijärjestelmä. Koska suorakäyttöhydrauliikassa energiahäviöt jäävät pienemmiksi ja koneen energiankulutus laskee merkittävästi, mahdollistetaan uudella hydraulijärjestelmällä esimerkiksi akkukäyttöisten koneiden pidemmät toiminta-ajat tai vastaavasti pienemmän akun käyttö. Suorakäyttöhydraulijärjestelmä mahdollistaa myös koneen kokonaistehon kasvattamisen samalla, kun energiankulutus pienenee, mikä parantaa koneen työtehoa.Reducing the energy consumption of mobile machinery is one of the most important goals in machine product development today. The potential for reducing fossil fuel consumption and emissions is limited by the development of engine technology alone. The efficiency of machine power transmission solutions must also be improved. Electric and battery-powered machines are becoming more common, and especially the energy consumption of the machine is of great importance for the achievable working time and the size of the battery. In the present study, the energy consumption of direct driven hydraulic system was compared to a traditional valve-controlled hydraulic system in mini excavator application. The three hydraulic cylinders of the excavator boom have been converted to direct driven hydraulics, so that each cylinder has its own electric hydraulic pump. Movements of the cylinders are controlled only by changing the speed and direction of rotation of the pump. The solution does not involve conventional throttling in hydraulic valves to control the cylinder speed and force. The energy consumption of hydraulic systems was compared by executing standardized leveling and digging movements with the machine, using both a direct-acting hydraulic system and a conventional valve-controlled system. The movements were controlled by a computer, which allowed similarly repetitive series of movements between different measurements. Consumption measurements were made both at the maximum speed allowed by the conventional hydraulic system and at a reduced speed, so that the effects of the intensity of work on energy consumption could be determined. The direct-drive hydraulic system consumed 33-57 percent less electrical energy than the traditional hydraulic system, depending on the job and the working speed. Since the energy losses in direct drive hydraulics are lower and the energy consumption of the machine is significantly reduced, the new hydraulic system enables longer operating times for battery-powered machines or the use of a smaller battery, respectively. The direct-drive hydraulic system also makes it possible to increase the overall power of the machine while reducing energy consumption, which improves the machine's work efficiency.Description
Supervisor
Kuosmanen, PetriThesis advisor
Calonius, OlofKajaste, Jyrki
Keywords
suorakäyttöhydrauliikka, kaivinkone, energiankulutus, kaivusykli