Pyörimisnopeusohjatun hydraulipumpun soveltuvuus tela-alustaisiin kivenmurskaimiin

Abstract

Pakokaasu- ja hiukkaspäästövaatimukset kiristyvät kiihtyvään tahtiin, eikä dieselteknologialla todennäköisesti voida täyttää näitä vaatimuksia tulevaisuudessa. Ratkaisuksi ehdotetaan usein dieselmoottoreiden korvaamista sähkökäytöillä, joihin liittyy tela-alustaisen kivenmurskaimien tilanteessa useita ongelmia. Yksi näistä on lineaaristen liikkeiden toteuttaminen, sillä sähkömekaaniset sylinterit eivät näytä soveltuvan tela-alustaisiin kivenmurskaimiin niiden kalliin hinnan ja huonon sovelluskohtaisen olosuhteiden kestävyyden takia. Nykyisin tutkittavassa tuotteessa lähes kaikki toiminnot on toteutettu säätötilavuuspumppuja käyttävällä hydraulijärjestelmällä, joka nähdään liian kalliina ja monimutkaisena ratkaisuna jätettäväksi käyttöön pelkille lineaarisille toiminnoille.

Tässä työssä tutkitaan lineaaristen liikkeiden toteuttamista nopeusohjattua hydraulipumppua käyttävällä hydraulijärjestelmällä. Työ jakaantuu kahteen osaan sen lähtökohtien esittämisen jälkeen. Kirjallisuustutkimusosassa käytetään pääsääntöisesti oppikirjatietoa, mutta myös aihealueen tieteellisiä julkaisuja sekä kaupallisten nopeusohjattujen pumppujen tuoteselosteita. Se käy läpi tyypilliset nopeusohjatun pumpun komponentit eri toteutusvaihtoehtoineen sekä pumpun ohjausjärjestelmän toiminnan pääpiirteittäin. Työn soveltavassa osassa taas pohditaan kirjallisuustutkimuksen pohjalta nopeusohjatun pumpun implementointia tuotteeseen. Käsiteltäviä aiheita ovat nopeusohjatun pumpun toteuttamisen järkevyys hyllykomponenteista verrattuna valmiisiin kaupallisiin ratkaisuihin sekä pumpun kannattavat komponenttivalinnat. Tämän jälkeen muodostetaan nopeusohjattua pumppua käyttävän hydraulijärjestelmän toimintaperiaate-ehdotus ja verrataan tätä nykyiseen toteutukseen.

Työ osoittaa, että nopeusohjattua pumppua käyttävän hydraulijärjestelmän implementoinnissa todennäköisesti vaativin vaihe on toteuttaa sähköinen ohjausjärjestelmä, mikä vaatii huomattavasti erilaista osaamista verrattuna säätötilavuuspumppua käyttävän hydraulijärjestelmän suunnitteluun ja käyttöönottoon. Lisäksi työn pohjalta ehdottaan valittavaksi valmis kaupallinen nopeusohjattu pumppu, jos se mahdollistaa halutun säätöperiaatteen käytön ja sen kustannukset eivät eroa huomattavasti hyllykomponenteista muodostettavan ratkaisun kustannuksista. Riippumatta kuitenkin implementoinnin toteutustavasta tähän toimintaperiaate-ehdotukseen kannattaa valita pumpun peruskomponenteiksi ulkoryntöinen hammasrataspumppu ja vaihtovirtaservomoottori sen ohjaimineen johtuen muun muassa kokonaisuuden riittävistä dynaamisista ominaisuuksista ja mahdollisuudesta toteuttaa työssä ehdotettu toimintaperiaate.

Lisäksi siirtyminen esitettyyn toimintaperiaate-ehdotukseen näyttää kannattavalta verrattuna nykyiseen toteutukseen myös muun muassa energiatehokkuuden, järjestelmän yksinkertaistumisen ja moduloitavuuden kannalta. Suurin syy tähän on sähköinen ohjausjärjestelmä, joka mahdollistaa monipuolisemmat ja painelinjan kuristuksista riippumattomat säätömahdollisuudet. Lisäksi tuotekohtainen ohjaus voidaan toteuttaa ohjausalgoritmiin mekaanisen toteutuksen sijaan, mikä mahdollistaa esimerkiksi asetusarvojen muuttamisen koskematta järjestelmän komponentteihin. Nopeusohjatun pumpun ohjausjärjestelmä voidaan tarvittaessa myös kytkeä paremmin osaksi muuta automaatiojärjestelmää, mikä mahdollistaa lisää toiminallisuuksia, joihin nykyinen järjestelmä ei ole kyennyt.