Diesellastauskoneiden voimansiirron simulointi
Tamminen, Jussi (2022)
2022
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204193295
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204193295
Tiivistelmä
Lastauskoneiden halutun suorituskyvyn takaamiseksi sen oikeanlainen toiminta on tärkeää. Tällöin sitä voidaan käyttää mahdollisimman turvallisesti riskialttiissa maanalaisissa kaivosympäristöissä.
Tässä kandidaatintyössä suunnitellaan Sandvikin maanalaisen lastauskoneen LH410:n voimalinjan simulointimalli graafisessa Simulink-ohjelmointiympäristössä, ja suoritetaan sen avulla simuloinnit kolmelle erilaiselle voimansiirron tilanteelle. Voimalinjalla tarkoitetaan tämän työn kontekstissa dieselmoottorin, momentinmuuntimen ja 4-portaisen automaattivaihteiston muodostamaa kokonaisuutta. Simulointituloksista pyritään ymmärtämään voimalinjan dynamiikkaa ja sen käyttäytymistä erilaisissa voimansiirron tilanteissa. Lisäksi selvitetään, onko rakennettavan simulointimallin avulla mahdollista tehostaa ja optimoida lastauskoneen ohjausjärjestelmää.
Työ sisältää lastauskoneen fysikaalisen rakenteen läpikäymisen ja lyhyen katsauksen säätöpiirien perusperiaatteisiin, joiden pohjalta rakennetaan lastauskoneen voimalinjaa kuvaava yksinkertainen simulointimalli. Ensimmäisessä voimansiirron simulointitilanteessa tarkastellaan järjestelmän ulostulojen arvoja neljällä eri vaihteella ajettaessa tilanteessa, jossa lastauskone ajaa kaivoksen ramppia alaspäin moottorilla jarruttaen. Sen jälkeen suoritetaan samat simuloinnit tilanteelle, jossa lastauskone ajaa kaivoksen ramppia ylöspäin ja viimeisenä tilanteelle, jossa lastauskone ajaa tasaisessa maastossa automaattitilassa. Simulointien tuloksina saadaan se vääntömomentti, joka lastauskoneen moottorilta vaaditaan sen liikuttamiseen jokaisessa voimansiirron tilanteessa.
Työssä kehitetyllä simulointimallilla suoritetut simuloinnit onnistuivat voimansiirron tilanteille ylä- ja alamäkiajoihin tavoitteiden mukaisesti, ja niiden tuloksiin voidaan olla tyytyväisiä. Kolmannen tilanteen simuloinnit eivät puolestaan onnistuneet alkuperäisen tavoitteen mukaisesti. Työssä käytetty simulointimalli ei ollut tilanteelle suotuisa, sillä se ei huomioinut lastauskoneen dynamiikkaa riittävällä tarkkuudella. Lastauskoneen ohjausjärjestelmän tehostaminen ja optimointi ei myöskään onnistunut suunnitellun simulointimallin avulla, koska lastauskoneen fysikaalinen mallirakenne ei ole tarpeeksi tarkka. Suunniteltu simulointimalli sopii kuitenkin hyvin lastauskoneiden älykkäiden ohjausjärjestelmien jatkokehityksiä varten.
Tässä kandidaatintyössä suunnitellaan Sandvikin maanalaisen lastauskoneen LH410:n voimalinjan simulointimalli graafisessa Simulink-ohjelmointiympäristössä, ja suoritetaan sen avulla simuloinnit kolmelle erilaiselle voimansiirron tilanteelle. Voimalinjalla tarkoitetaan tämän työn kontekstissa dieselmoottorin, momentinmuuntimen ja 4-portaisen automaattivaihteiston muodostamaa kokonaisuutta. Simulointituloksista pyritään ymmärtämään voimalinjan dynamiikkaa ja sen käyttäytymistä erilaisissa voimansiirron tilanteissa. Lisäksi selvitetään, onko rakennettavan simulointimallin avulla mahdollista tehostaa ja optimoida lastauskoneen ohjausjärjestelmää.
Työ sisältää lastauskoneen fysikaalisen rakenteen läpikäymisen ja lyhyen katsauksen säätöpiirien perusperiaatteisiin, joiden pohjalta rakennetaan lastauskoneen voimalinjaa kuvaava yksinkertainen simulointimalli. Ensimmäisessä voimansiirron simulointitilanteessa tarkastellaan järjestelmän ulostulojen arvoja neljällä eri vaihteella ajettaessa tilanteessa, jossa lastauskone ajaa kaivoksen ramppia alaspäin moottorilla jarruttaen. Sen jälkeen suoritetaan samat simuloinnit tilanteelle, jossa lastauskone ajaa kaivoksen ramppia ylöspäin ja viimeisenä tilanteelle, jossa lastauskone ajaa tasaisessa maastossa automaattitilassa. Simulointien tuloksina saadaan se vääntömomentti, joka lastauskoneen moottorilta vaaditaan sen liikuttamiseen jokaisessa voimansiirron tilanteessa.
Työssä kehitetyllä simulointimallilla suoritetut simuloinnit onnistuivat voimansiirron tilanteille ylä- ja alamäkiajoihin tavoitteiden mukaisesti, ja niiden tuloksiin voidaan olla tyytyväisiä. Kolmannen tilanteen simuloinnit eivät puolestaan onnistuneet alkuperäisen tavoitteen mukaisesti. Työssä käytetty simulointimalli ei ollut tilanteelle suotuisa, sillä se ei huomioinut lastauskoneen dynamiikkaa riittävällä tarkkuudella. Lastauskoneen ohjausjärjestelmän tehostaminen ja optimointi ei myöskään onnistunut suunnitellun simulointimallin avulla, koska lastauskoneen fysikaalinen mallirakenne ei ole tarpeeksi tarkka. Suunniteltu simulointimalli sopii kuitenkin hyvin lastauskoneiden älykkäiden ohjausjärjestelmien jatkokehityksiä varten.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [9203]