Nostettavan potkurilaitteen nostohydraulijärjestelmän simulointi

Abstract

Tässä diplomityössä luodaan nostettavan kääntöpotkurin nostohydrauliikan simulointimalli. Tällaisen potkurilaitteen oleellisin tarkoitus on se, että laite voidaan nostaa laivan rungon sisään silloin, kun sen tuottamaan työntövoimaa ei tarvita. Tutkimuksen kohteena on tarkalleen Kongsbergin UL/ULE-sarjan nostettavien potkurilaitteiden nostohydraulijärjestelmä. Nostojärjestelmä sisältää itse nostohydrauliikan lisäksi myös muita osia, mutta mallinnuksessa keskitytään pelkästään nostohydrauliikkaan. Työn varsinaisena tavoitteena on luoda tutkittavasta nostohydrauliikasta simulointimalli, jota voidaan käyttää järjestelmän toiminnan analysointiin ja mahdolliseen jatkokehitykseen.

Työn alussa esitellään taustatietona lyhyesti nostettavien potkurilaitteiden toiminta ja käyttökohteet, minkä jälkeen käsitellään tutkittavan nostojärjestelmän rakenne, toiminta ja käyttötapaukset. Seuraavaksi kirjallisuuskatsauksen avulla esitellään hydraulijärjestelmän simuloinnin ja mallin validoinnin periaatteet sekä tutkittavan järjestelmän mallinnuksessa tarvittava matemaattinen teoria. Teoriaosuuden jälkeen siirrytään itse simulointimallin luomiseen, mikä luotiin tässä työssä Simulink-ohjelmiston avulla. Järjestelmän mallinnuksessa esitellään ensin teorian pohjalta luotujen yksittäisten komponenttien mallit, mitkä lopuksi kootaan koko nostohydrauliikan malliksi. Mallin luomisen yhteydessä esitetään myös sen parametrisoinnin periaatteet, missä keskitytään ei-triviaalien parametrien määritykseen ja lämpötilan vaikutuksen huomiointiin.

Nostohydrauliikan simulointimallin luomisen jälkeen siirryttiin mallin validointiin, jossa mallin antamia tuloksia verrattiin todellisen järjestelmän koeajosta saatuihin mittaustuloksiin. Validoinnissa voitiin todeta, että malli vastaa todellisuutta melko hyvin ainakin koeajon olosuhteissa, mutta täysin kokonaan mallia ei voitu validoida suppeiden mittaustulosten takia ja lämpötilan vaikutusta ei voitu valitettavasti validoida ollenkaan. Mallin validoinnin jälkeen sen avulla tutkittiin nostohydrauliikan toimintaa, mistä tärkeimpinä havaintoina voidaan pitää nostosylinterien hyvää hyötysuhdetta, joka on noin 95 %, nostojärjestelmän yleisesti melko hyvää hyötysuhdetta ja lämpötilan suurta vaikutusta potkurilaitteen laskuaikaan.

Lopuksi pohdittiin vielä simulointimallin jatkokehitystä ja käyttökohteita. Yhtenä oleellisimpana asiana esille nousi se, että nostojärjestelmästä tulisi kerätä tarkempaa dataa, jotta malli voitaisiin validoida paremmin ja lämpötilan vaikutuksen huomioinnin oikeellisuus varmistaa. Myös itse mallia voitaisiin parantaa suunnittelemalla nostosylinterien malliin parempi päätytörmäysmalli. Yksi mahdollinen käyttökohde simulointimallille on nostosylinterien päätyvaimennuksen suunnittelu ja se on luodun mallin avulla mahdollista muokkaamalla nostosylinterien mallia.