Sähköhydraulisten toimilaitteiden vaikutus pyöräkuormaajan energiankulutukseen

Abstract

Työkoneiden energiankulutuksen vähentämiseksi on tehty viimevuosina merkittäviä panostuksia, sillä näin voidaan vaikuttaa suoraan koneen käyttökustannuksiin ja päästöihin. Tämä on nähtävissä esimerkiksi työkoneiden sähköistymisen tason kasvuna, mutta sähköistyminen on tähän mennessä rajoittunut pääosin ajovoimansiirtojärjestelmiin hydraulijärjestelmien pysyessä samankaltaisina tavanomaisten työkoneisiin verrattuna. Tavanomainen keskitetty hydraulijärjestelmä ei hyödynnäkään kaikkia sähköisen tehonsiirron ja -tuoton etuja energiankulutuksen vähentämisen näkökulmasta. Tässä työssä tarkastellaan sähköhydraulisten toimilaitteiden käyttämisen vaikutusta pyöräkuormaajan energiankulutukseen. Työ on kaksiosainen ja työn alussa tarkastellaan pyöräkuormaajien tehonsiirtojärjestelmiä keskittyen erityisesti työhydrauliikan energiankulutuksen teoreettiseen taustaan. Työn toisessa vertaillaan tavanomaisella kuormantuntevalla hydraulijärjestelmällä toteutetun ja itsenäisillä sähköhydraulisilla toimilaitteilla toteutetun hydraulijärjestelmän energiankulutusta kompaktissa sähköisessä pyöräkuormaajassa. Vertailu on toteutettu käyttäen pyöräkuormaajan simulaatiomallia, johon on liitetty toimilaitteiden dynaamiset mallit. Tutkimuksessa selvitettiin vertailtujen hydraulijärjestelmien sekä ajovoimansiirron energiankulutus pyöräkuormaajalle tyypillisen lastaussyklin aikana. Lisäksi tutkimuksessa analysoitiin tehohäviöiden syntytapaa sekä luokitellaan tehohäviöiden synty komponenteittain molemmissa hydraulijärjestelmissä. Vertailun tuloksista on nähtävissä, että hydraulijärjestelmän rakenteen muuttamisella työhydrauliikan käyttämä energiankulutus on puolitettavissa, mikä johtuu pääasiallisesti sähköhydraulisten toimilaitteiden proportionaaliventtiilittömästä rakenteesta sekä kuormantuntevan järjestelmän vakionopeuksisen hydraulipumpun tyhjäkäyntihäviöistä. Tutkimuksessa käytetylle työsyklille ja pyöräkuormaajalle hydraulijärjestelmän energiankulutuksen puolittuminen tarkoittaa noin 7 % alempaa kokonaisenergiankulutusta syklin aikana.