Pyöräkuormaajan energiankulutuksen tutkiminen
Tervonen, Jussi (2014)
2014
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-06-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201406061284
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201406061284
Tiivistelmä
Tampereen teknillisen yliopiston Hydrauliikan ja automatiikan laitoksella on rakennettu M12-prototyyppipyöräkuormaaja, jonka hydraulijärjestelmän toteutuksessa on hyödynnetty hydrostaattisten ajovoimansiirtojen ja digitaalihydrauliikan tutkimustuloksia. Tämän diplomityön tavoitteena on kokeellisesti tutkia M12-koneen energiankulutusta ja verrata sitä vastaavan kaupallisen pyöräkuormaajan energiankulutukseen. Vertailukohdaksi on valittu Vilakone Oy:n Wille 655C monitoimikone, johon myös M12-kone perustuu. Energian- ja polttoaineenkulutuksen vertailu tapahtuu vertailumittausten avulla.
Energiankulutuksen tutkiminen on jaettu kolmeen osa-alueeseen: Ajovoimansiirron, etukuormaimen työhydrauliikan ja kahden edellisen yhtäaikaisen energiankulutuksen tutkimiseen. Ajovoimansiirron osalta tutkitaan siirtoajon aikaista energiankulutusta. Etukuormaimen työhydrauliikan energiankulutusta tutkitaan työliikkeissä, jotka edellyttävät joko yhden tai kahden toimilaitteen aktiivista ohjausta. Ajovoimansiirron ja työhydrauliikan yhtäaikaista energiankulutusta tutkitaan kolmessa pyöräkuormaajalle ominaisessa työsyklissä.
Kerätty mittausdata osoittaa M12-koneen ajovoimansiirron kuluttavan noin neljänneksen vähemmän polttoainetta siirtoajossa. Ero syntyy dieselmoottorin minimoidusta kierrosnopeudesta. M12-koneen ajovoimansiirron ohjauksen todettiin toimivan ei-toivotulla tavalla ajonopeuden lähestyessä nollaa, mikä vaikuttaa merkittävästi ajomukavuuteen.
Digitaalihydraulisen työhydrauliikan energiankulutus nostoliikkeissä ei ole merkittävästi pienempi verrattuna kuormantuntevaan järjestelmään, mutta laskuliikkeessä vapautuvasta energiasta merkittävä osa saadaan syötettyä takaisin dieselmoottorille. Ero polttoaineenkulutuksessa on kuitenkin lähes merkityksetön – ongelmana on työliikkeen edellyttämä suhteellisen pieni teho verrattuna asennettuun moottoritehoon. M12-koneen pumppumoottorin todettiin olevan selvästi ylimitoitettu etukuormaimen suurimpaan sallittuun liikenopeuteen nähden. Lisäksi työhydrauliikan energiankulutusta olisi mahdollista pienentää entisestään kasvattamalla digitaalihydraulisten tilavuusvirransäätöyksiöiden nimellistilavuusvirtaa.
M12-koneen polttoaineenkulutus työsykleissä on noin kolmanneksen tuotantokonetta pienempi. Ero syntyy pääasiassa dieselmoottorin kierrosnopeuden minimoinnista. Hydrauliikan kokonaisenergiankulutuksen kannalta merkittävin tekijä on hydrostaattinen ajovoimansiirto. Ajovoimansiirron apupumpun todettiin kuluttavan huomattavan osan ajovoimansiirron kokonaisenergiasta työsyklien aikana.
Energiankulutuksen tutkiminen on jaettu kolmeen osa-alueeseen: Ajovoimansiirron, etukuormaimen työhydrauliikan ja kahden edellisen yhtäaikaisen energiankulutuksen tutkimiseen. Ajovoimansiirron osalta tutkitaan siirtoajon aikaista energiankulutusta. Etukuormaimen työhydrauliikan energiankulutusta tutkitaan työliikkeissä, jotka edellyttävät joko yhden tai kahden toimilaitteen aktiivista ohjausta. Ajovoimansiirron ja työhydrauliikan yhtäaikaista energiankulutusta tutkitaan kolmessa pyöräkuormaajalle ominaisessa työsyklissä.
Kerätty mittausdata osoittaa M12-koneen ajovoimansiirron kuluttavan noin neljänneksen vähemmän polttoainetta siirtoajossa. Ero syntyy dieselmoottorin minimoidusta kierrosnopeudesta. M12-koneen ajovoimansiirron ohjauksen todettiin toimivan ei-toivotulla tavalla ajonopeuden lähestyessä nollaa, mikä vaikuttaa merkittävästi ajomukavuuteen.
Digitaalihydraulisen työhydrauliikan energiankulutus nostoliikkeissä ei ole merkittävästi pienempi verrattuna kuormantuntevaan järjestelmään, mutta laskuliikkeessä vapautuvasta energiasta merkittävä osa saadaan syötettyä takaisin dieselmoottorille. Ero polttoaineenkulutuksessa on kuitenkin lähes merkityksetön – ongelmana on työliikkeen edellyttämä suhteellisen pieni teho verrattuna asennettuun moottoritehoon. M12-koneen pumppumoottorin todettiin olevan selvästi ylimitoitettu etukuormaimen suurimpaan sallittuun liikenopeuteen nähden. Lisäksi työhydrauliikan energiankulutusta olisi mahdollista pienentää entisestään kasvattamalla digitaalihydraulisten tilavuusvirransäätöyksiöiden nimellistilavuusvirtaa.
M12-koneen polttoaineenkulutus työsykleissä on noin kolmanneksen tuotantokonetta pienempi. Ero syntyy pääasiassa dieselmoottorin kierrosnopeuden minimoinnista. Hydrauliikan kokonaisenergiankulutuksen kannalta merkittävin tekijä on hydrostaattinen ajovoimansiirto. Ajovoimansiirron apupumpun todettiin kuluttavan huomattavan osan ajovoimansiirron kokonaisenergiasta työsyklien aikana.