Sekundäärisäädetyn moottorikäytön implementointi vakiopainejärjestelmään

Abstract

NorrDigi™-järjestelmä on liikkuviin työkoneisiin tarkoitettu portaittain sekundäärisäädettyihin lineaaritoimilaitteisiin ja vakiopainelinjoihin perustuva hydraulijärjestelmä, joka pystyy palauttamaan kuorman potentiaali- ja liike-energiaa paineakkuihin ja käyttämään sitä uudestaan. Koska monissa työkoneissa on lineaaritoimilaitteiden lisäksi myös moottorikäyttöjä, tarvitaan moottori, joka pystyy hyödyntämään NorrDigi™-järjestelmän vakiopainelinjoja ja palauttamaan kuorman liike-energiaa paineakkuihin. Tässä työssä tutkittiin modifioidun suljetun piirin vinolevypumpun toimintaa sekundäärisäädettynä moottorina kahden vakiopainelinjan välillä. Tutkimukset tehtiin testilaitteella, jossa vakiopainelinjojen välille kytketyllä sekundäärisäädetyllä moottorilla voidaan pyörittää hitausmassaa. Moottorille tehtiin simulointimalli, joka verifioitiin mittausten perusteella. Lisäksi testilaiteella testattiin erilaisia nopeus- ja asemasäätimiä. Testilaitteen mekaanisesta rakenteesta johtuen moottoria jouduttiin ajamaan normaalia alhaisemmilla pyörimisnopeuksilla ja rakenteen parantaminen onkin yksi jatkokehityksen kohde, jotta pyörimisnopeutta saadaan nostettua. Simuloinnissa kokeiltiin Wilsonin ja Thoman kitkamalleja, mutta niitä ei saatu vastaamaan mittauksia koko toiminta-alueella todennäköisesti johtuen poikkeuksellisen alhaisesta pyörimisnopeudesta. Parhaiten toimi Thoman kitkanmallista muokattu omatekoinen malli, jota voitiin hyödyntää nopeussäätimen testaamisessa simuloimalla. Nopeus- ja asemasäätö saatiin toimimaan testilaitteen anturoinnin tarkkuuteen nähden hyvin. Testilaitteella kokeiltiin erilaisia P- ja PI-säätimiä nopeus- ja asemasäätöön sekä paikallaan pysymiseen ja saatiin erilaisia säädinvaihtoehtoja, joista voidaan valita ja edelleen kehittää säätimiä erilaisiin sovelluksiin. Mittausten perusteella hyvä ratkaisu on käyttää nopeuden P-säätöä normaaliin ajoon ja nopeuden PI-säätöä tai asemasäätöä paikallaan pysymiseen. Testilaitteen lisäksi simuloitiin sekundäärisäädettyä kaivinkoneen kääntökäyttöä. Kääntömoottori seurasi simuloinneissa nopeusohjetta loogisesti P-säädöllä. Tyypillisessä työsyklissä moottori on suurimman osan ajasta maksimikulmalla eli hyvällä hyötysuhdealueella ja se pystyy palauttamaan merkittävän osan käännön liike-energiasta HP-linjan paineakkuun.