Kaivoskuormaajan puomihydrauliikan mallintaminen

Abstract

Tämä diplomityö on tehty suunnittelutyönä Sandvik Mining and Construction Oy:n Turun toimipisteessä, jossa suunnitellaan ja valmistetaan teollisuuden tarpeisiin louhintamateriaalin kuljettamiseen tarkoitettuja kaivoskuormaajia ja kaivoskuorma-autoja. Työ on osa Sandvikin sisäistä projektia, jonka tavoitteena on parantaa työkoneiden energiatehokkuutta varsinkin kaivoslastaajien hydrauliikkajärjestelmien osalta. Diplomityön tavoitteena oli mallintaa kaivoskuormaajan LH517 puomihydrauliikka ja käyttää saatua mallia eri tilanteiden simuloimiseen ja tutkimiseen. Sandvikin Turun tehtaan tuotekehityksessä ei ole aikaisemmin ollut käytössä vastaavaa simulointityökalua, ja sitä onkin tarkoitus käyttää jatkossa hyödyksi energiankulutuksen optimoimisessa projektin seuraavissa vaiheissa. Työn alussa käytiin läpi mallintamisen ja simuloinnin teoriaa ja periaatteita sekä esiteltiin muutamia simuloinnin käytön etuja. Kaivoskuormaajan rakennetta ja toimintaa käsiteltiin myös yleisesti varsinkin puomin osalta. Simulointimallia lähdettiin rakentamaan osa kerrallaan, ja kunkin alimallin toiminta varmistettiin ennen niiden liittämistä yhteen. Simulointimallissa omiksi alimalleiksi päätettiin tehdä nosto- ja kippisylinterit, niiden toimintaa ohjaavat suuntaventtiilit sekä sylintereille yhteinen puomin mekanismimalli. Näiden komponenttien mallintamisen jälkeen simulointimallia hiottiin parametrien verifioinnilla, jossa mallin käyttäytymiseen vaikuttavien parametrien arvoja säädettiin oikean kaivoskuormaajan mittaustulosten pohjalta. Valmista mallia käytettiin erilaisiin kaivoskuormaajan testitilanteiden simuloimiseen ja analysointiin. Simulointimalli saatiin toimimaan melko hyvin, vaikka osa parametreista jouduttiin arvioimaan kokemuksen ja valmiiden mitoitusohjeiden perusteella, koska venttiilien ja sylintereiden valmistajilta ei kovin monipuolisesti komponenttien parametreja saatu.