Hydraulijärjestelmien mallintamisen ja simuloinnin hyödyntäminen raskaassa koneenrakennuksessa

Abstract

Tässä työssä oli tarkoituksena rakentaa jätemurskaimen muutamien päähydrauliikkakomponenttien toimintaa jäljittelevä simulointimalli. Mallin on tarkoitus toimia suunnittelutyön työkaluna mekaniikkaa ja hydrauliikkaa koskevissa asioissa. Simulointimallin hydrauliikkaosio rakennettiin MATLAB Simulink -ohjelmiston avulla, pääasiassa kirjastokomponentteja käyttäen ja malliin saatiin liitettyä myös Solidworksistä tuodut mekaniikkamallit massojen ja hitausmomenttien mallintamista varten. Valmis simulointimalli verifioitiin mahdollisimman hyvin oikeaa vastaavaksi vertailemalla ja säätämällä simulointimallia todellisesta järjestelmästä tehtyjen mittaustulosten kanssa. Mittaustulokset saatiin tuotua simulointimalliin ja simulointimallin tuloksia verrattiin ja sovitettiin niihin simuloinnin aikana. Tarkoituksena on kuitenkin luoda yleisluontoinen malli, joten mallin sovittaminen yksi yhteen mittaustulosten kanssa ei ole itse tarkoitus. Sovittamisen tarkoituksena oli tutkia todellisessa järjestelmässä näkyviä ilmiöitä ja niiden syitä sekä edelleen mallintaa samat ilmiöt simuloinnin puolella. Verifioinnin jälkeen malliin tehtiin vielä muutama muutos, joita olivat pumppu- ja moottorikomponenttien hyötysuhteiden huonontaminen sekä paineenrajoitusventtiilien kytkeminen pois käytöstä. Näillä muutoksilla saatiin lisävarmuutta siitä, että malli toimii kuten pitääkin ja reagoi muutoksiin ennustettavalla tavalla. Lisäksi muutoksilla saadaan lisätietoa siitä, miten erilaiset parametrimuutokset tai komponenttivaihdot vaikuttavat esimerkiksi järjestelmän painetasoihin tai energiankulutukseen. Lopputulokseksi saatiin simulointimalli, jonka tuottamat tulokset ovat todelliseen järjestelmään nähden suhteellisen hyviä, ainakin laitteiden perusliikkeiden osalta. Tuloksia vertailemalla voidaan arvioida, että simulointimallilla saavutettava tarkkuus on noin ±10 % sisällä oikeista, mitatuista tuloksista. Tarkkuus on yleismalliseksi simuloinniksi erittäin hyvä, kuten todettua, tarkoituksena ei kuitenkaan ollut saavuttaa yksi yhteen yhteensopivuutta mittaustulosten kanssa. Simulointimallia on mahdollista tarkentaa ja myös laajentaa myöhemmin tarpeen vaatiessa.