Jäähdytysjärjestelmien kehittäminen ja raja-arvojen määrittäminen liikkuvassa työkoneessa.
Kallio, Janne (2019)
2019
Automaatiotekniikka
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-05-27
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905211693
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905211693
Tiivistelmä
Avainsanat: hydrauliikka, jäähdytys, liikkuva työkone, lämpötasapaino
Liikkuvan työkoneen lämpötasapainoon vaikuttavat useat tekijät. Nykyään koneilla työskennellään yhä haastavimmissa olosuhteissa. Yksi olosuhteiden haasteista on ympäristön lämpötila, joka vaikuttaa suoraan koneen lämpötilaan. Ympäristön lämpötilan noustessa myös koneiden käyntilämpötilat nousevat. Liian korkeaksi nousevat käyntilämpötilat aiheuttavat koneiden hyötysuhteen alenemista ja koneiden vikaantumista.
Tässä työssä tarkastellaan Sandvik Mining and Rock Technologyn valmistamaa maanalaista porauslaitetta. Työssä kartoitetaan maanalaisen porauslaitteen lämpötasapainoon vaikuttavia tekijöitä sekä etsitään ratkaisuja, joilla porauslaitteella voitaisiin työskennellä yhä kuumemmissa olosuhteissa.
Porauslaitteen lämpötasapainoon vaikuttavat tekijät voidaan jakaa sekä ulkopuolisiin että sisäisiin tekijöihin. Ulkopuoliset tekijät, kuten ympäristö, ovat tekijöitä, joihin koneen suunnittelulla ei voida vaikuttaa. Sisäisiin tekijöihin, kuten komponenttivalintoihin, voidaan koneen suunnittelulla vaikuttaa.
Porauslaitteen lämpötasapainoa arvioidaan tutkimalla laitteen hydraulijärjestelmässä syntyvän häviötehon ja laitteen hydraulijärjestelmän jäähdytystehon suhdetta. Syntyvän häviötehon määrää arvioidaan aikaisemmin tehtyjen mittauksien perusteella. Jäähdytystehon määrää arvioidaan lämmönvaihtimien valmistajien antamien työkalujen avulla. Tunnettaessa laitteen häviötehon ja jäähdytystehon suhde voidaan arvioida lämpötilaa, jossa laitteella voidaan vielä porata ilman häiriöitä.
Työssä esitellään erilaisia ratkaisuja porauslaitteen maksimikäyttölämpötilan nostamiseksi. Esitetyissä ratkaisuissa on sellaisia ratkaisuja, joilla laitteen käyttölämpötilaa voidaan nostaa jo tunnetuilla tekniikoilla. Lisäksi on tutkittu ratkaisua, jota ei ole vielä käytetty porauslaitteen jäähdyttämiseen.
Lopuksi esitellään suunnitelma tulevista mittauksista, joilla pyritään todentamaan työssä esitettyjä laskelmia, sekä testaamaan esitellyn kehitysehdotuksen toiminta. Mittauksia tarvitaan, koska laitteen todellisen maksimikäyttölämpötilan määrittäminen teoreettisesti on erittäin haastavaa, ellei mahdotonta.
Liikkuvan työkoneen lämpötasapainoon vaikuttavat useat tekijät. Nykyään koneilla työskennellään yhä haastavimmissa olosuhteissa. Yksi olosuhteiden haasteista on ympäristön lämpötila, joka vaikuttaa suoraan koneen lämpötilaan. Ympäristön lämpötilan noustessa myös koneiden käyntilämpötilat nousevat. Liian korkeaksi nousevat käyntilämpötilat aiheuttavat koneiden hyötysuhteen alenemista ja koneiden vikaantumista.
Tässä työssä tarkastellaan Sandvik Mining and Rock Technologyn valmistamaa maanalaista porauslaitetta. Työssä kartoitetaan maanalaisen porauslaitteen lämpötasapainoon vaikuttavia tekijöitä sekä etsitään ratkaisuja, joilla porauslaitteella voitaisiin työskennellä yhä kuumemmissa olosuhteissa.
Porauslaitteen lämpötasapainoon vaikuttavat tekijät voidaan jakaa sekä ulkopuolisiin että sisäisiin tekijöihin. Ulkopuoliset tekijät, kuten ympäristö, ovat tekijöitä, joihin koneen suunnittelulla ei voida vaikuttaa. Sisäisiin tekijöihin, kuten komponenttivalintoihin, voidaan koneen suunnittelulla vaikuttaa.
Porauslaitteen lämpötasapainoa arvioidaan tutkimalla laitteen hydraulijärjestelmässä syntyvän häviötehon ja laitteen hydraulijärjestelmän jäähdytystehon suhdetta. Syntyvän häviötehon määrää arvioidaan aikaisemmin tehtyjen mittauksien perusteella. Jäähdytystehon määrää arvioidaan lämmönvaihtimien valmistajien antamien työkalujen avulla. Tunnettaessa laitteen häviötehon ja jäähdytystehon suhde voidaan arvioida lämpötilaa, jossa laitteella voidaan vielä porata ilman häiriöitä.
Työssä esitellään erilaisia ratkaisuja porauslaitteen maksimikäyttölämpötilan nostamiseksi. Esitetyissä ratkaisuissa on sellaisia ratkaisuja, joilla laitteen käyttölämpötilaa voidaan nostaa jo tunnetuilla tekniikoilla. Lisäksi on tutkittu ratkaisua, jota ei ole vielä käytetty porauslaitteen jäähdyttämiseen.
Lopuksi esitellään suunnitelma tulevista mittauksista, joilla pyritään todentamaan työssä esitettyjä laskelmia, sekä testaamaan esitellyn kehitysehdotuksen toiminta. Mittauksia tarvitaan, koska laitteen todellisen maksimikäyttölämpötilan määrittäminen teoreettisesti on erittäin haastavaa, ellei mahdotonta.