Energiatehokkaampaa koneautomaatiota hydraulijärjestelmän digitalisoinnilla22.05.2016 6.00
Koneautomaation sovelluksilta vaaditaan suorituskykyä ja yhä enemmän myös energiatehokkuutta. Matti Karvonen tutki väitöstyössään, miten hydraulijärjestelmien digitalisointi voi parantaa koneautomaation energiatehokkuutta. Hydraulijärjestelmissä on paljon pumppuja ja venttiilejä, joiden toiminnassa hukkaantuu energiaa. Tampereen teknillisen yliopiston hydrauliikan ja automatiikan laitoksella on tehty jo pitkään tutkimusta, jossa on kehitetty ja sovellettu uusinta ja kehittyneintä hydraulitekniikkaa. Tavoitteena ovat energiatehokkaammat järjestelmät. – Lupaavin tie kohti häviötöntä hydraulijärjestelmää on hydrauliikan digitalisointi. Digitalisointi on nykypäivän megatrendi, mutta hydrauliikassa se tarkoittaa jotain muuta kuin sähköistä pankkiasiointia. Kun hydrauliikka digitalisoidaan, perinteiset komponentit korvataan joukolla yksinkertaisia komponentteja ja mekaanishydrauliset säätöpiirit antureilla ja ohjelmakoodeilla, osana laitoksen laajempaa tutkimusta väitöskirjansa tehnyt Matti Karvonen kertoo. Testiajossa keskimäärin 40 prosenttia vähemmän häviötä Digitalisoinnin tuloksena on mekatroninen laite, joka ohjelmaa muuttamalla taipuu mihin tahansa sovellukseen tai kuormitustilanteeseen. – Universaali venttiili on yksinkertaisesti yksi tai useampi sarja rinnankytkettyjä on/off-venttiilejä ja niitä ohjaava älykäs säätöohjelma tarvittavine antureineen. Universaali pumppu, tai pikemminkin ”pumppumoottoritransformeri”, jollainen pumpusta tulee digitalisoinnin seurauksena, on laite, jonka mäntiä kytketään järjestelmän eri linjoihin aktiivisesti on/off-venttiilejä kytkemällä. Perinteisessä pumpussahan vastaavat porttiventtiilit ovat passiivisia vastaventtiilejä, Karvonen selittää. Venttiilien ajoitusta muuttamalla pumppu muuttuu salamannopeasti moottoriksi. Tarpeen tullen energiaa voidaan siirtää toimilaitelinjojen painelinjojen ja hydraulisen energiavaraston välillä soveltaen muunnintoimintoa. Väitöstyössään Karvonen tutkii järjestelmätasolla digitaalipumpun ja -venttiilin yhteispelin ilmiöitä, mahdollisuuksia ja ongelmia sekä niiden ratkaisuja, joita ilmenee, kun näitä innovaatioita hyödynnetään monitoimilaitejärjestelmän energiatehokkaan ohjausjärjestelmän toteutuksessa. – Digitaaliventtiiliä sovelletaan jo teollisuudessa. VR on hiljattain päivittänyt pendolinojensa korinkallistusjärjestelmät toimimaan toimintavarmalla digitaalihydrauliikalla. Karvosen tutkimuksessa selvisi, että nopeiden ja tarkkojen digitaalipumppujen ja -venttiilien käyttö yhdessä mahdollistaa tehokkaan liikkeenaikaisen kuormitustilanteeseen optimoituvan säädön, jolloin muun muassa tehoa voidaan reitittää toimilaitteelta toiselle kuormitustilanteen ollessa yhdellä jarruttava, toisella kiihdyttävä. – Tarkan mallipohjaisen säädön ansiosta tällainenkin toiminnallisuus on mahdollista. Järjestelmää testattiin rata-ajossa pienessä kaivuripuomissa. Tutkitulla järjestelmällä saavutettiin keskimäärin 40 prosentin energiansäästö verrattuna yleisesti käytössä olevaan LS-järjestelmään. Väitöstilaisuus torstaina 26.5.2016 Diplomi-insinööri Matti Karvosen väitöskirja Energy Efficient Digital Hydraulic Power Management of a Multi Actuator System tarkastetaan Tampereen teknillisessä yliopistossa 26.5.2016 klo 12 alkaen Konetalon salissa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Torben Andersen (Aalborg University, Denmark) ja TkT Timo Käppi (John Deere Forestry Oy). Tilaisuutta valvoo professori Seppo Tikkanen hydrauliikan ja automatiikan laitokselta. Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3737-0 Lisätiedot: Matti Karvonen mvonkarne@gmail.com, 050 525 0619 |