Highlights: ECV:n kehittämisalustat ja valmiudet. - Työkonealusta

Transkriptio

1

2 Highlights: ECV:n kehittämisalustat ja valmiudet - Työkonealusta ECV-FIMA-TT syysseminaari Lasse Laurila

3 Työkonealusta(t) ja Tubridi-projekti Tubridi, Tulevaisuuden (plug-in) hybridisähköinen työkonealusta ja sen komponentit, ( ) Aalto-yliopiston työkonealusta Perinteinen työkone muuttuu hybridiksi Testataan ajovoimansiirron, työhydrauliikan ja ohjauksen ratkaisuja sekä energiavarastoja käytännössä LUT:n työkoneiden kehitysalusta Simulaattoriversio Komponenttien testausversio, Hardware-In-Loop (HIL)

4 Hybridityökoneen testialusta Osakokonaisuuksia: Taka-akselin voimansiirto - Aalto Ohjausjärjestelmä - Hybria Oy Gen-Set - Aalto & ABB Sähkömekaaninen keskinivel Aalto Etuakselin voimansiirtosuunnitelma - Saimaan amk (HuGOR-hanke) Suorasähköhydrauliikka - Aalto Hybridi järjestelmän ohjaus ohjelmisto Sähkömekaaninen ohjaus Sähköinen taka-akseli Käyttöliittymä Gen-set Suorasähkökäyttöhydrauliikka Tubridi testialusta Li-ion akku Generaattori

5 Tehty vuosina Projektin tilanne vuoden 2013 lopussa Sähköinen taka-akseli liikuttaa konetta Sähköinen keskinivel kääntää konetta Genset tuottaa sähkön ja akku puskuroi Suorasähköhydrauliikka nostaa taakkaa laboratoriossa Simulaattorissa työkonemallit ja HIL-testaus Hybridi järjestelmän ohjaus ohjelmisto Etuakselin kaksiportainen vaihteisto suunniteltu (HuGOR) Sähkömekaaninen ohjaus Sähköinen taka-akseli Käyttöliittymä Gen-set Suorasähkökäyttöhydrauliikka Tubridi tutkimusalusta Li-ion akku Generaattori

6 Työkoneiden hybridisointimenetelmiä virtuaalisuunnittelulla ja sähkökäyttömalleilla Case: Underground loader (LHD) Original loader Traditional model - Fuel consumption - Productivity - Maneuvrability Tubridi hybrid test platform Series hybrid model(s) - Fuel consumption - Productivity - Maneuvrability - Component sizing Simulink models MeVEA models 200 % 150 % 100 % 50 % 0 % 100 % 150 % 66 % Semistatic diesel model Simulated results: Fuel consumption Transient diesel model Series Hybrid

7 Mihin työkoneiden simulaattorialusta vastaa Minkälainen on työkoneen työsykli? Minkäkokoinen energiavarasto pitäisi valita? Kuinka paljon työkoneen tuottavuus kasvaa hybridisoinnilla? Montako kg tai m 3 siirrän tunnissa? Kuinka paljon säästetään polttoainetta hybridisoinnilla? Miltä tuntuu ohjata hybridityökonetta? (Jota ei ole vielä edes valmistettu.) Paraneeko työkoneen käytettävyys hybridisoinnilla? Energiatehokkuus Tuottavuus Käytettävyys Ohjausjärjestelmät

8 Tubridi työkonealustan mallinnus - valmiusaste EJC-90 perinteisen diesel-käyttöisen lastarin malli Graafinen mallinnus valmiina Visuaalinen ilme Törmäyspinnat Työhydrauliikka mallinnettu Kauhan nosto, lasku ja tyhjennysajat täsmäävät Hydraulinen ajovoimansiirto mallinnettu Kiihtyvyys vaatii vielä kehitystä

9 Liikkuvien työkoneiden hybridijärjestelmien HIL-testausympäristö Reduced scale Hardware-In-the-Loop - for software and communication tests, < 10 kw HIL = Hardware-In-the-Loop

10 Liikkuvien työkoneiden hybridijärjestelmien HIL-testausympäristö Full scale (1:1) Hardware-In-the-Loop - for component and system tests, up to 300 kw

11 SIL:n ja HIL:n tavoitteet ja edut Tavoite on luoda mahdollisimman todenmukainen järjestelmä, jota käytetään todellisten työkoneiden emulointiin ja niiden tuotekehitykseen, erityisesti niissä käytettävien sähköisten komponenttien mitoittamiseksi ja testaamiseksi aidontuntuisessa ympäristössä. Nopeuttaa tuotekehitystä, osatestauksia jo ennen prototyyppiä. Työkoneen voimakomponenttien ohjausjärjestelmän kehittäminen ja testaaminen. Työkoneen elinkaaren alkupäähän sijoitetulla virtuaalisimuloinnilla voidaan saavuttaa säästöjä tuotekehityksessä ja valmiin työkoneen käytönaikaisissa kuluissa.

12 Julkaistuja tuloksia Konferenssijulkaisu, Montonen, J.; Montonen, J.-H.; Immonen, P.; Murashko, K.; Ponomarev, P.; Lindh, T.; Lindh, P.; Laurila, L.; Pyrhonen, J. Electric drive dimensioning for a hybrid working machine by using virtual prototyping, ICEM 2012, XXth International Conference on Electrical Machines. Diplomityö, Jarkko Nokka, (5/2013) Kaivoslastauskoneen hybridisointianalyysi virtuaali- ja in-loopsimuloinnin avulla Ladattavissa: HuGOR: Diplomityö, Timo Eskelinen, (2013) Maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikan mallinnus

13 Muu tiedottaminen Virtuaalisimulaattori ja työkonetutkimus esillä Hannover-Messe tapahtumassa 4/2013. Intelligent Machines Finland (A5 kirja/esite), Englanniksi: Saksaksi:

14 Testausympäristö Yhtenäistä lattiapinta-alaa 300 m 2 useita muita laboratoriotiloja hallinosturi 10 t liitäntäteho 1000 kw käytettävät jännitteet V erilaisia suuntaajia 1000 kva asti erilaisia kuormakoneita 1000 kw asti jäähdytystehoa riittävästi sähkökäyttöjen häviötä silmälläpitäen Joulemetriset häviömittaukset Suurtehojoulemetri, 2-30kW: 2 x 2-3.2x 2.5 m 3 (1 kpl) Keskitehojoulemetrit, kw: 1 x 1 x 1 m 3 (3 kpl) Litiumtitanaattiakku 34 kwh 700 V nopeasti ladattava, 6 C, 10 C HIL-simuloinnissa voidaan käyttää ja todentaa oikean kokoisen akun käyttäytyminen. Superkondensaattori 750 V DC

15 Valmiustilanne 9/ yhteenveto Software-In-Loop Ajovoimansiirron Simulink-sähkökäyttösimulaatio yhdistetty MeVEA:n työkonesimulaattoriin, (työhydrauliikka lisätään), sarjahybridi Virtuaalimalli luotu Aallon lastarityypistä EJC-90, (lähes valmis) Käyttöliittymän 1. versio tehty Simulink:iin (hyötysuhdekartat, kuormituspisteet, akun varaustila ym. käyrät) Hardware-In-Loop Pienen tehon koneikko (4 kw) toiminnassa Signaalilähteenä virtuaalisimulaattori Suuren tehon ( kw) koneikko rakenteilla Akuston ohjaus- ja suojausjärjestelmät valmiit, akku testattu kuormitettuna trukkikäytössä Kuormana haarukkatrukin sähköhydraulinen suora pumppuohjaus. Mobiili-invertterien nestejäähdytyspiirit asennettu Testattava ajomoottori valmis

16 Tubridi tulevaisuuden hybridityökone Tutkimuksellisia kysymyksiä Mitä hyötyä työkoneen sähköistämisestä on? o Työsykli, energiavaraston koko, tuottavuus ja koneen käytettävyys simulaattorissa todistettuna Miksi ja miten sähköistän nostoliikkeen sekä ohjauksen? o Sähköiset toimilaitteet ja niiden mahdollisuudet Miksi ja miten integroida sähkökone työkoneen rakenteeseen? o Integroitavat toiminnot ja saavutettavat edut Liikkumisen sähköistimme jo.

17